第三章常用集成电路简介
集成电路简介范文
集成电路简介范文
集成电路的简介
集成电路，简称IC，是由电子元器件、电路印制板及其一些其它件，经过一次把多个晶体管、及其它一些电子元件连接到一起以及电路封装而
成的一种小型、薄型、可靠及功能复杂的电子元件。
是由最小的半导体晶
体管组成，把晶体管组合起来，然后封装到一个单一的封装上，是当今电
子产品的使用量最大的元件。
它具有节约空间、成本低、可靠性高、性能
稳定、功能复杂、安装方便等优点，深受电子产品厂家的青睐，得到了快
速的普及应用，已经成为当今电子技术发展的核心部分。
一般来说，集成电路的内部电路复杂度可以分为二极管级、晶体管级
以及混合级。
(2)晶体管级：有几百个晶体管，集成电路电路设计比较复杂，它的
连接电路都是由一些晶体管串联而成，它的用途比较广，如算术逻辑单元、行驶显示器、并行处理器、交换机等。
集成电路的介绍
集成电路的介绍集成电路是一种采用特殊工艺，将晶体管、电阻、电容等元件集成在硅基片上而形成的具有一定功能的器件，英文缩写为IC，也俗称芯片。
集成电路是六十年代出现的，当时只集成了十几个元器件。
后来集成度越来越高，也有了今天天地P－III。
集成电路根据不同的功能用途分为模拟和数字两大派别，而具体功能更是数不胜数，其应用遍及人类生活的方方面面。
集成电路根据内部的集成度分为大规模中规模小规模三类。
其封装又有许多形式。
“双列直插”和“单列直插”的最为常见。
消费类电子产品中用软封装的IC，精密产品中用贴片封装的IC等。
对于CMOS型IC，特别要注意防止静电击穿IC，最好也不要用未接地的电烙铁焊接。
使用IC也要注意其参数，如工作电压，散热等。
数字IC多用＋5V的工作电压，模拟IC工作电压各异。
集成电路有各种型号，其命名也有一定规律。
一般是由前缀、数字编号、后缀组成。
前缀表示集成电路的生产厂家及类别，后它一般用来表示集成电路的封装形式、版本代号等。
常用的集成电路如小功率音频放大器LM386就因为后缀不同而有许多种。
LM386N美国国家半导体公司的产品，LM代表线性电路，N代表塑料双列直插。
这里有各大IC生产公司的商标及其器件型号前缀。
集成电路型号众多，随着技术的发展，又有更多的功能更强、集成度更高的集成电路涌现，为电子产品的生产制作带来了方便。
在设计制作时，若没有专用的集成电路可以应用，就应该尽量选用应用广泛的通用集成电路，同时考虑集成电路路的价格和制作的复杂度。
在电子制作中，有许多常用的集成电路，如NE555（时基电路）、LM324（四个集成的运算放大器）、TDA2822（双声道小功率放大器）、KD9300（单曲音乐集成电路）、LM317（三端可调稳压器）等。
常用各种集成电路简介
第一节三端稳压IC电子产品中常见到的三端稳压集成电路有正电压输出的78××系列和负电压输出的79××系列。
故名思义，三端IC是指这种稳压用的集成电路只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。
它的样子象是普通的三极管，TO-220的标准封装，也有9013样子的TO-92封装。
用78/79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。
该系列集成稳压IC型号中的78或79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如7806表示输出电压为正6V，7909表示输出电压为负9V。
78/79系列三端稳压IC有很多电子厂家生产，80年代就有了，通常前缀为生产厂家的代号，如TA7805是东芝的产品，AN7909是松下的产品。
（点击这里，查看有关看前缀识别集成电路的知识）有时在数字78或79后面还有一个M或L，如78M12或79L24，用来区别输出电流和封装形式等，其中78L调系列的最大输出电流为100mA，78M系列最大输出电流为1A，78系列最大输出电流为1．5A。
它的封装也有多种，详见图。
塑料封装的稳压电路具有安装容易、价格低廉等优点，因此用得比较多。
79系列除了输出电压为负。
引出脚排列不同以外，命名方法、外形等均与78系列的相同。
因为三端固定集成稳压电路的使用方便，电子制作中经常采用，可以用来改装分立元件的稳压电源，也经常用作电子设备的工作电源。
电路图如图所示。
