1、 集成電路及其它常用電子原器件簡介 一、通用型集成電路的組成及其基本特性 1 、通用型集成運算放大器的組成 集成電路是利用半導(dǎo)體的制造工藝，將整個電路中的元器件制作在一塊基片，封裝后構(gòu)成特定功能的電路塊。集成電路按其功能可分為數(shù)字集成電路和模擬集成電路。模擬集成電路品種繁多，其中應(yīng)用最為廣泛的是集成運算放大器。 2 、模擬集成電路在結(jié)構(gòu)上有如下一些特點： （ 1 ）集成電路中的電阻元件由硅半導(dǎo)體的體電阻構(gòu)成，電容元件常用 PN 結(jié)電容構(gòu)成，電阻和電容的數(shù)值范圍不大，且誤差較大。若電阻、電容值太大，會占用過大的硅片面積，所以，集成電路中不采用大容量電容元件，其高阻值電阻多用有源器件來替代。 （

2、2 ）雖然集成電路中元器件參數(shù)的絕對誤差很大，但由同一硅片上用相同工藝制成的同樣元件，其參數(shù)的相對誤差很小，溫度的均一性好，敵容易制成特性相同的管子和阻值相等的電阻，所以集成電路中普遍采用差分放大電路、恒流源電路和 OCL 電路等。 （ 3 ）電路中緩間都采用直接耦合方式工，以減少級間耦合元件個數(shù)及耦合損耗。集成電路中還廣泛采用復(fù)合管電路以及共射一共基、共集一共基等組合電路、 運算放大器本質(zhì)上是一個高電壓增益、高輸入電阻和低輸出電阻的直接耦合多級放大電路，因它最初主要用于模擬量的數(shù)學(xué)運算而得此名。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代運算放大器均由集成電路構(gòu)成，它有許多類型，為了方便常將其分為通用型和專用型

3、兩類。前者的適用范圍很廣，其特性和指標(biāo)可以滿足一般應(yīng)用要求；后者是在前者的基礎(chǔ)上，為適應(yīng)某些特殊要求而制作的 。 通用型集成運算放大器的組成框圖 所示。它由輸入級、中間電壓放大級、輸出級和偏置電路等組成。 輸入級均采用差分放大電路、利用差分電路的對稱性可以減小溫度漂移的影響，從而提高整個電路的共模抑制比。它的兩個輸入端可以擴(kuò)大集成運算放大器的應(yīng)用范圍。 中間電壓放大級大多采用有源負(fù)載的共發(fā)射極放大電路組成，其主要作用是提高電壓增益。 輸出組一般采用甲乙類補(bǔ)對稱放大電路，主要用于提高集成運算放大器的負(fù)載能力，減小大信號工作下的非線性失真。 偏置電路用以供給各級直流偏置電流，它由各種電流源電路組成

4、。此外，集成運算放大器還有一些輔助電路，哪過流保護(hù)電路等。 圖 所示為通用型集成運算放大器 741 的簡化電路。這是主要將原電路中的偏置電流源和有源負(fù)載電路分別用單獨的電流源符號代替。圖中， V 1 、 V 3 、和 V 2 、 V 4 組成共集一共基組合差分電路， V 5 、 V 6 組成有源負(fù)載，構(gòu)成雙端變單端電路。 V 7 、 V 8 組成復(fù)合管共發(fā)射極放大電路中間級，由于采用有源負(fù)載，故該級可獲得很高的電壓地益。輸出級由 V 9 V 13 組成典型的甲乙類互補(bǔ)對稱功率放大電路， V 11 構(gòu)成推動級， V 12 、 V 13 構(gòu)成互補(bǔ)對稱輸出級。 3 、集成運算放大器電路符號及理想化條

5、件 （ 1 ）、集成運算放大器電路符號 集成運算放大器電路符號如圖 （ a ）所示，圖中“ ” 表示信號的傳輸方向，“ ”表示理想條件，兩個輸入端中， N 稱為反相輸入端，用符號“ - ”表示，說明如果輸入信號由此端加入，由它產(chǎn)生的輸出信號與輸入信號反相。 P 稱為同相輸入端，用“ + ”表示，說明輸入信號由此加入，由它產(chǎn)生的輸出信號與輸入信號同相。考慮到運算放大器要有直流電源才能工作，大多數(shù)集成運算放大器需要兩個直流電源供電，所以圖 （ b ）中由運算放大器內(nèi)部引出的兩個端子分別接到正電源 +V CC 和負(fù)電源 -V EE ，一般 V CC V EE 。運算放大器的參考地就是兩個電源的公共地

