2019-2020学年高中物理 第3章 从电表电路到集成电路 5 逻辑电路与集成电路课件 沪科版选修

第3章从电表电路到集成电路3．5逻辑电路与集成电路第3章从电表电路到集成电路1.知道逻辑电路是由哪几种门电路构成，几种门电路各自对应的逻辑关系是什么．(重点)2.通过实例了解逻辑电路的应用．3.了解何谓集成电路以及集成电路的应用．一、逻辑电路1．“与”门电路：如果一个事件和几个条件相联系，当这几个条件都满足后，该事件才能发生，这种关系叫做________逻辑关系，具有这种逻辑关系的电路称为_________电路，简称__________．如右图所示．“与”“与”门“与”门2．“或”门电路：如果几个条件中，只要有一个条件满足，事件就会发生，这种关系叫________逻辑关系，具有这种逻辑关系的电路叫__________电路，简称__________．如右图所示．“或”“或”门“或”门3．“非门”电路：如果条件满足时事件不能发生，而条件不满足时，事件就能发生，即输出状态和输入状态呈相反的逻辑关系，这种关系叫________逻辑关系，具有这种逻辑关系的电路叫________门．如右图所示．“非”“非”二、逻辑电路的应用1．生活中的声控、光控开关，这种灯的打开条件是，在无光的条件下，当有声音发出时，灯的开关被打开，这应该是________逻辑关系．2．电热水器中水箱水位水温的自动控制是由分别接入的_____________和_____________完成的，只有当水箱充满水而且水温低于某一温度时，才接通电路给水加热，这是一个________门电路．“与”水位传感器温度传感器“与”3．简单的车门报警器是只要不是按常规打开车门，就会报警，接入的逻辑电路应是：________门电路，因车有多个车门．“或”三、集成电路1．自真空电子管发明以来，电子器件的发展经历了五代．第一代为________，第二代为__________，第三代为__________，第四代为___________________，第五代为___________________．2．集成电路是将________、________、______和______等元件，按照电路结构的要求制作在一小块半导体材料上，形成一个完整的、具有一定功能并经过封装而制成的电路．电子管晶体管集成电路大规模集成电路超大规模集成电路二极管三极管电阻电容3．集成电路与由分立元件组装的普通电路相比，具有________、________、________和______等多项明显优势．重量轻体积小性能好省电三种门电路的对比学案导引1.逻辑电路的最基本构成是什么？2.怎样判断“与”“或”“非”门？门电路种类类比电路图逻辑关系“与”门两个开关都闭合是灯亮的充分必要条件，逻辑关系可示意为AB＝C门电路种类类比电路图逻辑关系“或”门两个开关都闭合是灯亮的充分但不必要条件，逻辑关系可示意为门电路种类类比电路图逻辑关系“非”门逻辑关系表示为A⇒－C，C表示结果成立，－C表示结果不成立如图所示为三个基本逻辑电路的符号，A输入端全为“1”，B输入端全为“0”．以下判断正确的是()A．甲为“非”逻辑电路符号，输出为“1”B．乙为“或”逻辑电路符号，输出为“1”C．乙为“与”逻辑电路符号，输出为“0”D．丙为“与”逻辑电路符号，输出为“1”[解析]根据门电路的符号特点可知，甲为“非”逻辑电路符号，A输入端为“1”时，输出为“0”，A错；乙为“或”逻辑电路符号，A输入端为“1”，B输入端为“0”时，输出为“1”，B对，C错；丙为“与”逻辑电路符号，A输入端为“1”，B输入端为“0”时，输出为“0”，D错．[答案]B分析逻辑电路时应注意(1)熟记“与”“或”“非”三种门电路的逻辑关系；(2)准确分析条件与结果之间的逻辑关系；(3)根据门电路的特点正确填写真值表.1.在登录你的电子信箱(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)，它们所体现的逻辑关系为()A．“与”关系B．“或”关系C．“非”关系D．不存在逻辑关系解析：选A．当几个条件同时具备才能出现某一结果时，这些条件与结果之间的关系称为“与”逻辑关系．在登录电子信箱时，只有用户名和对应的密码同时正确才能成功，反映的逻辑关系是Y＝A×B，所以为“与”逻辑关系．基本门电路的符号与真值表1．“与”门符号如图所示：“与”门的真值表输入结果ABZ0000101001112.“或”门符号如图所示：“或”门的真值表输入结果ABZ0111010001113.“非”门符号如图所示：“非”门的真值表输入结果AZ0110(1)条件成立或结果成立对应逻辑门电路中的“1”，相反时对应“0”.“1”“0”是逻辑关系中的两种取值，不表示具体数字.(2)逻辑“1”和“0”的确定“1”“0”是分别代表两种相反状态的代码，如开关的断开代表“0”的状态，则接通就代表“1”的状态，对逻辑电路的输入、输出来说，一般是高电压为“1”，低电压为“0”；对具体的数字电路来说，电压高于某一值时为“1”，低于某一值时为“0”.如图所示，表示输入端A、B的电势随时间的变化关系，完成下题.