注意三端集成稳压电路的输入、输出和接地端绝不能接错，不然容易烧坏。
一般三端集成稳压电路的最小输入、输出电压差约为2V，否则不能输出稳定的电压，一般应使电压差保持在4-5V，即经变压器变压，二极管整流，电容器滤波后的电压应比稳压值高一些。
在实际应用中，应在三端集成稳压电路上安装足够大的散热器（当然小功率的条件下不用）。
当稳压管温度过高时，稳压性能将变差，甚至损坏。
集成电路介绍
集成电路介绍集成电路（Integrated Circuit，简称IC）是一种关键的电子元件，它能够将上千个电子元器件集成在一个芯片上。
集成电路可以说是现代电子行业的核心和支柱，它在计算机、通信、家电、医疗等各个领域发挥着重要作用。
本文将为大家介绍集成电路的原理、分类、制造工艺以及应用方向等内容。
首先，让我们来了解一下集成电路的原理。
集成电路的核心是芯片，而芯片由晶体管、电阻、电容等元件组成，它们通过微细的线路连接在一起，并在一个硅片上完成制作。
芯片中的晶体管是最关键的元件，它能实现电流的控制，从而实现逻辑电路的功能。
通过不同的电流组合，集成电路可以完成各种计算和控制任务，使得我们的设备具备智能、高效的性能。
根据功能的不同，集成电路可以分为数字集成电路和模拟集成电路两类。
数字集成电路主要用于逻辑运算、数字信号处理等领域，它们能够高效地处理大量的二进制数据。
而模拟集成电路则可以实现信号的放大、滤波、混频等功能，广泛应用于音频、视频等领域。
此外，还有混合信号集成电路，它结合了数字和模拟电路的特点，可以处理数字和模拟信号的混合输入输出，使得系统的性能更加出色。
集成电路的制造工艺也是非常重要的。
目前最常见的制造工艺是CMOS工艺（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）。
CMOS工艺利用硅片作为基底，通过一系列工序进行晶体管的制作。
该工艺因为功耗低、集成度高等优点，被广泛应用于各个领域。
除此之外，还有Bipolar、BICMOS等制造工艺，它们在特定的应用场景下具有独特的优势。
集成电路的应用范围非常广泛。
在计算机领域，集成电路是CPU、内存等重要组成部分，它们决定了计算机的运算速度和存储能力。
在通信领域，集成电路被广泛应用于无线通信、卫星通信等系统中，实现了快速、稳定的数据传输。
在家电领域，集成电路使得电视、洗衣机、空调等设备具备了智能控制和效能调节功能。
在医疗领域，集成电路的应用包括医疗器械、医学影像设备等，为医生提供了更加精准、高效的诊疗手段。
数字电子技术基础第三章
二、交流噪声容限
反相器对窄脉冲 的噪声容限—交 流噪声容限远高 于直流噪声容限。
交流噪声容限受 电源电压和负载 电容的影响。
图3.3.23 CMOS反相器的交流噪声容限
三、动态功耗
动态功耗：当CMOS 反相器从一种稳定工 作状态突然转变到另 一种稳定的过程中， 将产生附加的功耗。
PD=PC+PT PD为总动态功耗 PC为对负载电容充放
图3.3.xx CMOS三态门电路结构之三 可连接成总线结构。还能实现数据的双向传输。
3.3.6 CMOS电路的正确使用
一、输入电路的静电防护
1、在存储和运输CMOS器件时最好采用金属屏蔽层 作包装材料，避免产生静电。
2、组装、调试时，应使电烙铁和其他工具、仪表、 工作台面等良好接地。操作人员的服装、手套等选用 无静电的原料制作。
图3.5.34 OC门输出并联的接法及逻辑图
2.1 概述
常用的门电路在逻 辑功能上有: 与门、 或门、非门、与非 门、或非门、与或 非门、异或门等几 种。
单开关电路 互补开关电路
图3.1.1 获得高、低电平的基本原理
图3.1.2 正逻辑与负逻辑
一些概念
1、片上系统（SoC） 2、双极型TTL电路 3、CMOS
1961年美国TI公司,第一片数字集成电路 （Integrated Circuits, IC）。
C=1时 Vo=RL*Vi/(RL+RTG) RTG越小越好，并且希望不 受输入电压变化。
图3.3.39 CMOS模拟开关接 负载电阻的情况
四、三态输出的CMOS门电路
高阻态。 此电路结构 总是接在集 成电路的输 出端。
图3.3.40 CMOS三态门电路结构之一
集成电路科学与工程导论 第三章 集成电路晶体管器件
发展趋势-摩尔定律
