集成电路及其它常用电子原器件简介

1、 集成电路及其它常用电子原器件简介 一、通用型集成电路的组成及其基本特性 1 、通用型集成运算放大器的组成 集成电路是利用半导体的制造工艺，将整个电路中的元器件制作在一块基片，封装后构成特定功能的电路块。集成电路按其功能可分为数字集成电路和模拟集成电路。模拟集成电路品种繁多，其中应用最为广泛的是集成运算放大器。 2 、模拟集成电路在结构上有如下一些特点： （ 1 ）集成电路中的电阻元件由硅半导体的体电阻构成，电容元件常用 PN 结电容构成，电阻和电容的数值范围不大，且误差较大。若电阻、电容值太大，会占用过大的硅片面积，所以，集成电路中不采用大容量电容元件，其高阻值电阻多用有源器件来替代。 （

2、2 ）虽然集成电路中元器件参数的绝对误差很大，但由同一硅片上用相同工艺制成的同样元件，其参数的相对误差很小，温度的均一性好，敌容易制成特性相同的管子和阻值相等的电阻，所以集成电路中普遍采用差分放大电路、恒流源电路和 OCL 电路等。 （ 3 ）电路中缓间都采用直接耦合方式工，以减少级间耦合元件个数及耦合损耗。集成电路中还广泛采用复合管电路以及共射一共基、共集一共基等组合电路、 运算放大器本质上是一个高电压增益、高输入电阻和低输出电阻的直接耦合多级放大电路，因它最初主要用于模拟量的数学运算而得此名。随着电子技术的发展，现代运算放大器均由集成电路构成，它有许多类型，为了方便常将其分为通用型和专用型

3、两类。前者的适用范围很广，其特性和指标可以满足一般应用要求；后者是在前者的基础上，为适应某些特殊要求而制作的 。 通用型集成运算放大器的组成框图 所示。它由输入级、中间电压放大级、输出级和偏置电路等组成。 输入级均采用差分放大电路、利用差分电路的对称性可以减小温度漂移的影响，从而提高整个电路的共模抑制比。它的两个输入端可以扩大集成运算放大器的应用范围。 中间电压放大级大多采用有源负载的共发射极放大电路组成，其主要作用是提高电压增益。 输出组一般采用甲乙类补对称放大电路，主要用于提高集成运算放大器的负载能力，减小大信号工作下的非线性失真。 偏置电路用以供给各级直流偏置电流，它由各种电流源电路组成

4、。此外，集成运算放大器还有一些辅助电路，哪过流保护电路等。 图 所示为通用型集成运算放大器 741 的简化电路。这是主要将原电路中的偏置电流源和有源负载电路分别用单独的电流源符号代替。图中， V 1 、 V 3 、和 V 2 、 V 4 组成共集一共基组合差分电路， V 5 、 V 6 组成有源负载，构成双端变单端电路。 V 7 、 V 8 组成复合管共发射极放大电路中间级，由于采用有源负载，故该级可获得很高的电压地益。输出级由 V 9 V 13 组成典型的甲乙类互补对称功率放大电路， V 11 构成推动级， V 12 、 V 13 构成互补对称输出级。 3 、集成运算放大器电路符号及理想化条

5、件 （ 1 ）、集成运算放大器电路符号 集成运算放大器电路符号如图 （ a ）所示，图中“ ” 表示信号的传输方向，“ ”表示理想条件，两个输入端中， N 称为反相输入端，用符号“ - ”表示，说明如果输入信号由此端加入，由它产生的输出信号与输入信号反相。 P 称为同相输入端，用“ + ”表示，说明输入信号由此加入，由它产生的输出信号与输入信号同相。考虑到运算放大器要有直流电源才能工作，大多数集成运算放大器需要两个直流电源供电，所以图 （ b ）中由运算放大器内部引出的两个端子分别接到正电源 +V CC 和负电源 -V EE ，一般 V CC V EE 。运算放大器的参考地就是两个电源的公共地

