電子設(shè)計(jì)技術(shù)基礎(chǔ)講座

1、電子設(shè)計(jì)技術(shù)基礎(chǔ)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心梁 偉電阻電容電感二極管三極管及MOS管常用數(shù)字邏輯芯片常用模擬器件芯片 電子設(shè)計(jì)的具體對(duì)象建立在基礎(chǔ)的電子元件上，電子系統(tǒng)就是電子元件的組合。這些元器件包括：電阻、電容、電感、半導(dǎo)體器件、線路板、接插件等等。 以電阻為例，它在線路原理圖上就是一個(gè)矩形框加上兩個(gè)引腳，但是真實(shí)的電阻器件卻是五花八門，種類繁多。 半導(dǎo)體器件則更是隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了多種門類，功能各異的功能器件。 做好電子設(shè)計(jì)這門功課，必須從基礎(chǔ)的起點(diǎn)出發(fā)，世界上不存在空中樓閣。要想做好電子設(shè)計(jì)工作，必須養(yǎng)成細(xì)心、耐心的習(xí)慣，必須養(yǎng)成細(xì)致工作的習(xí)慣，凡事從細(xì)微處出發(fā)，多做事情，多積累理

2、論基礎(chǔ)，多接觸各類項(xiàng)目及器件，逐漸積累經(jīng)驗(yàn)。1. 電阻1.1 電阻的種類 根據(jù)加工工藝，電阻分為：線繞電阻，薄膜電阻；根據(jù)支撐材料細(xì)節(jié)，電阻分為：陶瓷電阻、水泥電阻；根據(jù)電阻材料細(xì)節(jié)，多組分為：碳膜電阻、金屬膜電阻；根據(jù)焊接工藝，多組分為：軸向引線電阻、標(biāo)貼電阻。特殊應(yīng)用場(chǎng)合又有壓敏電阻、熱敏電阻及光敏電阻等等。 這些劃分方法，無(wú)非都是因?yàn)殡娮璧氖褂脠?chǎng)合不同而已。例如，大功率場(chǎng)合一般要用線繞電阻或者水泥電阻；民用電氣在小功率場(chǎng)合一般用碳膜電阻，因?yàn)楸阋?，大概一分錢兩個(gè)；工業(yè)場(chǎng)合一般小功率使用金屬膜電阻，因?yàn)榫雀?，穩(wěn)定性好，一般的1/4W，0.1%精度，25ppm的金屬膜電阻價(jià)格為五毛錢一個(gè)；

3、部要求體積的設(shè)備大多使用軸向引線電阻，精密儀器，小尺寸電路板一般使用表帖電阻。常見的線繞電阻及電位器，電阻一般使用陶瓷骨架，一般用于功率場(chǎng)合，例如電力設(shè)備中的分壓電阻。水泥外殼及金屬鋁外殼線繞電阻，一般用于大功率場(chǎng)合，如串聯(lián)穩(wěn)壓電源的限流采樣電阻。 四環(huán)碳膜電阻和五環(huán)金屬膜電阻一般為1%精度，碳膜電阻一般用于廉價(jià)民品，如收音機(jī)，金屬膜用于工業(yè)品，如汽車電子。老式精密線繞電阻，精度0.050.01%，溫度系數(shù)小于5ppm。用于精密儀器的模擬電路,如精密溫控儀器。EE型超精密電阻，精度0.050.01%，溫度系數(shù)小于5ppm。用于精密儀器。各種尺寸精密表貼電阻，用于小型精密儀器。多尺寸普通貼片電阻

4、，縮小設(shè)備體積。貼片電阻的包裝形式，帶裝，每盤5000只，尺寸為1206，功率為1/16W常見兩種NTC負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，一般用于引用測(cè)溫或者電路的溫度補(bǔ)償。自恢復(fù)保險(xiǎn)絲（PTC正溫度系數(shù)熱敏電阻）壓敏電阻，用于瞬間釋放電源尖峰能量，過壓保護(hù)。1.2 電阻的阻值標(biāo)示方法1.2.1 直接數(shù)字表示 一般用于功率電阻、線繞精密電阻等，直接印刷阻值及精度。 例如：一個(gè)電阻上印刷有：8W 1K J，則表示這個(gè)電阻的最大容許功率為8瓦，阻值是1000歐姆，具體的精度是5%。1.2.2 間接數(shù)字表示 采用一組數(shù)字串標(biāo)志阻值，一般為3個(gè)阿拉伯?dāng)?shù)字，前兩位是絕對(duì)值，后一位是10的冪次，單位是歐姆。電容也常用此

5、方法表示，單位為皮法。 例如：一個(gè)電阻上，等行為貼片電阻印刷電阻值為104，則這個(gè)電阻為10K1.2.3 色環(huán)表示 在小型軸向出線電阻上，印刷字體比較困難，一般采用色環(huán)來(lái)標(biāo)志阻值，碳膜常用4環(huán)，金屬膜常用5環(huán)。常用顏色：棕、紅、橙、黃、綠、藍(lán)、紫、灰、白、黑、銀、金這12中顏色。色環(huán)中1環(huán)表示精度，其它表示阻值。1.識(shí)別順序色環(huán)電阻是應(yīng)用于各種電子設(shè)備的最多的電阻類型，無(wú)論怎樣安裝，維修者都能方便的讀出其阻值，便于檢測(cè)和更換。但在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，有些色環(huán)電阻的排列順序不甚分明，往往容易讀錯(cuò)，在識(shí)別時(shí)，可運(yùn)用如下技巧加以判斷： 技巧1：先找標(biāo)志誤差的色環(huán)，從而排定色環(huán)順序。最常用的表示電阻誤差的顏色

