实用模拟电子技术教程第10章电子课件

实用模拟电子技术教程主编：徐正惠副主编：刘希真张小冰第三篇模拟集成电路及其应用本篇介绍集成电路和模拟集成电路的分类、命名方法、封装方式等基本常识。在此基础上重点介绍集成运算放大电路、集成稳压电路、集成信号测量电路、集成仪表放大电路、集成功率放大电路、集成信号发生电路等。通过介绍和讨论，要求掌握或了解相关集成电路常用的型号、外型、封装、功能、主要性能指标和典型应用电路。要求掌握常用模拟集成电路应用电路的设计方法。第10章模拟集成电路基本常识第三篇模拟集成电路及其应用学习要求：掌握模拟集成电路的常用分类方法；了解模拟集成电路国家标准和国外仙童公司、美国国家半导体公司等集成电路命名方法；学会根据电路型号，对照命名规定识读相关的模拟集成电路，确定电路的类型归属、主要用途等；掌握DIP、TO、SOP封装的外型特点。模拟集成电路简介：第10章模拟集成电路基本常识集成电路是20世纪60年代发展起来的微型电子器件，按功能分类，集成电路可分为模拟集成电路和数字集成电路两大类。模拟集成电路：用来产生、放大和处理模拟信号的集成电路称为模拟集成电路数字集成电路：用来产生、放大和处理数字信号的则称为数字集成电路。在模拟电子技术课中，我们限于讨论模拟集成电路。我们限于讨论模拟集成电路，本章介绍如何按照制作工艺和用途进行分类，在此基础上讨论集成电路型号的命名方法及封装等基本知识。10.1.1半导体集成电路10.1模拟集成电路按照制造工艺分类模拟集成电路可以按照多种方法进行分类，按照制造工艺，模拟集成电路可分为半导体集成电路、厚膜集成电路和薄膜集成电路，我们重点讨论半导体集成电路。何谓半导体集成电路？通过硅平面制造工艺，将包括电阻、电容、二极管、三极管和彼此间的连线构成的整个电路集中制造到一个或几个很小的半导体晶片上，再加上封装和引脚而最终形成的具有所需功能的一种微型结构。半导体集成电路历史上世纪60年代开始，经历了小规模集成电路(集成度100）、中规模集成电路（1000）、大规模集成电路（10万）、超大规模集成电路（100万）等几个发展阶段。（芯片所包含的元器件数称为集成度）10.1模拟集成电路按照制造工艺分类半导体集成电路的出现导致了电子产品设计、调试、生产和维护工作的革命：（1）集成电路体积小、引出线少，线路板上的连线也就大为减少，因此，由连接线线和焊点引起的故障就大大降低。这就提高了集成电路组成的电子产品的可靠性。（2）电子产品设计的分工趋于更加合理。电子产品的设计已分解为集成电路芯片的设计和集成电路应用电路的设计，前者由集成电路制造商组织专业人员来完成，后者才是大量电子工程技术人员需要完成的设计。（3）集成电路的发展也引发了模拟电子技术教学内容和方法的改革。从事电子产品设计、调试、生产第一线的工程技术人员应用各种模拟集成电路时，需要着重掌握的是集成电路的外部特性而不是集成电路内部的电路结构和工作原理。相比之下，对于模拟集成电路外部特性和应用电路的学习要比分立电路组成的应用电路更简单，更容易。10.1模拟集成电路按照制造工艺分类下面以音频信号放大电路的设计为例说明模拟集成电路的发明如何导致电子产品设计、调试、生产和维护工作的深刻变化。已知信号源的幅度10mV左右，频率范围50～2000Hz，信号源内阻20kΩ，要求设计一个放大电路，将其放大到1伏左右，以便用喇叭将音频信号播放出来。用分立元器件来实现：必要的负反馈、计算反馈系数、计算放大倍数是否符合要求等等。设计之后进行安装调试，调试中发现问题时还要对设计作必要的修改，整个设计、调试过程显得相当复杂。根据框图，确定各单元的电路、计算各级放大电路的静态工作点、负载线、动态范围，选择10.1模拟集成电路按照制造工艺分类选用集成电路来构成上述放大电路，情况就有所不同。模拟集成电路中有一种型号为LM386N的功率放大电路，8脚双列直插型封装，外型和引脚如图所示，其主要技术参数为：电源电压4～12伏静态电流4毫安电压增益26～46dB可调输入电阻50kΩ带宽300kHz失真0.2%将上述参数与设计要求相对照，显然，选用LM386N，就能很好地满足设计任务提出的要求。