求：“与”门电路的输出电压Z随时间变化的关系.[思路点拨]一般情况下，用“1”来表示高电位，“0”表示低电位，只有正确地列出真值表，找出A、B的逻辑关系，才能列出Z的真值表，画出UZ随时间变化的关系.[解析]先作出A、B、Z的真值表，然后再确定输出Z与时间的变化关系A(UA)B(UB)Z111100010111000111010010100所以UZ随时间变化如图所示：[答案]见解析写真值表应注意：(1)“与”门电路特点①“与”门反映的逻辑关系：Z＝A×B；②输入端均为“1”时，输出端为“1”.(2)“或”门电路特点①“或”门反映的逻辑关系：Z＝A＋B；②只要两输入端之和≥1，则输出一定为“1”.(3)“非”门电路特点①“非”门反映的逻辑关系：Z＝A；②“非”门只有一个输入端，输出跟输入恰好相反，故“非”门电路也叫反相器.—2.门电路的真值表如下，它是()输入输出ABQ000010100111A．“或”门电路B．“非”门电路C．“与”门电路D．“与非”门电路解析：选C．由真值表可看出只有相关联的条件都满足后，事件才能发生，故是“与”逻辑关系，门电路为“与”门电路，选项C正确.逻辑电路的实际应用学案导引逻辑电路的实际应用中是单一的门电路吗？1.复合门电路(1)“与非”门一个“与”门电路和一个“非”门电路组合在一起，组成一个复合门电路，称为“与非”门，如图所示.其真值表为输入输出输入输出A1B1Z1A2Z200001010011000111110(2)“或非”门一个“或”门电路和一个“非”门电路组合在一起，组成一个“或非”门，如图所示.其真值表为输入输出输入输出A1B1Z1A2Z2000010111010110111102.逻辑电路实际应用的分析(1)逻辑电路在实际中有着广泛的应用，有些试题往往要求通过设计一些简单的门电路完成相关的逻辑功能，要对门电路的种类进行准确地选取，这就要求：①准确地对一些实例分析条件与结果之间的逻辑关系.②熟记“与”“或”“非”三种门电路的逻辑关系意义.③理解条件与结果之间的关系.(2)门电路的问题分析中，门电路往往要和一些常用的电学元件(如电阻、开关、热敏电阻、光敏电阻、二极管等)一起构成电路，通过电路中某一部分的变化(开关的通断、电阻的变化等)实现门电路输入端的电压变化，即电势的高低变化，从而通过门电路的输出端达到控制电路的目的，因此在分析这类问题时，除熟练掌握各种门电路的作用外，还要熟练的掌握电路的动态变化规律的分析，准确判断出电路中，尤其是门电路部分的电势高低的变化，从而达到正确解决问题的目的.如图所示，一个三输入端复合门电路，当输入为101时，输出为__________Ｗ.(选填“0”或“1”)[思路点拨]“与”门的输出又作为“或”门的一个输入，根据逻辑关系依次判断.[解析]A、B输入端输入一个“与”门，当输入1、0时输出为0，再和C输入到一个“或”门，一端输入1根据“或”门的特点，最后应输出1.[答案]1对于有多个门电路组成的复合门电路，判断其输出结果时，要按照一定的顺序，先计算其中一个或多个门电路的输出，然后把这些输出作为其他门电路的输入，最终得出复合门电路的逻辑结果.3.如图所示，用1表示有信号输入，用0表示无信号输入，用1表示有信号输出，用0表示无信号输出，则当A、B、C的输入分别为0、1、0时，在输出端Y的结果是()A．0B．1C．0或1D．无法确定解析：选B．A、B输入分别为0、1，由“或”门逻辑关系知“或”门将输出1，C输入0，由“非”门的逻辑关系知，“非”门将输出1，“与”门的两个输入都为1，由“与”门的逻辑关系知，“与”门将输出1，即Y为1，B正确，A、C、D错误.典型问题——逻辑电路的设计及应用(12分)如图所示是一个火灾报警装置的逻辑电路图.Rt是一个热敏电阻，低温时电阻值很大，高温时电阻值很小，R是一个阻值较小的分压电阻.(1)要做到低温时电铃不响，火灾时产生高温，电铃响起.在图中虚线处应接入怎样的元件？(2)为什么高温时电铃被接通？(3)为了提高该电路的灵敏度，即报警温度调得稍低些，R的值应大一些还是小一些？[思路点拨]解答本题应把握以下三点：(1)理解“与”“或”“非”门的特点；(2)理解电铃响起的原因；(3)理解灵敏度的意义.[解析](1)温度较低时Rt的阻值很大，R比Rt小得多，因此P、X之间电压较大，要求此时电铃不响，表明输出给电铃的电压应该较小，输入与输出相反，可见虚线处应接入的元件是“非”门.(4分)(2)当高温时Rt的阻值减小，P、X之间电压降低，输入低电压时，从“非”门输出的是高压，电铃响起.(4分)(3)由前面分析可知，若R较大，由于它的分压作用，Rt两端的电压不太高，则外界温度不太高时，就能使P、X之间电压降到低电压输入，电铃就能响，因此R较大些，反应较灵敏.(4分)[答案](1)“非”门(2)见解析(3)R应大些(1)从逻辑关系入手，必须同时具备的为“与”逻辑，几者取其一的为“或”逻辑，否定关系的为“非”逻辑.(2)研究逻辑关系的基本思路：①明确什么是条件，什么是结果；②看条件与结果的内在联系；③写出真值表或逻辑表达式.