6、是：金、銀、棕，尤其是金環(huán)和銀環(huán)，一般絕少用做電阻色環(huán)的第一環(huán)，所以在電阻上只要有金環(huán)和銀環(huán)，就可以基本認(rèn)定這是色環(huán)電阻的最末一環(huán)。 技巧2：棕色環(huán)是否是誤差標(biāo)志的判別。棕色環(huán)既常用做誤差環(huán)，又常作為有效數(shù)字環(huán)，且常常在第一環(huán)和最末一環(huán)中同時(shí)出現(xiàn)，使人很難識(shí)別誰(shuí)是第一環(huán)。在實(shí)踐中，可以按照色環(huán)之間的間隔加以判別：比如對(duì)于一個(gè)五道色環(huán)的電阻而言，第五環(huán)和第四環(huán)之間的間隔比第一環(huán)和第二環(huán)之間的間隔要寬一些，據(jù)此可判定色環(huán)的排列順序。 技巧3：在僅靠色環(huán)間距還無(wú)法判定色環(huán)順序的情況下，還可以利用電阻的生產(chǎn)序列值來(lái)加以判別。比如有一個(gè)電阻的色環(huán)讀序是：棕、黑、黑、黃、棕，其值為：10010000=1M

7、誤差為1，屬于正常的電阻系列值，若是反順序讀：棕、黃、黑、黑、棕，其值為140100=14k，誤差為1。顯然按照后一種排序所讀出的電阻值，在電阻的生產(chǎn)系列中是沒有的，故后一種色環(huán)順序是不對(duì)的。環(huán)顏色銀金黑棕紅橙黃綠蘭紫灰白有效數(shù)字0123456789數(shù)量級(jí)10-210-110010 110210310410510610710810 9允許偏差（）10512 0.5 0.250.1色環(huán)含義：四色環(huán)電阻： 第一色環(huán)是十位數(shù)，第二色環(huán)是個(gè)位數(shù)，第三色環(huán)是應(yīng)乘顏色次冪顏色次，第四色環(huán)是誤差率。五色環(huán)電阻： 最后一環(huán)為誤差，前三環(huán)數(shù)值乘以第四環(huán)的10顏色次冪顏色次，第一色環(huán)是百位數(shù)，第二色環(huán)是十位數(shù)，第

8、三色環(huán)是個(gè)位數(shù)，第四色環(huán)是應(yīng)乘顏色次冪顏色次， 第五色環(huán)是誤差率 。4環(huán)電阻為碳膜，阻值為22歐姆，精度為5%五環(huán)電阻的阻值為27歐姆，精度為1%。排阻，上圖是7個(gè)電阻，公用一個(gè)公共端子。一般用于上拉，公共驅(qū)動(dòng)。有4、5、6、7、8等組合電阻主要特性參數(shù)總結(jié)： 1、標(biāo)稱阻值：電阻器上面所標(biāo)示的阻值。 2、允許誤差：標(biāo)稱阻值與實(shí)際阻值的差值跟標(biāo)稱阻值之比的百分?jǐn)?shù)稱阻值偏差，它表示電阻器的精度。 允許誤差與精度等級(jí)對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：0.5%-0.05、1%-0.1(或00）、2%-0.2(或0）、5%-級(jí)、10%-級(jí)、20%-級(jí) 3、額定功率：在正常的大氣壓力90-106.6KPa及環(huán)境溫度為5570

9、的條件下，電阻器長(zhǎng)期工作所允許耗散的最大功率。 線繞電阻器額定功率系列為（W）：1/20、1/8、1/4、1/2、1、2、4、8、10、16、25、40、50、75、100、150、250、500。 非線繞電阻器額定功率系列為（W）：1/20、1/8、1/4、1/2、1、2、5、10、25、50、100 4、額定電壓：由阻值和額定功率換算出的電壓。 5、最高工作電壓：允許的最大連續(xù)工作電壓。在低氣壓工作時(shí)，最高工作電壓較低。 6、溫度系數(shù)：溫度每變化1所引起的電阻值的相對(duì)變化。溫度系數(shù)越小，電阻的穩(wěn)定性越好。阻值隨溫度升高而增大的為正溫度系數(shù)，反之為負(fù)溫度系數(shù)。 7、老化系數(shù)：電阻器在額定功率