同相输入反相输入增益地增益旁路+Vcc输出采用LM386，设计工作变得十简单：10.1模拟集成电路按照制造工艺分类选用集成电路来构成上述放大电路，情况就有所不同。集成电路应用电路设计除上述技术参数以外，电路生产厂家还提供典型应用电路，只要根据设计要求选定电路中的外接元器件参数，设计任务即告完成。C1取10μF时放大倍数为200，1，8脚之间开路时，放大倍数为20；C2为输出信号耦合电容；C3、R1组成串联补偿电路；C4为补偿电容，用来提高纹波抑制能力。10.1模拟集成电路按照制造工艺分类实际上，LM386N内部电路如图所示，是相当复杂的，但应用LM386N时我们完全可以不必顾及内部的电路，只需掌握集成电路的外部特性就行了。10.1.2厚膜集成电路10.1模拟集成电路按照制造工艺分类采用丝网印刷、烧结等厚膜技术将组成电路的元器件（主要是电阻）及其连线以厚膜的形式制作在绝缘基板（主要是氧化铝陶瓷）上所构成的整体电路即为厚膜电路。与半导体集成电路中的电阻不同，厚膜制作的膜式元件—电阻及连线能承受较大的电流，因而能用于大功率的场合。如果进一步采用厚膜组装技术外贴微型晶体管、单片半导体集成电路等器件，所形成的电路就称为厚膜混合集成电路。厚膜混合集成电路有以下特征：（1）可与半导体集成电路芯片进行二次集成，制作多功能的组件。（2）由于印刷元件能承受的电流较大，基板的导热率高，组件具有较大的功率负载能力，能适应于大功率和高压电路。（3）可采用多层布线，互连线短，信号延迟减小。10.1.2厚膜集成电路10.1模拟集成电路按照制造工艺分类（4）封装模块在工艺筛选过程中把早期失效电路剔除，与单片IC相比，可靠性进一步提高。（5）封装模块在防潮、抗腐蚀性、防锈、耐高温、抗辐射等方面都比单片IC有很大提高。由于以上优点，加上厚膜混合集成电路设计灵活性大，研制周期短，适合多品种、小批量生产，已广泛应用于航空航天、汽车电子、电子通讯、仪器仪表、有线电视、电力电子、微波通讯、军工及消费类等各种电子产品中。功率放大厚膜集成电路STK4151和STK439外型。STK4145的最大输出功率为30W，STK439的最大输出功率为15W。10.1.3薄膜集成电路10.1模拟集成电路按照制造工艺分类薄膜集成电路：通过真空蒸发、溅射和电镀等工艺将电路的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及互连引线，用厚度在1微米以下的金属、半导体、金属氧化物或绝缘介质薄膜等材料制作到基片上所形成的集成电路即为薄膜集成电路。混合集成电路：用薄膜技术制备电阻、电容等元件和元件间的连线，再将半导体集成电路、晶体管、二极管等有源器件的芯片和不使用薄膜工艺制作的功率电阻、大容量的电容器、电感等元件用热压焊接、超声焊接、梁式引线或凸点倒装焊接等方式制成的集成电路称为混合集成电路。薄膜集成电路主要应用于便携式、微型及小型电子产品，例如手机、掌上电脑、数码相机、摄录象机、MP3、计算机等产品。10.2模拟集成电路按照用途分类按照用途的不同，常见的模拟集成电路可分为以下几类：（1）集成运算放大电路（简称运放）是多级差分放大电路集成而成的高增益直接耦合放大电路，其内部通常包含输入级、中间放大级和输出级三部分。运算放大电路用于模拟信号的运算和处理，也用来产生各种模拟信号，由于其用途广泛，又分为：通用型运算放大电路、低功耗运算放大电路、低噪声运算放大电路、高速运算放大电路、高压运算放大电路等多种。（2）仪用放大电路是一类专门提供给仪器仪表使用的模拟集成电路，其实质也是运算放大器，但结构比较特殊，一般由几个运算放大器组合而成。10.2模拟集成电路按照用途分类（3）稳压集成电路用以产生稳定的直流电压输出，又称集成稳压电源。（4）音响集成电路包括立体声解码电路、音频前置放大电路、音频功率放大集成电路、环绕声处理、电平驱动、电子音量控制、延时混响集成电路等，常用于收音机、录音机、扩音机等。