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1、常用元器件集成电路,天津大学精仪学院实验中心,2019/5/19,精仪学院实验中心,1,集成电路,集成电路是继电子管、晶体管之后发展起来的又一类电子器件。它是用半导体工艺或薄、厚膜工艺（或这些工艺的结合），将晶体管、电阻及电容等元件，按照电路的要求，共同制作在一块硅或绝缘基体上，然后封装而成。集成电路是最能体现电子工业日新月异、飞速发展的一类电子器件。它不仅品种浩繁，而且新品种层出不穷，要熟悉各种集成电路几乎是不可能的，实际上也没有必要。但对常用的集成电路有所了解则是非常必要的。,2019/5/19,精仪学院实验中心,2,集成电路,一、集成电路的分类 1按制造工艺和结构分类 可分为半导体集成电
2、路、膜集成电路、混合集成电路。,2019/5/19,精仪学院实验中心,3,集成电路,半导体集成电路是目前应用最广泛，品种繁多，发展迅速的一种集成电路。根据采用的晶体管不同，又可分为双极型和单极型两种。双极型集成电路又称TTL电路，其中的晶体管与常用的二极管、三极管性能一样。而单极型集成电路，是采用了MOS场效应管，因而又称MOS集成电路。MOS集成电路可分为N沟道MOS电路（简称NMOS集成电路）和P沟道MOS电路（简称PMOS集成电路）。由N沟道、P沟道MOS晶体管互补构成的互补MOS电路简称为CMOS。这种电路具有工艺简单、集成度高等优点，因而发展迅速，应用范围极为广泛。,2019/5/1
3、9,精仪学院实验中心,4,集成电路,膜集成电路可分为厚膜集成电路和薄膜集成电路两种。在绝缘基片上，由薄膜工艺形成有源元件、无源元件和互连线而构成的电路称为薄膜集成电路。在陶瓷等绝缘基片上，用厚膜工艺制作厚膜无源网络，然后装接二极管、三极管或半导体集成电路芯片，构成有一定功能的电路就是厚膜集成电路。膜集成电路由于制作工艺烦琐，成本较高，因而它的应用范围远不如半导体集成电路。,2019/5/19,精仪学院实验中心,5,集成电路,混合集成电路是在基片上用成膜方法制作厚膜或薄膜元件及其互连线，并在同一基片上将分立的半导体芯片、单片集成电路或微型元件混合组装，再外加封装而成。与分立元件电路相比，混合集成
4、电路具有组装密度大、可靠性高、电性能好。,2019/5/19,精仪学院实验中心,6,集成电路,2. 按集成度分类 集成度指一个硅片上含有的元件数目。表1是早期对集成度的分类。 表1 集成电路按集成度分类,2019/5/19,精仪学院实验中心,7,集成电路,一般常用集成电路以中、大规模电路为主，超大规模电路主要用于存储器及计算机CPU等专用芯片中。 由于微电子技术的飞速发展，上述分类已不足以反映集成度的规模。目前已经实现了在一个硅片上集成千万只晶体管，若干年内可达10 亿只以上。,2019/5/19,精仪学院实验中心,8,集成电路,3 按应用领域分类 同一功能的集成电路按应用领域规定不同的技术指
5、标，可分为军用品、工业用品和民用品（又称商用）三大类。 在军事、航空、航天等使用环境条件恶 ，装置密度高的领域，对集成电路的可靠性要求极高，产品价格退居次要地位，这是军品的特点。 民品则在保证一定可靠性和性能指标的前提下，性能价格比是产品能否成功的重要条件之一。显然，如果在普通电子产品中选用军品是达不到高性能价格比的。 工业品则是介于二者之间的产品，但不是所有集成电路都有这三个品种的。,2019/5/19,精仪学院实验中心,9,集成电路,4 按使用功能分类 半导体集成电路还可以按使用功能的不同分类，如表2所示。,2019/5/19,精仪学院实验中心,10,集成电路,表2 集成电路按使用功能分类
