集成電路及其它常用電子原器件簡(jiǎn)介

1、 集成電路及其它常用電子原器件簡(jiǎn)介 一、通用型集成電路的組成及其基本特性 1 、通用型集成運(yùn)算放大器的組成 集成電路是利用半導(dǎo)體的制造工藝，將整個(gè)電路中的元器件制作在一塊基片，封裝后構(gòu)成特定功能的電路塊。集成電路按其功能可分為數(shù)字集成電路和模擬集成電路。模擬集成電路品種繁多，其中應(yīng)用最為廣泛的是集成運(yùn)算放大器。 2 、模擬集成電路在結(jié)構(gòu)上有如下一些特點(diǎn)： （ 1 ）集成電路中的電阻元件由硅半導(dǎo)體的體電阻構(gòu)成，電容元件常用 PN 結(jié)電容構(gòu)成，電阻和電容的數(shù)值范圍不大，且誤差較大。若電阻、電容值太大，會(huì)占用過(guò)大的硅片面積，所以，集成電路中不采用大容量電容元件，其高阻值電阻多用有源器件來(lái)替代。 （

2、2 ）雖然集成電路中元器件參數(shù)的絕對(duì)誤差很大，但由同一硅片上用相同工藝制成的同樣元件，其參數(shù)的相對(duì)誤差很小，溫度的均一性好，敵容易制成特性相同的管子和阻值相等的電阻，所以集成電路中普遍采用差分放大電路、恒流源電路和 OCL 電路等。 （ 3 ）電路中緩間都采用直接耦合方式工，以減少級(jí)間耦合元件個(gè)數(shù)及耦合損耗。集成電路中還廣泛采用復(fù)合管電路以及共射一共基、共集一共基等組合電路、 運(yùn)算放大器本質(zhì)上是一個(gè)高電壓增益、高輸入電阻和低輸出電阻的直接耦合多級(jí)放大電路，因它最初主要用于模擬量的數(shù)學(xué)運(yùn)算而得此名。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代運(yùn)算放大器均由集成電路構(gòu)成，它有許多類(lèi)型，為了方便常將其分為通用型和專(zhuān)用型

3、兩類(lèi)。前者的適用范圍很廣，其特性和指標(biāo)可以滿(mǎn)足一般應(yīng)用要求；后者是在前者的基礎(chǔ)上，為適應(yīng)某些特殊要求而制作的 。 通用型集成運(yùn)算放大器的組成框圖 所示。它由輸入級(jí)、中間電壓放大級(jí)、輸出級(jí)和偏置電路等組成。 輸入級(jí)均采用差分放大電路、利用差分電路的對(duì)稱(chēng)性可以減小溫度漂移的影響，從而提高整個(gè)電路的共模抑制比。它的兩個(gè)輸入端可以擴(kuò)大集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用范圍。 中間電壓放大級(jí)大多采用有源負(fù)載的共發(fā)射極放大電路組成，其主要作用是提高電壓增益。 輸出組一般采用甲乙類(lèi)補(bǔ)對(duì)稱(chēng)放大電路，主要用于提高集成運(yùn)算放大器的負(fù)載能力，減小大信號(hào)工作下的非線(xiàn)性失真。 偏置電路用以供給各級(jí)直流偏置電流，它由各種電流源電路組成

4、。此外，集成運(yùn)算放大器還有一些輔助電路，哪過(guò)流保護(hù)電路等。 圖 所示為通用型集成運(yùn)算放大器 741 的簡(jiǎn)化電路。這是主要將原電路中的偏置電流源和有源負(fù)載電路分別用單獨(dú)的電流源符號(hào)代替。圖中， V 1 、 V 3 、和 V 2 、 V 4 組成共集一共基組合差分電路， V 5 、 V 6 組成有源負(fù)載，構(gòu)成雙端變單端電路。 V 7 、 V 8 組成復(fù)合管共發(fā)射極放大電路中間級(jí)，由于采用有源負(fù)載，故該級(jí)可獲得很高的電壓地益。輸出級(jí)由 V 9 V 13 組成典型的甲乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路， V 11 構(gòu)成推動(dòng)級(jí)， V 12 、 V 13 構(gòu)成互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)輸出級(jí)。 3 、集成運(yùn)算放大器電路符號(hào)及理想化條

