2017-2018学年高中物理第二章电路第六七节走进门电路了解集成电路教学案粤教版选修3-12018

第六、七节走进门电路__了解集成电路1.与门电路：当所有的输入均为“1”状态时，输出才为“1”状态。2．或门电路：输入呈现“1”状态的个数大于等于1时，输出为“1”状态。3．非门电路：当输入为“1”状态时，输出为“0”状态。4．集成电路：把晶体管、电阻、电容等元件，按电路结构的要求，制作在一块硅或陶瓷基片上，再加以封装而成的、具有一定功能的整体电路。一、门电路1．与门电路(1)如果一个事件的几个条件都满足后该事件才能发生，我们把这种关系叫做与逻辑关系；具有与逻辑关系的电路，称为与门电路，简称与门。(2)与门电路是实现与逻辑的电子线路，它的逻辑功能是所有的输入均为“1”时，输出才为“1”状态。(3)其真值表是：输入输出S1S2Q000010100111“与”门符号是：。2．或门电路(1)如果几个条件中，只要有一个条件得到满足，某事件就会发生，这种关系叫做或逻辑关系；具有或逻辑关系的电路称为或门。(2)或门电路是实现或逻辑的电子电路，它的逻辑功能是输入呈现“1”状态的个数大于等于1时，输出为“1”状态。(3)其真值表是：输入输出S1S2Q000011101111“或”门符号是：。3．非门电路(1)输出状态和输入状态呈相反的逻辑关系叫做非逻辑关系，具有非逻辑关系的电路叫非门。(2)非门电路是实现非逻辑的电子电路，它的逻辑功能是输入为“1”状态时，输出为“0”状态。(3)其真值表是：输入输出SQ0110“非”门符号是：。二、门电路的实验探究1．与门电路的逻辑功能图2­6­1图2­6­1是一个集成与门Sn7408实验电路，它具有四个与门。实验时将此集成电路的第14脚接5V电源的正极，第7脚接地(电源负极)，第1和第2脚为两个输入端，第3脚为输出端。输入为高电平时，用真值“1”表示；输入为低电平时，用真值“0”表示；输出为高电平时，二极管发光，用真值“1”表示；输出为低电平时，二极管不发光，用真值“0”表示。若输入端1、2输入均为“1”状态时，输出才为“1”状态，发光二极管发光。2．或门电路的逻辑功能用一个集成或门电路Sn7432替换图2­6­1中的集成与门电路，它具有四个或门。实验时将此集成电路的第14脚接5V电源的正极，第7脚接地(电源负极)，第1和第2脚为两个输入端，第3脚为输出端。当输入端1、2输入“1”状态的个数大于等于1时，输出为“1”状态，发光二极管发光。3．非门电路的逻辑功能将2－6－1中的集成与门电路换为集成非门电路Sn7404。集成非门电路的第14脚接5V电源的正极，第7脚接地(电源负极)，第1脚为输入端，第2脚为输出端。当输入端1输入“1”状态时，输出端为“0”状态，发光二极管不发光。三、集成电路概述1．概述集成电路是指把晶体管、电阻、电容等元件，按电路结构的要求，制作在一块硅或陶瓷基片上，再加以封装而成的、具有一定功能的整体电路。2．分类集成电路按功能分类可分为三类：数字集成电路、模拟集成电路和微波集成电路。(1)数字集成电路以高或低电平来对应“1”或“0”两个二进制数字，进行数字的运算、存储、传输及转换。(2)模拟集成电路是处理模拟信号的电路。它又分为线性集成电路和非线性集成电路两类。(3)微波集成电路是指工作频率高于1000MHz的集成电路，应用于导航、雷达和卫星通信等方面。1．自主思考——判一判(1)数字信号在变化中只有两个对应的状态，“有”或者“没有”，常用“1”或者“0”表示。(√)(2)处理模拟信号的电路叫数字电路。(×)(3)在小汽车的四个车门只要有一扇门没关好就会有报警提示，其逻辑关系属于“或”电路。(×)(4)现代银行管理系统中都有自动取款机，若能取出钱款，账号、密码必须都正确，它反映的逻辑关系是“与”电路。(√)(5)将一灯泡与开关并联，开关的通断与灯的发光关系属于“非”电路。(√)2．合作探究——议一议(1)由三位数字构成的密码锁，安全性较高且使用方便，因此得到众多用户的喜爱。