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2019-2020年高二物理 第三章 第5節(jié) 邏輯電路與集成電路知識精講 上科版選修3－1 【本講教育信息】 一、教學(xué)內(nèi)容： 邏輯電路與集成電路 二、考點(diǎn)點(diǎn)撥 本節(jié)課的相關(guān)內(nèi)容為新課改新增內(nèi)容，主要講解邏輯電路和集成電路的基本知識。 三、跨越障礙 （一）邏輯電路 1. 人們把一條條信息轉(zhuǎn)換成一串串由“0”、“1”組成的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，通過電路的“斷”、“通”來傳達(dá)信息和儲存信息。完成這種功能的電路就是數(shù)字電路，又稱為邏輯電路。在門電路中，通常規(guī)定“斷”為“0”，“通”為“1”。三種基本的門電路為“與”門電路、“或”門電路、“非”門電路。 2. “與”門電路的邏輯關(guān)系為一個(gè)事件的幾個(gè)條件都滿足后，這個(gè)事件才能發(fā)生，用表示，表示“和”、“與”。對于“與”門電路，只要一個(gè)輸入端輸入為“0”，則輸出端一定是“0”；反之，只有當(dāng)所有輸入都同時(shí)為“1”，輸出才是“1”。 3. “或”門電路的邏輯關(guān)系為一個(gè)事件的幾個(gè)條件只要其中之一滿足后，這個(gè)事件就能發(fā)生，用表示，表示A、B輸入的數(shù)字之和必須大于或等于1。對于“或”門電路，只要有一個(gè)輸入端輸入為“1”，則輸出端一定是“1”；反之，只有當(dāng)所有輸入都同時(shí)為“0”時(shí)，輸出才是“0”。 4. “非”門電路的邏輯關(guān)系為輸出狀態(tài)和輸入狀態(tài)呈相反的邏輯關(guān)系。對于“非”門電路，當(dāng)輸入為“0”時(shí)，輸出總是“1”；當(dāng)輸入為“1”時(shí)，輸出反而是“0”。即輸入跟輸出恰好相反，“非”門電路也稱為反相器。 （二）集成電路 1. 集成電路是將二極管、三極管、電阻和電容等元件，按照電路結(jié)構(gòu)的要求制作在一小塊半導(dǎo)體材料上，形成一個(gè)完整的、具有一定功能并經(jīng)過封裝而制成的電路。 2. 集成電路跟分立元件組裝的普通電路相比，具有重量輕、體積小、性能好和省電等多項(xiàng)明顯優(yōu)勢。 例1. 在舉重比賽中，有甲、乙、丙三名裁判，其中甲為主裁判，乙、丙為副裁判，當(dāng)主裁判和一名以上（包括一名）副裁判認(rèn)為運(yùn)動員上舉合格后，才可發(fā)出合格信號。試列出真值表。 解析：根據(jù)實(shí)際比賽規(guī)則找出比賽結(jié)果與每位裁判出示情況的邏輯關(guān)系，進(jìn)而列出真值表。 本題主要考查邏輯關(guān)系的應(yīng)用。設(shè)甲、乙、丙三名裁判的裁判意見為邏輯變量A、B、C，裁判結(jié)果為Z，并且對于A、B、C，設(shè)：判上舉合格為邏輯“1”，不合格為邏輯“0”。對于Z，設(shè)：上舉合格為邏輯“1”，不合格為邏輯“0”。 根據(jù)題意及上述假設(shè)列出真值表如下表所示。 例2. 如圖所示是一個(gè)應(yīng)用某種邏輯電路制作的簡單車門報(bào)警電路圖。圖中的兩個(gè)按鈕開關(guān)分別裝在汽車的兩道門上。只要其中任何一個(gè)開關(guān)處于開路狀態(tài)，發(fā)光二極管就會發(fā)光，請你根據(jù)報(bào)警裝置的要求，在電路圖的虛線框內(nèi)畫出門電路的符號。 解析：開關(guān)閉合輸入低電位“0”，開關(guān)斷開輸入高電位“1”。發(fā)光二極管發(fā)光表示輸出高電位“1”。 由題意可知任一車門被打開，發(fā)光二極管都會發(fā)光，即只要有一個(gè)輸入端輸入高電位“1”或輸出高電位“1”，符合“或”邏輯關(guān)系，應(yīng)為“或”門電路，如圖所示。 （三）電路的簡化 1.電路的簡化原則： （1）無電流的支路化簡可去除； （2）等電勢的各點(diǎn)化簡可合并； （3）理想導(dǎo)線可任意長短； （4）理想電流表可認(rèn)為短路，理想電壓表可認(rèn)為斷路； （5）電壓穩(wěn)定時(shí)電容器可認(rèn)為斷路。 2. 常見的化簡方法 （1）電流分支法：①先將各結(jié)點(diǎn)用字母標(biāo)出；②判斷各支路元件的電流方向；③按電流流向，自左向右將各元件、結(jié)點(diǎn)、分支逐一畫出；④將畫出的等效圖加工整理。 （2）等勢點(diǎn)排列法：①將各結(jié)點(diǎn)用字母標(biāo)出；②判定各結(jié)點(diǎn)電勢的高低（同一段導(dǎo)線相連的各點(diǎn)電勢相同，每過一個(gè)用電器電勢降低）；③將各結(jié)點(diǎn)電勢的高低自左向右排列，再將各結(jié)點(diǎn)之間的支路畫出；④將畫出的等效圖加工整理。 例3. 