高中物理 第二章 恒定電流 第11節(jié) 簡單的邏輯電路學案 新人教版選修3-1

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1、 11　簡單的邏輯電路 答案：(1）同時滿足　(2）　(3）都是1　(4）一個條件　(5）　(6）相反　(7）　(8）1　(9）0 1．邏輯電路中的幾個概念 (1）模擬信號與數(shù)字信號 ①數(shù)字信號：在變化中只有兩個對應的狀態(tài)，“有”或者“沒有”，常用“0”或者“1”表示。這樣的信號叫數(shù)字信號，處理數(shù)字信號的電路叫數(shù)字電路。 ②模擬信號：能連續(xù)變化的信號叫做模擬信號。如圖所示。 注意：數(shù)字信號的圖形特征是分段的，模擬信號的圖形特征是連續(xù)的。 (2）數(shù)字電路 處理數(shù)字信號的電路，由各種門電路和記憶元件(如觸發(fā)器）等組成的電路統(tǒng)稱為數(shù)字電路。 (3）門電路 ①定義

2、：能實現(xiàn)基本邏輯功能的電子電路。 ②構(gòu)成：可以由二極管、三極管等分立元件構(gòu)成，也可以是集成電路。 ③基本門電路的類型：與門電路、或門電路、非門電路。 談重點 (1）邏輯電路是研究數(shù)字電路和其他具有開關特性的元件所構(gòu)成的電路中各電信號之間的邏輯關系(包括時間關系）及所實現(xiàn)功能的電路。數(shù)字電路中最基本的邏輯電路就是門電路。(2）門電路實質(zhì)上就是一種開關電路，邏輯關系就是指條件對結(jié)果的控制關系。 【例1】門電路的信號有兩種狀態(tài)：一是高電位狀態(tài)，用“1”表示；另一種是低電位狀態(tài)，用“0”表示。關于這里的“1”和“0”，下列說法正確的是(　　） A．“1”表示電壓為1 V，“0”表示電壓為0

3、 V B．“1”表示電壓大于或等于1 V，“0”表示電壓一定為0 V C．“1”和“0”是邏輯關系的兩種可能的取值，不表示具體的數(shù)字 D．“1”表示該點與電源的正極相連，“0”表示該點與電源的負極相連 解析：根據(jù)以上分析，數(shù)字信號只有兩種狀態(tài)：“有”和“沒有”。門電路的信號狀態(tài)“1”是高電位狀態(tài)，代表電路的導通狀態(tài)，如二極管加正向電壓，處于導通狀態(tài)；“0”是低電位狀態(tài)，代表電路的斷開狀態(tài)，如二極管加反向電壓，處于截止狀態(tài)。 答案：C 警誤區(qū) 門電路是應用數(shù)字化技術的電子電路，將信號編成“1”或“0”的二進制代碼，然后轉(zhuǎn)換成電脈沖進行處理。這里的“1”和“0”所代表的是電路的“通”

4、和“斷”，或者是電位的“高”和“低”，或者是脈沖信號的“有”和“無”，要與數(shù)學中的數(shù)字區(qū)別開來。 2．與門電路 (1）與邏輯關系：如果一個事件的幾個條件都滿足后，該事件才能發(fā)生，這種關系叫做“與”邏輯關系。 (2）與門電路：具有“與”邏輯關系的電路稱為與門電路。如圖所示的電路就是一個與門電路，其邏輯關系為：當開關A和B均閉合時，燈泡L才能亮。 (3）真值表：用數(shù)字表示各種控制條件和控制結(jié)果的表格。 與門電路的真值表 與門電路 A B L 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 (4）邏輯符號： 析規(guī)律 (1）“與”是“一起”的意思

5、，故“與”邏輯可以理解為只有一起進入，門才能打開。(2）符號“&”表示“和”，就是英文“and”的意思。(3）“與”門電路的特點：當輸入端都為“0”時，輸出為“0”；當一個輸入為“0”，一個輸入為“1”時，輸出為“0”；當輸入都為“1”時，輸出為“1”?？梢院唵蔚赜洖椋骸坝辛銥榱悖粸橐弧?。 【例2】在登錄你的電子信箱(或“QQ”）的過程中，要有兩個條件，一個是用戶名，一個是與用戶名對應的密碼，要完成這個事件(登錄成功），它們體現(xiàn)的邏輯關系為(　?。? A．“與”關系　　　B．“或”關系 C．“非”關系 D．不存在邏輯關系 解析：當幾個條件同時具備才能出現(xiàn)某一結(jié)果，這些條件與

