四識(shí)簡(jiǎn)單邏輯電路

余寶英

（福建省建寧縣第一中學(xué)，福建建寧 354500）

引 言

邏輯電路內(nèi)容是大學(xué)物理中一塊重要的內(nèi)容，也是與計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)有關(guān)的內(nèi)容。由于中學(xué)階段涉及基本電路識(shí)別、電勢(shì)高低判斷和邏輯分析，教師普遍覺得難教，多數(shù)學(xué)生聽了也是懵懵懂懂。怎樣才能真正改變這一狀況呢？通過教學(xué)實(shí)踐探索發(fā)現(xiàn)，引導(dǎo)學(xué)生從以下四個(gè)方面出發(fā)認(rèn)識(shí)和了解簡(jiǎn)單邏輯電路，可有效地突破重難點(diǎn)。

一、初步認(rèn)識(shí)和了解簡(jiǎn)單邏輯電路

邏輯電路經(jīng)常涉及“電位”“電平”“電勢(shì)”稱謂，這三種稱謂意思相同，其高低均是相對(duì)電路中的“地”或零電勢(shì)點(diǎn)而言的，而電路中的“地”是人為設(shè)定、相對(duì)而言的。

“與”門、“或”門、“非”門這三種簡(jiǎn)單邏輯電路中提到的“門”是指“門電路”。這三種門電路均只有一個(gè)輸出端，“與”門和“或”門至少有兩個(gè)輸入端，而“非”門只有一個(gè)輸入端。當(dāng)電路輸入端為高電勢(shì)或低電勢(shì)時(shí)，相應(yīng)門電路的輸出端會(huì)相應(yīng)加高電勢(shì)或低電勢(shì)，使負(fù)載完成某項(xiàng)功能。至于某一門電路輸出端處于什么電勢(shì)，取決于門電路類型和輸入端電勢(shì)高低。

二、進(jìn)一步認(rèn)識(shí)和了解簡(jiǎn)單邏輯電路

1.真值表與高、低電勢(shì)

無論輸入端還是輸出端，真值表標(biāo)1，均表示該端點(diǎn)為高電勢(shì)；而如果輸入端、輸出端真值表標(biāo)0，均表示該端點(diǎn)為低電勢(shì)。

2.三類門電路符號(hào)和對(duì)應(yīng)真值表

（1）門電路框格中，“＆”是“與”門標(biāo)志，符號(hào)是圖1，對(duì)應(yīng)真值表是表1。

圖1

表1 “與"門標(biāo)志對(duì)應(yīng)真值

（2）門電路框格中，“1”是“非”門標(biāo)志，符號(hào)是圖2，常見有圖2（a）（b）兩種表示方式，對(duì)應(yīng)真值表是表2。

圖2

表2 “非"門標(biāo)志對(duì)應(yīng)真值

（3）門電路框格中，“≥1”是“或”門標(biāo)志，對(duì)應(yīng)符號(hào)是圖3，常見有圖3（a）（b）兩種表示方式，對(duì)應(yīng)真值表是表3。

圖3

表3 “或”門標(biāo)志對(duì)應(yīng)真值

在圖1、圖2、圖3中，左邊字母A、B均代表輸入端，右邊字母Y代表輸出端。

3．通過真值表了解“與”“或”“非”邏輯外的準(zhǔn)確語義

（1）“與”文字上有“均”“都”意思，準(zhǔn)確意思是“輸入端均（都）為高電勢(shì)時(shí)，輸出端才為高電勢(shì)，否則輸出端為低電勢(shì)”。

（2）“或”文字上有“或者”意思，準(zhǔn)確意思是“輸入端A或者B（或者C等）中只要有一個(gè)為高電勢(shì)，輸出端即為高電勢(shì)”。

（3）“非”文字上有“反”意思，準(zhǔn)確意思是“輸入端和輸出端電勢(shì)是反過來的”，也即輸入端為高（低）電勢(shì)，則輸出端反過來為低（高）電勢(shì)。

三、加深對(duì)簡(jiǎn)單邏輯電路了解和認(rèn)識(shí)

開關(guān)閉合后輸入端與電源正極或高電勢(shì)點(diǎn)相接，輸入端接高電勢(shì)；開關(guān)閉合后輸入端與地或低電勢(shì)點(diǎn)相接，輸入端接低電勢(shì)。對(duì)于輸出端所接元件來說，通常輸出端加高電勢(shì)，能給元器件供電，元器件便正常工作，可完成某項(xiàng)功能。