5、件 （ 1 ）、集成運(yùn)算放大器電路符號(hào) 集成運(yùn)算放大器電路符號(hào)如圖 （ a ）所示，圖中“ ” 表示信號(hào)的傳輸方向，“ ”表示理想條件，兩個(gè)輸入端中， N 稱(chēng)為反相輸入端，用符號(hào)“ - ”表示，說(shuō)明如果輸入信號(hào)由此端加入，由它產(chǎn)生的輸出信號(hào)與輸入信號(hào)反相。 P 稱(chēng)為同相輸入端，用“ + ”表示，說(shuō)明輸入信號(hào)由此加入，由它產(chǎn)生的輸出信號(hào)與輸入信號(hào)同相。考慮到運(yùn)算放大器要有直流電源才能工作，大多數(shù)集成運(yùn)算放大器需要兩個(gè)直流電源供電，所以圖 （ b ）中由運(yùn)算放大器內(nèi)部引出的兩個(gè)端子分別接到正電源 +V CC 和負(fù)電源 -V EE ，一般 V CC V EE 。運(yùn)算放大器的參考地就是兩個(gè)電源的公共地

6、端。 集成運(yùn)算放大器最少應(yīng)有上述 5 個(gè)端子，根據(jù)結(jié)構(gòu)、功能的不同，有的運(yùn)算放大器還可能有幾個(gè)供專(zhuān)門(mén)用途的端子，如頻率補(bǔ)償和調(diào)零端等，相應(yīng)功能可查閱有關(guān)器手冊(cè)。 （ 2 ）、集成運(yùn)算放大器特性的理想化 集成運(yùn)算放大器等效電路如圖 所示，圖中， R id 、 R o 分別為運(yùn)算放大器的差模輸入電阻和輸出電阻， A ud 為開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)， U n 和 U p 分別為反相、同相端輸入電壓，差模輸入電壓 U id =U n -U p 。在經(jīng)性工作狀態(tài)、輸出端開(kāi)路時(shí)，輸出電壓 U O A ud U id 。 一般集成運(yùn)算放大器的開(kāi)環(huán)差模電壓增益 A ud 非常大，其值可達(dá) 10 4 10 7 倍

7、（ 80-140dB ） , 差模輸入電阻 R id 很高，采用雙極型三極管作輸入級(jí)，其典型值為幾十千歐到幾兆歐，而采用場(chǎng)效應(yīng)管作輸入級(jí)，其輸入電阻通常大于 10 8 。輸出電阻 R O 很小，其值約為幾十到幾百歐，一般小于 200 。另外，集成運(yùn)算放大器的共模抑制比 K CMR 也很大，可達(dá) 10 4 10 6 （ 80 120 dB ），失調(diào)電壓、失調(diào)電流以及它們的溫漂均很小。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，常把集成運(yùn)算放大器特性理想化，即可認(rèn)為： A ud 、 R id 、 R O 0 、 K CMR 以及失調(diào)和溫漂均趨于零。 二、其它元件 1 、 變壓器 變壓器是將兩組或兩組以上的線(xiàn)圈繞在同一個(gè)線(xiàn)

8、圈骨架上，或繞在同一鐵芯上制成的。若線(xiàn)圈是空心的，成為空心變壓器，如圖（ a ）所示；若在繞好的線(xiàn)圈中插入了鐵氧體磁芯的便稱(chēng)為鐵氧體磁芯變壓器，如圖（ b ）所示；如果在線(xiàn)圈中插入鐵芯，則稱(chēng)為鐵芯變壓器，如圖（ c ）所示。 （ 1 ） 變壓器的種類(lèi) 根據(jù)工作頻率不同，變壓器可分為高頻變壓器、中頻變壓器和低頻變壓器。 、低頻變壓器 低頻變壓器可分為音頻變壓器與電源變壓器兩種，在電路中又可以分為輸入變壓器、輸出變壓器、級(jí)間耦合變壓器、推動(dòng)變壓器及線(xiàn)間變壓器等。這類(lèi)變壓器是鐵芯變壓器，其結(jié)構(gòu)形式多采用 E 形鐵芯或環(huán)形鐵芯，如圖所示。 中頻變壓器 中頻變壓器（又稱(chēng)中周）適用范圍從幾 kHz 至幾十