6、端。 集成運算放大器最少應(yīng)有上述 5 個端子，根據(jù)結(jié)構(gòu)、功能的不同，有的運算放大器還可能有幾個供專門用途的端子，如頻率補(bǔ)償和調(diào)零端等，相應(yīng)功能可查閱有關(guān)器手冊。 （ 2 ）、集成運算放大器特性的理想化 集成運算放大器等效電路如圖 所示，圖中， R id 、 R o 分別為運算放大器的差模輸入電阻和輸出電阻， A ud 為開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)， U n 和 U p 分別為反相、同相端輸入電壓，差模輸入電壓 U id =U n -U p 。在經(jīng)性工作狀態(tài)、輸出端開路時，輸出電壓 U O A ud U id 。 一般集成運算放大器的開環(huán)差模電壓增益 A ud 非常大，其值可達(dá) 10 4 10 7 倍

7、（ 80-140dB ） , 差模輸入電阻 R id 很高，采用雙極型三極管作輸入級，其典型值為幾十千歐到幾兆歐，而采用場效應(yīng)管作輸入級，其輸入電阻通常大于 10 8 。輸出電阻 R O 很小，其值約為幾十到幾百歐，一般小于 200 。另外，集成運算放大器的共模抑制比 K CMR 也很大，可達(dá) 10 4 10 6 （ 80 120 dB ），失調(diào)電壓、失調(diào)電流以及它們的溫漂均很小。因此，在實際應(yīng)用中，常把集成運算放大器特性理想化，即可認(rèn)為： A ud 、 R id 、 R O 0 、 K CMR 以及失調(diào)和溫漂均趨于零。 二、其它元件 1 、 變壓器 變壓器是將兩組或兩組以上的線圈繞在同一個線

8、圈骨架上，或繞在同一鐵芯上制成的。若線圈是空心的，成為空心變壓器，如圖（ a ）所示；若在繞好的線圈中插入了鐵氧體磁芯的便稱為鐵氧體磁芯變壓器，如圖（ b ）所示；如果在線圈中插入鐵芯，則稱為鐵芯變壓器，如圖（ c ）所示。 （ 1 ） 變壓器的種類 根據(jù)工作頻率不同，變壓器可分為高頻變壓器、中頻變壓器和低頻變壓器。 、低頻變壓器 低頻變壓器可分為音頻變壓器與電源變壓器兩種，在電路中又可以分為輸入變壓器、輸出變壓器、級間耦合變壓器、推動變壓器及線間變壓器等。這類變壓器是鐵芯變壓器，其結(jié)構(gòu)形式多采用 E 形鐵芯或環(huán)形鐵芯，如圖所示。 中頻變壓器 中頻變壓器（又稱中周）適用范圍從幾 kHz 至幾十

9、 MHz 。一般變壓器僅僅利用電磁感應(yīng)原理，而中頻變壓器除此以外還應(yīng)用了并聯(lián)諧振原理。因此，中頻變壓器不僅具有普通變壓器變換電壓、電流及阻抗的特性，它還具有諧振于某一特定頻率的特性。在超外差收音機(jī)中，它起到了選頻和耦合作用，在很大的程度上決定了靈敏度、選擇性和通頻帶等指標(biāo)。其諧振頻率在調(diào)幅式接收機(jī)中為 465kHz ，調(diào)頻半導(dǎo)體收音機(jī)中頻變壓器的中心頻率為 10.7MHz ± 100kHz 。 低頻變壓器及鐵芯 中頻變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。一般采用工帽形成螺紋調(diào)桿形結(jié)構(gòu)，并用金屬外殼做屏蔽罩。在磁帽頂端涂有色漆，以區(qū)別外形相同的中頻變壓器和振蕩線圈。 （ 2 ） 變壓器的常用鐵芯 變

10、壓器的鐵芯通常是由硅鋼片、坡莫合金或鐵氧體材料制成，其形狀有“ EI ”、“口”、“ F ”、“ C ”形等種類，如圖所示。 常用鐵芯形狀 （ 3 ） 變壓器的特性 變壓器的變壓比。如果忽略鐵芯、線圈的損耗，如圖所示變壓器電路中有以下的關(guān)系： U 1 /U 2 =N 1 /N 2 =n 式中： n 稱變壓比。 變壓器的變壓特性 變壓器電流與電壓的關(guān)系。若不考慮變壓器的損耗，則有： U 1 · I 1 =U 2 /I 2 或 U 1 · U 2 =I 2 /I 1 變壓器的阻抗變換關(guān)系。設(shè)變壓器初級輸入阻抗為 Z 1 ，次級負(fù)載阻抗為 Z 2 ，根據(jù)歐姆定律可導(dǎo)出： Z 1