想一想这种密码锁属于什么逻辑关系？提示：属于“与”逻辑关系。(2)一个人到超市买东西，他付现金或者使用信用卡才能把要买的东西拿走，在这里付现金及使用信用卡和拿走所买的东西之间体现了什么样的逻辑关系？提示：体现了“或”逻辑关系。(3)十字路口的红绿灯体现了什么逻辑关系？提示：红绿灯中红灯亮时，绿灯必然熄灭；绿灯亮时，红灯必然熄灭，这种现象体现了“非”逻辑关系。对逻辑关系的理解[典例]如图2­6­2所示，表示输入端A、B的电势随时间的变化关系，完成下题。求：图2­6­2(1)开关“与”电路的输出电压Y随时间变化的关系；(2)开关“或”电路的输出电压Y随时间变化的关系。[思路点拨](1)“与”逻辑关系是当两个输入端都有信号输入时，输出端才有信号输出。(2)“或”逻辑关系是当两个输入端的任意一个有信号输入时，输出端均有信号输出。[解析](1)对“与”电路，先做出A、B、Y的真值表，然后再确定输出电压Y与时间的变化关系。A(UA)B(UB)Y010100010111000111010100010所以UY随时间变化关系如图所示：(2)对“或”电路，先做出A、B、Y的真值表，然后再确定输出电压Y与时间的变化关系。A(UA)B(UB)Y011101011111000111011101011所以UY随时间变化如图所示：[答案]见解析一般情况下，用“1”表示高电势，“0”表示低电势，只有正确地列出真值表，找出A、B的逻辑关系，才能列出Y的真值表，画出UY随时间的变化关系。1．在登录你的电子邮箱(或“QQ”)的过程中，要有两个条件，一个是用户名，一个是与用户名对应的密码，要完成这个事件(登录成功)，它们体现的逻辑关系为()A．“与”关系B．“或”关系C．“非”关系D．不存在逻辑关系解析：选A只有当两个条件(用户名和密码)都满足时，事件(登录成功)才能发生，所以是一种“与”逻辑关系，A对。2．走廊里有一盏电灯，在走廊两端各有一个开关，我们希望不论哪一个开关接通都能使电灯点亮，那么设计的电路为()A．“与”门电路B．“非”门电路C．“或”门电路D．上述答案都有可能解析：选C不论用哪一个开关接通都能使电灯点亮，这体现了“或”逻辑关系，故C项正确，A、B、D三项不对。3．如图2­6­3所示为某一门电路符号及输入端A、B的电势随时间变化关系的图像，则下列选项中能正确反映该门电路输出端电势随时间变化关系的图像是()图2­6­3解析：选A题图为“与”门电路，所以A、B输入端都是高电势时，输出端才为高电势，故A正确。逻辑电路的设计与应用[典例]电动机的自动控制电路如图2­6­4所示，其中RH为热敏电阻，RL为光敏电阻。当温度升高时，RH的阻值远小于R1；当光照射RL时，其阻值远小于R2。为使电动机在温度升高或受到光照时能自动启动，电路中虚线框内应选________门逻辑电路；若要提高光照时电动机启动的灵敏度，可以________(填“增大”或“减小”)R2的阻值。图2­6­4[思路点拨]解答本题时应把握以下两点：(1)要求温度升高或受到光照时电动机均能自动启动。(2)提高光照时电动机启动的灵敏度，即有较弱光照时电动机就能自动启动。[解析]为使电动机在温度升高或受到光照时能自动启动，即热敏电阻或光敏电阻的电阻值小时，输入为“1”，输出为“1”，所以虚线框内应选“或”门。若要提高光照时电动机启动的灵敏度，需要在光照较弱即光敏电阻阻值较大时输入为“1”，输出为“1”，所以要增大R2的阻值。[答案]“或”增大解答此类问题时要把握三点：一是认真审题，找出题中所给的有用信息，判断出它们之间的逻辑关系；二是认真分析电路的结构，弄清电势的高低；三是掌握三种基本逻辑电路的特点和规律。1．如图2­6­5所示，低电位报警器由两个基本的门电路与蜂鸣器组成，该报警器只有当输入电压过低时蜂鸣器才会发出警报。其中()图2­6­5A．甲是“与”门，乙是“非”门B．甲是“或”门，乙是“非”门C．甲是“与”门，乙是“或”门D．