10、長(zhǎng)期負(fù)荷下，阻值相對(duì)變化的百分?jǐn)?shù)，它是表示電阻器壽命長(zhǎng)短的參數(shù)。 8、電壓系數(shù)：在規(guī)定的電壓范圍內(nèi)，電壓每變化1伏，電阻器的相對(duì)變化量。 9、噪聲：產(chǎn)生于電阻器中的一種不規(guī)則的電壓起伏，包括熱噪聲和電流噪聲兩部分，熱噪聲是由于導(dǎo)體內(nèi)部不規(guī)則的電子自由運(yùn)動(dòng)，使導(dǎo)體任意兩點(diǎn)的電壓不規(guī)則變化。2. 電容 常用電容有無(wú)極性與有極性兩大類，后者可以做到比較大的容量，比如當(dāng)前的所謂超級(jí)電容。2.1 電容的主要特性參數(shù)2.1.1 容量與誤差 實(shí)際電容量和標(biāo)稱電容量允許的最大偏差范圍。一般分為3級(jí)：I級(jí)5%，II級(jí)10%，III級(jí)20%。在有些情況下，還有0級(jí)，誤差為20%。 精密電容器的允許誤差較小，而電解

11、電容器的誤差較大，它們采用不同的誤差等級(jí)。 常用的電容器其精度等級(jí)和電阻器的表示方法相同。用字母表示：D005級(jí)0.5%；F01級(jí)1%；G02級(jí)2%；JI級(jí)5%；KII級(jí)10%；MIII級(jí)20%。2.1.2 額定工作電壓 電容器在電路中能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定、可靠工作，所承受的最大直流電壓，又稱耐壓。對(duì)于結(jié)構(gòu)、介質(zhì)、容量相同的器件，耐壓越高，體積越大。2.1.3 溫度系數(shù) 在一定溫度范圍內(nèi)，溫度每變化1，電容量的相對(duì)變化值。溫度系數(shù)越小越好。2.1.4 絕緣電阻 用來(lái)表明漏電大小的。一般小容量的電容，絕緣電阻很大，在幾百兆歐姆或幾千兆歐姆。電解電容的絕緣電阻一般較小。相對(duì)而言，絕緣電阻越大越好，漏電也小

12、。2.1.5 損耗 在電場(chǎng)的作用下，電容器在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)熱而消耗的能量。這些損耗主要來(lái)自介質(zhì)損耗和金屬損耗。通常用損耗角正切值來(lái)表示。2.1.6 頻率特性 電容器的電參數(shù)隨電場(chǎng)頻率而變化的性質(zhì)。在高頻條件下工作的電容器，由于介電常數(shù)在高頻時(shí)比低頻時(shí)小，電容量也相應(yīng)減小。損耗也隨頻率的升高而增加。另外，在高頻工作時(shí)，電容器的分布參數(shù)，如極片電阻、引線和極片間的電阻、極片的自身電感、引線電感等，都會(huì)影響電容器的性能。所有這些，使得電容器的使用頻率受到限制。 不同品種的電容器，最高使用頻率不同。小型云母電容器在250MHZ以內(nèi)；圓片型瓷介電容器為300MHZ；圓管型瓷介電容器為200MHZ；圓盤型瓷

13、介可達(dá)3000MHZ；小型紙介電容器為80MHZ；中型紙介電容器只有8MHZ。2.2 無(wú)極性電容 這類電容就是兩個(gè)箔型極板加上電介質(zhì)材料。常見的卷起來(lái)的圓筒，或者方筒。單繞的可能有電感效應(yīng)，雙繞的沒有電感效應(yīng)，電容還有電阻效應(yīng)。衡量一個(gè)無(wú)極性電容的指標(biāo)很多。 薄膜電容，一般具有比較好的特性，多數(shù)用來(lái)做積分電容、EMI電磁兼容濾波電容。標(biāo)記方法同電阻，單位默認(rèn)為pf，后綴加n則為nf。1nf=1000pf直插式獨(dú)石電容與貼片式獨(dú)石電容，注意貼片式電容一般無(wú)任何標(biāo)記！一般用于高頻信號(hào)、高頻濾波，價(jià)格中等。最廉價(jià)的是瓷片電容，用于民用電器。2.3 電解電容直插及表帖的鋁電解電容。 直插及表貼的鉭電解

14、電容。特點(diǎn)是耐儲(chǔ)存，穩(wěn)定性遠(yuǎn)優(yōu)于鋁電解電容。缺點(diǎn)是成本高，一般不做大容量。一般用于精密工業(yè)設(shè)備。 超級(jí)電容，特點(diǎn)是容量大，放電快，放電大電流。某些時(shí)候可以部分替代電池的功能。3. 電感3.1 電感的種類電感普遍是線圈類型，小的容量采用空心，一般用于高頻電路。其它一律使用磁芯材料做骨架，極少會(huì)使用鐵芯做骨架。3.2 電感器的主要參數(shù) 電感器的主要參數(shù)有電感量、允許偏差、品質(zhì)因數(shù)、分布電容及額定電流等。3.2.1 電感量 電感量也稱自感系數(shù)，是表示電感器產(chǎn)生自感應(yīng)能力的一個(gè)物理量。 電感器電感量的大小，主要取決于線圈的圈數(shù)（匝數(shù)）、繞制方式、有無(wú)磁心及磁心的材料等等。通常，線圈圈數(shù)越多、繞制的線圈