6、結(jié)果之間的關系稱為“與”邏輯關系。在登錄電子信箱時，只有用戶名和對應的密碼同時登錄才能成功，反映的邏輯關系是Y＝A×B，所以為“與”關系。 答案：A 3．或門電路 (1）或邏輯關系：如果一個事件的幾個條件中，只要有一個得到滿足，該事件就會發(fā)生，這種關系就叫做“或”邏輯關系。 (2）或門電路：具有“或”邏輯關系的電路稱為或門電路。如圖所示的電路就是一個或門電路。其邏輯關系為：開關A和B只要有一個閉合或者均閉合時，燈泡L就會亮。 (3）真值表： 或門電路的真值表 或門電路 A B L 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 (4）邏輯符號：

7、 析規(guī)律 (1）符號“≥1”表示A、B輸入端的和必須大于或等于1。(2）“或”門電路的特點：當輸入端都為“0”時，輸出為“0”；當一個輸入為“0”，一個輸入為“1”時，輸出為“1”；當輸入都為“1”時，輸出為“1”?？梢院唵蔚赜洖椋骸坝幸粸橐唬銥榱恪?。 【例3】如圖所示為二極管所構(gòu)成的邏輯電路，A、B為輸入端，Y為輸出端(設輸入、輸出端高電位為1，低電位為0），則下列說法正確的是(　　） A．A＝0、B＝0時，Y＝1 B．A＝0、B＝1時，Y＝0 C．A＝1、B＝0時，Y＝1 D．A＝1、B＝1時，Y＝1 解析：當A、B有一個為高電位1時，對應二極管導通，導通二極管

8、與R串聯(lián)，有電流流過R，R兩端有電壓，Y為高電位1，題圖為“或”門電路，C、D正確。 答案：CD 4．非門電路 (1）“非”邏輯關系：如果輸入狀態(tài)和輸出狀態(tài)存在相反的邏輯關系，叫做“非”邏輯關系。 (2）具有“非”邏輯關系的電路稱為非門電路。如圖所示的電路就是一個非門電路。其邏輯關系為：開關A斷開時，燈泡亮；開關A閉合時，燈泡熄滅。 (3）真值表： 非門電路的真值表 非門電路 A L 0 1 1 0 (4）邏輯符號： 析規(guī)律 (1）非門符號中的“1”表示緩沖，“0”表示反相(又叫反相圈）。(2）“非”門電路的特點：當輸入端為“0”時，輸出為“1”；當輸入

9、端為“1”時，輸出為“0”?？梢院唵蔚赜洖椋骸叭胍怀隽?，入零出一”。(3）“與”“或”門電路有兩個輸入端，輸出是由兩個輸入端共同決定的，而“非”門電路只有一個輸入端，其輸出和輸入恰好相反，因此“非”門電路又稱反相器。 【例4】火警自動報警器用“非”門、電位器、熱敏電阻、蜂鳴器和電池等如圖所示連接，調(diào)節(jié)電位器使蜂鳴器正好不報警，然后用火焰靠近熱敏電阻，蜂鳴器就會發(fā)出報警信號。在不報警時，P為低電位，記“0”；報警時，P為高電位，記“1”。試問： (1）報警時，A點電位為高電位“1”還是低電位“0”？ (2）當用火焰靠近熱敏電阻時，熱敏電阻的阻值是增大還是減?。? 解析：(1）報警時，P

10、點為高電位“1”，由于此電路運用了“非”門電路，輸出端P為高電位時，則輸入端A一定是低電位“0”。 (2）等效電路圖如圖所示。 當火焰靠近熱敏電阻時，蜂鳴器報警，說明此時P點為高電位，A點為低電位，也就是說熱敏電阻兩端的電壓減小，由電路圖可知，熱敏電阻的阻值減小。 答案：(1）低電位“0”　(2）熱敏電阻的阻值減小 5．三種基本邏輯電路的應用 (1）“與”門應用 簡單防盜報警器：當放在保險箱前地板上的按鈕開關被腳踩下而同時安裝在保險箱內(nèi)的光敏電阻被手電筒照射時就會發(fā)出鳴叫聲。(如圖所示） 原理：當盜賊踩到裝在保險箱前地板上的按鈕開關S時，“與”門的A輸入端變?yōu)楦唠妱荩?/p>