如圖所示電路，，，，求： （1）電流表和的示數(shù)（不計(jì)電流表內(nèi)阻） （2）和兩端的電壓之比 解析：分析、、、的連接關(guān)系，電流表和測量的是何處電流，這是解答的關(guān)鍵。 方法之一：電流分支法，設(shè)A端電勢高，B端電勢低，電流由高電勢流向低電勢，畫出電路中各處的電流方向，如圖。 方法之二：等勢點(diǎn)排列法，和為理想表，則連接電表的線路可視為導(dǎo)線，其上各點(diǎn)等勢，即C、D兩點(diǎn)電勢相等，E、F兩點(diǎn)電勢相等，則、、三個(gè)電阻有兩個(gè)共同連接點(diǎn)C（D）點(diǎn)和E（F）點(diǎn)，所以、、三個(gè)電阻是相互并聯(lián)的，最后跟相串聯(lián)，其等效電路如圖所示。 電流表測量的是通過電阻、的總電流。 電流表測量的是通過電阻和的總電流。 （1）、、三個(gè)電阻并聯(lián)的總電阻設(shè)為R并，則 解得R并=1 部分電路的總電流為 并聯(lián)部分的電壓為 通過、、三個(gè)電阻的電流分別為，， 由等效電路圖可知，電流表測量的是通過電阻、的總電流，則有=+=1.5；電流表測量的是通過電阻和的總電流。則有=+=1 （2）因?yàn)椋? 所以:=1: 2 例4. 如圖所示，電阻=10，=3，=6，=4，電壓=24，問： （1）若在ab間接入一個(gè)內(nèi)阻很大的電壓表，它的讀數(shù)是多少? （2）如果在ab間接入一個(gè)內(nèi)阻很小的電流表，它的讀數(shù)是多少? 解析：在ab間接入一個(gè)內(nèi)阻很大的電壓表。相當(dāng)于ab間斷路；在ab間接入一個(gè)內(nèi)阻很小的電流表，相當(dāng)于ab間短路。 （1）ab間接入電壓表 由于ab間相當(dāng)于斷路，其等效電路如圖所示。 和串聯(lián)又與并聯(lián)，其等效電阻為 與串聯(lián)，由串聯(lián)電路分壓原理知 ：=： =9V =15V 又和串聯(lián)，根據(jù)分壓原理知=9V =+=18 V （2）ab間接入電流表 這時(shí)ab間相當(dāng)于短路，電流表測量的是流經(jīng)電阻和的總電流。其等效電路如圖所示。 另一支路的等效電阻 電流表的讀數(shù)為 四、小結(jié) 數(shù)字電路的相關(guān)內(nèi)容需要理解基本知識，它的要求不高，電路的分析是電學(xué)的關(guān)鍵內(nèi)容要重點(diǎn)掌握。 五、預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)（選修3—1第四章第一節(jié)探究閉合電路歐姆定律） 1、閉合電路包括 和 兩部分。 2、電源的電動勢指 。 3、閉合電路歐姆定律的內(nèi)容 ，公式 。 4、路端電壓和負(fù)載的關(guān)系 。 【模擬試題】（答題時(shí)間：30分鐘） 1. 在基本邏輯電路中，哪一種邏輯門當(dāng)所有輸入均為0時(shí)，輸出不是1 （ ） A. “與”門電路 B. “或”門電路 C. “非”門電路 D. 以上都不可能 2. 邏輯電路的信號有兩種狀態(tài)：一種是高電位狀態(tài)，用“1”表示；另一種是低電位狀態(tài)，用“0”表示，關(guān)于這里的“1”和“0”下列說法中正確的是 （ ） A. “1”表示的電壓為1V，“0”表示的電壓為0V B. “1”表示的電壓大于或等于1V，“0”，表示的電壓一定為0 V C. “1”和“0”是邏輯關(guān)系的兩種可能取值，不表示具體的數(shù)字 D. “1”表示該點(diǎn)與電源正極相連，“0”表示該點(diǎn)與電源負(fù)極相連 3. “與”門電路的邏輯關(guān)系可以表示為Z=AB，則下列結(jié)果正確的是 （ ） A. 00=0 B. 01=0 C. 10=0 D. 11=1 4. “或”門電路的邏輯關(guān)系可以表示為Z=A+B，則下列結(jié)果正確的是 （ ） A. 0+0=0 B. 0+1=1 C. 1+0=1 D. 1+1=0 5. 如下列圖中門電路的符號，以下說法中正確的是 A. 甲為“非”門、乙為“與”門、丙為“或”門 B. 甲為“與”門、乙為“或”門、丙為“非”門 C. 甲為“非”門、乙為“或”門、丙為“與”門 D. 甲為“或”門、乙為“與”門、丙為“非”門 *6. 如圖所示是邏輯電路圖及其真值表，此邏輯電路為 門電路，在真值表中X處的邏輯值為 *7. 如圖所示電路中，各電阻值已標(biāo)出。當(dāng)輸入電壓=110V時(shí)，輸出電壓多大？ *8. 對如圖所示的電路進(jìn)行等效變換（S未接通） 【試題答案】 1. AB 2. C 3. ABCD 4. ABC 5. C 6. “或” 1 7. 解析：等效電路如圖 即為兩端的電壓，并聯(lián)部分總電阻為；并聯(lián)部分電壓為,R兩端的電壓即= 8. 解析：假設(shè)電流從A流入，R1是干路，第1支路從C經(jīng)R3到B，第2支路從C經(jīng)R 2到B，第3支路從C經(jīng)R4和R5到B，這3條支路并聯(lián)后再與R1串聯(lián)，變換成如圖所示的電路。