15、越密集，電感量就越大。有磁心的線圈比無(wú)磁心的線圈電感量大；磁心導(dǎo)磁率越大的線圈，電感量也越大。 電感量的基本單位是亨利（簡(jiǎn)稱亨），用字母“H”表示。常用的單位還有毫亨（mH）和微亨（H），它們之間的關(guān)系是：1H=1000mH；1mH=1000H。3.2.2 允許偏差 允許偏差是指電感器上標(biāo)稱的電感量與實(shí)際電感的允許誤差值。一般用于振蕩或?yàn)V波等電路中的電感器要求精度較高，允許偏差為0.2%0.5%；而用于耦合、高頻阻流等線圈的精度要求不高；允許偏差為10%15%。3.2.3 品質(zhì)因數(shù) 品質(zhì)因數(shù)也稱Q值或優(yōu)值，是衡量電感器質(zhì)量的主要參數(shù)。它是指電感器在某一頻率的交流電壓下工作時(shí)，所呈現(xiàn)的感抗與其等

16、效損耗電阻之比。電感器的Q值越高，其損耗越小，效率越高。電感器品質(zhì)因數(shù)的高低與線圈導(dǎo)線的直流電阻、線圈骨架的介質(zhì)損耗及鐵心、屏蔽罩等引起的損耗等有關(guān)。3.2.4 分布電容 分布電容是指線圈的匝與匝之間、線圈與磁心之間存在的電容。電感器的分布電容越小，其穩(wěn)定性越好。3.2.5 額定電流 額定電流是指電感器有正常工作時(shí)反允許通過的最大電流值。若工作電流超過額定電流，則電感器就會(huì)因發(fā)熱而使性能參數(shù)發(fā)生改變，甚至還會(huì)因過流而燒毀。4. 二極管 二極管在結(jié)構(gòu)上就是一個(gè)PN結(jié)。因?yàn)橹圃觳牧虾陀猛镜牟煌?，又可能分為整流管、高速開關(guān)二極管、LED等等。 常見的普通交流整流二極管IN4007，6A10。主要用于

17、中小功率整流，一般用于400Hz以下的頻率。使用中主要考慮耐壓和最大電流兩個(gè)指標(biāo)。 大功率整流二極管，螺栓結(jié)構(gòu)。一般電流可以達(dá)到200A以上。主要用于工業(yè)應(yīng)用，例如電鍍系統(tǒng)的整流。電鍍系統(tǒng)使用幾萬(wàn)安培的電流時(shí)很普通的事情。 高速開關(guān)二極管，上圖1N4148高速開關(guān)管（100mA/100V），主要用于信號(hào)處理及小功率整流應(yīng)用，例如甲流信號(hào)精密整流電路。 高速肖特基整流二極管，上圖為1N5822（2A，50V）。主要用于開關(guān)電源輸出整流或者DC/DC系統(tǒng)中作為續(xù)流使用。 整流橋，本圖均為4個(gè)二極管的全橋結(jié)構(gòu)。 三相整流橋，用于電力電子系統(tǒng)整流。同時(shí)使用三相電，保證用戶負(fù)載平衡。表面貼裝二極管，各種

18、二極管均有此種封裝形式。 目前常用的二極管均為硅材料為主導(dǎo)的產(chǎn)品。 一般的整流管、高速開關(guān)管、高速二極管的PN結(jié)正向壓降均為典型的0.60.8V。 高速肖特基二極管的管壓降則比較低，典型的為0.10.3V。這個(gè)特點(diǎn)是它在低壓整流電路中能夠具有比較高的工作效率。 所有半導(dǎo)體二三極管均不支持長(zhǎng)時(shí)間過流，容易造成永久損壞。一般使用中必須考慮它的耐壓參數(shù)及電流參數(shù)，建議使用中留有一半的余量。同時(shí)盡管二極管允許瞬間10100倍的過流，但是必須參照手冊(cè)規(guī)范來(lái)使用。 包括電阻、電容、電感、二極管等器件，手冊(cè)中常給出最大極限工作參數(shù)。但是務(wù)必注意，在極限工作參數(shù)下，不保證長(zhǎng)期正常工作，不保證使用壽命！ 還有一

19、類特殊的二極管，就是發(fā)光二極管，即LED。 紅、黃、黃綠為常規(guī)類型，歷史較長(zhǎng)，管壓降1.82.2V；純綠、純藍(lán)、白（籃管+熒光粉），管2.83.2V；紅外發(fā)光LED的管壓降為0.81.2V。一般均不支持較大的反相電壓，反相加電壓容易損壞。 目前比較時(shí)髦的一個(gè)行業(yè)就是LED照明，實(shí)際大量使用白光LED。相關(guān)的LED、驅(qū)動(dòng)電路等產(chǎn)業(yè)比較熱門。多種LED產(chǎn)品5. 三極管及MOS管 三極管為電流控制器件，有PNP，NPN兩種結(jié)構(gòu)；前者需要拉電流（向外流）的基極控制，后者為灌電流控制。如果集電極電阻負(fù)載固定，當(dāng)基極電流足夠大時(shí)，管子進(jìn)入飽和狀態(tài)，VCE接近于零，但是這個(gè)電壓一定存在。使用它一般必須配置基

