余宝英
(福建省建宁县第一中学,福建建宁 354500)
逻辑电路内容是大学物理中一块重要的内容,也是与计算机科学技术有关的内容。由于中学阶段涉及基本电路识别、电势高低判断和逻辑分析,教师普遍觉得难教,多数学生听了也是懵懵懂懂。怎样才能真正改变这一状况呢?通过教学实践探索发现,引导学生从以下四个方面出发认识和了解简单逻辑电路,可有效地突破重难点。
逻辑电路经常涉及“电位”“电平”“电势”称谓,这三种称谓意思相同,其高低均是相对电路中的“地”或零电势点而言的,而电路中的“地”是人为设定、相对而言的。
“与”门、“或”门、“非”门这三种简单逻辑电路中提到的“门”是指“门电路”。这三种门电路均只有一个输出端,“与”门和“或”门至少有两个输入端,而“非”门只有一个输入端。当电路输入端为高电势或低电势时,相应门电路的输出端会相应加高电势或低电势,使负载完成某项功能。至于某一门电路输出端处于什么电势,取决于门电路类型和输入端电势高低。
无论输入端还是输出端,真值表标1,均表示该端点为高电势;而如果输入端、输出端真值表标0,均表示该端点为低电势。
(1)门电路框格中,“&”是“与”门标志,符号是图1,对应真值表是表1。
图1
表1 “与"门标志对应真值
(2)门电路框格中,“1”是“非”门标志,符号是图2,常见有图2(a)(b)两种表示方式,对应真值表是表2。
图2
表2 “非"门标志对应真值
(3)门电路框格中,“≥1”是“或”门标志,对应符号是图3,常见有图3(a)(b)两种表示方式,对应真值表是表3。
图3
表3 “或”门标志对应真值
在图1、图2、图3中,左边字母A、B均代表输入端,右边字母Y代表输出端。
(1)“与”文字上有“均”“都”意思,准确意思是“输入端均(都)为高电势时,输出端才为高电势,否则输出端为低电势”。
(2)“或”文字上有“或者”意思,准确意思是“输入端A或者B(或者C等)中只要有一个为高电势,输出端即为高电势”。
(3)“非”文字上有“反”意思,准确意思是“输入端和输出端电势是反过来的”,也即输入端为高(低)电势,则输出端反过来为低(高)电势。
开关闭合后输入端与电源正极或高电势点相接,输入端接高电势;开关闭合后输入端与地或低电势点相接,输入端接低电势。对于输出端所接元件来说,通常输出端加高电势,能给元器件供电,元器件便正常工作,可完成某项功能。
若电路存在二极管,二极管正极电势比负极电势高时二极管才导通,此时理想二极管正负极之间无电势差。而当二极管正极电势比负极电势低时,二极管截止(也即不导通),负极比正极电势可能高出许多。电路输入和输出端点电势是高还是低,必须根据电路和二极管导通情况进行分析判断。
例1 : 图4为由二极管所构成的逻辑电路,A、B为输入端,X为输出端(设输入、输出端高电位为“1”,低电位为“0”),则下列说法中正确的是( )。
A.A=0、B=0时,X=1
B.A=0、B=1时,X=0
C.A=1、B=0时,X=1
D.A=1、B=1时,X=1
图4
分析:设图4电阻下端为地,电势(电位)为0V。当A(或B)输入端为低电位0V时,对应的二极管D1(或D2)截止,无电流流经二极管D1(或D2)和电阻,电阻两端电压为零,X与地等电势,为低电位。而当A(或B)输入端为高电位时,对应的二极管D1(或D2)可以导通,有电流经过二极管D1(或D2)和电阻,二极管两端几乎等电势,输出端X也几乎与A(或B)等电势,即也为高电位。因此,只要A或者B其中有一个为高电位,输出端X便为高电位。由于涉及的逻辑关系是“A或者B其中一个”,因此图4两只二极管组成“或”门电路。故A、B真值只要出现一个1,输出端X真值即为1,选项C、D正确。
一些门电路看似复杂,其实是由简单逻辑电路组合而成的。处理相关问题的时候,先将复杂电路拆分为几个简单逻辑电路,再将真值表进行相应拆分处理,最后进行合并,可以快速解决组合式逻辑电路问题。
例2 :图5是由“与”门、“或”门和“非”门三个基本逻辑电路组成的一个组合逻辑电路,A、B、C为输入端,Z为输出端,请完成表4的真值表。
图5
表4 组合逻辑电路真值
分析:图5是组合式逻辑电路,“或”门和“非”门的输出端是最后“与”门的输入端。处理这类问题的时候,可将原电路拆分为三个独立门电路,再将原真值表先拆分后合并,这样不易出现混乱。设“或”门输出端为D,“非”门输出端为E,先将表5拆分为“或”门真值表和“非”门真值表,先得出它们相应输出端D、E真值,再将D、E真值作为最终“与”门输入端真值,得出合并后的真值Z,问题便可以迎刃而解。
由上可见,通过引导学生把握门电路的文字含义,引导学生识别门电路符号、真值表,以及“与”“或”“非”的真正内涵和门电路的等效性,引导学生熟练判定输入输出端电势高低,引导学生熟练拆分复杂电路和真值表,帮助学生逐步深入学习、理解逻辑电路内容,突破重难点。
[参考文献]
[1] 胡志安.《简单逻辑电路》教学中碰到的两个障碍[J].物理教学探讨,2012,(10):36.