11、/Z 2 = （ U 1 /U 2 ） 2 如果把阻抗之比寫成變壓比的關(guān)系，則有： Z 1 /Z 2 =n 2 或 Z 1 =n 2 · Z 2 ， Z 2 =Z 1 /n 2 因此，變壓器可以做阻抗變換器。 變壓器的效率。以上分析中都假設(shè)變壓器本身沒有損耗，實際上損耗總是存的。變壓器的損耗主要有以下兩個方面： · 銅損。變壓器線圈大部分是用銅線繞制成的，由于導(dǎo)線存在著電阻，所以通過電流時就要發(fā)熱，消耗能量，使變壓器效率減低。 · 鐵損。主要來自磁滯損耗和渦流損耗，為了減少磁滯損耗，變壓器鐵芯通常采用導(dǎo)磁率高（容易磁化）而磁滯小的軟磁性材料制作，如硅鋼、磁性瓷及坡

12、莫合金等。為了減少渦流損耗，通常把鐵芯尚磁力線平面切成薄片，使其相互絕緣，割斷渦流。鐵芯一般采用厚度為 0.35mm 左右的硅鋼片疊合制成。 在變壓器的損耗中，除銅損和鐵損外，還有漏磁損耗。磁滯和渦流的影響，都是隨著頻率的增高而增加的。   三、繼電器 繼電器是自動控制電路中常用的一種元件。實際上它是用較小的電流來控制較大電流的一種自動開關(guān)。在電路中起著自動操作、自動調(diào)節(jié)、安全保護(hù)等作用。 繼電器的種類很多，常用的是電磁式和干簧式繼電器兩種，其外形如圖所示。 = 繼電器一般由一個線圈、一組或幾組帶接點的簧片組成。在電路圖中，表示繼電器時只要畫出它拇圈和與控制電路有關(guān)的接點組就可以了。

13、繼電器的線圈用一個長方框符號表示，同時在長方框內(nèi)或框旁標(biāo)上這個繼電器的文字符號“ K ”或“ KR ”。繼電器的接點有兩種表示方法：一種是把它直接畫在長方框的一側(cè)，這樣做比較直觀。另一種是按電路連接的需要，把各個接點分別畫在各自的控制電路中，這樣對分析和理解電路是有利的，但必須同時在屬于同一繼電器的線圈和接點旁邊注上相同的文字符號，并把接點組編號。表列出了繼電器的常用符號和三種接點的符號。按有關(guān)規(guī)定，在電路圖中，按點組的畫法，應(yīng)按線圈不通時的原始狀態(tài)畫出。 1 、特點 （ 1 ） . 電磁式繼電器 圖中是電磁式繼電器的典型結(jié)構(gòu)圖。它主要由鐵芯、線圈、動靜接點、銜鐵、返回彈簧（或簧片）等部分構(gòu)成

14、。其工作原理也很簡單：只要在它的線圈、兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流。由于電流的磁效應(yīng)，鐵芯被磁化而具有磁性。動鐵芯（即銜鐵）就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向靜鐵芯，從而帶動在銜鐵上的動接點與靜接點閉合。線圈斷電后，電磁吸力消失，銜鐵就會在返回彈簧的作用下返回原來的位置，使動接點與靜接點閉合。上述銜鐵吸合，叫繼電器“動作”或“吸合”。相反，銜鐵復(fù)位，叫繼電器“釋放”或“復(fù)位”。 圖 是一個簡單實用的自動關(guān)燈電路圖。當(dāng)按下按鈕開關(guān) SB 后，晶體管 VT1 立即飽和導(dǎo)通，電源電壓（ 6V ）加在繼電器線圈的兩端，使它吸合，常開接點閉合，“ 220V 、 40W ”的燈

15、泡的電源被接通而發(fā)光。同時，電容 C 被迅速充電，使它的兩端電壓也達(dá) 6V 。當(dāng)放開按鈕后，由電源提供 I b 的電路被切斷，但電容 C 兩端存在電壓，還能維持晶體管工作，隨著時間的延遲，電容中的電荷經(jīng)過 R 與晶體管的發(fā)射結(jié)泄放，電容兩端的電壓逐漸下降，當(dāng)晶體管的 U be 小于 0.65V 以后， VT1 截止，繼電器線圈失去電壓而釋放，接點被打開，“ 220V 、 40W ”的燈泡的電源被切斷而熄滅。這個電路，撳一下按鈕開關(guān) SB ，燈亮 20s 左右自動熄滅（延長時間長短可調(diào)節(jié)電容 C 的容量），可作走廊照明燈的控制裝置。這個實例告訴我們，利用繼電器可用低電壓（ 6V ）、弱電流（幾十