20、極限流電阻！IE=*IB。 常見的中頻小功率硅管S8050，結(jié)構(gòu)為NPN，VCE耐壓50V，IC最大300mA。主要用于信號(hào)處理，小功率驅(qū)動(dòng)，如繼電器驅(qū)動(dòng)等場(chǎng)合。類似的產(chǎn)品還有S9013。各種封裝中等功率三家管。主要用于中功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)，例如開關(guān)較大的電機(jī)負(fù)載，DC/DC開關(guān)電路，音頻功率放大器等。 MOS管為電壓控制器件，主要?jiǎng)澐譃榻Y(jié)型，絕緣柵型。 場(chǎng)效應(yīng)管的類型包括結(jié)型和絕緣柵型。 在一塊N型(或P型)半導(dǎo)體材料的兩邊各擴(kuò)散一個(gè)高雜質(zhì)濃度的P型區(qū)(或N型區(qū))，就形成兩個(gè)不對(duì)稱的PN結(jié)。把兩個(gè)P區(qū)(或N區(qū))并聯(lián)在一起，引出一個(gè)電極，稱為柵極(g)，在N型(或P型)半導(dǎo)體的兩端各引出一個(gè)電極，分

21、別稱為源極(s)和漏極(d)。夾在兩個(gè)PN結(jié)中間的N區(qū)(或P區(qū))是電流的通道，稱為導(dǎo)電溝道(簡(jiǎn)稱溝道)。這種結(jié)構(gòu)的管子稱為N溝道(或P溝道)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管。分為N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管和P溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管兩種。絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管（JGFET）則因柵極與其它電極完全絕緣而得名。目前在絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管中，應(yīng)用最為廣泛的是MOS場(chǎng)效應(yīng)管，簡(jiǎn)稱MOS管（即金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管MOSFET）； 所謂的“耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管”就是當(dāng)Ugs=0或者柵極懸空時(shí)，漏、源極飽和導(dǎo)通，當(dāng)Ugs小于零變負(fù)時(shí)，漏、源極逐漸趨于截止，最典型的就是結(jié)型管如3DJ6等，如果有的話您可以自己測(cè)測(cè)，柵極懸空，用指針表測(cè)漏、源極電阻時(shí)很小

22、，當(dāng)Ug低于Us時(shí)，漏源極間的電阻增大. 利用這個(gè)特性，在源極接個(gè)電阻，再把柵極接在這個(gè)電阻的尾端就組成了簡(jiǎn)單的恒流源。 增強(qiáng)型一般有N，P溝道兩種，分別使用高電平和低電平控制開啟。當(dāng)電平足夠足夠高時(shí)完全導(dǎo)通。表現(xiàn)特征為RSD電阻為管子設(shè)計(jì)的固定值，可以小到幾個(gè)毫歐姆。通過的電流可以達(dá)到幾十或者上百安培。目前使用較多，主要用于開關(guān)功率器件、DC/DC及同步整流等場(chǎng)合。6. 常用數(shù)字邏輯芯片 隨著數(shù)字集成電路在電子產(chǎn)品中的大量應(yīng)用，它們不斷被標(biāo)準(zhǔn)化，最終形成了標(biāo)準(zhǔn)的系列產(chǎn)品。對(duì)于正邏輯數(shù)字集成電路，有兩大系列產(chǎn)品，即TTL和CMOS標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字集成電路，它們都屬于中小規(guī)模集成電路，這些產(chǎn)品幾乎涵蓋了

23、所有的數(shù)字邏輯功能，因此獲得了非常廣泛的應(yīng)用。 6.1 TTL系列 TTL系列集成電路是經(jīng)典的標(biāo)準(zhǔn)邏輯電路，它經(jīng)常被籠統(tǒng)地稱為74系列集成電路，軍品則稱為54系列。實(shí)際上，TTL電路經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)形成了多個(gè)不同性能的系列產(chǎn)品。最早的TTL電路是雙極型器件，如：7400，是一片包含四個(gè)二輸入端與非門的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電路。隨著集成電路工藝的發(fā)展，稍后出現(xiàn)了74LS系列產(chǎn)品，稱為低功耗肖特基電路，如：74LS00，它與7400的功能完全相同，只是速度得到提高，功耗反而降低。隨著CMOS工藝的發(fā)展，又出現(xiàn)了CMOS工藝制造的74HC系列、74AHC系列等產(chǎn)品，見下表，以TI公司的產(chǎn)品為例，以7400

24、為基準(zhǔn)，羅列出了目前所有種類74系列電路的基本指標(biāo)。在實(shí)際的設(shè)計(jì)和應(yīng)用中，設(shè)計(jì)者已經(jīng)越來(lái)越多地選擇使用CMOS工藝的74系列邏輯電路產(chǎn)品了。電路型號(hào)產(chǎn)品系列工作電壓（V）生產(chǎn)工藝典型傳輸速度（ns）最大驅(qū)動(dòng)電流（-IOH/IOL，mA）工作溫度范圍（）備注SN74005雙極20IOL：24070標(biāo)準(zhǔn)TT器件SN74LS00低功耗肖特基5雙極10-15/24070與TTL器件完全兼容SN74ALS00先進(jìn)的低功耗5雙極10-15/24070與TTL器件完全兼容SN74F00高速邏輯5CMOS65-15/64070與TTL器件完全兼容SN74HC00高速CMOS邏輯27CMOS25-8/8-408

