2024-2025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学案沪科版选修3-1

逻辑电路与集成电路

学习

目标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.

》预习导学，的短第梳理知识•夯实基础.

一、逻辑电路

1.“与”门电路：假如一个事务和几个条件相联系，当这几个条件都满意后，该事务才

能发生，这种关系叫做“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.如右图所示.

B——

2.“或”门电路：假如几个条件中，只要有一个条件满意，事务就会发生，这种关系叫

“或”逻辑关系,具有这种逻辑关系的电路叫“或”门Ej■路,简称“或”门.如右图所示.

4吟1榆出,

B—\-Z

3.“非门”电路：假如条件满意时事务不能发生，而条件不满意时，事务就能发生，即

输出状态和输入状态呈相反的逻辑关系，这种关系叫二韭二逻辑关系，具有这种逻辑关系的

电路叫“非”门.如右图所示.

-i-

A一JZ

iA|I»Ht

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，这应当是“与”逻辑关系.

2.电热水器中水箱水位水温的自动限制是由分别接入的水位传感器和温度传感器完成

的，只有当水箱充溢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“与”门

电路.

3.简洁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：

“或”门电路,因车有多个车门.

三、集成电路

1.白真空电子管独创以来，电子器件的发展经验了五代.

第一代为电子管,其次代为晶体管,第三代为集成电路,第四代为大规模集成电路,第

五代为超大规模集成甩路.

2.集成电路是将二极管、三极管、电阻和电容等元件,依据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、具有肯定功能并经过封装而制成的电路.

3.集成电路与由分立兀件组装的一般电路相比，具有里量轻、体积小、性能好和省电等

多项明显优势.

＞要点探究'既争目⑥突破疑难•讲练提升.

要点1三种门电路的对比

学案导引

1.逻辑电路的最基本构成是什么？

2.怎样推断“与”“或”“非”n?

门电路

类比电路图逻辑关系

种类

两个开关都闭合是灯亮的充

分必要条件，逻辑关系可示意

“与”门

A

为B=C

两个开关都闭合是灯凫的允

分但不必要条件，逻辑关系可

“或”门示意为

逻辑关系表示为n=一。，。表

“非”门示结果成立，一。表示结果不

成立

如图所示为三个基本逻辑电路的符号，/?输入端全为“1”，8输入端全为“0”.以

下推断正确的是（）

4口°

甲乙丙

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］依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”，力错：乙为“或”逻辑电路符号，力输入端为“1”，8输入端为“0”时，输出

为“1”，B对，C错；内为“与”逻辑电路符号，力输入端为“】"，/，输入端为“0”时，输

出为“0”，D错.

［答案］B

值国圆i

分析逻辑电路时应留意

（1）熟记“与”“或”“非”三种门电路的逻辑关系：

（2）精确分析条件与结果之间的逻辑关系；

（汾依据门电路的特点正确嬉写直值表.

1.在登录你的电子信箱（或须）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，要完成这个事务（登录胜利），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.在登录电子唁箱时，只有用户名和对应的密码同时正确才能胜利，反映的

逻辑关系是Y=AXB,所以为“与”逻辑关系.

萼点2基本门电路的符号与真值表

1.“与”门

符号如图所示：

A-~

“与”门的真•值表

输入结果

ABZ

000

010

100

111

2.“或”门

符号如图所示：

A—二］

——Z

B——

“或”门的真值表

输入结果

ABZ

011

101

000

111

3.“非”门

符号如图所示:

A—

“非'’门的真值表

输入结果

AZ

01

10

。特别提醒（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，不表示详细数字.

⑵逻辑“1”和“0”的确定

“I”''。”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，一般是高电玉为“1”，低电压为“0”；

对详细的数字电路来说，电压高于某一值时为“1”，低于某一道时为“0”.

1<2如图所示，表示输入端小8的电势随时间的改变关系，完成下题.求：“与”门

电路的输出电压Z随时间改变的关系.

［思路点拨］一般状况下，用“1”来表示高电位，“0”表示低电位，只有正确地列出真

值表，找出力、力的逻辑关系，才能列出Z的真值表，画出员随时间改变的关系.