（5）电视机用集成电路包括行、场扫描、中放、伴音集成电路、彩色解码、AV/TV转换集成电路、开关电源集成电路、遥控集成电路、丽音解码集成电路、画中画处理集成电路等。（6）其他专用集成电路包括VCD机、DVD机用集成电路、录象机用集成电路及其他专门用途的集成电路。10.2模拟集成电路按照用途分类集成电路还可以按照以下几种方法进行分类：（1）按结构和功能分类：分为数据转换器、线性和非线性放大器、电子开关和多路转换器、稳压电源调节器及驱动器、传感器等。其中数据转换电路既包括数字/模拟混合信号处理功能的电路，也包括纯模拟信号产生、放大和处理的电路，因此可将这些电路归入模拟电路。（2）按集成度分类：如前所述，根据每个芯片所包含的元器件数，分为小规模、中规模、大规模、超大规模和极大规模集成电路。（3）按导电类型分类：分为双极型和单极型集成电路，以双极型晶体管为基础的单片集成电路即为双极型集成电路，以MOS管为主组成的集成电路即为单极型集成电路。10.3模拟集成电路型号命名方法国家标准：集成电路的型号由五部分组成，各部分含义如下图各个部分字母或符号所代表的意义如下表所示：10.3模拟集成电路型号命名方法以国产音频放大电路CD4001CP为例，第一部分“C”表示这是一种国产集成电路；第二部分“D”表示该电路属音响、电视电路；第三部分4001是音频功率放大电路的代号；第四部分“C”表示该电路的适用温度范围是0～70ºC；第五部分“P”表示其封装形式为塑料双列直插封装。10.3模拟集成电路型号命名方法美国仙童公司命名方法：仙童公司集成电路型号包括四个部分，各部分的含义如下图所示：第一部分首标用字母来表明仙童公司所生产的集成电路的类型，μA是仙童公司生产的线性集成电路首标，SH是该公司的混合电路首标；第二部分是器件的编号，不同编号代表不同的器件；第三、第四部分用字母来表示该产品的封装形式和适用温度范围。10.3模拟集成电路型号命名方法美国仙童公司命名方法：字母、符号含义：集成电路μA741TC，第一部分首标为“μA”，表示该电路为线性电路，是仙童公司的产品；第二部分“741”为该器件编号，查阅仙童公司手册，可知这是运算放大器电路；第三部分“T”表明其封装为塑料双列直插式；第四部分“C”表明其适用温度范围是0～70/80ºC，属商用级。10.3模拟集成电路型号命名方法美国国家半导体公司命名方法美国国家半导体公司的型号包含三部分，各部分用字母或数字表示的内容如下图所示：各部分字母所代表的含义如下表所示：10.3模拟集成电路型号命名方法美国国家半导体公司命名方法-各部分字母所代表的含义：功率放大电路LM386N，即为美国国家半导体公司生产的功率放大电路。第一部分“LM”表示该电路是美国国家半导体公司生产的线性电路（单片集成电路）；第二部分编号“386”表示该电路属音频功率放大电路；第三部分“N”表示电路的封装形式是塑料双列直插式封装。10.3模拟集成电路型号命名方法模拟集成电路型号的第一部分十分重要型号的第一部分所包含的关于器件的信息最为重要，它包含生产厂家及器件（电路）种类的信息，有了这一信息，我们就可以大致了解器件的用途。在此基础上，要了解该器件特性的细节，就可以从该生产厂家的产品资料库进行查询。为此，下面给出部分国外半导体公司器件型号首标部分字母的含义国外部分半导体器件公司型号首标10.3模拟集成电路型号命名方法模拟集成电路型号首标：器件首标包含生产厂家及器件（电路）种类的信息，有了这一信息，我们就可以大致了解器件的用途。在此基础上，要了解该器件特性的细节，就可以从该生产厂家的产品资料库进行查询。为此，下面给出部分国外半导体公司器件型号首标部分字母的含义：国外部分半导体器件公司型号首标10.4集成电路的引脚和封装10.4.1集成电路封装封装就是用塑料、陶瓷等材料将集成电路芯片和引脚包装起来，对于集成电路，封装起重要的作用：（1）密封芯片，使其与外界隔离，以