现代电子技术工程设计与实践-常用集成芯片及电路

2.2常用集成芯片及电路2.2.1集成电路的分类及封装2.2.2稳压电源电路及芯片2.2.3运算放大器及比较器应用电路2.2.4常用数字电路芯片2.2.5AD转换芯片及电路2.2.6常用D/A转换芯片现代电子技术工程设计与实践2.2.1集成电路的分类及封装1.按功能结构分类集成电路按其功能结构的不同，可以分为模拟集成电路、数字集成电路、模数混合电路三类。模拟集成电路包括集成运算放大器和各种专用模拟集成电路（如集成稳压器和音响、电视集成电路等）。模拟集成电路习惯上也称线性集成电路，但不是所有模拟集成电路在正常工作时的输出信号与输入信号都成线性关系。数字集成电路是将元器件和连线集成于同一半导体芯片上制成的数字逻辑电路或系统。模数混合电路主要指555电路、D/A转换器和A/D转换器，D/A转换器实现将数字量转换成模拟量，将数字系统的信号传送给模拟系统，A/D转换器将模拟量转换为数字量传递给数字系统。现代电子技术工程设计与实践2.2.1集成电路的分类及封装

2.按制作工艺分类集成电路按制作工艺分类又分为薄膜电路、厚膜电路。薄膜电路以1μm以内的金属、半导体、金属氧化物、多种金属混合相、合金或绝缘介质薄膜，并通过真空蒸发、溅射和电镀等工艺制成的集成电路。特点为电阻、电容数值控制较精确，且数值范围宽，但集成度不高。主要用于线性电路。厚膜电路用丝网印刷和烧结等厚膜工艺在同一基片上制作无源网络，并在其上组装分立的半导体器件芯片或单片集成电路或微型元件，再外加封装而成的混合集成电路。厚膜工艺制成的集成电路能耐受较高的电压、更大的功率和较大的电流。厚膜微波集成电路的工作频率可以达到4吉赫以上。它适用于各种电路，特别是消费类和工业类电子产品用的模拟电路。现代电子技术工程设计与实践2.2.1集成电路的分类及封装3.按集成度分类集成电路按集成度高低的不同，可分为小规模集成电路，中规模集成电路，大规模集成电路，超大规模集成电路。现代电子技术工程设计与实践2.2.1集成电路的分类及封装4.按封装形式分类集成电路的封装形式有很多种，常见的有普通双列直插封装（DIP）、普通单列直插封装（SIP）、锯齿双列直插封装（ZIP）、小外型封装（SOP)、带散热器的SOP封装（HSOP）、小型SOP封装（SSOP）、薄的缩小型SOP封装（TSSOP）、表贴晶体管封装（SOT）、J形引线小外形封装（SOJ）、有引线塑料芯片栽体封装（LCC）、四面扁平封装（QFP）等封装形式，各种封装形式如图2-41所示。现代电子技术工程设计与实践2.2.1集成电路的分类及封装图2-41常见封装形式现代电子技术工程设计与实践2.2.2稳压电源电路及芯片1.稳压电源的组成小功率稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成，如图2-42所示。图2-42稳压电源的组成框图及整流与稳压过程现代电子技术工程设计与实践2.2.2稳压电源电路及芯片（1）电源变压器

电源变压器的作用是将来自电网的220V交流电压U1变换为整流电路所需要的交流电压U2。电源变压器的效率为：，其中：是变压器副边功率，是原边功率。现代电子技术工程设计与实践2.2.2稳压电源电路及芯片

（2）整流和滤波电路在稳压电源中一般用四个二极管组成桥式整流电路，整流电路的作用是将交流电压U2变换成脉动的直流电压U3。滤波电路一般由电容组成，其作用是把脉动直流电压U3中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压U4。U4与交流电压U2(有效值)的关系为：U4≈(1.1~1.2)U2。在整流电路中，每只二极管所承受的最大反向电压URM为：流过每只二极管的平均电流为：其中：R为整流滤波电路的负载电阻，它为电容C提供放电通路，放电时间常数RC应满足：，其中：T=20ms是50Hz交流电压的周期。现代电子技术工程设计与实践2.2.2稳压电源电路及芯片（3）稳压电路由于输入电压U1发生波动、负载和温度发生变化时，滤波电路输出的直流电压U4随着变化。