「按比例缩小定律」（英文：Scaling down）“比例缩小”是指，在电场 强度和电流密度保持不变的前提下，如果MOS-FET的面积和电压缩小到 1/2，那么晶体管的延迟时间将缩短为原来的1/2，功耗降低为原来的1/2。 晶体管的面积一般为栅长(L)乘以栅宽(W)，即尺寸缩小为原来的0.7倍：
仅变得越来越小，在器件结构和材料体系上也经过了多次重大变革
集成电路器件发展趋势
国际半导体技术蓝图（International Technology Roadmap for Semiconductors，ITRS）
目录
一．晶体管器件概述 二．金属-氧化物-半导体场效应晶
体管技术 三．绝缘体上晶体管技术 四．三维晶体管技术 五．其他类型晶体管器件
环栅场效应晶体管
「环栅场效应晶体管」（英文：GAAFET） 技术的特点是实现了栅极对沟道的四面包 裹，源极和漏极不再和基底接触，而是利 用线状或者片状（平板状）的多个源极和 漏极垂直于栅极横向放置，实现MOSFET 的基本结构和功能
栅极G
栅极G
硅
硅 (a)
纳米线
硅 (b)
纳米片
平面型 垂直型
互补场效应管
栅极G
n+
e-
n+
p-衬底 (a)
栅极G
n+
e-
n+
氧化物埋层（BOX）
p-衬底 (b)
优势：氧化物埋层降低了源极和漏极之间的寄生电容，大幅降低了会影响器件 性能的漏电流；具有背面偏置能力和极好的晶体管匹配特性，没有闩锁效应， 对外部辐射不敏感，还具有非常高的晶体管本征工作速度等；
挑战：存在一定的负面浮体效应；二氧化硅的热传导率远远低于硅的热传导率 使它成为一个天然“热障” ，引起自加热效应；成本高昂。
第3章-MOS集成电路器件基础
第三章 MOS集成电路器件基础
假定有一NMOS管， W=3 μm, L=2 μm, 在恒流区则有:
UGS 2V
ID
K 2
W L
(U
GS
UTH
)2
1 2
73A /V
2
3m 2m
(2V
0.7V
)2
93A
若UGS=5 V, 则
ID
1 2
73A/V
2
3m 2m
(5V
0.7V
)2
1.0mA
第三章 MOS集成电路器件基础
由于源漏结的横向扩散， 栅源和栅漏有一重叠长度为 LD， 所以导电沟道有效长度(Leff)将小于版图中所画的 导电沟道总长度。 我们将用L表示导电沟道有效总长 度Leff， 图3 - 1中W表示沟道宽度。 在今后的学习中， 我们将会发现， 宽长比(W/L)和氧化层厚度tox这两个参 数对MOS管的性能是多么重要。 而MOS技术发展中的 主要推动力就是在保证电性能参数不下降的前提下， 一代一代地缩小沟道长度L和氧化层厚度tox。
第三章 MOS集成电路器件基础
G 多晶硅 D
S
氧化 层
W
N＋ P型 衬 底
Leff
N＋
Ldra wn
LD
图3 - 1 NMOS管的简化结构
第三章 MOS集成电路器件基础
3.1.2 N阱及PMOS 为了使MOS管的电流只在导电沟道中沿表面流动
而不产生垂直于衬底的额外电流， 源区、 漏区以及沟 道和衬底间必须形成反偏的PN结隔离， 因此， NMOS 管的衬底B必须接到系统的最低电位点(例如“地”)， 而PMOS管的衬底B必须要接到系统的最高电位点(例如 正电源UDD)。 衬底的连接如图3 - 2(a)、 (b)所示。
第3章 集成电路运算放大电路
上一页 下一页 返回
3.2集成运算放大电路简介
2.理想集成运放的两个重要结论
(1)因rid→∞有i+≈i-≈0，即理想运放两个输入端的输 入电流近似为零。 (2)因Auo→∞，故有u+≈u-即理想运放两个输入端的电 位近似相等。
请看动画
下一页 返回
3.2集成运算放大电路简介
3.集成运放的传输特性
上一页 下一页 返回
3.1 差分放大电路
3.动态特性
(1)差模特性 电路的两个输入端各加上一个大小相等、极性相反的 电压信号，称为差模输入方式。此时，uIl =uI /2，uI2 = - uI /2，若用uID 表示差模输入信号，则有uID =uI1 –uI2。 在差模输入信号作用下，差动放大电路一个管的集电极电 流增加，而另一管的集电极电流减少，使得uO1 和uO2 以相 反方向变化，在两个输出端将有一个放大了的输出电压 uO 。 这说明，差动放大电路对差模输入信号有放大作用。
1．通用型 2．低功耗型 3．高精度型 4．高阻型
上一页 下一页 返回
3.2集成运算放大电路简介
3.2.5 理想运算放大器
1.理想集成运放的特性
