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集成電路基礎及應用

發布日期:2016-04-22 15:47:55

集成電路基礎及應用
集成電路根據不同的功能用途分為模擬和數字兩大派別,而具體功能更是數不勝數,其應用遍及人類生活的方方面面。集成電路根據內部的集成度分為大規模中規模 小規模三類。其封裝又有許多形式。“雙列直插”和“單列直插”的最為常見。消費類電子產品中用軟封裝的IC,精密產品中用貼片封裝的IC等。
集成電路是一種采用特殊工藝,將晶體管、電阻、電容等元件集成在硅基片上而形成的具有一定功能的器件,英文為縮寫為IC,也俗稱芯片。集成電路是六十年代出現的,當時只集成了十幾個元器件。 后來集成度越來越高,也有了今天的P-III。
對于CMOS型IC,特別要注意防止靜電擊穿IC,最好也不要用未接地的電烙鐵焊接。使用IC也要注意其參數,如 工作電壓,散熱等。數字IC多用+5V的工作電壓,模擬IC工作電壓各異。集成電路有各種型號,其命名也有一定規律。一般是由前綴、數字編號、后綴組成。 前綴表示集成電路的生產廠家及類別,后綴一般用來表示集成電路的封裝形式、版本代號等。常用的集成電路如小功率音頻放大器LM386就因為后綴不同而有許 多種。LM386N是美國國家半導體公司的產品,LM代表線性電路,N代表塑料雙列直插。這里有各大IC生產公司的商標及其器件型號前綴。
集成電路型號眾多,隨著技術的發展,又有更多的功能更強、集成度更高的集成電路涌現,為電子產品的生產制作帶來了方便。在設計制作時,若沒有專用的集成電 路可以應用,就應該盡量選用應用廣泛的通用集成電路,同時考慮集成電路的價格和制作的復雜度。在電子制作中,有許多常用的集成電路,如NE555(時基電 路)、LM324(四個集成的運算放大器)、TDA2822(雙聲道小功率放大器)、KD9300(單曲音樂集成電路)、LM317(三端可調穩壓器) 等。
為了您的方便使用,Bitbaby以后將在網站上建立一個集成電路數據庫,您可以通過WEB查詢獲得各種集成電路的參數及常用集成電路的典型應用。敬請期待……
這里有些集成電路的樣子:
標準的雙列直插集成電路:
標準的單列直插集成電路:
軟包封集成電路:

功率類集成電路:
 三端穩壓IC
電子產品中常見到的三端穩壓集成電路有正電壓輸出的78××系列和負電壓輸出的79××系列。故名思義,三端IC是指這種穩壓用的集成電路只有三條引腳輸 出,分別是輸入端、接地端和輸出端。它的樣子象是普通的三極管,TO-220的標準封裝,也有9013樣子的TO-92封裝。
用78/79系列三端穩壓IC來組成穩壓電源所需的外圍元件極少,電路內部還有過流、過熱及調整管的保護電路,使用起來可靠、方便,而且價格便宜。該系列 集成穩壓IC型號中的78或79后面的數字代表該三端集成穩壓電路的輸出電壓,如7806表示輸出電壓為正6V,7909表示輸出電壓為負9V。
78/79系列三端穩壓IC有很多電子廠家生產,80年代就有了,通常前綴為生產廠家的代號,如TA7805是東芝的產品,AN7909是松下的產品。
有時在數字78或79后面還有一個M或L,如78M12或79L24,用來區別輸出電流和封裝形式等, 其中78L調系列的最大輸出電流為100mA, 78M系列最大輸出電流為1A,78系列最大輸出電流為1.5A。它的封裝也有多種,詳見圖。塑料封裝的穩壓電路具有安裝容易、價格低廉等優點,因此用得 比較多。 79系列除了輸出電壓為負。引出腳排列不 同以外,命名方法、外形等均與78系列的相同。
因為三端固定集成穩壓電路的使用方便,電子制作中經常采用,可以用來改裝分立元件的穩壓電源,也經常用作電子設備的工作電源。電路圖如圖所示。
注意三端集成穩壓電路的輸入、輸出和接地端絕不能接錯,不然容易燒壞。一般三端集成穩壓電路的最小輸入、輸出電壓差約為2V,否則不能輸出穩定的電壓,一般應使電壓差保持在4-5V,即經變壓器變壓,二極管整流,電容器濾波后的電壓應比穩壓值高一些。
在實際應用中,應在三端集成穩壓電路上安裝足夠大的散熱器(當然小功率的條件下不用)。當穩壓管溫度過高時,穩壓性能將變差,甚至損壞。
當制作中需要一個能輸出1.5A以上電流的穩壓電源,通常采用幾塊三端穩壓電路并聯起來,使其最大輸出電流為N個1.5A,但應用時需注意:并聯使用的集 成穩壓電路應采用同一廠家、同一批號的產品,以保證參數的一致。另外在輸出電流上留有一定的余量,以避免個別集成穩壓電路失效時導致其他電路的連鎖燒毀。
 