若電路存在二極管，二極管正極電勢(shì)比負(fù)極電勢(shì)高時(shí)二極管才導(dǎo)通，此時(shí)理想二極管正負(fù)極之間無電勢(shì)差。而當(dāng)二極管正極電勢(shì)比負(fù)極電勢(shì)低時(shí)，二極管截止（也即不導(dǎo)通），負(fù)極比正極電勢(shì)可能高出許多。電路輸入和輸出端點(diǎn)電勢(shì)是高還是低，必須根據(jù)電路和二極管導(dǎo)通情況進(jìn)行分析判斷。

例1 ： 圖4為由二極管所構(gòu)成的邏輯電路，A、B為輸入端，X為輸出端（設(shè)輸入、輸出端高電位為“1”，低電位為“0”），則下列說法中正確的是（ ）。

A．A＝0、B＝0時(shí)，X＝1

B．A＝0、B＝1時(shí)，X＝0

C．A＝1、B＝0時(shí)，X＝1

D．A＝1、B＝1時(shí)，X＝1

圖4

分析：設(shè)圖4電阻下端為地，電勢(shì)（電位）為0V。當(dāng)A（或B）輸入端為低電位0V時(shí)，對(duì)應(yīng)的二極管D1（或D2）截止，無電流流經(jīng)二極管D1（或D2）和電阻，電阻兩端電壓為零，X與地等電勢(shì)，為低電位。而當(dāng)A（或B）輸入端為高電位時(shí)，對(duì)應(yīng)的二極管D1（或D2）可以導(dǎo)通，有電流經(jīng)過二極管D1（或D2）和電阻，二極管兩端幾乎等電勢(shì)，輸出端X也幾乎與A（或B）等電勢(shì)，即也為高電位。因此，只要A或者B其中有一個(gè)為高電位，輸出端X便為高電位。由于涉及的邏輯關(guān)系是“A或者B其中一個(gè)”，因此圖4兩只二極管組成“或”門電路。故A、B真值只要出現(xiàn)一個(gè)1，輸出端X真值即為1，選項(xiàng)C、D正確。

四、引導(dǎo)學(xué)生熟練拆分復(fù)雜電路和真值表，全面認(rèn)識(shí)和了解簡(jiǎn)單邏輯電路

一些門電路看似復(fù)雜，其實(shí)是由簡(jiǎn)單邏輯電路組合而成的。處理相關(guān)問題的時(shí)候，先將復(fù)雜電路拆分為幾個(gè)簡(jiǎn)單邏輯電路，再將真值表進(jìn)行相應(yīng)拆分處理，最后進(jìn)行合并，可以快速解決組合式邏輯電路問題。

例2 ：圖5是由“與”門、“或”門和“非”門三個(gè)基本邏輯電路組成的一個(gè)組合邏輯電路，A、B、C為輸入端，Z為輸出端，請(qǐng)完成表4的真值表。

圖5

表4 組合邏輯電路真值

分析：圖5是組合式邏輯電路，“或”門和“非”門的輸出端是最后“與”門的輸入端。處理這類問題的時(shí)候，可將原電路拆分為三個(gè)獨(dú)立門電路，再將原真值表先拆分后合并，這樣不易出現(xiàn)混亂。設(shè)“或”門輸出端為D，“非”門輸出端為E，先將表5拆分為“或”門真值表和“非”門真值表，先得出它們相應(yīng)輸出端D、E真值，再將D、E真值作為最終“與”門輸入端真值，得出合并后的真值Z，問題便可以迎刃而解。

結(jié) 語

由上可見，通過引導(dǎo)學(xué)生把握門電路的文字含義，引導(dǎo)學(xué)生識(shí)別門電路符號(hào)、真值表，以及“與”“或”“非”的真正內(nèi)涵和門電路的等效性，引導(dǎo)學(xué)生熟練判定輸入輸出端電勢(shì)高低，引導(dǎo)學(xué)生熟練拆分復(fù)雜電路和真值表，幫助學(xué)生逐步深入學(xué)習(xí)、理解邏輯電路內(nèi)容，突破重難點(diǎn)。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 胡志安.《簡(jiǎn)單邏輯電路》教學(xué)中碰到的兩個(gè)障礙[J].物理教學(xué)探討,2012,(10):36.