集成電路知道詳細介紹

集成電路知道詳細介紹

集成電路是一種微型電子器件或部件。采用一定的工藝，把一個電路中所需的晶體管、二極管、電阻、電容和電感等元件及布線互連一起，制作在一小塊或幾小塊半導(dǎo)體晶片或介質(zhì)基片上，然后封裝在一個管殼內(nèi)，成為具有所需電路功能的微型結(jié)構(gòu)；其中所有元件在結(jié)構(gòu)上已組成一個整體，這樣，整個電路的體積大大縮小，且引出線和焊接點的數(shù)目也大為減少，從而使電子元件向著微小型化、低功耗和高可靠性方面邁進了一大步。
　　集成電路的種類很多，按其功能不同可分為模擬集成電路和數(shù)字集成電路兩大類。前者用來產(chǎn)生、放大和處理各種模擬電信號；后者則用來產(chǎn)生、放大和處理各種數(shù)字電信號。所謂模擬信號，是指幅度隨時間連續(xù)變化的信號。例如，人對著話筒講話，話筒輸出的音頻電信號就是模擬信號，收音機、收錄機、音響設(shè)備及電視機中接收、放大的音頻信號、電視信號，也是模擬信號。所謂數(shù)字信號，是指在時間上和幅度上離散取值的信號，例如，電報電碼信號，按一下電鍵，產(chǎn)生一個電信號，而產(chǎn)生的電信號是不連續(xù)的。這種不連續(xù)的電信號，一般叫做電脈沖或脈沖信號，計算機中運行的信號是脈沖信號，但這些脈沖信號均代表著確切的數(shù)字，因而又叫做數(shù)字信號。在電子技術(shù)中，通常又把模擬信號以外的非連續(xù)變化的信號，統(tǒng)稱為數(shù)字信號。目前，在家電維修中或一般性電子制作中，所遇到的主要是模擬信號；那么，接觸最多的將是模擬集成電路。
　　集成電路按其制作工藝不同，可分為半導(dǎo)體集成電路、膜集成電路和混合集成電路三類。半導(dǎo)體集成電路是采用半導(dǎo)體工藝技術(shù)，在硅基片上制作包括電阻、電容、三極管、二極管等元器件并具有某種電路功能的集成電路；膜集成電路是在玻璃或陶瓷片等絕緣物體上，以“膜”的形式制作電阻、電容等無源器件。無源元件的數(shù)值范圍可以作得很寬，精度可以作得很高。但目前的技術(shù)水平尚無法用“膜”的形式制作晶體二極管、三極管等有源器件，因而使膜集成電路的應(yīng)用范圍受到很大的限制。在實際應(yīng)用中，多半是在無源膜電路上外加半導(dǎo)體集成電路或分立元件的二極管、三極管等有源器件，使之構(gòu)成一個整體，這便是混合集成電路。根據(jù)膜的厚薄不同，膜集成電路又分為厚膜集成電路（膜厚為1μm～10μm）和薄膜集成電路（膜厚為1μm以下）兩種。在家電維修和一般性電子制作過程中遇到的主要是半導(dǎo)體集成電路、厚膜電路及少量的混合集成電路。
　　按集成度高低不同，可分為小規(guī)模、中規(guī)模、大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路四類。對模擬集成電路，由于工藝要求較高、電路又較復(fù)雜，所以一般認為集成50個以下元器件為小規(guī)模集成電路，集成50－100個元器件為中規(guī)模集成電路，集成100個以上的元器件為大規(guī)模集成電路；對數(shù)字集成電路，一般認為集成1～10等效門／片或10～100個元件／片為小規(guī)模集成電路，集成10～100個等效門／片或100～1000元件／片為中規(guī)模集成電路，集成100～10,000個等效門／片或1000～100,000個元件／片為大規(guī)模集成電路，集成10,000以上個等效門／片或100,000以上個元件／片為超大規(guī)模集成電路。 按導(dǎo)電類型不同，分為雙極型集成電路和單極型集成電路兩類。前者頻率特性好，但功耗較大，而且制作工藝復(fù)雜，絕大多數(shù)模擬集成電路以及數(shù)字集成電路中的TTL、ECL、HTL、LSTTL、STTL型屬于這一類。后者工作速度低，但輸人阻抗高、功耗小、制作工藝簡單、易于大規(guī)模集成，其主要產(chǎn)品為MOS型集成電路。MOS電路又分為NMOS、PMOS、CMOS型。 NMOS集成電路是在半導(dǎo)體硅片上，以N型溝道MOS器件構(gòu)成的集成電路；參加導(dǎo)電的是電子。
