高中物理 第四章 闭合电路欧姆定律和逻辑电路 第4节 逻辑电路与自动控制知识导航素材 鲁科版选修3-1（通用） 7页

第4节 逻辑电路与自动控制 ‎ 思维激活 ‎1.十字路口的红绿灯是我们非常熟悉的，你知道红绿灯交替亮灭的原理是什么吗？‎ ‎2.有一种声控感应灯出现在我们的日常生活中，像住宅楼中楼梯间的灯，在有光或者没有声音时，灯都不会亮，而在无光有声音时，灯就会自动点亮，你能自己探索一下逻辑关系吗？‎ 答案：1.提示：红绿灯电路就是将简单的门电路组合起来的逻辑电路，应用的就是门电路原理.‎ ‎2.提示：与非门原理.‎ 自主整理 ‎1.简单的逻辑电路 处理数字信号的电路叫做数字电路.数字电路主要研究电路的___________功能.逻辑电路是由___________电路构成的.逻辑电路的信号只有两种状态：一是___________状态，用1表示；一是___________状态，用0表示.按输入、输出关系的不同，可以将基本的逻辑门电路分为___________门、___________门、___________门等.‎ ‎(1)“与”门：如果有一个是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___________电路，简称“与”门.‎ ‎(2)“或”门：若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___________电路，简称“或”门.‎ ‎(3)“非”门：输出状态和输入状态呈相反的逻辑关系，叫做“非”关系，具有“非”逻辑关系的电路被称为___________电路，简称“非”门.‎ ‎2.逻辑电路的运用 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___________逻辑电路.‎ ‎3.半导体集成电路的发展 以半导体材料为基片，将组成电路的各种元件(如：电阻、电容、二极管等)和连线集成在同一基片上，成为具有一定功能的电路系统，这就是___________电路.它具有分立元件无可比拟的优点.‎ 答案：1.逻辑 基本逻辑门 高电位 低电位 “与” “或” “非”‎ ‎(1)“与”门 (2)“或”门 (3)“非”门 ‎2.“与”‎ ‎3.集成 高手笔记 ‎1.对三种基本逻辑电路的理解 ‎(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“与”逻辑关系.具有这种逻辑关系的电路称为“与”门电路，简称“与”门.如图，若把电键A闭合作为条件A满足，把电键B闭合作为条件B满足，把电灯L亮作为结果C成立，则“与”逻辑关系可以示意为：‎ ‎(2)“或”门电路 若一个事件和几个条件相联系，当这几个条件中有一个满足，事件就会发生，这种关系叫“或”逻辑关系，具有这种逻辑关系的电路称为“或”门电路，简称“或”门.如图，若把电键A闭合当作条件A满足，把电键B闭合当作条件B满足，把电灯L亮当作结果C成立，则“或”逻辑关系可以示意为：‎ ‎(3)“非”门电路 设正常逻辑关系为：当条件A满足时，结果C发生；当条件A不满足时，结果C不发生.与正常逻辑关系相反，如果条件A满足时，结果C不发生；条件A不满足时，结果C发生，这种关系叫“非”逻辑关系.具有这种逻辑关系的电路叫“非”门电路，简称“非”门.如图，若把电键A闭合当作条件A满足，把电灯亮当作结果C成立，把电灯L灭当作结果-C成立，则正常逻辑关系为：A-C ‎2.