9、 MHz 。一般變壓器僅僅利用電磁感應(yīng)原理，而中頻變壓器除此以外還應(yīng)用了并聯(lián)諧振原理。因此，中頻變壓器不僅具有普通變壓器變換電壓、電流及阻抗的特性，它還具有諧振于某一特定頻率的特性。在超外差收音機(jī)中，它起到了選頻和耦合作用，在很大的程度上決定了靈敏度、選擇性和通頻帶等指標(biāo)。其諧振頻率在調(diào)幅式接收機(jī)中為 465kHz ，調(diào)頻半導(dǎo)體收音機(jī)中頻變壓器的中心頻率為 10.7MHz ± 100kHz 。 低頻變壓器及鐵芯 中頻變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。一般采用工帽形成螺紋調(diào)桿形結(jié)構(gòu)，并用金屬外殼做屏蔽罩。在磁帽頂端涂有色漆，以區(qū)別外形相同的中頻變壓器和振蕩線(xiàn)圈。 （ 2 ） 變壓器的常用鐵芯 變

10、壓器的鐵芯通常是由硅鋼片、坡莫合金或鐵氧體材料制成，其形狀有“ EI ”、“口”、“ F ”、“ C ”形等種類(lèi)，如圖所示。 常用鐵芯形狀 （ 3 ） 變壓器的特性 變壓器的變壓比。如果忽略鐵芯、線(xiàn)圈的損耗，如圖所示變壓器電路中有以下的關(guān)系： U 1 /U 2 =N 1 /N 2 =n 式中： n 稱(chēng)變壓比。 變壓器的變壓特性 變壓器電流與電壓的關(guān)系。若不考慮變壓器的損耗，則有： U 1 · I 1 =U 2 /I 2 或 U 1 · U 2 =I 2 /I 1 變壓器的阻抗變換關(guān)系。設(shè)變壓器初級(jí)輸入阻抗為 Z 1 ，次級(jí)負(fù)載阻抗為 Z 2 ，根據(jù)歐姆定律可導(dǎo)出： Z 1

11、/Z 2 = （ U 1 /U 2 ） 2 如果把阻抗之比寫(xiě)成變壓比的關(guān)系，則有： Z 1 /Z 2 =n 2 或 Z 1 =n 2 · Z 2 ， Z 2 =Z 1 /n 2 因此，變壓器可以做阻抗變換器。 變壓器的效率。以上分析中都假設(shè)變壓器本身沒(méi)有損耗，實(shí)際上損耗總是存的。變壓器的損耗主要有以下兩個(gè)方面： · 銅損。變壓器線(xiàn)圈大部分是用銅線(xiàn)繞制成的，由于導(dǎo)線(xiàn)存在著電阻，所以通過(guò)電流時(shí)就要發(fā)熱，消耗能量，使變壓器效率減低。 · 鐵損。主要來(lái)自磁滯損耗和渦流損耗，為了減少磁滯損耗，變壓器鐵芯通常采用導(dǎo)磁率高（容易磁化）而磁滯小的軟磁性材料制作，如硅鋼、磁性瓷及坡

12、莫合金等。為了減少渦流損耗，通常把鐵芯尚磁力線(xiàn)平面切成薄片，使其相互絕緣，割斷渦流。鐵芯一般采用厚度為 0.35mm 左右的硅鋼片疊合制成。 在變壓器的損耗中，除銅損和鐵損外，還有漏磁損耗。磁滯和渦流的影響，都是隨著頻率的增高而增加的。   三、繼電器 繼電器是自動(dòng)控制電路中常用的一種元件。實(shí)際上它是用較小的電流來(lái)控制較大電流的一種自動(dòng)開(kāi)關(guān)。在電路中起著自動(dòng)操作、自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)等作用。 繼電器的種類(lèi)很多，常用的是電磁式和干簧式繼電器兩種，其外形如圖所示。 = 繼電器一般由一個(gè)線(xiàn)圈、一組或幾組帶接點(diǎn)的簧片組成。在電路圖中，表示繼電器時(shí)只要畫(huà)出它拇圈和與控制電路有關(guān)的接點(diǎn)組就可以了。