甲是“或”门，乙是“与”门解析：选B若甲是“与”门，乙是“非”门，不管输入电压为低电压(0)还是高电压(1)，经过“与”门后输出为(0)低电压，经过“非”门后输出高电压(1)，蜂鸣器都会发出警报，故A错误。若甲是“或”门，乙是“非”门，当输入电压为低电压(0)，经过“或”门输出为低电压(0)，经过“非”门输出为高电压(1)，蜂鸣器发出警报，当输入为高电压(1)，经过“或”门输出为高电压(1)，经过“非”门输出为低电压(0)，蜂鸣器不发出警报，故B正确。乙不会是“或”门和“与”门，故C、D错误。2.如图2­6­6为监控汽车安全带使用情况的报警电路，S为汽车启动开关，汽车启动时S闭合。Rt为安全带使用情况检测传感器，驾驶员系好安全带时Rt阻值变得很大，驾驶员未系好安全带时Rt阻值很小。要求当驾驶员启动汽车但未系好安全带时蜂鸣器报警。则在图中虚线框内应接入的元件是()图2­6­6A．“与”门B．“或”门C．“非”门D．“与非”门解析：选A未系安全带时要求蜂鸣器报警，则要求蜂鸣器两端有高电压，即输出端为高电势，蜂鸣器两个输入端已有一个是高电势，另一个输入端的电势高低看Rt阻值的大小，未系安全带时Rt阻值很小，Rt两端的电势差很小，即输入端为高电势，另一输入端已为高电势，此时蜂鸣器报警，知输出端为高电势。若系安全带，Rt阻值大，两端电势差也大，即输入端为低电势，此时蜂鸣器不报警，知输出端为低电势，所以该元件是“与”门。故A对，B、C、D错误。1．联合国安理会每个常任理事国都拥有否决权，假设设计一个表决器，常任理事国投反对票时输入“0”，投赞成或弃权时输入“1”，提案通过为“1”，通不过为“0”，则这个表决器应具有哪种逻辑关系()A．“与”门B．“非”门C．“或”门D．“与非”门解析：选A联合国规定，只要常任理事国有一个反对，提案就不能通过。这和“与”门的逻辑关系一致。2.两只晶体二极管组成如图1所示电路，A、B为输入端，Y为输出端，分析该电路属于()图1A．“与”门电路B．“或”门电路C．“非”门电路D．都不可能解析：选B根据二极管的特点，只要在二极管上加上正向电压，则二极管即可导通。由题图中电路结构可知，D1、D2两个二极管只要有一个导通，或者两个都导通，则整个电路就会导通，因此该电路是符合“或”逻辑关系的门电路。3．有一逻辑开关电路的真值表如下，试判断这是一个什么类型的逻辑电路()M01N10A.开关“与”电路B．开关“非”电路C．开关“或”电路D．以上都不是解析：选B由该逻辑电路的真值表可以看出输出端与输入端是相反的关系，故选B。4．下表是某逻辑电路的真值表，该电路是()输入输出001011101110解析：选D根据三种门电路的特点可知选项D正确。5．如图2所示是由“与”门、“或”门和“非”门三个基本逻辑电路组成的一个组合逻辑电路，A、B、C为输入端，Z为输出端，在完成真值表时，输出端Z空格中从上到下依次填写都正确的是()图2ABCZ000001010011100101110111A.00010101B．00000010C．00101010D．以上选项都不正确解析：选C假设“或”门的输出记为Y1，“非”门的输出记为Y2，由“或”门电路的特点及表中值可知Y1分别为00111111；由“非”门电路的特点及表中值可知Y2分别为10101010，由“与”门电路的特点知Z分别为00101010，故C正确。6.(多选)如图3所示，为温度报警器的示意图，R0为一热敏电阻，下列对此电路的分析正确的是()图3A．当R0的温度升高时，R0减小，A端电势降低，Y端的电势升高，蜂鸣器就会发出报警声B．当R0的温度升高时，R0减小，A端电势升高，Y端的电势降低，蜂鸣器就会发出报警声C．当增大R1时，A端电势升高，Y端的电势降低，蜂鸣器就会发出报警声D．当增大R1时，A端的电势降低，Y端的电势升高，蜂鸣器就会发出报警声解析：选BC当R0的温度升高时其电阻会减小，A端电势升高，Y端电势降低，蜂鸣器会报警；当R1增大时，R0上消耗的电压减小，A端电势升高，Y端电势降低，蜂鸣器报警。7.如图