因此，为了维持输出电压U4稳定不变，还需加一级稳压电路。稳压电路的作用是当外界因素（电网电压、负载、环境温度）发生变化时，能使输出直流电压不受影响，而维持稳定的输出。稳压电路一般采用集成稳压器和一些外围元件所组成。采用集成稳压器设计的稳压电源具有性能稳定、结构简单等优点。集成稳压器的种类很多，在小功率稳压电源中，普遍使用的是三端集成稳压器。按输出电压类型可分为固定式和可调式，此外又可分为正电压输出和负电压输出两种类型。现代电子技术工程设计与实践2.2.2稳压电源电路及芯片2.固定电压输出稳压器常见的有CW78XX（LM78XX）系列三端固定式正电压输出集成稳压器；CW79XX（LM79XX）系列三端固定式负电压输出集成稳压器。三端是指稳压电路只有输入、输出和接地三个接地端子。型号中最后两位数字表示输出电压的稳定值，有5V、6V、9V、15V、18V和24V。稳压器使用时，要求输入电压UI与输出电压Uo的电压差UI-Uo≥2V。当Uo=5~18V时，UI的最大值UImax=35V；当Uo=18~24V时，UI的最大值UImax=40V。在78XX、79XX系列三端稳压器中最常应用的是TO-220和TO-202两种封装。这两种封装的图形以及引脚序号、引脚功能如图2-43所示，组成的典型稳压电路如图2-44所示。现代电子技术工程设计与实践2.2.2稳压电源电路及芯片能图2-43LM78、79系列稳压芯片引脚功现代电子技术工程设计与实践2.2.2稳压电源电路及芯片图中的引脚号标注方法是按照引脚电位从高到底的顺序标注的，这样标注便于记忆。引脚1为最高电位，3脚为最低电位，2脚居中。从图中可以看出，不论正压还是负压，2脚均为输出端。对于78XX正压系列，输入是最高电位，自然是1脚，地端为最低电位，即3脚。对于79XX负压系列，输入为最低电位，自然是3脚，而地端为最高电位，即1脚。此外，还应注意，散热片总是和最低电位的第3脚相连。这样在78XX系列中，散热片和地相连接，而在79XX系列中，散热片却和输入端相连接。现代电子技术工程设计与实践2.2.2稳压电源电路及芯片图2-4478XX，79XX构成双端电压输出电路现代电子技术工程设计与实践2.2.2稳压电源电路及芯片3.可调式三端集成稳压器可调式三端集成稳压器是指输出电压可以连续调节的稳压器，三端可调式稳压器品种很多，如正压输出的117（217/317）系列、123系列、138系列、140系列、150系列。负压输出的337系列等，这里仅介绍正压输出的LM317。图2-45(a)为LM317的引线排列图。现代电子技术工程设计与实践2.2.2稳压电源电路及芯片图2-45LM317引脚及应用电路现代电子技术工程设计与实践2.2.2稳压电源电路及芯片图2-45(b)为LM317的基本应用电路，图中输出电压Uo为：。可见调节R2的阻值，可调节输出电压Uo的大小。LM317的最大输入电压为40V，输出电压调节范围1.2V~37V。现代电子技术工程设计与实践2.2.2稳压电源电路及芯片4.ASM1117系列稳压芯片ASM1117系列是一个有不同输出电压的低压差三端正向调节器，有1A的最大负载输出电流。芯片内置有过热过流保护。有着非常低的静态电流和在满载输出电流下最大为1.2V的压差，并随着输出电流的下降，压降会更低。ASM1117系列有可调式和固定式1.8V、2.5V、3.3V、5V输出等几个系列，满载输出1A时的压差最大为1.2V。可调式或固定式输出1.8V、2.5V、3.3V、5V。内部电路有过流过热保护，最大线性调整率为0.45％，最大负载调整率为0.4％，调节端电流<90μA，图2-46(a)为ASM1117的引脚图，图2-46(b)为ASM1117-3.3的经典电路，其实现将5V转化为3.3V输出。现代电子技术工程设计与实践2.2.2稳压电源电路及芯片图2-46ASM1117引脚及应用电路现代电子技术工程设计与实践2.2.2稳压电源电路及芯片5.集成稳压器的使用要点一般稳压器的输入电压是由未经稳压的整流器供给，存在交流脉动成分，所以稳压器要求的输入、输出电压差不能小于2V，实际上应是输入电压的谷值与输出电压额定值之差不能小于2V，而不是直流平均值之差。