6、,2019/5/19,精仪学院实验中心,11,集成电路,目前，已经成熟的集成逻辑技术主要有三种：TTL逻辑（晶体管-晶体管逻辑）、CMOS逻辑（互补金属-氧化物-半导体逻辑）和ECL逻辑（发射极耦合逻辑）。 TTL逻辑：TTL逻辑于1964年由美国德克萨斯仪器公司生产，其发展速度快、系列产品多。有速度及功耗折中的标准型；有改进型、高速的标准肖特基型；有改进型、高速及低功耗的低功耗肖特基型。所有TTL电路的输出、输入电平均是兼容的。该系列有两个常用的系列化产品，如表3所示。,2019/5/19,精仪学院实验中心,12,集成电路,表3 常用TTL系列产品 CMOS逻辑：COMS逻辑的特点是功耗低，
7、工作电源电压范围较宽，速度快（可达7MHz）。CMOS逻辑的CC4000系列有两种类型产品，如表4所示。 表4 CC4000系列产品参数,2019/5/19,精仪学院实验中心,13,集成电路,ECL逻辑：ECL逻辑的最大特点是工作速度高。因为在ECL电路中数字逻辑电路形式采用非饱和型，消除了三极管的存储时间，大大加快了工作速度。MECL I系列产品是由美国摩托罗拉公司于1962年生产的，后来又生产了改进型的MECL II，MECL III型及MECL 1000。 以上几种逻辑电路的有关系 列 参 数 列 于表5中。,2019/5/19,精仪学院实验中心,14,集成电路,表5 几种逻辑电路的参数
8、比较,2019/5/19,精仪学院实验中心,15,集成电路,二、集成电路的特点 1. 集成电路的可靠性高、寿命长而且使用方便。由于集成电路将元件集成于芯片上，这样减少了电路中元器件连接焊点的数量及连线，使可靠性得到很大的提高。 2. 集成电路的专用性强。由于集成电路在制作前就按所需的电路进行了设计，一旦制作完毕，它的功能就固定下来了。因此在使用时，只需按照集成电路所具有的功能进行选用就可以了，使用非常方便。,2019/5/19,精仪学院实验中心,16,集成电路,3. 集成电路不但体积小、重量轻而且功能多。由分立元件构成的电路因为元器件的体积大、重量也大，因而整机体积就不可能做得很小，电路也不可
9、能设计得很复杂。而采用半导体工艺方法制作的集成电路，其芯片上可制作几十、几百以至上万个元器件。因而体积小、重量轻、电路的功能增多且更加完善。 4. 集成电路需要外接一些元器件才能正常工作。由于在集成电路内不宜电感、电容以及可变电阻等元器件，所以这些元器件必须外接，只有当这些元器件正确接入电路后，才能使电路正常工作，发挥其应有的作用。,2019/5/19,精仪学院实验中心,17,集成电路,三、 集成电路命名与替换 集成电路的命名与分立元件相比规律性较强，绝大部分国内外厂商生产的同一种集成电路采用基本相同的数字标号，而以不同的字头代表不同的厂商，例如NE555、LM555、SG555分别是由不同国
10、家和厂商生产的定时器电路，它们的功能、性能和封装、引脚排列也都一致，可以互相替换。,2019/5/19,精仪学院实验中心,18,集成电路,集成电路现行国际规定的命名法如下：（摘自电子工程手册系列丛书A15，中外集成电路简明速查手册TTL、CMOS电路）器件的型号由五部分组成，各部分符号及意义见表6。 例1： C F 0741 C T （1）（2） （3） （4） （5） 组成产品型号的各部分字母和数字涵义说明： （1）符合国家标准 （2）类型 F 线性放大器 （3）系列品种代号 0741 通用III型运算放大器 （4）工作温度范围 C 0 +70 （5）封装形式 T 塑料封装,2019/5/1
11、9,精仪学院实验中心,19,集成电路,2019/5/19,精仪学院实验中心,20,集成电路,注： 74：国际通用74系列（民用）； 54：国际通用54系列（军用）； H：高速 L：低速 LS：低功耗 C：只出现在74系列 M：只出现在54系列,2019/5/19,精仪学院实验中心,21,集成电路,例2：国外主要公司TTL集成电路型号命名规则： SN 74 LS 20 J （1） （2） （3） （4） （5） 组成产品型号的各部分字母和数字涵义说明： （1）公司字头 SN 美国德克萨斯公司 MC 美国摩托罗拉公司 DM 美国国家半导体公司 HD 日本日立公司 （2）工作温度范围 74：0 +7
