“简单逻辑电路”教学要略

丁卫东

(江苏省如皋中学,江苏如皋 226500)

“简单逻辑电路”教学要略

丁卫东

(江苏省如皋中学,江苏如皋 226500)

简单逻辑电路俗称门电路、数字电路,在中学阶段只要讲它的基本原理和简单应用.但是,由于逻辑电路与学生以前所学的直流电路有着明显的区别,存在着众多的不同,给教师的教和学生的学都带来了不少的麻烦,增加了教学的难度.通过教学实践,本人认为,要做好这一单元的教学,教师要做到如下几点:

1 注意两个不同

1.1 电路形式不同

“门电路”的电路形式不同于以前所学的“恒定电流”部分的电路形式,它更为强调的是逻辑运算,凸显的是“门电路”,因而不再强调“回路”的概念,甚至于对“门”自身的工作条件也不再强调.但是,学生对之前所学的电路有着根深蒂固的认识,他的“回路”意识很强,总是想找到一个回路,而对这一“不全”的、“不完整”的电路难以接受.所以,在教学的一开始,就要着重加强这一特点的介绍和讲解.

1.2 表达方式不同

逻辑电路主要是对电路中的电压的高低(或者说电势的高低)作出反应.在这一电路中,我们关心的只有电压的两种状态,也就是“高电压”或者“低电压”,而不关心电压的具体数值.所以,在这一电路讲解中,我们不再用“高电压”、“低电压”;“高电势”、“低电势”等概念,而更多地用“高电平”、“低电平”的说法,并将“高电平”定义为逻辑“1”、“低电平”定义为逻辑“0”.

2 讲清两个重点

2.1 门电路作出的是条件判断

图1

门电路的作用或者说功能,是对所输入的条件进行逻辑运算,也就是对输入的信号作出“高电平”、“低电平”的判断,并依据预设的逻辑原理将运算结果输出去.也就是说,它所运算的不是电流和电压之间的关系,也不再拘泥于对某一具体电压下的电流进行计算或讨论.它这种对条件进行判断并计算出结果的功能,可以把它类比为一个“指挥家”,或者一个“领导者”,能根据某个情况,发出某个指令.而在具体的电路当中,门电路也就是电路中的一个能依据相关条件作出判断的“智能开关”.

2.2 门电路输入的是电压信号

对门电路来说,它的输入信号是电压而不是电流.也就是说,门电路的输入端所采集的是电路中的“电平”的高低,输入端的电流通常是很小的,甚至可以认为是“没有电流”的,也就是“零输入功率”.以图1“火警报警电路”为例,当分析图中A点电平高低的时候,可以不考虑门电路对A点电势的影响,因为A点向右电路是没有电流的.当有火警时,图中的A点为低电平,非门输出端Y将出现高电平,电铃响,作出报警.从本图还可以看出,逻辑运算后输出的Y端虽然也是电压(高、低电平),但是允许有一定的电流,也就是说是可以有一定功率输出的,从这个意义上讲,门电路是有“放大功能”的.当然这个“放大”是不会违背“能量守恒”的,它的能量是来自于我们看不到的另外的电路,只是这个“另外的电路”我们没有画出来,为的也就是凸显“门电路”的逻辑运算原理.

3 组织两个讨论

3.1 分立元件逻辑电路举例

人教社新课标教材中,介绍了两个分立元件的门电路,一个是“与门”电路,一个是“或门”电路.虽然本节内容不是高中物理教学的重点,但是,这是学生第一次接触到“数字电路”、“门电路”,有许多的不适应和不理解,教师要让他们自己进行“试分析”,“试讨论”,而不要急于进行“先入为主”的分析和讲解.教师可以只先简介“二极管”的作用,并提示学生注意示教板电路中的不同底色的部分.在学生的分析、讨论、讲解中,我们会发现问题,真正了解他们的困惑和症结,从而有针对性地进行分析和讲解,这样才能最大限度地利用好示例,也才能最大限度地提高学生分析电路,解决实际问题的能力.

教师需要讲明的是,这两个电路是用来说明“电子元件组成的电路能实现对电路条件进行逻辑运算的”,而不仅仅是个开关,如果仅仅为了实现电路的通、断,只用一只开关就足够了,不用这么复杂的电路.这是为了体现一种逻辑原理.

图2

3.2 集成电路逻辑电路介绍

课本介绍了两个“74LS”系列的逻辑电路集成块.虽然篇幅较小,但我们还是要让学生进行观察、分析和比较,并组织学生进行讨论.这两个集成块的原理图如图2所示.从这两幅图上,我们更加能看出数字电路与普通电路形式的不同.有条件的可以用实际的集成块在面包板上做实验,让学生体验.要讲明的是,为了保证每一个门电路的正常工作,我们是要对它进行供电的(图中的7脚和14脚),而它输出的电流(功率)也正是来源于这个电源.

总之,教师在教学过程中做到以上3点,学生对“门电路”也就一定有了简单而又准确的了解,并能对门电路的应用电路做出分析和解释,甚至能设计出简单的应用电路.

需要补充说明的是,表现同一逻辑运算关系的电路是多种多样的,也就是说,可以有多种多样的电子元件组成的电路来实现同一逻辑原理,不同系列、不同型号的集成块也可能是同一逻辑原理的.逻辑电路的组合应用很多,也很广泛,很多时候我们教师的相关知识也不一定有学生多,教学时不要总把话讲死,要多听学生意见,多与学生交流,要鼓励学生自己学会搜集资料、探索实验.这样做,才能从真正意义上拓展教材,延伸课堂,树立终身学习的观点,强化服务社会的意识.

2010-06-22)