　　PMOS型是在半導(dǎo)體硅片上，以P型溝道MOS器件構(gòu)成的集成電路；參加導(dǎo)電的是空穴。CMOS型是由NMOS晶體管和PMOS晶體管互補構(gòu)成的集成電路稱為互補型MOS集成電路，簡寫成CMOS集成電路。
　　除上面介紹的各類集成電路之外，現(xiàn)在又有許多專門用途的集成電路，稱為專用集成電路。
　　下面我們先介紹模擬集成電路中不同功能的電路。
　　1．集成運算放大器
　　集成運算放大器是一種高增益的直接耦合放大器，其內(nèi)部包含數(shù)百個晶體管、電阻、電容，但體積只有一個小功率晶體管那么大，功耗也僅有幾毫瓦至幾百毫瓦，但功能很多。它通常由輸人級、中間放大級和輸出級三個基本部分構(gòu)成。運算放大器除具有十、一輸人端和輸出端外，還有十、一電源供電端、外接補償電路端、調(diào)零端、相位補償端、公共接地端及其他附加端等。它的放大倍數(shù)取決于外接反饋電阻，這給使用帶來很大方便。其種類有通用型運算放大器，比如uA709、5G922、FC1、FC31、F005、4E320、8FC2、SG006、BG305等；通用Ⅲ型有F748、F108、XFC81、F008、4E322等；低功耗放大器（UPC253、7XC4、5G26、F3078等）；低噪聲運算放大器（如F5037、XFC88）；高速運算放大器（如國產(chǎn)型號有F715、F722、4E321、F318，國外的有uA702）；高壓運算放大器（國產(chǎn)的有F1536、BG315、F143）；還有電流型、單電源、跨導(dǎo)型、靜電型、程控型運算放大器等。
　　2．穩(wěn)壓集成電路
　　穩(wěn)壓集成電路又稱集成穩(wěn)壓電源，其電路形式大多采用串聯(lián)穩(wěn)壓方式。集成穩(wěn)壓器與分立元件穩(wěn)壓器相比，體積小，性能高、使用簡便可靠。集成穩(wěn)壓器的種類有，多端可調(diào)式、三端可調(diào)式、三端固定式及單片開關(guān)式集成穩(wěn)壓器。
　　多端可調(diào)集成穩(wěn)壓器精度高、價格低，但輸出功率小，引出端多，給使用帶來不方便。
　　多端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器可根據(jù)需要加上相應(yīng)的外接元件，組成限流和功率保護。國內(nèi)外同類產(chǎn)品基本電路形式有區(qū)別，基本原理相似。國產(chǎn)的有W2系列、WB7系列、WA7系列、BG11等。
　　三端可調(diào)式輸出集成穩(wěn)壓器精度高，輸出電壓紋波小，一般輸出電壓為1.25V～35V或l.25V～35V連續(xù)可調(diào)。其型號有W117、W138、LM317、LM138、LMl96等型號。
　　三端固定輸出集成穩(wěn)壓器是一種串聯(lián)調(diào)整式穩(wěn)壓器，其電路只有輸人、輸出和公共3個引出端，使用方便。其型號有W78正電壓系列、W79負電壓系列。開關(guān)式集成穩(wěn)壓器是新的一種穩(wěn)壓電源，其工作原理不同上述三種類型，它是由直流變交流再變直流的變換器，輸出電壓可調(diào)，效率很高。其型號有AN5900、HA17524等型號，廣泛用于電視機、電子儀器等設(shè)備中。
　　3、音響集成電路