16、毫安）來控制高電壓（ 220V ）、強(qiáng)電流（幾百毫安）的電路。 （ 2. ）干簧式繼電器 干簧管，干簧管的全稱叫“干式舌簧開關(guān)管”。圖為實物外形圖。它把兩片既導(dǎo)磁又導(dǎo)電的材料做成的簧片平行地封入充有惰性氣體（如氮氣、氦氣等）的玻璃管中組成開關(guān)元件。兩簧片的端部重疊并留有一定間隙以構(gòu)成接點。 當(dāng)永久磁鐵靠近干簧管或者由繞在干簧管上面的線圈通電后形成磁場使簧片磁化時，片的接點部分就感應(yīng)出極性相反的磁極，如圖所示。異名的磁極相互吸引，當(dāng)吸引的磁力超過簧中的彈力時，接點就會吸合；當(dāng)磁力減小到一定值時，接點又會被簧片的彈力所打開。    干簧管以體積的大小可分為微型、小型、大型幾種。

17、微型的體積只有一粒米那樣大小；小型的體積與一段圓珠筆芯相似，大型像一段粉筆。 干簧管接點的形式常見的有常開接點（ H ）型與轉(zhuǎn)換接點（ Z ）型兩種。 常開接點的干簧管，它的結(jié)構(gòu)見圖 。平時它的接點打開，當(dāng)簧片被磁化時，接點閉合。 轉(zhuǎn)換接點的干簧管，結(jié)構(gòu)見圖 。簧片 1 用導(dǎo)電而不導(dǎo)磁的材料做的，簧片 2 、 3 仍是用既導(dǎo)電又導(dǎo)磁的材料制成。平時，靠彈性使簧片 1 和 3 閉合。當(dāng)永久磁鐵靠近它時，簧片 2 、 3 被磁化而吸引，使接點 2 、 3 閉合。這樣就構(gòu)成了一個轉(zhuǎn)換開關(guān)。 干簧式繼電器，上面我們已經(jīng)提到，使干簧管動作的激勵磁場可以是永久磁鐵，也可以是通電線圈。因此，把干簧置于線圈內(nèi)

18、，就可以制成一種干簧繼電器。 圖 是一種成品干簧繼電器的結(jié)構(gòu)示意圖。在同一干簧繼電器的線圈骨架內(nèi)，可以同時放入 24 個同類的干簧管，從而獲得多對接點的干簧繼電器。 干簧繼電器有以下幾個優(yōu)缺點： 接點與大氣隔絕，管內(nèi)又充有惰性氣體，這樣就大大減少了接點開、閉過程中由于接點火花而引起的接點氧化和碳化。并防止外界有機(jī)蒸氣和塵埃雜質(zhì)對接點的侵蝕和污染。 簧片輕而短，有較高的固有頻率，提高了接點的通斷速度。一般通斷的動作時間僅為 13ms ，比一般電磁繼電器快 510 倍。 體積小，重量輕。 缺點是開關(guān)容量小，接點易產(chǎn)生抖動以及接點接觸電阻大。 2 、主要技術(shù)參數(shù)各種繼電器的參數(shù)在繼電器生產(chǎn)廠的產(chǎn)品說

19、明書中有詳盡的說明。在繼電器的許多參數(shù)中，一般只需要弄清其中的主要電氣參數(shù)就可以了。現(xiàn)以 JZC -21F 型超小型中功率繼電器為例作具體說明。圖為這種繼電器的外形和符號圖。表中列出這種繼電器的 6 個參數(shù)，現(xiàn)分別敘述如下： 線圈電源和功率 它指繼電器線圈使用的是直流還是交流電，以及線圈消耗的額定電功率。 JZC -21F 型繼電器，它的線圈電源為直流，線圈消耗的額定功率為 0.36W 。 額定工作電壓或額定工作電流 這是指繼電器正常工作時線圈需要的電壓或電流值。一種型號的繼電器的構(gòu)造大體是相同的，為了使一種型號的繼電器能適應(yīng)不同的電路，它有多種額定工作電壓或額定工作電流以供選用，并用規(guī)格號加以區(qū)別。如型號為“ JZC -21F /006-1Z ”的繼電器，其中“ 006 ”即為規(guī)格號，表示額定工作電壓為 6V 。如“ JZC -21F /048-1Z ”的繼電器，其中“ 048 ”是規(guī)格號，表示額定工作電壓為 48V 。 . 線圈電阻 它指線較的電阻值。有時，手冊中只給出某型號繼電器的額定工作電壓和線圈電阻，這時可根據(jù)歐姆定律求出額定工作電流。例如“ JZC -21F /006-1Z ”繼電器的電阻為 100 ，額定工作電壓為 6V ，則額定工