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1.6 集成电路

集成电路是一种采用特殊工艺,将晶体管、电阻、电容等元器件组成的电路集成在硅基片上,且封装在特定的外壳中而形成的具有特定功能的器件,英文名称为Integrated Circuit,缩写成IC,俗称芯片。

集成电路能实现一些特定的功能,如放大信号或储存信息,也可以通过软件改变整个电路的功能。集成电路具有体积小、功耗低、稳定性好等优点,是近几十年半导体器件发展起来的高科技产品,发展速度异常迅猛,从小规模集成电路(仅含有几十个晶体管),发展到今天的超大规模集成电路(含有几千万个晶体管或门电路),集成电路的功能是否强大是衡量一个电子产品是否先进的重要标志。

1.6.1 符号

集成电路在电路原理图中通常用字母“ICxxx”或者“Uxxx”来表示,如“IC1”或者“U1”表示电路原理图中的第一个集成电路。

集成电路在电路原理图中没有固定的图形,通常用一个方框表示,并在方框上引出多个引脚,引脚上的数字代表该引脚在此集成电路中的引脚编号,且编号是唯一的,如图1.12所示。

图1.12 集成电路在原理图中的图形符号

1.6.2 种类

集成电路有多种分类方法:

1.按制作工艺分类

集成电路按其制作工艺分,可分为薄膜集成电路、厚膜集成电路和混合集成电路。薄膜集成电路是在绝缘基片上采用薄膜工艺形成有源器件、无源器件和互连线组合构成;厚膜集成电路是在陶瓷等基片上用厚膜工艺制作厚膜无源网络,之后再装接二极管、三极管或半导体集成电路构成;混合集成电路是采用半导体工艺和薄膜、厚膜工艺混合制作而成。

2.按集成规模分类

集成电路按集成规模分,可分为小规模集成电路、中规模集成电路、大规模集成电路和超大规模集成电路。小规模集成电路芯片上集成有10个门电路或10~100个元器件;中规模集成电路芯片上集成有10~100个门电路或100~1 000个元器件;大规模集成电路芯片上集成有100个以上门电路或1 000个以上元器件;超大规模集成电路芯片上集成有10000个以上门电路或100000个以上元器件。

3.按功能分类

集成电路按功能分,可分为数字集成电路和模拟集成电路。数字集成电路是能够传输“0”和“1”两种状态信息并完成逻辑运算、存储、传输及转换的电路。数字电路的基本形式有门电路和触发器电路两种。常用的数字电路有4000,54xx,74xx,74LSxx,74HCxx系列。模拟集成电路是除了数字集成电路以外的电路。模拟集成电路可分为线性集成电路和非线性集成电路。线性集成电路指电路输入、输出信号呈线性关系的电路,最常见的是各类运算放大器。非线性集成电路是输出信号不随输入信号线性变化的电路。

4.按导电类型分类

集成电路按导电类型分,可分为双极型集成电路和单极型集成电路。双极型集成电路频率特性好,但功耗大,而且制作工艺复杂,绝大多数模拟集成电路和数字集成电路属于这一类型。单极型集成电路工作速度低,但输入阻抗高,功耗小,制作工艺简单,易于大规模集成。

1.6.3 参数

集成电路的参数很多,在使用时可参考所使用集成电路的使用手册,这里主要介绍静态工作电流、最大输出功率和电源电压值,这些参数在手册中均有典型值、最小值和最大值。

1.静态工作电流

静态工作电流是指在不给集成电路加任何输入信号的条件下,电源引脚回路中的电流值。当集成电路被测量到的静态电流值大于它的最大值时,会造成集成电路发生故障或损坏。

2.最大输出功率

最大输出功率主要适用于对功率输出有要求的集成电路。它是指信号失真度为一定限值时输出引脚所输出信号的功率。

3.电源电压值

电源电压值是指可以加在集成电路电源引脚与接地端引脚之间的直流工作电压值,电源电压值要在最小值和最大值之间,当电源电压值小于最小值时会导致集成电路不能正常工作,而大于最大值时会导致集成电路损坏。

1.6.4 标注方法

集成电路的型号由五个部分组成,各部分含义如表1.5所示。第一部分用字母“C”表示该集成电路由中国制造;第二部分用字母表示集成电路的类型;第三部分用数字和字母混合,表示集成电路的系列和品种代号;第四部分用字母表示集成电路工作温度范围;第五部分用字母表示集成电路的封装形式。

表1.5 集成电路型号中各部分符号及含义

(续表)

1.6.5 测量方法

1.集成电路引脚识别

集成电路封装材料有塑料、陶瓷和金属三种。封装的外形有圆顶形、单列直插形及双列直插形等。虽然集成电路引脚数目很多(从几脚到数百引脚),但其排列是有一定规律的,在使用时可按照这些规律来正确识别。

(1)圆顶形封装的集成电路

对圆顶形封装的集成电路,识别引脚时,应将集成电路引脚朝上,再找出其定位标记。常见的定位标记有锁口突平、定位孔及引脚不均匀排列等。引脚序号的顺序由定位标记对应的引脚开始,按顺时针方向从序号“1”开始依次给排列引脚编号。如图1.13所示。

图1.13 引脚排列

(2)单列直插式集成电路

识别单列直插式集成电路引脚时应使引脚朝下,面对型号或定位标记,自定位标记位置的引脚开始,从序号“1”开始依次给排列引脚编号。这一类集成电路上常用的定位标记为色点、凹坑、小孔、线条、色带、缺角等,如图1.14所示。

(3)双列直插式集成电路

图1.14 单列直插式引脚排列

识别双列直插式集成电路引脚时,若引脚向下,即其型号向上,定位标记在左边,从左下角引脚开始,从序号“1”开始按逆时针方向依次给排列引脚编号。如图1.15所示。

图1.15 双列直插式引脚排列

(4)四列扁平封装集成电路

识别四列扁平封装集成电路引脚时,若引脚向下,即其型号向上,从定位标记引脚开始,按序号“1”开始按逆时针方向依次给排列引脚编号。如图1.16所示。

图1.16 四列扁平式引脚排列

2.集成电路性能检测

集成电路内部元器件众多,电路结构复杂,一般常用以下几种方法概略判断其好坏。

(1)电阻法

① 通过测量单块集成电路各引脚对地正、反向电阻,与参数资料或另一块好的相同集成电路进行比较,从而做出判断。在测量电阻时必须使用同一个万用表的同一个测量档测量。

② 在没有对比或集成电路已焊接在印刷电路板上的条件下,只能使用间接电阻法进行测量,即在电路板上测量集成电路引脚周围元器件的好坏来判断,若外围元器件没有损坏,则集成电路有可能已损坏。

(2)电压法

在集成电路通电的情况下,测量集成电路直流供电电压、各引脚对地直流电压、外围元器件的工作电压值,并与正常值相比较,进而缩小故障范围,找出损坏元器件或故障电路。

对于交流信号的输出端,可采用交流电压法来进行判断,测量该引脚对地的交流电压,和正常值相比较,如果异常,则可断开该引脚与外围电路的连线,再测该引脚对地交流电压,如果正常则说明是外围电路故障,否则是该集成电路损坏。

(3)波形法

用示波器测量集成电路各引脚的波形,看是否和原设计相符,若有较大差别,并且外围元器件又无故障,则该集成电路有可能已损坏。 2Ds9bkz8ukTfQJciwUQGaKEh9aBO89QOL/+gGUgi4CfXikTzMDazsP46fVljIbyU

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