6、端。 集成运算放大器最少应有上述 5 个端子，根据结构、功能的不同，有的运算放大器还可能有几个供专门用途的端子，如频率补偿和调零端等，相应功能可查阅有关器手册。 （ 2 ）、集成运算放大器特性的理想化 集成运算放大器等效电路如图 所示，图中， R id 、 R o 分别为运算放大器的差模输入电阻和输出电阻， A ud 为开环差模电压放大倍数， U n 和 U p 分别为反相、同相端输入电压，差模输入电压 U id =U n -U p 。在经性工作状态、输出端开路时，输出电压 U O A ud U id 。 一般集成运算放大器的开环差模电压增益 A ud 非常大，其值可达 10 4 10 7 倍

7、（ 80-140dB ） , 差模输入电阻 R id 很高，采用双极型三极管作输入级，其典型值为几十千欧到几兆欧，而采用场效应管作输入级，其输入电阻通常大于 10 8 。输出电阻 R O 很小，其值约为几十到几百欧，一般小于 200 。另外，集成运算放大器的共模抑制比 K CMR 也很大，可达 10 4 10 6 （ 80 120 dB ），失调电压、失调电流以及它们的温漂均很小。因此，在实际应用中，常把集成运算放大器特性理想化，即可认为： A ud 、 R id 、 R O 0 、 K CMR 以及失调和温漂均趋于零。 二、其它元件 1 、 变压器 变压器是将两组或两组以上的线圈绕在同一个线

8、圈骨架上，或绕在同一铁芯上制成的。若线圈是空心的，成为空心变压器，如图（ a ）所示；若在绕好的线圈中插入了铁氧体磁芯的便称为铁氧体磁芯变压器，如图（ b ）所示；如果在线圈中插入铁芯，则称为铁芯变压器，如图（ c ）所示。 （ 1 ） 变压器的种类 根据工作频率不同，变压器可分为高频变压器、中频变压器和低频变压器。 、低频变压器 低频变压器可分为音频变压器与电源变压器两种，在电路中又可以分为输入变压器、输出变压器、级间耦合变压器、推动变压器及线间变压器等。这类变压器是铁芯变压器，其结构形式多采用 E 形铁芯或环形铁芯，如图所示。 中频变压器 中频变压器（又称中周）适用范围从几 kHz 至几十

9、 MHz 。一般变压器仅仅利用电磁感应原理，而中频变压器除此以外还应用了并联谐振原理。因此，中频变压器不仅具有普通变压器变换电压、电流及阻抗的特性，它还具有谐振于某一特定频率的特性。在超外差收音机中，它起到了选频和耦合作用，在很大的程度上决定了灵敏度、选择性和通频带等指标。其谐振频率在调幅式接收机中为 465kHz ，调频半导体收音机中频变压器的中心频率为 10.7MHz ± 100kHz 。 低频变压器及铁芯 中频变压器内部结构如图所示。一般采用工帽形成螺纹调杆形结构，并用金属外壳做屏蔽罩。在磁帽顶端涂有色漆，以区别外形相同的中频变压器和振荡线圈。 （ 2 ） 变压器的常用铁芯 变

10、压器的铁芯通常是由硅钢片、坡莫合金或铁氧体材料制成，其形状有“ EI ”、“口”、“ F ”、“ C ”形等种类，如图所示。 常用铁芯形状 （ 3 ） 变压器的特性 变压器的变压比。如果忽略铁芯、线圈的损耗，如图所示变压器电路中有以下的关系： U 1 /U 2 =N 1 /N 2 =n 式中： n 称变压比。 变压器的变压特性 变压器电流与电压的关系。若不考虑变压器的损耗，则有： U 1 · I 1 =U 2 /I 2 或 U 1 · U 2 =I 2 /I 1 变压器的阻抗变换关系。设变压器初级输入阻抗为 Z 1 ，次级负载阻抗为 Z 2 ，根据欧姆定律可导出： Z 1