　　單響集成電路隨著收音機、收錄機、組合音響設(shè)備的發(fā)展而不斷開發(fā)。對音響電路要求多功能、大功率和高保真度。比如一塊單片收音機、錄音機電路，就必須具有變頻、檢波。中放、低放、AGC、功放和穩(wěn)壓等電路。音響集成電路工藝技術(shù)不斷發(fā)展，采用數(shù)字傳輸和處理，使音響系統(tǒng)的各項電聲指標(biāo)不斷提高。比如，脈沖碼調(diào)制錄音機、CD唱機，能使信噪比和立體聲分離度切變好，失真度減到最小。音響集成電路按本身的電路功能分有，高、中頻放大集成電路、功放集成電路、低噪前置放大集成電路、立體聲解碼集成電路、單片收音機、收錄機集成電路。驅(qū)動集成電路及特殊功能集成電路。高、中頻放大器集成電路體積小而緊湊，自動增益高、控制特性好、失真小，在收音機、收錄機中得到廣泛應(yīng)用。其中調(diào)幅集成電路的型號有FD304、SL1018、SL1018AM、TB1018等型號。調(diào)頻集成電路有TA7303、TDA1576、LA1165、LA1210、TDA1062等型號。調(diào)幅、調(diào)頻共用集成電路內(nèi)設(shè)AM變頻功能、AM檢波功能、FM鑒頻限幅功能。調(diào)頻立體聲接收機的專門用的立體聲解碼電路。后期（70年代以后）產(chǎn)品有LA3350、LA3361、HA11227、AN7140、BA1350、TA7343P等型號。單片集成電路已成為世界流行的一種單片音響集成電路。用單片收音機集成電路裝配收音機其成本低，調(diào)試方便。其中ULN2204型AM收音機集成電路，功能齊全，能在3V～12V電壓范圍內(nèi)工作。類似型號有HA12402、TA7613、ULN2204A型等。
　　特殊功能集成電路有顯示驅(qū)動電路、電動機穩(wěn)速電路、自動選曲電路及降噪電路等。
　　其中雙列5點LED電平顯示驅(qū)動集成電路可同時驅(qū)動10只發(fā)光二極管，它是高中檔收錄機、收音機、CD唱機等音響設(shè)備中，用來作音量指示、交直流電平指示、交直流電源電壓指示的常用集成電路。比如，我國生產(chǎn)的SL322、SL325等型號，國外的LB1405、TA7666P型等。6、7、9點LED電平顯示驅(qū)動集成電路的型號有SL326、SL327、LB1407、LB1409型等。
　　特殊功能的集成電路除上述外，還有自動選曲集成電路、降噪集成電路等。比如，有NE464、LM1101、LA2730、uPC1180、HA12045、HA12028等型號，有的電路型號具有一定的兼容性。
　　4．電視集成電路
　　電視機采用的集成電路種類繁多，型號也不統(tǒng)一，但有趨向單片機和兩片機的高集成化發(fā)展。用于電視機的集成電路列舉如下：
　?。?）伴音系統(tǒng)集成電路
　　電視伴音系統(tǒng)目前新動向，就是采用電視多重伴音系統(tǒng)，使用各種單片式或多塊式電視雙伴音信號處理集成電路。比如，用于彩色電視機伴音電路的BL5250型、BJ5250、DG5250型伴音中放、音頻功放集成電路。該電路采用16引腳雙列直插式，并附有散熱片。D7176P、uPC1353C型伴音中放、限幅放大集成電路，具有高增益、直流工作點穩(wěn)定、檢波失真小、頻響性能好、輸出功率大等特點。uPC1353C型與AN1353型功能完全相同。其直流音量控制范圍達80dB，輸出級電壓范圍為9V～18V，失真小于0.6%，最大音頻輸出功率為1.2W～2.4W。
　　用于伴音中放、功放的集成電路還有：D7176、TA7678AD、IX0052CE、IX0065CE、AN241P、CA3065、KA2101、LA1365、TA7176、KC583型等。
　　（2）行場掃描集成電路
　　行場掃描集成電路性能優(yōu)于分立元件電路，并且有的集成掃描電路系統(tǒng)采用了數(shù)字自動同步電路，可得到穩(wěn)定的場頻信號，保證了隔行掃描的穩(wěn)定性，可省掉“場同步”電位器調(diào)整，提高了自動化程度。比如，D7609P、LA1460、TA7609P、TB7609等型號，電路功能有：同步分離、場輸出、場振蕩、AFT、行振蕩保護等。