13、繼電器的線(xiàn)圈用一個(gè)長(zhǎng)方框符號(hào)表示，同時(shí)在長(zhǎng)方框內(nèi)或框旁標(biāo)上這個(gè)繼電器的文字符號(hào)“ K ”或“ KR ”。繼電器的接點(diǎn)有兩種表示方法：一種是把它直接畫(huà)在長(zhǎng)方框的一側(cè)，這樣做比較直觀(guān)。另一種是按電路連接的需要，把各個(gè)接點(diǎn)分別畫(huà)在各自的控制電路中，這樣對(duì)分析和理解電路是有利的，但必須同時(shí)在屬于同一繼電器的線(xiàn)圈和接點(diǎn)旁邊注上相同的文字符號(hào)，并把接點(diǎn)組編號(hào)。表列出了繼電器的常用符號(hào)和三種接點(diǎn)的符號(hào)。按有關(guān)規(guī)定，在電路圖中，按點(diǎn)組的畫(huà)法，應(yīng)按線(xiàn)圈不通時(shí)的原始狀態(tài)畫(huà)出。 1 、特點(diǎn) （ 1 ） . 電磁式繼電器 圖中是電磁式繼電器的典型結(jié)構(gòu)圖。它主要由鐵芯、線(xiàn)圈、動(dòng)靜接點(diǎn)、銜鐵、返回彈簧（或簧片）等部分構(gòu)成

14、。其工作原理也很簡(jiǎn)單：只要在它的線(xiàn)圈、兩端加上一定的電壓，線(xiàn)圈中就會(huì)流過(guò)一定的電流。由于電流的磁效應(yīng)，鐵芯被磁化而具有磁性。動(dòng)鐵芯（即銜鐵）就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向靜鐵芯，從而帶動(dòng)在銜鐵上的動(dòng)接點(diǎn)與靜接點(diǎn)閉合。線(xiàn)圈斷電后，電磁吸力消失，銜鐵就會(huì)在返回彈簧的作用下返回原來(lái)的位置，使動(dòng)接點(diǎn)與靜接點(diǎn)閉合。上述銜鐵吸合，叫繼電器“動(dòng)作”或“吸合”。相反，銜鐵復(fù)位，叫繼電器“釋放”或“復(fù)位”。 圖 是一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)用的自動(dòng)關(guān)燈電路圖。當(dāng)按下按鈕開(kāi)關(guān) SB 后，晶體管 VT1 立即飽和導(dǎo)通，電源電壓（ 6V ）加在繼電器線(xiàn)圈的兩端，使它吸合，常開(kāi)接點(diǎn)閉合，“ 220V 、 40W ”的燈

15、泡的電源被接通而發(fā)光。同時(shí)，電容 C 被迅速充電，使它的兩端電壓也達(dá) 6V 。當(dāng)放開(kāi)按鈕后，由電源提供 I b 的電路被切斷，但電容 C 兩端存在電壓，還能維持晶體管工作，隨著時(shí)間的延遲，電容中的電荷經(jīng)過(guò) R 與晶體管的發(fā)射結(jié)泄放，電容兩端的電壓逐漸下降，當(dāng)晶體管的 U be 小于 0.65V 以后， VT1 截止，繼電器線(xiàn)圈失去電壓而釋放，接點(diǎn)被打開(kāi)，“ 220V 、 40W ”的燈泡的電源被切斷而熄滅。這個(gè)電路，撳一下按鈕開(kāi)關(guān) SB ，燈亮 20s 左右自動(dòng)熄滅（延長(zhǎng)時(shí)間長(zhǎng)短可調(diào)節(jié)電容 C 的容量），可作走廊照明燈的控制裝置。這個(gè)實(shí)例告訴我們，利用繼電器可用低電壓（ 6V ）、弱電流（幾十

16、毫安）來(lái)控制高電壓（ 220V ）、強(qiáng)電流（幾百毫安）的電路。 （ 2. ）干簧式繼電器 干簧管，干簧管的全稱(chēng)叫“干式舌簧開(kāi)關(guān)管”。圖為實(shí)物外形圖。它把兩片既導(dǎo)磁又導(dǎo)電的材料做成的簧片平行地封入充有惰性氣體（如氮?dú)?、氦氣等）的玻璃管中組成開(kāi)關(guān)元件。兩簧片的端部重疊并留有一定間隙以構(gòu)成接點(diǎn)。 當(dāng)永久磁鐵靠近干簧管或者由繞在干簧管上面的線(xiàn)圈通電后形成磁場(chǎng)使簧片磁化時(shí)，片的接點(diǎn)部分就感應(yīng)出極性相反的磁極，如圖所示。異名的磁極相互吸引，當(dāng)吸引的磁力超過(guò)簧中的彈力時(shí)，接點(diǎn)就會(huì)吸合；當(dāng)磁力減小到一定值時(shí)，接點(diǎn)又會(huì)被簧片的彈力所打開(kāi)。    干簧管以體積的大小可分為微型、小型、大型幾種。

