晶体管与集成电路

午夜幽兰 · 发表于 2006-12-6 17:42:37

  晶体三极管、二极管、场效应管以及电阻电容等等这些在电子电路中常用的元器件，在实际使用的时候总是需要以各种各样的方式组装成一定的电路才能工作。对于一个稍微复杂一些的电路，不论多么成熟，总是需要经过一定的调试才能使用，而调试工作一般都比较复杂而且费时，降低了人们的工作效率。那么，如何来解决这个问题呢?人们经过实践探索，发明出了集成电路。
集成电路就是将一个或多个成熟的单元电路做在一块硅材料的半导体芯片上，再从这块芯片上引出几个引脚，作为电路供电和外界信号的通道。
  现在我们以一种叫做“LM386”的集成电路为例，这是一种用作音频信号放大的集成电路，它的内部的结构如图1，而它的外观体积却很小。

  它的内部有这样多的元件，使用时只需接上正负电源和输入信号输出负载就可以了，非常方便实用。
  我们把这种在一个外壳中封装入一个单元电路，作为一个具有一定电路功能的器件来使用的电子元件，叫做“集成电路”。而和集成电路相对应的，使用独立的电阻、电容、三极管等器件组装的电路，就叫做“分立器件电路”，也就是说，电路中的各个元件是独立封装的。
  从1962年世界上第一个集成电路诞生以来，集成电路的技术越来越先进，从一块芯片上集成了几十个元器件到集成几十万、几百万个元器件(其中绝大多数是晶体管)，它在实际中的应用也越来越广泛。集成技术的每一次发展，也都带来电子技术的一次进步，尤其在计算机方面，从占地上百平方米的老式计算机进化到可以摆在桌上的个人计算机，集成电路立下了汗马功劳。
  集成电路和分立器件电路相比，有许多优点。首先，由于集成电路中的电路的制造工艺都是相同的，所以设计定型后的产品使用时一般都不存在调试问题。这样就大大方便了人们的应用；此外，由于集成电路将大量的元器件封装在很小的一个外壳里，使得总体成本降低了不少，比用分立器件组装出的相同功能的电路要便宜的多；而且，用集成电路制造的电子电器，焊接点也少，出故障的可能性也就随之小了许多，它内部元件的连线短，使得电路工作的可靠程度也大大提高；另外，当集成电路出故障时，更换也十分方便。
  由于集成电路的种种优点，使得它被广泛地应用在各个电子领域，慢慢地占领了分立器件的不少“领地”。而今，在各种电器中，处处都有集成电路的身影——收音机、录音机、彩电、全自动洗衣机、电子表等等。可以这样说，我们的生活已经完全离不开集成电路了。
  (一)集成电路的表示方法

  集成电路在电路中通常用字母“IC”表示。由于集成电路形式千变万化，所以它没有固定的电路符号，通常人们画出一个方框、三角形或圆圈代表它，从上面引出几个管脚并注明管脚号代表集成电路的引脚。对于某些常用的集成电路，比如一些音频放大电路，人们有一定的习惯，也就存在着一些约定俗成的画法。为了看图方便，有的集成电路的电路符号就是它的外形图，比如音乐集成电路。
  (二)集成电路的分类

  集成电路的种类是难以尽述的。我们常将集成电路按照它的集成度、用途和制造工艺来进行分类。集成电路的集成度通常是指它在一个芯片上集成了多少个元器件，集成元器件越多，集成度就越高。根据集成度的高低，将它分为小规模集成电路(内部有几十个元器件)、中规模集成电路(内部有几百个元器件)、大规模集成电路(内部有上千个元器件)和超大规模集成电路(内部有上万个元器件)等等。
  集成电路按用途分有“模拟集成电路”和“数字集成电路”两种9模拟集成电路处理的是模拟信号，数字集成电路处理的是数字信号，当然在有些情况下，可以灵活掌握、混合使用。
  集成电路控制造工艺分有膜集成电路和半导体集成电路以及混合集成电路等几种。膜集成电路按照膜的厚度又可以分为厚膜电路和薄膜电路；半导体集成电路是采用平面工艺制造的，目前大量使用的大多数集成电路都是半导体集成电路；混合型集成电路采用的工艺可以是膜工艺、半导体平面工艺，甚至使用分立器件。这种集成电路性能较好，但是价格较高。
  半导体集成电路是目前使用最广泛的，它的内部集成有晶体三极管、晶体二极管、电阻、电容等在普通电路中常用的基本元件。根据内部制作所用的元器件不同，半导体集成电路又可分为双极型和单极型两种。双极型的半导体集成电路内部电路中用的是双极型的晶体三极管，因此它的工作速度快、工作频率高，但是它的制作工艺复杂，功耗较大，价格较高；单极型的半导体集成电路内部电路中的晶体管采用的是场效应管，由于结构上的特点，使得它容易实现大规模集成，耗电省，价格也便宜，不过它的工作速度相对较慢。
  单极型的集成电路内部电路以使用MOS管组成的各种电路为主。根据在一块集成块内部所使用的MOS管的沟道类型，这种集成电路可以分为N沟道MOS集成电路和P沟道MOS集成电路两类，简称“NMOS”集成电路和“PMOS”集成电路。此外还有在一块集成块内部同时使用NMOS和PMOS的混合MOS电路，简称“CMOS”电路。在这三者中，CMOS电路是最常用的。需要读者注意的是：由于CMOS电路的输入阻抗高，’所以容易被静电感应电压所击穿，在焊接时最好将电烙铁头接地，或者拔下插头，利用余热进行焊接。存放时也要注意，不要接近一些容易产生静电的材料，有条件的最好用金属盒保存。