［解析］先作出从B、Z的真值表，然后再确定输出Z与时间的改变关系

力（打）伙丛）Z

111

100

010

1]1

000

111

010

010

100

所以历随时间改变如图所示：

Uz

［答案］见解析

写真值表应留意：

(1)“与”门电路特点

①“与”门反映的逻辑关系：Z=AXB；

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21，则输出肯定为“1”.

(3)“非”门电路特点

①“非”门反映的逻辑关系：Z=4

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()

A.“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意后，事务才能发生，故是‘'与''逻

辑关系，门电路为'‘与"门电路，选项C止确.

要点3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•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.

矍产口^一化为:

其真值表为

输入输出输入输出

4KZAz/

00001

01001

10001

11110

(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.

肥了可简化流工

其真值表为

输入输出输入输出

4BiZAzZ

00001

01110

10110

11110

2.逻辑电路实际应用的分析

(1)逻辑电路在实际中行着广泛的应用，有些试题往往要求通过设计一些简沾的门电路完

成相关的逻辑功能，要对口电路的种类进行精确地选取，这就要求：

①精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）门电路的问腮分析中，门电路往往要和一些常'用的电学兀件（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改变（开关的通断、电阻的

改变等）实现门电路输入端的电压改变，即电势的凹凸改变，从而通过门电路的输出端达到限

制电路的目的，因此在分析这类问题时，除娴熟驾驭各种门电路的作用外，还要娴熟的驾驭

电路的动态改变规律的分析，消确推断出电路中，尤其是门电路部分的电势凹凸的改变，从

而达到正确解决问题的目的.

砺如图所示，一个三输入端复合门电路，当输入为101时，

输出为叱（选填“0”或“1"）/…

［思路点拨］“与”门的输出又作为''或"门的一个输入，浓据逻辑c-：----------l-JT

关系依次推断.

［解析］力、2?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依据“或”门的特点，最终应输出1.

［答案］1

团国周EQ

对于有多个门电路组成的熨合门电路，推断其输出结果时，要依据肯定的依次，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o表示无信号输入，用1表示有

信号输出，用。表示无信号输出，则当从氏C的输入分别为D、1、0时，在输出端V的结

果是（）

A.0B.1

C.0或1D.无法确定

解析:选B.46输入分别为0、1,由“或”门逻辑关系知“或”门将输出1.。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】，为1,B正确，A、C、D错误.

》疑难突破，念㊅③g以例说法•触类旁通

典型问题一一逻辑电路的设计及应用

范例（12分）如图所示是•个火灾报警装置的逻辑电路图.凡是

一个热敏电阻，低温时电阻值很大，高温时电阻值很小，〃是一个阻

值较小的分压电阻.犷飞电代

ov

(1)要做到低温时电铃不响，火灾时产生岛温，电铃响起.在图中虚线处应接入怎样的兀

(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，户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)理解电铃响起的缘由：

(3)理解灵敏度的意义.

［解析］(1)温度较低时用的阻值很大，兄比此小得多，因此只X之间电压较大，要求

此时电铃不响，表明输出给电玲的电压应当较小，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,的阻值减小,P、才之间电压降低，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，若万较大，由于它的分压作用，尼两端的电压不太高，则外界温度

不太高时，就能使A1之间电压降到低电压输入，电铃就能响，因此〃较大些，反应较灵敏.(4

分)

［答案］⑴“非”门(2)见解析(3)"应大些

值园四明

(1)从逻辑关系入手，必需同时具备的为“与”逻辑，几者从又其一的为“或”逻辑，否定

关系的为“非”逻辑.

(2)探讨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.

随堂演练，◎⑥收协以练促学•补短场长.

［随堂检测］

1.下列说法正确的是()

A.逻辑电路就是数字电路

B.逻辑电路可存在两种以上的状态

C.集成电路由二种最基本的门电路构成

D.集成电路牢靠性高、寿命长，但耗电量高

解析：选A.逻辑电路即为数字电路，门电路是基本数字电珞，而数字电路是由三种最基

本的门电路构成的，故选项A正确.

2.下表是某逻辑电路的真值表，该电路是图中的()

输入输出

001

011

101

110

口&--=LMI-LL>-=W-LU0-

ARCD

解析：选I）.依据该逻辑电路的真值表可以推断，该门电路是一个“与”门电路和一个

“非”门电路的组合，故选项）正确.