25、5SN74HCT00高速CMOS邏輯5CMOS25-8/8-4085輸入與TTL電平兼容SN74AHC00先進(jìn)高速CMOS邏輯25CMOS85-8/8-4085SN74AHCT00先進(jìn)高速CMOS邏輯5CMOS85-8/8-4085輸入與TTL電平兼容SN74AHC1G00先進(jìn)高速CMOS邏輯5CMOS85-8/8-4085輸入與TTL電平兼容，單門。6.2 CMOS系列 CMOS系列數(shù)字集成電路包含CD4000系列和CD4500系列電路，它是隨著CMOS工藝的不斷成熟而發(fā)展起來(lái)的。CMOS電路具有電源范圍寬和功耗低等許多特點(diǎn)，因此發(fā)展速度很快，尤其在便攜式電子產(chǎn)品中獲得了廣泛應(yīng)用。其實(shí)在上表

26、中已經(jīng)能夠看到，即使是TTL電路，也已經(jīng)逐步CMOS化了。CMOS電路的產(chǎn)量早已經(jīng)超過TTL電路，CMOS工藝集成電路主要具有以下優(yōu)點(diǎn)。1、功耗低 CMOS電路為電壓控制器件集成，因此靜態(tài)功耗極低，對(duì)于CD4069這樣的六反相器門電路，VDD=5V時(shí)，功耗小于5W。2、工作電源電壓范圍寬 CD4000系列和CD4500系列電路的供電電源范圍為318V，74HC系列電路電源為26V。由于電源范圍極寬，因此選擇供電電源非常方便，對(duì)供電電路要求低，甚至可以使用未加穩(wěn)壓的電源。采用CMOS道路的邏輯系統(tǒng)可以大大簡(jiǎn)化電源設(shè)計(jì)，有利于降低系統(tǒng)成本。加之CMOS電路的低功耗特性，目前許多電池供電的設(shè)備普遍采

27、用CMOS器件。3、抗干擾能力強(qiáng) CMOS集成電路的電壓噪聲容限典型值可以達(dá)到電源電壓的45%；保證值也可以達(dá)到30%，而且隨著電源電壓的增加，噪聲容限電壓絕對(duì)值增加，高低電平的噪聲容限完全相等，而TTL電路的噪聲容限只有0.8V。4、輸入阻抗高 CMOS電路的輸入端一般是由保護(hù)二極管和串聯(lián)電阻組成的保護(hù)網(wǎng)絡(luò)，正常電壓范圍內(nèi)，它們都處于反相偏置狀態(tài)，而CMOS的輸入都是電壓控制器件，阻抗都大于100M。因此驅(qū)動(dòng)CMOS電路所需功耗甚微，與單片機(jī)、其它集成電路或分立元件接口連接十分方便。5、溫度范圍大 由于CMOS電路功耗低，內(nèi)部發(fā)熱小，同時(shí)電路具有互補(bǔ)作用，電路在很寬的溫度范圍內(nèi)都可以正常工作

28、，塑料封裝的芯片可以在汽車級(jí)的范圍工作，即-40+85。而陶瓷金屬封裝的電路則可以在軍品溫度范圍工作，即-55+125。 6、抗輻射能力強(qiáng) MOS晶體管是一種多數(shù)載流子受控的器件，射線輻射對(duì)載流子的濃度影響不大，同時(shí)因?yàn)镃MOS器件還具有使用溫度范圍寬的特點(diǎn)，因此CMOS器件特別適用于設(shè)計(jì)軍工、航天和核試驗(yàn)條件下的設(shè)備。 對(duì)于不同的應(yīng)用場(chǎng)合，設(shè)計(jì)者可以根據(jù)實(shí)際情況和自身的設(shè)計(jì)習(xí)慣選擇使用74系列或者CD4000和CD4500系列器件，也可以不同系列器件混合使用，以組合出單芯片不具備的功能。74系、CD4000和CD4500系列器件涵蓋了幾乎所有的數(shù)字邏輯功能。 盡管目前已經(jīng)大量使用可編程邏輯器

29、件（PLD、CPLD、FPGA），但是在低成本，簡(jiǎn)單邏輯場(chǎng)合，仍舊大量使用這些常規(guī)電路。CMOS邏輯的器件使用機(jī)會(huì)越來(lái)越大。7. 常用模擬芯片7.1 常用運(yùn)算放大器 運(yùn)算放大器是智能測(cè)控電子產(chǎn)品不可缺少的基本電路。根據(jù)實(shí)際儀器設(shè)備的功能與要求的不同，對(duì)放大器也有不同的要求，如增益的高低，失調(diào)的大小，頻帶的寬窄，輸入阻抗的高低，供電范圍的大小等等。而實(shí)際上，放大器的參數(shù)遠(yuǎn)不止這些，要選擇合適的運(yùn)算放大器，應(yīng)該對(duì)它的主要指標(biāo)有所了解。放大器的參數(shù)雖然有很多，但是放大器類型的選擇取決于最關(guān)鍵指標(biāo)。例如，如果為交流應(yīng)用而選擇一種高輸入阻抗的放大器，那么它的失調(diào)電壓及溫漂指標(biāo)可能就比偏置電流的重要性小的