11、/Z 2 = （ U 1 /U 2 ） 2 如果把阻抗之比写成变压比的关系，则有： Z 1 /Z 2 =n 2 或 Z 1 =n 2 · Z 2 ， Z 2 =Z 1 /n 2 因此，变压器可以做阻抗变换器。 变压器的效率。以上分析中都假设变压器本身没有损耗，实际上损耗总是存的。变压器的损耗主要有以下两个方面： · 铜损。变压器线圈大部分是用铜线绕制成的，由于导线存在着电阻，所以通过电流时就要发热，消耗能量，使变压器效率减低。 · 铁损。主要来自磁滞损耗和涡流损耗，为了减少磁滞损耗，变压器铁芯通常采用导磁率高（容易磁化）而磁滞小的软磁性材料制作，如硅钢、磁性瓷及坡

12、莫合金等。为了减少涡流损耗，通常把铁芯尚磁力线平面切成薄片，使其相互绝缘，割断涡流。铁芯一般采用厚度为 0.35mm 左右的硅钢片叠合制成。 在变压器的损耗中，除铜损和铁损外，还有漏磁损耗。磁滞和涡流的影响，都是随着频率的增高而增加的。   三、继电器 继电器是自动控制电路中常用的一种元件。实际上它是用较小的电流来控制较大电流的一种自动开关。在电路中起着自动操作、自动调节、安全保护等作用。 继电器的种类很多，常用的是电磁式和干簧式继电器两种，其外形如图所示。 = 继电器一般由一个线圈、一组或几组带接点的簧片组成。在电路图中，表示继电器时只要画出它拇圈和与控制电路有关的接点组就可以了。

13、继电器的线圈用一个长方框符号表示，同时在长方框内或框旁标上这个继电器的文字符号“ K ”或“ KR ”。继电器的接点有两种表示方法：一种是把它直接画在长方框的一侧，这样做比较直观。另一种是按电路连接的需要，把各个接点分别画在各自的控制电路中，这样对分析和理解电路是有利的，但必须同时在属于同一继电器的线圈和接点旁边注上相同的文字符号，并把接点组编号。表列出了继电器的常用符号和三种接点的符号。按有关规定，在电路图中，按点组的画法，应按线圈不通时的原始状态画出。 1 、特点 （ 1 ） . 电磁式继电器 图中是电磁式继电器的典型结构图。它主要由铁芯、线圈、动静接点、衔铁、返回弹簧（或簧片）等部分构成

14、。其工作原理也很简单：只要在它的线圈、两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流。由于电流的磁效应，铁芯被磁化而具有磁性。动铁芯（即衔铁）就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向静铁芯，从而带动在衔铁上的动接点与静接点闭合。线圈断电后，电磁吸力消失，衔铁就会在返回弹簧的作用下返回原来的位置，使动接点与静接点闭合。上述衔铁吸合，叫继电器“动作”或“吸合”。相反，衔铁复位，叫继电器“释放”或“复位”。 图 是一个简单实用的自动关灯电路图。当按下按钮开关 SB 后，晶体管 VT1 立即饱和导通，电源电压（ 6V ）加在继电器线圈的两端，使它吸合，常开接点闭合，“ 220V 、 40W ”的灯

15、泡的电源被接通而发光。同时，电容 C 被迅速充电，使它的两端电压也达 6V 。当放开按钮后，由电源提供 I b 的电路被切断，但电容 C 两端存在电压，还能维持晶体管工作，随着时间的延迟，电容中的电荷经过 R 与晶体管的发射结泄放，电容两端的电压逐渐下降，当晶体管的 U be 小于 0.65V 以后， VT1 截止，继电器线圈失去电压而释放，接点被打开，“ 220V 、 40W ”的灯泡的电源被切断而熄灭。这个电路，揿一下按钮开关 SB ，灯亮 20s 左右自动熄灭（延长时间长短可调节电容 C 的容量），可作走廊照明灯的控制装置。这个实例告诉我们，利用继电器可用低电压（ 6V ）、弱电流（几十