为了防止集成稳压器在输入端短路或电感性负载情况下被反向电压击穿，应在输出端反向并联一个二极管和在输入、输出间加一个反向隔离二极管。实际应用电路中，集成稳压器输入端和输出端与地之间除分别接大容量滤波电容外，通常还需在芯片引出根部接小电容（0.1μF~10μF）。现代电子技术工程设计与实践2.2.3运算放大器及比较器应用电路运算放大器简称运放，是具有高放大倍数的集成电路。它的内部是直接耦合的多级放大器，整个电路可分为输入级、中间级、输出级三部分。输入级采用差分放大电路以消除零点漂移和抑制干扰；中间级一般采用共发射极电路，以获得足够高的电压增益；输出级一般采用互补对称功放电路，以输出足够大的电压和电流，其输出电阻小，带负载能力强。运放的型号很多，性能各异，所以要根据需要选取合适的型号。以下仅对常用的运放和比较器进行介绍。现代电子技术工程设计与实践2.2.3运算放大器及比较器应用电路1.μA741/LM741运算放大器741型运算放大器具有广泛的模拟应用，其在积分器、加法器和一般反馈应用中性能优良。此外，它还具有如下特点：无频率补偿要求、短路保护、失调电压可调零、低功耗等。741型运放双列直插封装的俯视图如图2-47(a)所示。紧靠缺口（有时也用小圆点标记）下方的管脚编号为1，按逆时针方向，管脚编号依次为2，3，…，8。其中，管脚2为运放反相输入端，管脚3为同相输入端，管脚6为输出端，管脚7为正电源端，管脚4为负电源端，管脚8为空端，管脚1和5为调零端。通常，在运放的两个调零端之间接一个几十千欧的电位器，电位器滑动端接负电源，如图2-47(b)所示。调整电位器，可使失调电压为零，741运算放大器的典型性能参数如表2-11所示。现代电子技术工程设计与实践2.2.3运算放大器及比较器应用电路图2-47741运算放大器的封装图现代电子技术工程设计与实践2.2.3运算放大器及比较器应用电路表2-11741运放典型性能参数如表(T=25oC，U+=+15V，U-=-15V)参数名称测试条件最小典型最大单位输入失调电压Rs≤10kΩ1.05.0mV输入失调电流20200nA输入偏置电流80500nA输入电阻0.32.0MΩ输入电容1.4pF大信号电压增益RL≥2KΩUO≥±10V50K200K输出电阻75Ω输出短路电流25mA电源电流1.72.8mA功耗5085mW转换速率RL≥2KΩ0.5V/s共模抑制比Rs≤10kΩUCM=±12V7090dB增益带宽乘积1MHz现代电子技术工程设计与实践2.2.3运算放大器及比较器应用电路2.高精度运算放大器OP07OP07是低输入失调电压的集成运放，具有低噪声，温漂小等特点。它的主要技术指标如下：输入失调电压小，只有10μV；输入失调电流为0.7nA；输入失调电压温度系数为0.2μV/℃；电源电压范围为；静态电流为500μA。OP07的符号如图2-48(a)所示，其中引脚1和8是调零端，引脚4是负电源，7是正电源。通常，在电位器的两个调零端之间接一个可调电位器，电位器的滑动端接负电源，如图2-48(b)所示。调整电位器，可使失调电压为零，现代电子技术工程设计与实践2.2.3运算放大器及比较器应用电路图2-48OP07运算放大器的封装图现代电子技术工程设计与实践2.2.3运算放大器及比较器应用电路3.NE5532运放NE5532是一种高性能、低噪声的双运放芯片。相比较大多数通用运算放大器，它有更好的噪声性能，更高的驱动能力和相当高的小信号和电源带宽。这使该器件特别适合应用在高品质和专业音响设备，仪器和控制电路和电话通道放大器，引脚如图2-49所示。NE5532参数特点：小信号带宽为10MHz；输出驱动能力为600Ω，10V有效值；输入噪声电压典型值为；直流电压增益为50000；交流电压增益为2200(10KHz)；功率带宽为140KHz；转换速率为9V/μs；电源电压范围为±3V~±20V。