（1）开环电压放大倍数Aod = ∞ ；
（2）差模输入电阻rid = ∞ ； （3）输出电阻ro =0；
（4）共模抑制比KCMR = ∞ ；
（5）输入偏置电流IB1 =IB2 =0。
请看例题
下一页 返回
3.3集成运算放大器的基本运算电路
3.3.2 同相比例运算电路
如图3－7所示，输入信号ui经外接电阻R2送到同相输入 端，而反相输入端通过电阻R1接地。反馈电阻RF跨接在输出 端和同相输入端之间，形成电压串联负反馈。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
窗口比较器
U OM
uI URH uI URL
U OM U OM U OM
当uI>URH时，uO1=－ uO2= UOM，D1 导通，D2截止； uO= UZ。
当uI<URH时，uO2=－ uO1= UOM，D2 导通，D1截止；uO= UZ 。
1. 若要电压传输特性曲线左右移动，则应如何修改电路？
2. 若要电压传输特性曲线上下移动，则应如何修改电路？
3. 若要改变输入电压过 阈值 电压时输出电压的 跃变方向， 则应如何修 改电路？
改变输出 限幅电路
3、传输特性
VT
R1VREF R1 R2
R2VOH R1 R2
VT
R1VREF R1 R2
CV
1 GND
2
充电时间常数： (R2+R1)C
TRG
放电时间常数： R2C
0.01
C
NE55 5
t2=0.692 (R2+R1)C
t1=0.692R2C
T=t1+t2=0.692(2R1+R2)
2 占空比可调的方波信号发生器
VCC 0.1uF 10uF
R1
U1
VCC 8 RST 4
R
7
3
DSCHG OUT
(a) VREF＝0时 (b) VREF＝2V时 (c) VREF＝－4V时
例 图示为另一种形式的单门限电压比较器，试求出其门限电压(阈值电压)VT， 画出其电压传输特性。设运放输出的高、低电平分别为VOH和VOL。
解： 利用叠加原理可得
vp
R2 R1 R2
VREF
R1 R1 R2
vI
理想情况下，输出电压发生跳变时对应的vP ＝vN＝0，即
输入电压的变化方向不同，阈值电压也不同，但输入电压单调变化使输出电
压只跃变一次。回差电压 U U T1 U T2
（3）窗口比较器： 有两个阈值电压，输入电压单调变化时输出电压跃变两次。
单门限电压比较器
vI
特点： 开环，虚短和虚断不成立
增益A0大于105
VEE vO VCC
（1）过零比较器
+VCC
R2VOL R1 R2
例 电路如图所示，试求门限电压，画出传输特性和图c所示输入信号下的输出电 压波形。
解： （1）门限电压
VREF 0
VO 10V
VT
R1VREF R1 R2
R2VOH R1 R2
5V
VT
R1VREF R1 R2
R2VOL R1 R2
5V
（2）传输特性
（3）输出电压波形
第二节 电压比较器
一、常用电压比较器：LM339 、LM311等 二、 电压比较器的基本组成： 1、 输入级采用差分输入结构，输入阻抗高。 2、 中间放大级放大输入误差信号 3、 输出级仅输出电平信号，通常采用图腾柱结
构或OC输出方式 三、运算放大器与电压比较器的区别
四. 几种常用的电压比较器
（1）单限比较器：只有一个阈值电压 （2）滞回比较器：具得出如下结论： （1）用于电压比较器的运放，通常工作在开环或正反馈状态和非线性区，其输出 电压只有高电平VOH和低电平VOL两种情况。
（2）一般用电压传输特性来描述输出电压与输入电压的函数关系。
（3）电压传输特性的关键要素 输出电压的高电平VOH和低电平VOL 门限电压 输出电压的跳变方向
倍节电压（1.5V） 。
时基电路产品型号说明：
双极型器件： 555 单时基电路 556 双时基电路 CMOS型器件： 7555 单时基电路 7556 双时基电路
二、时基电路应用实例
1 多谐振荡器
VCC 0.1uF 10uF
VCC 8 4
RST
R1
7
3
DSCHG OUT
Vo
R2
6
5
THR
（2）门限电压不为零的比较器 （门限电压为VREF）
电压传输特性
vO VOH
O VOL
VREF
vI
输入为正负对称的正弦波时，输 出波形如图所示。
vI VREF
O
vO VOH
O VOL
vI VREF
+VCC
+
A -
vO
-VEE
T 2
3 4 t