12、0 54：-55 +120,2019/5/19,精仪学院实验中心,22,集成电路,（3）系列 S：肖特基系列 H：高速系列 LS：低功耗肖特基系列 L：低功耗系列 ALS：先进的低功耗肖特基系列 空白：标准系列 （4）品种代号 20是双4输入与非门 （5）封装形式 J：陶瓷双列直插 N：塑料双列直插 T：金属扁平 W：陶瓷扁平 注：以上说明以美国德克萨斯公司的规则为准。有些公司（1）表示是电路类型或系列号；（2）工作温度范围与其不同；（5）封装形式字母表示的内容不同等等，具体使用集成电路芯片时需要查相应资料。,2019/5/19,精仪学院实验中心,23,集成电路,四、集成电路外引线识别 集成电
13、路的外封装形式大致可分为四种。即圆形金属壳封装（晶体管式封装）、扁平型封装或塑料外壳封装、双列直插型陶瓷或塑料封装、单列直插式封装。它们的引出线分别有8根、10根、12根、14根、16根等多种，最多的可达100多根引线脚。其中单列直插、双列直插型为多见。如图1所示。,2019/5/19,精仪学院实验中心,24,集成电路,（a）扁平型和双列直插型 （b）圆型和单列直插型 图1 集成电路外引线识别,2019/5/19,精仪学院实验中心,25,集成电路,集成电路引脚排列顺序的标志，一般有色点、凹槽、管键及封装时的圆形标志。使用集成电路前，必须认真查对识别集成电路的引脚，确认电源、地、输入、输出、控制
14、等端的引脚，以免因错接而损坏器件。,2019/5/19,精仪学院实验中心,26,集成电路,对于扁平型或双列直插型集成电路引脚的识别方法是：将文字符号标记正放（一般集成电路芯片上有一圆点或有一缺口，将缺口或圆点置于左方），由顶部俯视，从芯片的左下脚起，按逆时针方向数，依次为1，2，3，4，如图1（a）所示。 对于圆形集成电路识别方法是：面向引脚正视，从定位销顺时针方向依次为1，2，3，4，如图1（b）所示。,2019/5/19,精仪学院实验中心,27,集成电路,五、集成运算放大器基本应用 在模拟集成电路中，集成运算放大器（简称集成运放）是应用极为广泛的一种。集成运放适用于放大、滤波、整形、波形产
15、生，非线性校正，横流、稳压、调制与解调，相敏整流，限幅、锁相等各种单元电路。到目前为止，已经生产了许多积木单元电路，供在各种复杂的电子线路中使用。,2019/5/19,精仪学院实验中心,28,集成电路,运算放大器的种类繁多，国内外编号也极为复杂。为了合理地使用运算放大器，除了掌握运算放大器内部参数特性和闭环运算电路的理论知识以外，还必须了解和掌握各种类型和编号的运算放大器特点，频率特性及应用范围等。,2019/5/19,精仪学院实验中心,29,集成电路,1. 集成运放的内部结构 集成运放是一种高增益的多级直接耦合放大器，其内部结构如图2所示。 它主要由差动输入极、中间放大级、输出级及偏置电路等
16、四部分组成，各部分的作用如下：,2019/5/19,精仪学院实验中心,30,集成电路,差动输入级 使运算放大器具有尽可能提高的输入电阻及尽可能高的共模抑制比。因此输入级电路一般为差动放大器。 中间放大级 该级电路由多级直接耦合放大器组成，以获得足够高的电压增益。 输出级 使运算放大器具有一定幅度的输出电压、输出电流和尽可能小的输出电阻。输出过载时有自动保护作用以免损坏集成电路。输出级电路一般为互补对称推挽电路。 偏置电路 为各级电路提供合适的工作点。为使工作点稳定，一般采用恒流源偏置电路。,2019/5/19,精仪学院实验中心,31,集成电路,2019/5/19,精仪学院实验中心,32,集成电路,2019/5/19,精仪学院实验中心,33,集成电路,图3为A741（美国仙童公司产）的内部电路图，这是一种价廉的、应用广泛的通用型集成运算放大器。VT1、VT3与VT2、VT4组成运