现代电子技术工程设计与实践2.2.3运算放大器及比较器应用电路图2-49NE5532封装引脚图现代电子技术工程设计与实践2.2.3运算放大器及比较器应用电路4.LM358单电源运放LM358内部有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。LM358特性：内部频率补偿、直流电压增益高(约100dB)、单位增益频带宽(约1MHz)，电源电压范围宽：单电源(3V~30V)、双电源(±1.5V~±15V)，低功耗电流，适合于电池供电；共模输入电压范围宽，包括接地；差模输入电压范围宽，等于电源电压范围；输出电压摆幅大(0~Vcc－1.5V)。现代电子技术工程设计与实践2.2.3运算放大器及比较器应用电路图2-50LM358封装引脚图现代电子技术工程设计与实践2.2.3运算放大器及比较器应用电路5.四运放LM324LM324在同一基片上集成了四个性能相同的运放，每个运放的内部都有一个补偿电容，它在振荡器、多路放大器、比较器等应用场合中使用较广。LM324在双电源工作时，最大电源电压为±16V，它也可在单电源条件下工作，此时，11端接地，最大电源电压为32V。LM324为14引线双列直插式封装，如图2-51所示。其特性见表2-12。现代电子技术工程设计与实践2.2.3运算放大器及比较器应用电路图2-51LM324运放封装图现代电子技术工程设计与实践2.2.3运算放大器及比较器应用电路表2-12U+=5～30VT=25℃参数名称测试条件最小典型最大单位输入失调电压2.07.0mV输入失调电流5.050nA输入偏置电流45250nA大信号电压增益U+=15V，RL=5KΩ88k100k电源电流U+=30V，Uo=0，RL=∞1.53.0mA共模抑制比Rs≤10kΩ6570dB现代电子技术工程设计与实践2.2.3运算放大器及比较器应用电路6.高精度仪表运放AD620AD620是一种只用一个外部电阻就能设置最大放大倍数为1000的低价格、低功耗、高精度仪表放大器。它体积小，为8管脚的SOIC或DIP封装；供电电源范围为±2.3V~±18V;最大供电电流仅为1.3mA。现代电子技术工程设计与实践2.2.3运算放大器及比较器应用电路图2-52AD620引脚图现代电子技术工程设计与实践2.2.3运算放大器及比较器应用电路AD620具有很好的直流特性和交流特性，它的最大输入失调电压为50mV，最大输入失调电压漂移为1mV/℃，最大输入偏置电流为2mA。G=10时，其共模抑制比大于93dB。AD620的增益范围由Rg决定，如图2-52(b)所示，计算公式为：。现代电子技术工程设计与实践2.2.3运算放大器及比较器应用电路7.电压比较器电压比较器可以看作是放大倍数接近“无穷大”的运算放大器。常见的运算放大器如LM324、LM358、μA741、TL081、OP07、OP27，这些都可以做成电压比较器（不加负反馈）。LM339、LM393是专业的电压比较器，切换速度快，延迟时间小，可用在专门的电压比较场合，其实它们也是一种运算放大器。电压比较器能比较两个电压的大小(用输出电压的高或低电平，表示两个输入电压的大小关系)：当“＋”输入端电压高于“－”输入端电压时，电压比较器输出为高电平；当“＋”输入端电压低于“－”输入端电压时，电压比较器输出为低电平。电压比较器可用作模拟电路和数字电路的接口，还可以用作波形产生和变换电路等。利用简单电压比较器可将正弦波变为同频率的方波或矩形波。现代电子技术工程设计与实践2.2.3运算放大器及比较器应用电路双集成比较器LM393为集电极开路输出，两个比较器的输出可直接并联，共用外接电阻，它可以双电源供电，也可以单电源供电。比较器的电源电压是2~36V或±18V，输出电流大，可直接驱动TTL和LED。四电压比较器LM319、LM139、LM239和LM339与LM119的功能基本相同。LM393的符号如图2-53(a)所示。其中8脚为正电源，4脚为电源地。图2-53(b)所示为LM393实现一个小车轨迹检测电路。现代电子技术工程设计与实践2.2.3运算放大器及比较器应用电路图2-53LM393封装及应用电路现代电子技术工程设计与实践2.2.4常用数字电路芯片数字集成电路是将元器件和连线集成于同一半导体芯片上而制成的数字逻辑电路或系统。