1、优质文档优质文档高二物理选修 31 第三章 第 5 节 逻辑电路与集成电路上海科技版【本讲教育信息】一、教学内容：逻辑电路与集成电路二、考点点拨本节课的相关内容为新课改新增内容，主要讲解逻辑电路和集成电路的基本知识。三、跨越障碍（一）逻辑电路1. 人们把一条条信息转换成一串串由“0” 、 “1”组成的二进制数据，通过电路的“断”、 “通”来传达信息和储存信息。完成这种功能的电路就是数字电路，又称为逻辑电路。在门电路中，通常规定“断”为“0” ， “通”为“1” 。三种基本的门电路为 “与”门电路、“或”门电路、 “非”门电路。2. “与”门电路的逻辑关系为一个事件的几个条件都满足后，这个事件才
2、能发生，用表示，表示“和” 、 “与” 。对于“与”门电路，只要一个输入端输入为 “0”，则输出端一定是“0” ；反之，只有当所有输入都同时为“1” ，输出才是 “1”。3. “或”门电路的逻辑关系为一个事件的几个条件只要其中之一满足后，这个事件就能发生，用 表示，表示 A、B 输入的数字之和必须大于或等于 1。对于“或”门电路，只要有一个输入端输入为“1” ，则输出端一定是“1” ；反之，只有当所有输入都同时为“0”时，输出才是“0” 。4. “非”门电路的逻辑关系为输出状态和输入状态呈相反的逻辑关系。对于“非”门电路，当输入为“0”时，输出总是“1” ；当输入为“1”时，输出反而是 “0”
3、。即输入跟输出恰好相反， “非”门电路也称为反相器。（二）集成电路1. 集成电路是将二极管、三极管、电阻和电容等元件，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。2. 集成电路跟分立元件组装的普通电路相比，具有重量轻、体积小、性能好和省电等多项明显优势。例 1. 在举重比赛中，有甲、乙、丙三名裁判，其中甲为主裁判，乙、丙为副裁判，当主裁判和一名以上（包括一名）副裁判认为运动员上举合格后，才可发出合格信号。试列出真值表。解析：根据实际比赛规则找出比赛结果与每位裁判出示情况的逻辑关系，进而列出真值表。本题主要考查逻辑关系的应用。设甲、乙、丙三名裁
4、判的裁判意见为逻辑变量A、B、C，裁判结果为 Z，并且对于 A、B、C，设：判上举合格为逻辑 “1”，不合格为逻辑“0”。对于 Z，设：上举合格为逻辑“1” ，不合格为逻辑“0” 。优质文档优质文档根据题意及上述假设列出真值表如下表所示。例 2. 如图所示是一个应用某种逻辑电路制作的简单车门报警电路图。图中的两个按钮开关分别装在汽车的两道门上。只要其中任何一个开关处于开路状态，发光二极管就会发光，请你根据报警装置的要求，在电路图的虚线框内画出门电路的符号。解析：开关闭合输入低电位“0” ，开关断开输入高电位“1” 。发光二极管发光表示输出高电位“1” 。由题意可知任一车门被打开，发光二极管都会
5、发光，即只要有一个输入端输入高电位“1”或输出高电位“1” ，符合“或”逻辑关系，应为“或” 门电路，如图所示。（三）电路的简化1.电路的简化原则：（1）无电流的支路化简可去除；（2）等电势的各点化简可合并；（3）理想导线可任意长短；（4）理想电流表可认为短路，理想电压表可认为断路；（5）电压稳定时电容器可认为断路。2. 常见的化简方法（1）电流分支法：先将各结点用字母标出；判断各支路元件的电流方向；按电流流向，自左向右将各元件、结点、分支逐一画出；将画出的等效图加工整理。（2）等势点排列法：将各结点用字母标出；判定各结点电势的高低（同一段导线相连的各点电势相同，每过一个用电器电势降低） ；将
6、各结点电势的高低自左向右排列，再将各结点之间的支路画出；将画出的等效图加工整理。例 3. 如图所示电路， ， ， ，求：421R243VUAB6优质文档优质文档（1）电流表 和 的示数（不计电流表内阻）1A2（2） 和 两端的电压之比R4解析：分析 、 、 、 的连接关系，电流表 和 测量的是何处电流，这是1234R1A2解答的关键。方法之一：电流分支法，设 A 端电势高，B 端电势低，电流由高电势流向低电势，画出电路中各处的电流方向，如图。方法之二：等势点排列法， 和 为理想表，则连接电表的线路可视为导线，其上各1A2点等势，即 C、D 两点电势相等，E、F 两点电势相等，则 、 、 三个电