11、同時若安裝在保險箱內(nèi)的光敏電阻受到光照，其電阻值將變小，使“與”門的B輸入端也變?yōu)楦唠妱?，根?jù)“與”門的特點，輸出端Z變?yōu)楦唠妱?，電鈴報警? (2）“或”門應用 簡單車門報警電路：當任意一個車門沒有關好時，報警器發(fā)出警報。(如圖） 原理：兩個按鈕開關S1、S2分別裝在汽車的兩道門上。只要其中任何一個開關處于斷開狀態(tài)，“或”門的一個輸入端就為高電勢，根據(jù)“或”門的特點輸出端Z變?yōu)楦唠妱?，發(fā)光二極管就發(fā)光報警。 (3）“非”門應用 簡易的火警報警電路：正常情況下電鈴不響，當火警發(fā)生時電鈴響起。(如圖） 原理：當火警發(fā)生時，溫度升高，熱敏電阻的阻值變小，輸入端A點的電勢變?yōu)榈碗妱?/p>

12、，根據(jù)非門的特點輸出端Z變?yōu)楦唠妱荩澍Q器報警。 【例5－1】如圖所示為一個簡單的報警器電路圖，下列說法正確的是(　?。? A．S1、S2都合上時報警器發(fā)聲 B．S1斷開、S2合上時報警器發(fā)聲 C．S1、S2都斷開時報警器發(fā)聲 D．S1閉合、S2斷開時報警器發(fā)聲 解析：題目中給出了“與”門的符號，表示為“與”門電路，那么只有輸入端均為“1”時，報警器才發(fā)聲。在電路的輸入端標上字母A、B，如圖所示，當S1閉合時，A接+5 V，為高電勢，即A輸入為“1”，當S1斷開時，R1無電流通過，A點電勢為0 V，輸入為“0”；同理，S2斷開，R2無電流，電勢為+5 V，為高電勢，B輸入“1”，

13、S2閉合，B輸入為“0”，由真值表可看出，只有A、B輸入均是“1”時，輸出才是“1”，這樣，S1應閉合，S2應斷開，報警器才會響。 A B Z 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 答案：D 【例5－2】如圖所示是一種應用邏輯電路制作的簡易走廊燈電路圖，R0是一個光敏電阻，當走廊里光線較暗時或是將手動開關S接通時，燈都會亮。則在電路圖的虛線框內(nèi)的門電路應是________門。當有光照到光敏電阻R0上時，門電路的輸入端B是________電勢。 解析：手動開關接通時，在A端輸入高電位；有光線照射時，光敏電阻的阻值較小，與R1串聯(lián)后分得的電壓小

14、，B端輸入低電位。所以S閉合，A輸入“1”。斷開S，A輸入“0”，光照射強時，B輸入“0”，光照射弱時，B輸入“1”。電路要求光線較暗或手動開關S接通時，燈都會亮，因此為“或”門。 答案：或　低 【例5－3】某同學設計了一個路燈自動控制門電路，如圖所示，天黑了，讓路燈自動接通，天亮了，讓路燈自動熄滅。圖中RG是一個光敏電阻，當有光線照射時，光敏電阻的阻值會顯著地減小。R是可調(diào)電阻，起分壓作用。J為路燈總開關——控制繼電器(圖中未畫路燈電路）。關于此電路，正確的是(　　） A．天黑時，RG增大，A為高電位，Y為低電位，J使路燈亮 B．天黑時，RG增大，A為低電位，Y為高電位，J使路燈