語音集成電路
電子制作中經常用到音樂集成電路和語言集成電路,一般稱為語言片和音樂片。它們一般都是軟包封,即芯片直接用黑膠封裝在一小塊電路板上。語音IC一般還需要少量外圍元件才能工作,它們可直接焊到這塊電路板上。
別看語音IC應用電路很簡單,但是它確確實實是一片含有成千上萬個晶體管芯的集成電路。其內部含有振蕩器、節拍器、音色發生器、ROM、地址計算器和控制 輸出電路等。 音樂片內可存儲一首或多首世界名曲,價格很便宜,幾角錢一片。音樂門鈴都是用這種音樂片裝的,其實成本很低。
不同的語言片內存儲了各種動物的叫聲,簡短語言等,價格要比音樂片貴些。但因為有趣,其應用越來越多。會說話的計算器、倒車告警器、報時鐘表等。語音電路 盡管品種不少,但不能根據用戶隨時的要求發出聲音, 因為商品化的語音產品采用掩膜工藝,發聲的語音是做死的,使成本得到了控制。
一般語音集成電路的生產廠家都可以特別定制語音的內容,但因為要掩模,要求數量千片以上。近年來出現的OTP語音電路解決了這一問題。OTP就是一次性可 編程的意思,就是廠家生產出來的芯片,里面是空的,內容由用戶寫入(需開發設備),一旦固化好,再也不能擦除,信息也就不會丟失。它的出現為開發人員試制 樣機提供了方便,特別適合于小批量生產。
業余制作采用可錄放的語言電路是十分方便的,UM5506、ISD1400、ISD2500等,外圍元件極少。bitbaby第一次知道可錄放語音集成電 路,是在九幾年的無線電雜志上,記得那時是UM5101和T6668,都是用41256等DRAM的。那時多想有那么一套,不用磁帶就可以錄音的怪物,還 能在放音時隨意變調呢。早期的數碼留言機也用它們,由于使用DRAM,如果沒有后備電池,一旦斷電后,所有的信息都會丟失。
現在采用EEPROM的語音電路大大方便了電子愛好者,它隨錄隨放,不怕掉電,使用方便,外圍元件少。只是價格較貴些,每秒鐘成本約1元人民幣。這類語音 錄放集成電路首推(美國)ISD公司的ISD系列。國內、臺灣都有廠家生產兼容的芯片及軟包封的芯片、模塊,但從結構來看,猜想來自于ISD。
如果您對語音集成電路很感興趣,請密切留意bitbaby的網站。為了讓您更好地了解語音IC,bitbaby以后將把精心收集的語音IC應用圖集貼到網上來,以方便您查詢使用。
這里是幾張語音IC的圖片:
這是經典的KD9300門鈴音樂芯片:
這是“請注意-倒車”的語言片:
這是能夠驅動十二個LED閃光的芯片
這是軟包封的ISD1420芯片:(好貴:-(
數字集成電路
數字集成電路產品的種類很多種。數字集成電路構成了各種邏輯電路,如各種門電路、編譯碼器、觸發器、計數器、寄存器等。它們廣泛地應用在生活中的方方面面,小至電子表,大至計算機,都是有數字集成電路構成的。
結構上,可分成TTL型和CMOS型兩類。74LS/HC等系列是最常見的TTL電路,它們使用5V的電壓,邏輯“0”輸出電壓為小于等于0.2V,邏輯 “1”輸出電壓約為3V。CMOS數字集成電路的工作電壓范圍寬,靜態功耗低,抗干擾能力強,更具優點。數字集成電路有個特點,就是它們的供電引腳,如 16腳的集成電路,其第8腳是電源負極,16腳是電源正極;14腳的,它的第7腳是電源的正極。
通常CMOS集成電路工作電壓范圍為3-18V,所以不必像TTL集成電路那樣,要用正正好好的5V電壓。CMOS集成電路的輸入阻抗很高,這意味著驅動 CMOS集成電路時,所消耗的驅動功率幾乎可以不計。同時CMOS集成電路的耗電也非常的省,用CMOS集成電路制作的電子產品,通常都可以用干電池供 電。
CMOS集成電路的輸出電流不是很大,大概為10mA左右,但是在一般的電子制作中,驅動一個LED發光二極管還是沒有問題的。此外,CMOS集成電路的抗干擾能力也較強,即行話所說的噪聲容限較大,且電源電壓越高,抗干擾能力越強。
電子制作中常用的數字集成電路有4001、4011、4013、4017、4040、4052、4060、4066等型號,建議多買些備用。市場上的數字 集成電路進口的較多,產品型號的前綴代表生產公司,常見的有MC1XXXX(摩托羅拉)、CDXXXX(美國無線電RCA)、HEFXXXX(飛利普)、 TCXXXX(東芝)、HCXXXX(日立)等。一般來說,只要型號相同,不同公司的產品可以互換。