16、毫安）来控制高电压（ 220V ）、强电流（几百毫安）的电路。 （ 2. ）干簧式继电器 干簧管，干簧管的全称叫“干式舌簧开关管”。图为实物外形图。它把两片既导磁又导电的材料做成的簧片平行地封入充有惰性气体（如氮气、氦气等）的玻璃管中组成开关元件。两簧片的端部重叠并留有一定间隙以构成接点。 当永久磁铁靠近干簧管或者由绕在干簧管上面的线圈通电后形成磁场使簧片磁化时，片的接点部分就感应出极性相反的磁极，如图所示。异名的磁极相互吸引，当吸引的磁力超过簧中的弹力时，接点就会吸合；当磁力减小到一定值时，接点又会被簧片的弹力所打开。    干簧管以体积的大小可分为微型、小型、大型几种。

17、微型的体积只有一粒米那样大小；小型的体积与一段圆珠笔芯相似，大型像一段粉笔。 干簧管接点的形式常见的有常开接点（ H ）型与转换接点（ Z ）型两种。 常开接点的干簧管，它的结构见图 。平时它的接点打开，当簧片被磁化时，接点闭合。 转换接点的干簧管，结构见图 。簧片 1 用导电而不导磁的材料做的，簧片 2 、 3 仍是用既导电又导磁的材料制成。平时，靠弹性使簧片 1 和 3 闭合。当永久磁铁靠近它时，簧片 2 、 3 被磁化而吸引，使接点 2 、 3 闭合。这样就构成了一个转换开关。 干簧式继电器，上面我们已经提到，使干簧管动作的激励磁场可以是永久磁铁，也可以是通电线圈。因此，把干簧置于线圈内

18、，就可以制成一种干簧继电器。 图 是一种成品干簧继电器的结构示意图。在同一干簧继电器的线圈骨架内，可以同时放入 24 个同类的干簧管，从而获得多对接点的干簧继电器。 干簧继电器有以下几个优缺点： 接点与大气隔绝，管内又充有惰性气体，这样就大大减少了接点开、闭过程中由于接点火花而引起的接点氧化和碳化。并防止外界有机蒸气和尘埃杂质对接点的侵蚀和污染。 簧片轻而短，有较高的固有频率，提高了接点的通断速度。一般通断的动作时间仅为 13ms ，比一般电磁继电器快 510 倍。 体积小，重量轻。 缺点是开关容量小，接点易产生抖动以及接点接触电阻大。 2 、主要技术参数各种继电器的参数在继电器生产厂的产品说

19、明书中有详尽的说明。在继电器的许多参数中，一般只需要弄清其中的主要电气参数就可以了。现以 JZC -21F 型超小型中功率继电器为例作具体说明。图为这种继电器的外形和符号图。表中列出这种继电器的 6 个参数，现分别叙述如下： 线圈电源和功率 它指继电器线圈使用的是直流还是交流电，以及线圈消耗的额定电功率。 JZC -21F 型继电器，它的线圈电源为直流，线圈消耗的额定功率为 0.36W 。 额定工作电压或额定工作电流 这是指继电器正常工作时线圈需要的电压或电流值。一种型号的继电器的构造大体是相同的，为了使一种型号的继电器能适应不同的电路，它有多种额定工作电压或额定工作电流以供选用，并用规格号加以区别。如型号为“ JZC -21F /006-1Z ”的继电器，其中“ 006 ”即为规格号，表示额定工作电压为 6V 。如“ JZC -21F /048-1Z ”的继电器，其中“ 048 ”是规格号，表示额定工作电压为 48V 。 . 线圈电阻 它指线较的电阻值。有时，手册中只给出某型号继电器的额定工作电压和线圈电阻，这时可根据欧姆定律求出额定工作电流。例如“ JZC -21F /006-1Z ”继电器的电阻为 100 ，额定工作电压为 6V ，则额定工