15、亮 C．R調(diào)大時，傍晚路燈亮得早一些 D．R調(diào)大時，傍晚路燈亮得晚一些 解析： 選項 正誤 解析 A × A點電勢φA＝R，天黑時，光敏電阻RG阻值增大，A為低電位，“非”門輸出端Y為高電位，繼電器工作，使路燈亮起 B √ C D R調(diào)大時，UA增大，假設此時輸入端為高電位，“非”門輸出端為低電位，路燈不亮，只有當天再晚一些，光敏電阻的阻值再大一些，R的分壓才會降低，當φA為低電壓時，輸出為高電壓，繼電器J工作，路燈變亮 D √ 答案：BD 點評：(1）電路中RG和R串聯(lián)，A點電勢即R的分壓，“非”門電路對電勢影響可不計。 (2）R為靈敏度調(diào)節(jié)電阻，其效果

16、可用假設法判斷。 6．組合邏輯電路 “與”門、“或”門和“非”門在邏輯電路中是最小的結(jié)構(gòu)單位，用這三個基本門電路通過各種組合方式，可以達到不同的設計要求，從而可以組合成更加復雜的邏輯電路。 (1）“與非”門 ①構(gòu)成：把一個“與”門的輸出端接入一個“非”門的輸入端，如圖所示。 ②“與非”門真值表： 輸入 一級輸出 最終輸出 A B Z0 Z 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 ③“與非”門電路符號：如圖所示。 (2）“或非”門 ①構(gòu)成：把一個“或”門的輸出端接入一個“非”門的輸入端，如圖所示。

17、 ②“或非”門真值表： 輸入 一級輸出 最終輸出 A B Z0 Z 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 ③“或非”門電路符號：如圖所示。 (3）“與或”門 ①構(gòu)成：把一個“與”門的輸出端接入一個“或”門的輸入端，如圖所示。 ②“與或”門真值表： 輸入 一級輸出 最終輸出 A B C Z0 Z 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 0

18、 1 1 1 1 1 1 1 (4）“與或非”門 ①構(gòu)成：把一個“與或”門的輸出端接入一個“非”門的輸入端，如圖所示。 ②“與或非”門真值表： 輸入 一級輸出 二級輸出 最終輸出 A B C Z0 Z1 Z 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 【例6－1】在舉重比賽中，有甲、乙、丙三名裁判，其中甲為主

19、裁判，乙、丙為副裁判，當主裁判和一名以上(包括一名）副裁判認為運動員上舉合格后，才可發(fā)出合格信號，試列出真值表。 解析：判斷三個裁判之間的邏輯關系是解題的關鍵，乙和丙有“或”關系，甲和乙、甲和丙有“與”關系。 設甲、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Y，并且對于A、B、C設：上舉合格為邏輯“1”，不合格為邏輯“0”，對于Y設：上舉合格為邏輯“1”，不合格為邏輯“0”。 根據(jù)題意綜合上述假設列出真值表如下表所示： A B C Y 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0

20、 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 答案：見解析 解技巧 本題中邏輯關系不是單一的“與”“非”“或”的關系，而是一種復合邏輯關系，即兩名副裁判之間滿足“或”邏輯關系，其運算結(jié)果又與主裁判之間滿足“與”邏輯關系，這種復合邏輯關系在日常生活中是常見的。 【例6－2】在鐵路與公路的交叉路口安裝有自動控制的信號燈。當火車來的時候信號燈亮，火車過去時信號燈滅。如圖是這種信號燈的控制電路圖。S1、S2為兩個光控開關，光照到時接通，沒照到時斷開。只有兩個開關都接通時，信號燈才是滅的。請在虛線框內(nèi)畫出符合要求的門電路符號。 解析：開關閉合時輸入為高電勢，燈亮時輸出為高電勢

21、。所以開關閉合為“1”，斷開為“0”，燈亮為“1”，燈滅為“0”，則此時門電路的真值表應為： A B Y 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 此為與非門真值表，所以框內(nèi)應為。 答案： 【例6－3】如圖所示，用1表示有信號輸入，用0表示無信號輸入，用1表示有信號輸出，用0表示無信號輸出，則當A、B、C的輸入分別為0、1、0時，在輸出端Y的結(jié)果是(　?。? A．0　　　　 B．1 C．0或1 D．無法確定 解析： 答案：B 解技巧 對復合門問題的分析需注意以下兩點：一是按門的順序分析，二是輸入條件考慮全面，避免出現(xiàn)遺漏，尤其是在填寫真值表時，更應注意。 9