需要注意的是,CMOS集成電路容易被靜電擊穿,因此需要妥善保存。一般要放在防靜電原包裝條中,或用錫箔紙包好。另外焊接的時候,要用接地良好的電烙鐵 焊,或者索性拔掉插頭,利用余熱焊接。不過說實話,現在的CMOS集成電路因為改進了生產工藝,防靜電能力都有很大提高,不少人都不太注意為CMOS集成 電路防靜電,IC卻也活著。
這里是TC4066(電子模擬開關) 的外形圖:
模擬集成電路
模擬集成電路被廣泛地應用在各種視聽設備中。收錄機、電視機、音響設備等,即使冠上了“數碼設備”的好名聲,卻也離不開模擬集成電路。
實際上,模擬集成電路在應用上比數字集成電路復雜些。每個數字集成電路只要元器件良好,一般都能按預定的功能工作,即使電路工作不正常,檢修起來也比較方 便,1是1,0是0,不含糊。模擬集成電路就不一樣了,一般需要一定數量的外圍元件配合它工作。那么,既然是“集成電路”,為什么不把外圍元件都做進去 呢?這是因為集成電路制作工藝上的限制,也是為了讓集成電路更多地適應于不同的應用電路。
對于模擬集成電路的參數、在線各管腳電壓,家電維修人員是很關注的,它們就是憑借這些判斷故障的。對業余電子愛好者來說,只要掌握常用的集成電路是做什么用的就行了,要用時去查找相關的資料。
許多電子愛好者都是從裝收音機、音響放大器開始的,用集成電路裝,確實是一種樂趣。相信大家對這兩者也都感興趣。裝的收音機有兩種,一是AM中波的,通常 用CIC7642、TA7641集成塊裝。另一種是FM調頻的,通常要求具有一定的水平,用TDA7010、TDA7021、 TDA7088,CXA1019(CXA1191)、CXA1238等。這些集成塊也是收音機長商所采用的經典IC。
CIC7642外形象一個9013,僅三個引腳,工作于1.5V下,其內部集成了多個三極管,用于組裝直放式收音機,而且極易成功,因此許多電子入門套件少不了它。其兼容型號為MK484、YS414,許多進口的微型收音機、電子表收音機都用。
TA7641P裝出來的收音機為超外差式,性能要好,但是因為有中周,制作調試都有點復雜,如果能買到套件組裝,那也不算麻煩(照著指示把元件焊到電路板上就行啦:-〕。
TDA7000系列是飛利普公司的產品,有bitbaby沒見過的TDA7000,以及TDA7010T,TDA7021T,TDA7088T, 后三者有個后綴T,表示是微型貼片封裝的。bitbaby也沒見過標準DIP(雙列直插塑封)封裝的,所以盡管它們的應用電路簡單,做起來可麻煩,整個集 成電路和一粒赤豆差不多大。(下面有圖)TDA7088T是可以用變容管和電位器實現電調諧的。
CXA1019是索尼公司生產的, CXA1191是它的改進型號,它們被稱為單片AM/FM收音集成電路,因為一片IC包含了從高頻放大、本振到中頻放大、低頻(音頻)放大的所有功能。 CXA1238是AM/FM立體聲收音集成電路,它不包括音頻放大器,但有立體聲解碼功能,通常用于WALKMAN收放機等。
這里有個知識,就是CXA的收音IC同一型號有三種不同的大?。春缶YM型為貼片封裝,S型為小型封裝,P型為DIP封裝)。
音響功放電路也是電子愛好者們津津樂道的話題。通過親手制作,不但深入了解了原理,更是具有意義。bitbaby并不是發燒友(也燒不起),對吹毛求疵的 “金耳朵”更是持有懷疑態度。請各位新手不要誤入歧途。做一套實用的音響才是聰明之舉,不要相信什么“把XXXX IC換成運放之皇NE5532后效果立竿見影”。
Bitbaby幫別人裝過許多功放,也有不少經驗。有的雖然只是用收錄機用的功放集成塊,但因為用了較大功率的電位器、較大容量的濾波電容、較大口徑的揚聲器,效果還是比收錄機好。
TA7240P是收錄機中常用的功放IC,雙聲道,各5.8W,12V左右供電,音質一般般。
TDA1521是高保真功放IC,功率較大,音質較好,上點檔次的電腦有源音箱也都用該集成塊。
LM1875(TDA2003、TDA2030、TDA2030A)等應用電路差不多,功率不同,TDA2030A是TDA2030的改進型,功率稍大。這些集成塊應用也很多,但假貨也多,有的假貨是用廉價IC打磨過的,有的則是粗制濫造。
傻瓜功放是一種厚膜集成電路,其實不過是把各分立元件封裝在一起,只有輸入引腳用來接音源,輸出引腳接音箱,以及電源引腳,方便了使用。
此外,還有TDA2822、LM386等的小功率音頻放大器,在電池供電的產品中作功放。用它們也可做有源音箱,廉價的有源音箱就用它們。

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