7、阻有两个共1R23同连接点 C（D）点和 E（F）点，所以 、 、 三个电阻是相互并联的，最后跟 相R3 4R串联，其等效电路如图所示。电流表 测量的是通过电阻 、 的总电流。1A2R3电流表 测量的是通过电阻 和 的总电流。21（1） 、 、 三个电阻并联的总电阻设为 R 并 ，则R3 1132R并解得 R 并 =1部分电路的总电流为 ARUIB24并并联部分的电压为 V并并通过 、 、 三个电阻的电流分别为 ， ，123 AI5.01并 ARUI5.02并ARUI3并由等效电路图可知，电流表 测量的是通过电阻 、 的总电流，则有1A2R3= + =1.5 ；电流表 测量的是通过电阻 和 的
8、总电流。则有 = + =11AI221 2AI1（2）因为 ；VUB464并 VU并所以 : =1: 21例 4. 如图所示，电阻 =10 ， =3 ， =6 ， =4 ，电压 =24 ，问：1R23R4UV优质文档优质文档（1）若在 ab 间接入一个内阻很大的电压表，它的读数是多少?（2）如果在 ab 间接入一个内阻很小的电流表，它的读数是多少?解析：在 ab 间接入一个内阻很大的电压表。相当于 ab 间断路；在 ab 间接入一个内阻很小的电流表，相当于 ab 间短路。（1）ab 间接入电压表由于 ab 间相当于断路，其等效电路如图所示。和 串联又与 并联，其等效电阻为3R41R5)(431
9、34RR与 串联，由串联电路分压原理知12： = ：U34134=9V =15V又 和 串联，根据分压原理知 =9VR3U= + =18 Vab23（2）ab 间接入电流表这时 ab 间相当于短路，电流表测量的是流经电阻 和 的总电流。其等效电路如图3R4所示。 ARUI64另一支路的等效电阻 1232123RI123优质文档优质文档ARI67.02313电流表的读数为 IIab.34四、小结数字电路的相关内容需要理解基本知识，它的要求不高，电路的分析是电学的关键内容要重点掌握。五、预习导学（选修 31 第四章第一节探究闭合电路欧姆定律）1、闭合电路包括 和 两部分。2、电源的电动势指 。3、
10、闭合电路欧姆定律的内容 ，公式 。4、路端电压和负载的关系 。【模拟试题】 （答题时间：30 分钟）1. 在基本逻辑电路中，哪一种逻辑门当所有输入均为 0 时，输出不是 1 （ ）A. “与”门电路 B. “或”门电路 C. “非”门电路 D. 以上都不可能2. 逻辑电路的信号有两种状态：一种是高电位状态，用“1”表示；另一种是低电位状态，用“0”表示，关于这里的“1”和“0”下列说法中正确的是 （ ）A. “1”表示的电压为 1V， “0”表示的电压为 0VB. “1”表示的电压大于或等于 1V， “0”，表示的电压一定为 0 VC. “1”和“0”是逻辑关系的两种可能取值，不表示具体的数字
11、D. “1”表示该点与电源正极相连， “0”表示该点与电源负极相连3. “与”门电路的逻辑关系可以表示为 Z=A B，则下列结果正确的是 （ ）A. 0 0=0 B. 0 1=0 C. 1 0=0 D. 1 1=14. “或”门电路的逻辑关系可以表示为 Z=A+B，则下列结果正确的是 （ ）A. 0+0=0 B. 0+1=1 C. 1+0=1 D. 1+1=05. 如下列图中门电路的符号，以下说法中正确的是A. 甲为“非”门、乙为“与”门、丙为“或”门B. 甲为“与”门、乙为“或”门、丙为“非”门C. 甲为“非”门、乙为“或”门、丙为“与”门D. 甲为“或”门、乙为“与”门、丙为“非”门*6.
12、 如图所示是逻辑电路图及其真值表，此逻辑电路为 门电路，在真值表中 X 处的逻辑值为 优质文档优质文档*7. 如图所示电路中，各电阻值已标出。当输入电压 =110V 时，输出电压 多大？ABUCDU*8. 对如图所示的电路进行等效变换（S 未接通）优质文档优质文档试题答案1. AB 2. C 3. ABCD 4. ABC5. C 6. “或” 17. DUV解析：等效电路如图即为 两端的电压，并联部分总电阻为 ；并联部分电CDUR RR)9(10压为 ,R 两端的电压 即 =V1010 VURCDVR18. 解析：假设电流从 A 流入，R 1是干路，第 1 支路从 C 经 R3到 B，第 2 支路从 C 经 R 2到 B，第 3 支路从 C 经 R4和 R5到 B，这 3 条支路并联后再与 R1串联，变换成如图所示的电路。