17、微型的體積只有一粒米那樣大??；小型的體積與一段圓珠筆芯相似，大型像一段粉筆。 干簧管接點(diǎn)的形式常見(jiàn)的有常開(kāi)接點(diǎn)（ H ）型與轉(zhuǎn)換接點(diǎn)（ Z ）型兩種。 常開(kāi)接點(diǎn)的干簧管，它的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 。平時(shí)它的接點(diǎn)打開(kāi)，當(dāng)簧片被磁化時(shí)，接點(diǎn)閉合。 轉(zhuǎn)換接點(diǎn)的干簧管，結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 ?；善?1 用導(dǎo)電而不導(dǎo)磁的材料做的，簧片 2 、 3 仍是用既導(dǎo)電又導(dǎo)磁的材料制成。平時(shí)，靠彈性使簧片 1 和 3 閉合。當(dāng)永久磁鐵靠近它時(shí)，簧片 2 、 3 被磁化而吸引，使接點(diǎn) 2 、 3 閉合。這樣就構(gòu)成了一個(gè)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。 干簧式繼電器，上面我們已經(jīng)提到，使干簧管動(dòng)作的激勵(lì)磁場(chǎng)可以是永久磁鐵，也可以是通電線(xiàn)圈。因此，把干簧置于線(xiàn)圈內(nèi)

18、，就可以制成一種干簧繼電器。 圖 是一種成品干簧繼電器的結(jié)構(gòu)示意圖。在同一干簧繼電器的線(xiàn)圈骨架內(nèi)，可以同時(shí)放入 24 個(gè)同類(lèi)的干簧管，從而獲得多對(duì)接點(diǎn)的干簧繼電器。 干簧繼電器有以下幾個(gè)優(yōu)缺點(diǎn)： 接點(diǎn)與大氣隔絕，管內(nèi)又充有惰性氣體，這樣就大大減少了接點(diǎn)開(kāi)、閉過(guò)程中由于接點(diǎn)火花而引起的接點(diǎn)氧化和碳化。并防止外界有機(jī)蒸氣和塵埃雜質(zhì)對(duì)接點(diǎn)的侵蝕和污染。 簧片輕而短，有較高的固有頻率，提高了接點(diǎn)的通斷速度。一般通斷的動(dòng)作時(shí)間僅為 13ms ，比一般電磁繼電器快 510 倍。 體積小，重量輕。 缺點(diǎn)是開(kāi)關(guān)容量小，接點(diǎn)易產(chǎn)生抖動(dòng)以及接點(diǎn)接觸電阻大。 2 、主要技術(shù)參數(shù)各種繼電器的參數(shù)在繼電器生產(chǎn)廠(chǎng)的產(chǎn)品說(shuō)

19、明書(shū)中有詳盡的說(shuō)明。在繼電器的許多參數(shù)中，一般只需要弄清其中的主要電氣參數(shù)就可以了?，F(xiàn)以 JZC -21F 型超小型中功率繼電器為例作具體說(shuō)明。圖為這種繼電器的外形和符號(hào)圖。表中列出這種繼電器的 6 個(gè)參數(shù)，現(xiàn)分別敘述如下： 線(xiàn)圈電源和功率 它指繼電器線(xiàn)圈使用的是直流還是交流電，以及線(xiàn)圈消耗的額定電功率。 JZC -21F 型繼電器，它的線(xiàn)圈電源為直流，線(xiàn)圈消耗的額定功率為 0.36W 。 額定工作電壓或額定工作電流 這是指繼電器正常工作時(shí)線(xiàn)圈需要的電壓或電流值。一種型號(hào)的繼電器的構(gòu)造大體是相同的，為了使一種型號(hào)的繼電器能適應(yīng)不同的電路，它有多種額定工作電壓或額定工作電流以供選用，并用規(guī)格號(hào)加以區(qū)別。如型號(hào)為“ JZC -21F /006-1Z ”的繼電器，其中“ 006 ”即為規(guī)格號(hào)，表示額定工作電壓為 6V 。如“ JZC -21F /048-1Z ”的繼電器，其中“ 048 ”是規(guī)格號(hào)，表示額定工作電壓為 48V 。 . 線(xiàn)圈電阻 它指線(xiàn)較的電阻值。有時(shí)，手冊(cè)中只給出某型號(hào)繼電器的額定工作電壓和線(xiàn)圈電阻，這時(shí)可根據(jù)歐姆定律求出額定工作電流。例如“ JZC -21F /006-1Z ”繼電器的電阻為 100 ，額定工作電壓為 6V ，則額定工