　　D002（國產(chǎn)）、HA11669（國外）型電路，電路功能有行振蕩、行激勵；D004（國產(chǎn)）、KC581C（國外）型電路，主要功能是場振蕩、場輸出；D7242、TA7242P、KA2131、uPC1031Hz、LA1358、uPC1378h等型號，主要功能是場振蕩、場輸出，場激勵；D103lHz、BG103lHz、LD1031Hz、uPC1031Hz型電路主要功能有：場振蕩、場輸出。
　　3）圖像中放、視放集成電路
　　早期的中頻通道集成電路，是用三塊集成電路分別完成中放、視頻檢波及AFT等功能。目前已出現(xiàn)把圖像中放、視頻，伴音中放，行場掃描三大系統(tǒng)壓縮在一塊芯片中的集成電路，使電路簡化，給使用、調(diào)試帶來更大方便。該類集成電路有：D1366C、SF1366、uPC1366、CD003、HA1167、D7607AP、TA7607、AN5132、CD7680CD、HA1126D、HA11215A、TB7607、TA7611AP、LA1357N、AN5150。
　　M51353P等。
　　（4）彩色解碼集成電路
　　彩色解碼電路的功能是恢復(fù)彩色信號，使圖像的顏色正常。早期的彩色解碼集成電路是由幾塊電路完成，如國產(chǎn)的5G3108、5G314、7CD1、7CD2、7CD3等；后來采用單片式PAL制彩色解碼集成電路，如TA7193AP／P、TA7644AP/P、IX02lCE、uPC1400c、M51338SP、M51393AP、IX0719CE、AN5625型等。其中的AN5625、uPC1400C等集成電路應(yīng)用了數(shù)字濾波延時網(wǎng)絡(luò)，有的把全部小信號處理集成到一塊電路中，使電路體積減小，功能更全。
　?。?）電源集成電路
　　目前多數(shù)電視機的電源控制采用了集成電路，電路類型有開關(guān)型和串聯(lián)型。開關(guān)穩(wěn)壓電源控制的集成電路有：W2019、IR9494、NJM2048、AN5900型等；屬于串聯(lián)型直流穩(wěn)壓集成電路有：STR455、STR451、LA5110、LA5112、STR5404等型號。
　?。?）CMO集成電路
　　在數(shù)字集成電路中，我們只介紹MOS數(shù)字集成電路中的CMOS電路。因為在一些小家電中，CMOS集成電路用得比較廣泛。
　?。?）CMOS集成電路的特點
　　CMOS電路的結(jié)構(gòu)、制作工藝不同于TTL電路，CMOS集成電路的功耗很低。一般小規(guī)模CMOS集成電路的靜態(tài)平均功耗小于10uW，是各類實用電路中功耗最低的。比如TTL集成電路的平均功耗為10mw是CMOS電路的10倍。但CMOS集成電路的動態(tài)功耗隨工作頻率的升高而增大。
　　CMOS電路的輸入特性用輸入電流和電容表示，由于電路的輸入電阻很高，輸入電路一般小于0.1uA；輸入電容是各種雜散電容總和，一般在5pF左右。
　　CMOS電路的輸出特性取決于輸出線路形式和輸出管的特性參數(shù)。大多數(shù)CMOS電路可用輸出驅(qū)動電流、邏輯電平及狀態(tài)轉(zhuǎn)換時間來表示輸出特性。
　?。?）CMOS集成電路的類型
　　CMOS電路的類型很多，但最常用的是門電路。
　　CMOS電路中的邏輯門有非門、與門、與非門、或非門、或門、異或門、異或非門，施密特觸發(fā)門、緩沖器、驅(qū)動器等。
　　非門也稱反相器，它是只有1個輸入端和1個輸出端的邏輯門。輸人為高電平時，輸出即為低電平；反之，輸出為高電平。輸出與輸入總是反相或互補的。與門具有2個或2個以上輸入端和1個輸出端。當(dāng)所有輸人都是高電平時，輸出也為高電平；只要有1個或互個以上輸入低電平時，輸出就為低電平。