30、多，而它們與帶寬相比則可能都不主要了；再如，如要測(cè)量一個(gè)高源內(nèi)阻的微弱直流信號(hào)，則失調(diào)電壓及其溫漂與輸入阻抗是最重要的指標(biāo)。真實(shí)世界的運(yùn)算放大器永遠(yuǎn)也達(dá)不到理想放大器的指標(biāo)，因此對(duì)于不同的應(yīng)用，人們?cè)O(shè)計(jì)出了很多種類的放大器芯片，我們可以根據(jù)實(shí)際需要來(lái)選擇。7.1.1 雙極型放大器1、OP07 高水平的雙極型放大器，典型代表就是OP-07。它使用正電源控制通過1、5腳調(diào)零。OP-07管腳封裝見圖1-4，它的性能指標(biāo)比741有很大幅度的提高，具體為：輸入失調(diào)電壓：典型為60V，最大150V輸入失調(diào)電壓溫漂：最大2.5V/C輸入偏置電流：典型2nA，最大9 nA輸入阻抗：典型30 M，最小7M共模輸

31、入電壓：14V共模抑制比：110db轉(zhuǎn)換速率：0.3V/s穩(wěn)定時(shí)間：0.5s電源電壓范圍：3V18V2、LM358 在一個(gè)芯片里封裝有有多個(gè)放大器的產(chǎn)品，典型的雙運(yùn)放就是LM358。如圖，它在一個(gè)8腳芯片里封裝了兩個(gè)放大器，沒有引出調(diào)零端。它的特點(diǎn)是單電源工作，輸入和輸出都可以接近到地電位，同時(shí)它具有微功耗的特點(diǎn)。具體性能指標(biāo)如下：輸入失調(diào)電壓：典型為3mV，最大6mV輸入失調(diào)電壓溫漂：最大7V/C輸入偏置電流：典型50nA，最大150 nA共模輸入電壓：0VCC-1.5V共模抑制比：80db轉(zhuǎn)換速率：0.3V/s穩(wěn)定時(shí)間：0.3s電源電壓范圍：3V32V，可雙電源供電電源電流：雙運(yùn)放典型1m

32、A，最大2mALM358實(shí)際由三個(gè)系列產(chǎn)品組成，即：LM158、LM258和LM358，它們分別是軍品級(jí)、工業(yè)品級(jí)和民品級(jí)別的產(chǎn)品。主要區(qū)別在于使用的溫度范圍上，軍品為-55125；工業(yè)品為-4085；民品為070。圖1-3 LM324芯片頂視圖由于358放大器的低功耗、單電源供電和廉價(jià)的特點(diǎn)，使它獲得了廣泛的應(yīng)用，尤其在民用電子產(chǎn)品中至今仍有大量的應(yīng)用。7.1.2 JFET型放大器1、LF356 雙極型放大器由于使用電流發(fā)達(dá)器件做輸入端，因此它的輸入阻抗必然不會(huì)太大，在一些高阻信號(hào)源的應(yīng)用中受到限制，例如檢測(cè)壓電器件的電荷量或者檢測(cè)PH計(jì)的玻璃電極信號(hào)。這時(shí)，使用場(chǎng)效應(yīng)管輸入端的放大器就能夠

33、解決問題。 早期典型的場(chǎng)效應(yīng)管輸入端的放大器是LF356，它管腳與741完全兼容，但使用正電源調(diào)零。輸入失調(diào)電壓：典型為3mV，最大7mV輸入失調(diào)電壓溫漂：最大5V/C輸入偏置電流：典型20 pA，最大100 pA輸入阻抗：1012 M共模輸入電壓：12V共模抑制比：100db轉(zhuǎn)換速率：12V/s電源電壓范圍：5V22V電源電流：典型5mA，最大7mA7.1.3 精密放大器 對(duì)于很多小信號(hào)的放大，OP-07運(yùn)放也顯得不夠精密，這時(shí)可以選用OP-27A這類高精密的運(yùn)算放大器。OP-27A也是標(biāo)準(zhǔn)8腳封裝的，管腳OP-07兼容，都使用正電源調(diào)零，具體性能指標(biāo)如下：輸入失調(diào)電壓：典型為10V，最大2

34、5V輸入失調(diào)電壓溫漂：最大1V/C輸入偏置電流：典型10nA，最大40 nA輸入阻抗：典型6 M，最小1.3M共模輸入電壓：12V共模抑制比：120db轉(zhuǎn)換速率：2.8V/s電源電壓范圍：3V18V OP-27的顯著特點(diǎn)就是極低的輸入失調(diào)電壓及失調(diào)電壓溫漂，類似的精密高性能放大器還有OP37、OP-177、AD707等。7.1.4 軌到軌放大器 Rail to Rail 的中文含義是軌到軌輸出的意思。普通的運(yùn)算放大器的輸出是達(dá)不到電源值附近的，一般要低于電源1.5V左右，對(duì)于目前低壓電池供電的系統(tǒng)而言，需要運(yùn)算放大器具有低壓?jiǎn)坞娫垂ぷ鞯哪芰?，同時(shí)還要求它在有限的電源范圍內(nèi)具有盡可能大的輸出擺幅