t
（门限电压为VREF）
vI为峰值6V的三角波，设 ±VCC＝±12V，运放为理想器件。
R2VREF R1vI 0
门限电压
VT
(vI
)
R2 R1
VREF
UO UZ
作用于反相输入端
uN
R2 R1 R2
U REF
R1 R1 R2
uI
令uN uP 0,得
UT
R2 R1
U REF
（1）若要UT< 0，则应如何修改 电路？
（2）若要改变曲线跃变方向，则 应如何修改电路？
（3）若要改变UOL、UOH呢？
vL
(f) O
t
单门限比较器的抗干扰能力
vI Vth =VREF O
应为高电平
t
错误电平
vO VOH
O
t
VOL
滞回比较器
1. 阈值电压
UOL U Z UOH U Z
uN uI
uP
R1 R1 R2
uO , 令uN
uP，得
UT
R1 R1 R2
U Z
2. 工作原理及电压传输特性
UT
R1
R1 R2
例 电路如图所示，当输入信号如图c所示的正弦波时，定性画出 vO 、vO 及vL的波形。
vI
vI+D + A
vO C vO
vL
––
D
R
RL
vI (c) O
T 2
3 4 t
(a)
vO
VOH
解： （1）A 构成过零比较器
(d) O
t
VOL
（2）RC 为微分电路，
v O
RC<<T/2
(e) O
t
（3）D 削波（限幅、检波）
4）多集电极开路电压比较器可共用一个集电极电阻，实现 “线与”功能，
5） 集电极开路电压比较器输出端外接集电极电阻越小，输 出电平开关速度越快。
第三节 时基电路 NE555
一、NE55 单片时基电路的逻辑方框图及基本特性
555时基电路输入输出端的基本逻辑功能
1）触发端由高电平（大于VCC/3)变低电平（小于 VCC/3）时，无论输出端和阀值端（大于或小于2VCC/3) 原来为何种电平，输出端输出高电平。
零） 7 温漂为零（输出与温度无关） 8 时漂为零（输出与时间无关）
例一：反向比例放大器（电压并联负反馈） 同相端接地，共模输入电压为零，可不考虑运放的共模抑制比 放大倍数越大，稳定性越差 问题：1 计算输入电阻，2 计算输出电阻
例二：同相比例放大器（电压串联负反馈） 输入电阻大，输出电阻小。共模信号等于输入信号，对运放 共模抑制比要求高
Q1 C3
R2 D4
D2
5 单稳态触发器
R
0.1uF 10u F
VCC
VCC 8 4
RST
7 DSCHG OUT 3
Vo
6 THR
CV 5
1 GND
V1
2 TRG
NE55 5 C1
0.01
6 延时电路
0.1uF 10u F
VCC
8 VCC RST 4
C
7 DSCHG OUT 3
6 THR
5 CV
当URL<uI< URH时， uO1= uO2= － UOM，D1、D2均截止； uO= 0。
集成比较器
某型号集成比较器的等效电路
⑧
③
VCC
⑦
③
② VEE
②
①⑦
④
①
特点：
1. 无需限幅电路，根据电源电压确定所需高、低电平；
2. 可直接驱动集成数字电路；
3. 响应速度快；
4. 可具有选通端；
5. 电源电压升高，工作电流增大，工作速度加快。
你能分别组成具有 图示电压传输特性的电压 比较器电路吗？
讨论四：求解图示各电路的电压传输特性。
uI
A
UREF
uO
小结
1）比较器输入电压VIN允许变化范围：VCC≥VIN≥VEE,
2) 图腾柱输出的电压比较器高电平为VCC,低电平为VEE,
3) 集电极开路输出的电压比较器高电平等于外接电源电压， 低电平为零电平，
5）“5”端外接电压源时，触发端和阀值端的基准电平 将受“5”端外接电源控制。
NE555使用注意事项
1）内置比较器输入端偏置电流约1微安， 触发端和阀值端的外设电路应考虑这一偏 置电流的影响。
2）放电管VT的灌电流应限制在5mA以内。 3）输出端的拉电流和灌电流均不得超过
200mA。 4）“5”端外接控制电压应比VCC低至少两
3 4 t
t
（1）UT＝0 （2）UOH＝＋ UOM， UOL＝－ UOM （3）uI > 0 时 uO ＝－UOM; uI < 0 时 uO ＝＋ UOM
集成运放的净输入 电压最大值为±UD
集成运放的净输入电压等于输入电压，为保护集成运放的输入端，需加输入 端限幅电路。
输出限幅电路 为适应负载对电压幅值的要求，输出端加限幅电路。
1 GND
2 TRG
NE55 5
J 0.01
D