　　與非門則是當(dāng)輸入端中有1個或1個以上是低電平時，輸出為高電平；只有所有輸入是高電平時，輸出才是低電平?；蜷T具有1個或端，2個或2個以上的輸入端。當(dāng)所有輸入為低電平時，輸出才是低電平。如果有1個或1個以上輸入是高電平，則其輸出變相電平?；蚍情T電路是當(dāng)?shù)萌攵硕继幱诘碗娖綍r，其輸出才呈現(xiàn)高電平；只要有1個或互個以上輸入為高電平，輸出即為低電平。異或門電路有2個輸入端，1個輸出端。當(dāng)2個輸入端中只有一個是高電平時，輸出則為高電平；當(dāng)輸入端都是低電平或都是高電平時，輸出才是低電平。異或門倒相就變?yōu)楫惢蚍情T。異或非門也稱作為“同或門”。異或非門只有2個輸入端，1個輸出端，當(dāng)2個輸入端都是低電平或都是高電平時，輸出為高電平；2個輸入端只有1 個是高電平時，輸出才是低電平。最基本線路構(gòu)成的門電路存在著抗干擾性能差和不對稱等缺點。為了克服這些缺點，可以在輸出或輸入端附加反相器作為緩沖級；也可以輸出或輸入端同時都加反相器作為緩沖級。這樣組成的門電路稱為帶緩沖器的門電路。帶緩沖輸出的門電路輸出端都是1個反相器，輸出驅(qū)動能力僅由該輸出級的管子特性決定，與各輸入端所處邏輯狀態(tài)無關(guān)。而不帶緩沖器的門電路其輸出驅(qū)動能力與輸入狀態(tài)有關(guān)。另一方面。帶緩沖器的門電路的轉(zhuǎn)移特性至少是由3級轉(zhuǎn)移特性相乘的結(jié)果，因此轉(zhuǎn)換區(qū)域窄，形狀接近理想矩形，并且不隨輸入使用端數(shù)的情況而變化、加緩沖器的門電路，抗干擾性能提高10％電源電壓。此外，帶緩沖器的門電路還有輸出波形對稱、交流電壓增益大、帶寬窄、輸入電容比較小等優(yōu)點。不過，由于附加了緩沖級，也帶來了一些缺點。例如傳輸延遲時間加大，因此，帶緩沖器的門電路適宜用在高速電路系統(tǒng)中。
　　在數(shù)字電路中，由于TTL電路、CMOS電路、ECL電路等，它們的邏輯電平不同，當(dāng)這些電路相互聯(lián)接時，一定要進行電平轉(zhuǎn)換，使各電路都工作在各自允許的電壓工作范圍內(nèi)。
　　數(shù)字電路中的三態(tài)邏輯門，一般是指電路的輸出端的狀態(tài)可呈現(xiàn)三種輸出阻態(tài)，或簡稱“三態(tài)輸出”，這個狀態(tài)通常用字母“Z”表示。三狀態(tài)電路在使用時的兩狀態(tài)特性與普通電路相同，而在禁止時的“Z”狀態(tài)特性則取決于三態(tài)門電路的漏電流大小。
　　5．電子琴集成電路
　　電子琴集成電路有5G2208、5G001、5G002、CW93520、LM6402、M112、Z8611等型號，其外形只有小鈕扣大小，內(nèi)部含有振蕩器、音符發(fā)生器、前置放大器等電路，能演奏22～61個基本音符。5G005型為音階發(fā)生器，LM8071集成電路可作回響主音階發(fā)生器，它是電子琴核心器件之一。M208是一種單片電子琴NMOS集成電路，內(nèi)設(shè)短陣處理61琴鍵，并設(shè)可抗抖動電路。YM3812是一種新型電子琴專用音源集成電路。
　　6．遙控集成電路
　　遙控集成電路分為遙控發(fā)射集成電路和遙控接收集成電路。
　　比如，用于日立CEP－323D型彩電、福日HFC－323型彩電的集成電路為uPD1943G和LA7234型遙控集成電路。uPD1934G為遙控發(fā)射電路，發(fā)射紅外光信號；LA7224為遙控接收集成電路。 uPD1943G為20引腳雙引直插封裝（也有22列扁平封裝），其主要參數(shù)與特點如下：
　　①為CMOS電路，特點與M50119相似；
　?、陔娫措妷簽?V，電源電流為0.lmA～1mA；
　　③輸出電流為13mA，功耗為0.25W；
　　④可配接4×8鍵，共32個控制功能。
　　M50142P和uPC1373H為一對遙控集成電路。
　　uPC1373H的主要參數(shù)與特點：
　?、匐娫措妷簽?V～14.4V。
　?、陔娏髯兓秶鸀?.3mA～3.5mA；
　　③允許耗散功率為0.27W；
　?、苤饕攸c、結(jié)構(gòu)、引腳排列與LA7224相同；
　　⑤常在第4腳對地接一個150k電阻。