3.如图所示为逻辑电路，依据电路图完成它的真值表.其输出端从上到下排列，结果正确

的是（）

x&

—C

输入输出

ABc

00

01

10

11

A.0,0,1,0B.0,0,h1

C.1,0,b0D.0,0,0,1

解析：选A.由图示逻辑电路知4输入先通过“非”门电路，输出后与月组成“与”门电

路输出，依据其逻辑关系输出应为0,0,1,0,故选项A正确.

4.如图所示的三个电路是用基本门、蜂鸣器组成的简易限制电路，当在力输入高电势时,

能使蜂鸣器发声的是（)

蜂鸣

A

(1)

A.只有（1）B.只有(2)

C.只有(3)D.(1)、(2)、(3)

解析：选B.（1）逻辑电路为“与”门，两个输入端分别为高电势和低电势，故输出端为

低电势，蜂鸣器不发声.（2）逻辑电路为“或”门，由于A为高电势，故输出端为高电势，蜂

鸣器发声.（3）逻辑电路为“非”门，由于输入端A为高电势，故输出端为低电势，蜂鸣器不

发声.故正确的选项为B.

5.如图所示，低甩位报警器由两个基本的门电路甲、乙与蜂FT】K蜂鸣器

鸣器组成，该报警器只有当输入电压过低时蜂呜器才会发出警报.其中（

A.甲是“与”门,乙是“非”

B.甲是“或”门，乙是“非”门

C.甲是“与”门，乙是“或”门

D.甲是“或”门，乙是“与”门

解析：选B.若甲是“与”门，乙是“非”门，不管输入电压为低电压还是高电压，经过

“与”门后输出为低电压，经过“非”门后输出高电压，蜂鸣器都会发出警报，故A错误.若

甲是“或”门.乙是“非”门.当输入电乐为低电乐,经过“或”门输出为低电压,经过“非”

门输出为高电压，蜂鸣器发出警报，当输入为高电压，经过''或"门输出为高电压，经过“非”

门输出为低电压，蜂鸣器不发出警报，故B正确.乙不会是“或”门和“与”门，故C、D错

误.

6.图是由两个简洁的门电路组成的逻辑电路，对应的真值表中_________；……：

A1__，:=

X应为________（选填“1”或“0”），虚线框应为“________”门8—1U:

——D........

电路.

输入输出

ABZ

000

01X

101

110

解析：8端先接入了一个“非”门电路，故其值表中“所在的列所对应的“0”进入虚线

框内前变成了“1”，“1”则变成了“0”，则虚线框中门电路所实际对应的真值表如下表所

示.视察已知的逻辑关系，只有“与”门电路的逻辑关系能满意这样的特点，故表中I应为

“0”.

输入输出

ADZ

010

000

111

100

［课时作业］

一、单项选择题

1.联合国安理睬每个常任理事国都拥有推翻权，只要有•个常任理事国投反对票，提案

就不能通过，假设设计一个表决器，’常任埋事国投反对票时输入“0”，投赞成票或弁权时输

入“1”，提案通过为“1”，通不过为“0”，则这个表决器应具有哪种逻辑关系（）

A.与B.非

C.或D.与非

解析：选A.安理睬常任理事国只要有一个国家投反对票，提案就不能通过，也就是在逻

辑关系中，有一个输入端是“C”，输出端就是“0”，所以表决器具有“与”逻辑关系.

2.隧道里有一个报警器，在隧道的两端各有一个开关，在出现险情时要求不论接通哪一

个开关都能使警报器报警，那么应设计的电路为（）

A.“与”门电路B.“或”门电路

C.“非”门电路D.上述答案都有可能

解析：选B.要求无论接通哪一个开关都能使警报器报警，这体现了“或”逻辑关系，故

选项B正确.

.如图所示由门电路组成的电路，输出端为，指示灯£亮，输

3“1”A__1R

-MII吟

出端为“0”，指示灯£不亮，现要使灯£亮，则月、8两输入端分别是（）B—I__

A.B."0”“0”

C.D.

解析：选B.要使灯£亮，“非”门的输出应当为“1”，故“非”门的输入为“0”，故

“或”门的两个输入端都应当为“0”.