常用的数字集成电路从制造工艺上可分为双极型（如TTL型）和单极型（CMOS型）两类。TTL数字集成电路是双极型数字电路，参与导电的是电子和空穴两种载流子。TTL集成电路有54/74系列国际通用的标准集成电路。74系列数字集成电路从最初的74XX（标准型）到现在已发展成74LSXX（低功耗肖特基型）、74SXX（肖特基型）、74ALSXX（先进低功耗肖特基型）、74ASXX（先进肖特基型）、74FXX（高速型）等系列。CMOS电路是将NMOS管和PMOS管连接成互补形式而组成的集成电路。国际上通用的CMOS数字逻辑电路，主要有美国无线电（RCA）公司的CD400O系列产品和美国摩托罗拉（Motorola）公司开发的MC14000系列产品。

现代电子技术工程设计与实践2.2.4常用数字电路芯片1.数字集成电路的分类数字集成电路按其实现的功能可分为组合电路和时序电路。（1）组合电路组合电路由最基本的逻辑门电路组合而成，是没有存储功能的数字集成电路，其输出状态仅与当前的输入状态有关。其特点为输出值只与当时的输入值有关，即输出唯一地由当时的输入值决定。（2）时序电路在组合电路的基础上再加上存储单元，便构成了时序电路。时序逻辑电路是指任意时刻的输出状态不仅与该时刻的输入信号状态有关，而且还与信号作用前电路的状态有关。现代电子技术工程设计与实践2.2.4常用数字电路芯片2.常用的数字电路元件常用的数字集成电路及引脚如图2-54所示。现代电子技术工程设计与实践2.2.4常用数字电路芯片现代电子技术工程设计与实践2.2.4常用数字电路芯片图2-54常用的数字电路元件引脚图现代电子技术工程设计与实践2.2.4常用数字电路芯片3.数字集成电路使用注意事项（1）不允许在超过极限参数的条件下工作。（2）电源电压的极性千万不能接反。（3）CMOS电路要求输入信号的幅度不能超过Vcc～Vss。（4）对多余输入端的处理，CMOS电路不能悬空，TTL电路悬空为高电平。（5）注意设计工艺，增强抗干扰措施。现代电子技术工程设计与实践2.2.5AD转换芯片及电路要实现模拟量到数字量的转换，AD采集是现代电子系统设计中必不可少的前向通道，芯片种类很多，主要的关键参数有两个：转换速度(采集频率)和位数（分辨率，采集精度）。选取时要根据项目选取合适的芯片，但上述两个参数也决定了AD芯片的价格。下面仅对常用的两种AD芯片作一介绍。现代电子技术工程设计与实践2.2.5AD转换芯片及电路1.A/D转换芯片ADC0809ADC0809是CMOS工艺，采用逐次逼近型的8位A/D转换芯片，28脚双列直插式封装，片内除A/D转换部分外还有多路模拟开关部分。多路开关有8路模拟量输入端，最多允许8路模拟量分时输入，共用一个A/D转换器进行转换。（1）ADC0809引脚说明现代电子技术工程设计与实践2.2.5AD转换芯片及电路图2-55ADC0809引脚说明现代电子技术工程设计与实践2.2.5AD转换芯片及电路（2）ADC0809与单片机的接口电路设计ADC0809与单片机的连接可以采用查询方式，也可采用中断方式。图2-56为中断方式连接的电路图，由于ADC0809片内有三态输出锁存器，因此可直接与单片机接口。现代电子技术工程设计与实践2.2.5AD转换芯片及电路图2-56ADC0809与单片机的接口电路设计现代电子技术工程设计与实践2.2.5AD转换芯片及电路2.A/D转换芯片TLC5510TLC5510是美国德州仪器(TI)公司生产的8位半闪速结构(Semi-FlashArchitecture)模数转换器，并采用CMOS工艺制造，大大减少了器件中比较器的数量。TLC5510可以提供最大20Msps的采样率，广泛用于高速数据转换、数字TV、医学图像、视频会议以及QAM解调器等方面。TLC5510引脚说明见图2-57。现代电子技术工程设计与实践2.2.5AD转换芯片及电路图2-57TLC5510引脚说明现代电子技术工程设计与实践2.2.5AD转换芯片及电路（2）图2-58是TLC5510与单片机的接口电