35、。需求促進(jìn)了半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，目前已經(jīng)有大量的運(yùn)算放大器具有Rail to Rail 的能力。上面已經(jīng)提到TLC4501的就具有Rail to Rail輸出能力，常用的此種放大器有許多，典型的如：TLC2252和TLC2254，它們分別是單運(yùn)放和四運(yùn)放，管腳與LM358及LM324兼容。 TLC2252是德州儀器公司先進(jìn)的LinCMOSTM工藝制造的雙路運(yùn)算放大器，它具有滿電源電壓幅度輸出特性，即Rail to Rail 輸出能力。同時(shí)，它具有比現(xiàn)有的CMOS運(yùn)算放大器更好的失調(diào)電壓指標(biāo)及功耗指標(biāo)，TLC2252的性能指標(biāo)如下：輸入失調(diào)電壓：典型200V，最大1500V輸入失調(diào)電壓溫漂：最大0

36、.5V/C輸入偏置電流：典型1pA輸入阻抗：1012共模輸入電壓：04V7.1.5 儀表放大器 由于現(xiàn)場(chǎng)存在各種干擾，尤其是共模干擾比較嚴(yán)重，所以普通單端運(yùn)算放大器無(wú)法對(duì)信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確的放大。設(shè)計(jì)者經(jīng)常采用典型的三運(yùn)放結(jié)構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)高輸入阻抗和高共模抑制比的差動(dòng)輸入放大器，這樣做電路比較復(fù)雜，目前已經(jīng)有許多成品的差動(dòng)輸入放大器，它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)就是典型的三運(yùn)放結(jié)構(gòu)，可以直接使用。具體的芯片型號(hào)有INA118、AD623和AD627等。它們作為精度高、頻帶寬、共模抑制比高的新型儀表放大器很適合用來(lái)完成信號(hào)放大的任務(wù)，以下以INA118為例說明它們的芯片引腳和功能。首先介紹管腳功能：1腳：反饋電阻連接端2

37、腳：反相輸入端3腳：同相輸入端4腳：負(fù)電源或者地5腳：輸出基準(zhǔn)端6腳：輸出7腳：正電源8腳：反饋電阻連接端 使用時(shí)，在1、8腳之間接入一只反饋電阻Rg來(lái)調(diào)整增益，具體Rg=50k/(G1)。REF端可以接入一個(gè)參考電位，能夠使輸出平移，在單電源的應(yīng)用中非常有用，如果輸出以地為基準(zhǔn)，則此腳接地。具體性能指標(biāo)如下：最大偏移電壓：50V最大溫漂：0.5V/圖1-9 LOG102頂視圖最大輸入基極電流：5nA最小共模抑制比：110dB輸入過壓保護(hù)電壓：40V電源電壓：1.35V18V，可以單電源工作電源電流：350A帶寬：?jiǎn)挝辉鲆鏁r(shí)為800kHz增益設(shè)置范圍：11000穩(wěn)定時(shí)間：?jiǎn)挝辉鲆鏁r(shí)為25s過載

38、恢復(fù)時(shí)間：20s工作溫度范圍：4085封裝形式：8腳DIP或SO。 7.1.6 高速放大器 在視頻應(yīng)用、移動(dòng)通訊、圖像采集、超聲波處理及雷達(dá)信號(hào)處理領(lǐng)域，必須使用高速放大器來(lái)放大和處理信號(hào)。一般的高速放大器都采用電流反饋形式，AD8099就是ADI新推出的一款高速放大器，具有較高的性能指標(biāo)，具體應(yīng)用請(qǐng)參見ADI網(wǎng)站上的應(yīng)用筆記。主要性能指標(biāo)如下：失調(diào)電壓：最大0.5mV典型失調(diào)溫漂：2.5V/典型輸入電流：-6A輸入阻抗：4K失真：-90 dB，在10 MHz基頻條件下-3db帶寬：700MHz（增益G=2）轉(zhuǎn)換速率：700 V/s（增益G=2）電源電壓：5V6V電源電流：15mA工作溫度范圍：401257.1.7 可控增益放大器 對(duì)于許多智能儀器，經(jīng)常要面對(duì)多種量程的信號(hào)輸入，因此需要前置放大器具有可變?cè)鲆娴墓δ?。目前有兩類芯片支持這種功能，既軟件程控方式和模擬電壓壓控方式。 AD603是一款A(yù)DI公司的壓控可變?cè)鲆娓咚俜糯笃?，使用模擬電壓進(jìn)行線性的對(duì)數(shù)增益控制。廣泛應(yīng)用于RF/IF的AGC（自動(dòng)增益控制）放大器、視頻增益控制、A/D轉(zhuǎn)換器量程擴(kuò)展及信號(hào)測(cè)量等領(lǐng)域。主要特點(diǎn)有： 在90 MHz帶寬下，在11 dB +31 dB 范圍可控增