各种基本的门电路的符号与真值表 ‎(1)“与”门 符号：‎ ‎“与”门的真值表 输入 结果 A B Z ‎0‎ ‎0‎ ‎0‎ ‎0‎ ‎1‎ ‎0‎ ‎1‎ ‎0‎ ‎0‎ ‎1‎ ‎1‎ ‎1‎ ‎(2)“或”门 符号：‎ ‎“或”门的真值表 输入 结果 A B Z ‎0‎ ‎0‎ ‎0‎ ‎0‎ ‎1‎ ‎1‎ ‎1‎ ‎0‎ ‎1‎ ‎1‎ ‎1‎ ‎1‎ ‎(3)“非”门 符号：‎ ‎“非”门的真值表 输入 结果 A Z ‎0‎ ‎1‎ ‎1‎ ‎0‎ 名师解惑 二极管“与”门电路的工作原理 剖析：A、B为输入端，Z为输出端.而A、B端都可以接高电位或低电位，据此可以画出其两种等效电路图如图(1)(2)所示.‎ 如图(1)所示，当脉冲电源使得其中一个输入端(如B端)为低电压(0 V)时，二极管DB导通，DB输出端Z=0(近似为0，实际上为二极管的正向电压降，硅管约0.7 V，锗管约0.3 V)；如果输入端A为低电位(0 V)时，二极管DA导通，输出端也是Z=0；当输入端A和B为低电位(0 V)时，二极管DA和DB都导通，输出端仍是Z=0.‎ 如图(2)所示，当输入端A和B为高电位(3 V)时，二极管DA和DB都不导通，这时输出端Z的电压为电源电压，即为高电位Z=3 V.‎ ‎(1)‎ ‎(2)‎ 讲练互动 ‎【例】 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：设甲、乙、丙三名裁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”.‎ 根据题意及上述假设列出真值表如下表所示.‎ A B C Z ‎0‎ ‎0‎ ‎0‎ ‎0‎ ‎0‎ ‎0‎ ‎1‎ ‎0‎ ‎0‎ ‎1‎ ‎0‎ ‎0‎ ‎0‎ ‎1‎ ‎1‎ ‎0‎ ‎1‎ ‎0‎ ‎0‎ ‎0‎ ‎1‎ ‎0‎ ‎1‎ ‎1‎ ‎1‎ ‎1‎ ‎0‎ ‎1‎ ‎1‎ ‎1‎ ‎1‎ ‎1‎ 绿色通道 实际问题中的逻辑关系，可分别用数字“‎1”‎和“‎0”‎简单表示事件的两种相反结果.‎ 变式训练 某单位的保险柜上有三把锁，三把锁的钥匙分别由经理、会计和出纳三人掌管，三人同时到位时才能把保险柜打开，请你根据这些情况列出真值表.‎ 解析：三个人员分别用A、B、C表示，结果用Z表示.到位的逻辑值为“1”，不到位的逻辑值为“0”，打开锁的逻辑值为“1”，打不开的逻辑值为“0”.真值表如下：‎ A B C Z ‎0‎ ‎0‎ ‎0‎ ‎0‎ ‎0‎ ‎0‎ ‎1‎ ‎0‎ ‎0‎ ‎1‎ ‎0‎ ‎0‎ ‎0‎ ‎1‎ ‎1‎ ‎0‎ ‎1‎ ‎0‎ ‎0‎ ‎0‎ ‎1‎ ‎1‎ ‎0‎ ‎0‎ ‎1‎ ‎0‎ ‎1‎ ‎0‎ ‎1‎ ‎1‎ ‎1‎ ‎1‎ 体验探究 问题：夜晚停电时，楼道里没有灯会很危险，你能通过本节所学的知识，设计一个简单的楼道应急灯的控制电路吗？(只需作出简单的原理图即可)‎ 导思：楼道应急灯应在停电时，即电网断电时亮，而在平时应该是不亮的，由此我们能够判断应该用非门电路来完成这个电路设计.‎ 探究：当电网停电时，应急灯自动打开，来电时，应急灯自动熄灭.图中R1、R2为分压电阻，以使门电路获得合适的电压，J是应急灯开关控制继电器(图中未画应急灯电路).电网停电时，门电路输入端的电势要减小，应急灯要点亮，必须有高电势输入才行，所以门电路的输出要求是高电势，所以此处门电路应为“非”门电路.此时，如电路中来电时，高电势输入，低电势输出门电路，应急灯不亮.‎