1、集成電路應用 模擬集成電路主要是指由電容、電阻、晶體管等組成的模擬電路集成在一起用來處理模擬信號的集成電路。有許多的模擬集成電路，如運算放大器、模擬乘法器、鎖相環、電源管理芯片等。 模擬集成電路的主要構成電路有：放大器、濾波器、反饋電路、基準源電路、開關電容電路等。模擬集成電路設計主要是通過進行手動的電路調試，模擬而得到。與此相對應的數字集成電路設計大部分是通過使用硬件描述語言在EDA軟件的控制下自動的綜合產生。,1、集成運算放大器 集成運算放大器（簡稱運放）是一種高電壓放大倍數、高輸入電阻、低輸出電阻的直接耦合放大電路。它工作在放大區時，輸入和輸出呈線性關系，所以它又被稱為線性集成電路。 集

2、成運放的組成由四部分組成： 偏置電路：由恒流源電路構成，確定運放各級的靜態工作點； 輸入級：由差放構成，可減小零點漂移和抑制干擾； 中間級：共射放大電路，用于電壓放大； 輸出級：互補對稱電路，降低輸出電阻，提高帶載能力。,2、集成運放的性能指標 開環差模電壓放大倍數Aod：它是指集成運放在無外加反饋回路的情況下的差模電壓的放大倍數。 最大輸出電壓Uop-p：它是指一定電壓下，集成運放的最大不失真輸出電壓的峰-峰值。 差模輸入電阻rid ：它的大小反映了集成運放輸入端向差模輸入信號源索取電流的大小。要求它愈大愈好。 輸出電阻ro ：它的大小反映了集成運放在小信號輸出時的負載能力。 共模抑制比CM

3、RR：它放映了集成運放對共模輸入信號的抑制能力，其定義同差動放大電路。CMRR越大越好。,根據分析時理想運放的條件 ，得出兩個重要結論： 虛短路：V+=V-； 虛開路：Ii=0 注意在實際運算放大器的分析計算中，也采用這兩個條件分析。,3、反相輸入放大器 反相比例運算放大器電路輸出電壓與輸入電壓間的關系： VO= -（RF/F1）*Vi 閉環放大倍數： AF = AV*F = VO/Vi = -RF/R1 RF=R1時，放大器僅起反相作用，又稱反相器。運放正端有接入平衡電阻Rp，其目的是為了保持反相比例運算放大器電路的結構對稱，因此運放的兩個輸入電路的電阻必須相等。 平衡電阻(使輸入端對地的靜

4、態電阻相等): RP=R1/RF。,反向輸入放大器模型,理想運放： 虛短路：V+=V-； 虛開路：Ii=0,4、同相輸入放大器 同相比例運算放大器電路 ，在理想條件下，Vo與Vi的關系是： Vo=（1+Rf/R1）*Vi 輸入信號Vi經平衡電阻Rp送到運放的同相輸入端，反饋通過Rf送回到反相輸入端以實現負反饋，若把差模輸入電壓看成是凈輸入電壓，則反饋電壓Vf加在R1兩端。同相輸入放大器實質上是一個電壓取樣電壓求和的深負反饋電路。,5、跟隨器,6、差動放大器 差動放大電路又叫差分電路，能有效地放大交流信號，而且能有效地減小由于電源波動和晶體管隨溫度變化多引起的零點漂移。常被用作多級放大器的前置級

5、。,7、減法電路（該電路也稱為差分電路） 從結構上看，它是反相輸入和同相輸入相結合的放大電路。 根據虛短、虛斷和N、P點的KCL得：,8、儀用放大器（高共模抑制比、高輸入電阻測量放大器） 由三運放組成性能優越的測量放大器，A1和A2組成雙端輸入/雙端輸出差動放大，由于信號從二個同相端輸入，使輸入阻抗高達10M 以上。第二級又采用差動輸入，在運放參數和R3、R4嚴格對稱時，電路具有很高的共模抑制能力和低溫漂。,9、求和電路（加法電路）,10、積分電路,11、微分電路,12、比較器 比較器是將兩個相差不是很小的電壓進行比較的系統。最簡單的比較器就是運算放大器。 運算放大器在有深度負反饋的條件下，會