4.有一逻辑门电路的真值表，试推断这是一个什么类型的逻辑门电路（）

A.“与”门

C.“或”门

解析：选B.由该逻辑门电路的真值表可以看出输出端与输入端是相反的关系，故B正确.

5.如图为含逻辑电路的一个简洁电路图，L为小灯泡.光照耀光敏电r--------Wv

阻时，其阻值*将变得远小于尼当光照耀光敏电阻时，贝h）牛e

A.用两端的电势差变小

B.R'两端的电势差变大IP

C.小灯泡£发光

D.小灯泡£不发光

解析：选C.当电阻尸受到光照时，其阻值将变得远小于".则〃两端的电势差大，R

两端间的电势差小.故A、B错误；该逻辑电路为“非”门电路.“非”门的特点是输出状态和

输入状态相反，当电阻川受到光照时，其阻值将变得远小于凡则”两端的电势差大，川

两端间的电势差小，则输入端为低电势，那么输出端为高电势，故a点电势为高电势，小灯

泡/，发光.故C止确，1）错误.

6.在车门报警电路中，两个按钮开关分别装在汽车的两扇门上，只要有开关处于断开状

态，报警灯就发光，能实现此功能的电路是（)

5V

0V

0V

D

解析•：选D.实现车门报警的电路应当是“或”门电路，而A、B是“与"门电路，A、B

错误：C、D图是“或”门电路，但C中，5、£均断开时，灯泡不亮，不能起到报警作用，D

正确.

二、多项选择题

7下列是逻辑关系真值表中的一些数值的说法，其中正确的是（）

A在“与”门中,当S=0、£=1时，0=0

B在“或”门中,当S=0、S1=1时，右0

C在“或''门中,当S=l、S=O时，Q=\

D在“非”门中,当输入为“0”时，输出必为“1”

解析：选ACD.依据逻辑门电路的特点可知，对“与”门，的事务都满意后才能成立，故

A对，“或”门电路，只有一个满意则成立，故C对，B错，“非”门中两种关系相反，故D对.

8.图为一极管所构成的逻辑电路，/、“为输入端，Y为输出端（设输Di

入、输出端高电位为1，低电位为0）,则下列说法正确的是（）

A./=0、Q0时,K=1

R

B./=0、B=\时,K=0X

C.4=1、-0时，)=1

D.力=1、5=1时，Y=\

解析：选CD.当析8有一个为高电位1时，对应二极管导通，导通二极管与〃串联，有

电流流过此发两端有电压，产为高电位1,题图为“或"门电路，C、D正确.

9.下列关于逻辑电路的说法中正确的是（）

A.假如一个事务的几个条件都满意后，该事务才能发生，这种关系叫“与”逻辑关系

B.假如几个条件中，只要有一个条件得到满意，某事务就会发生，这种关系叫“与”逻

辑关系

C.一个门上有三把钥匙，每把钥匙都能单独开门，它体现了“或”逻辑关系

D.输出状态和输入状态相反的逻辑关系，叫做“或”逻辑关系

答案：AC

10.某同学设计了一个路灯自动限制门电路，如图所示，天黑了，让路

?+12V

灯自动接通，天亮了，让路灯自动熄灭.图中必是一个光敏电阻，当有光照

耀时，光敏电阻的阻值会显著地减小，是可调电阻，起分压作用.，为路灯

总开关一一限制继电器（图中未画路灯电路）.关于此电路，下列说法正确的

是（）

A.天黑时，是增大，力为高电位，Z为低电位，J使路灯亮

B.天黑时，尤增大，/为低电位，Z为高电位，，使路灯亮

C./?调大时，傍晚路灯亮得早一些

1）.〃调大时，傍晚路灯亮得晚一些

解析：选BD.当光照变弱时间敏电阻尼的阻值变大，分担的电压大，则门电路获得的电

势低，“非”门电路输入端电压变小，继电器得到的电压变高，路灯被点亮，所以B对，A错;

在相同的光照状况下，若电阻力增大，使得"分得的电压变大，使“非”门电路的输入端电

压变大，继电器得到的电压偏低，路灯不被点亮.只有更晚一些，天色更暗时，光敏电阻更大

一些，门电路获得的电势低，“非”门电路输入端电压