6、在線性區工作，有著增益很大的放大特性，在計算時往往認為它放大的倍數是無窮大。而在沒有反饋的條件下，運算放大器在線性區的輸入動態范圍很小，即兩個輸入電壓有一定差距就會使運算放大器達到飽和。如果同相端電壓較大，則輸出最大電壓，一般是+12V；如果反相端電壓較大，則輸出最小電壓，一般是-12V。這樣，就實現了電壓比較功能 注意：在真正的電壓比較器還會增加一些外圍輔助電路，以加強性能。,Ui從同相端輸入,Ui從反相端輸入,過零比較器,正弦波變方波,13、濾波器 用來消除干擾雜訊的器件,將輸入或輸出經過過濾而得到純凈的交流電。 濾波器的種類很多，分類方法也不同。 （1）按所處理的信號分為模擬濾波器和數字

7、濾波器兩種。 （2）按所通過信號的頻段分為低通、高通、帶通和帶阻濾波器四種。 低通濾波器：它允許信號中的低頻或直流分量通過，抑制高頻分量或干擾和噪聲。 高通濾波器：它允許信號中的高頻分量通過，抑制低頻或直流分量。 帶通濾波器：它允許一定頻段的信號通過，抑制低于或高于該頻段的信號、干擾和噪聲。 帶阻濾波器：它抑制一定頻段內的信號，允許該頻段以外的信號通過。,有源低通濾波器：f0=1/2RC,有源高通濾波器：f0=1/2RC,有源帶通濾波器,組合濾波器,（3）按所采用的元器件分為無源和有源濾波器兩種。 無源濾波器：僅由無源元件(R、L和C)組成的濾波器，它是利用電容和電感元件的電抗隨頻率的變化而變

8、化的原理構成的。這類濾波器的優點是：電路比較簡單，不需要直流電源供電，可靠性高；缺點是：通帶內的信號有能量損耗，負載效應比較明顯，使用電感元件時容易引起電磁感應，當電感L較大時濾波器的體積和重量都比較大，在低頻域不適用。 有源濾波器：由無源元件(一般用R和C)和有源器件(如集成運算放大器）組成。這類濾波器的優點是：通帶內的信號不僅沒有能量損耗，而且還可以放大，負載效應不明顯，多級相聯時相互影響很小，利用級聯的簡單方法很容易構成高階濾波器，并且濾波器的體積小、重量輕、不需要磁屏蔽(由于不使用電感元件）；缺點是：通帶范圍受有源器件(如集成運算放大器）的帶寬限制，需要直流電源供電，可靠性不如無源濾波

9、器高，在高壓、高頻、大功率的場合不適用。,14、波形發生（振蕩器） 能夠產生振蕩電流的電路叫做振蕩電路。一般由電阻、電感、電容等元件和電子器件所組成。由電感線圈l和電容器c相連而成的LC電路是最簡單的一種振蕩電路，其固有頻率為f=1/2LC。 振蕩電路也叫波形發生器，是沒有信號輸入，而有信號輸出的信號產生器，一般由放大電路和振蕩選頻電路組成。 放大電路有三極管和運算放大電路振蕩、選頻電路一般由電阻、電容（即RC振蕩選頻電路），或者由電感組成的電路（即LC振蕩選頻電路）決定產生信號的頻率大小。,方波產生過程,作業,練習,數字集成電路 數字集成電路是將元器件和連線集成于同一半導體芯片上而制成的數字

10、邏輯電路或系統。根據數字集成電路中包含的門電路或元、器件數量，可將數字集成電路分為小規模集成（SSI）電路、中規模集成MSI電路、大規模集成（LSI）電路、超大規模集成VLSI電路和特大規模集成（ULSI）電路。 小規模集成電路包含的門電路在10個以內，或元器件數不超過100個； 中規模集成電路包含的門電路在10100個之間，或元器件數在1001000個之間； 大規模集成電路包含的門電路在100個以上，或元器件數在100010000個之間； 超大規模集成電路包含的門電路在萬個以上；特大規模集成電路的門電路在10萬個以上。,數字集成電路按電路結構分：TTL和MOS 兩大系列。 TTL 數字集成電

11、路是利用電子和空穴兩種載流子導電的，所以又叫做雙極性電路。 MOS 數字集成電路是只用一種載流子導電的電路，其中用電子導電的稱為NMOS 電路；用空穴導電的稱為PMOS電路；如果是用NMOS 及PMOS 復合起來組成的電路，則稱為CMOS 電路。,1、TTL電路 （1）電源電壓范圍 TTL電路的工作電源電壓范圍很窄。S，LS，F系列為5V5%；AS，ALS系列為5V10%。 （2）頻率特性 TTL電路的工作頻率比4000系列的高。標準TTL電路的工作頻率小于35MHz；LS系列TTL電路的工作頻率小于40MHz；ALS系列電路的工作頻率小于70MHz；S系列電路的工作頻率小于125MHz；AS

12、系列電路的工作頻率小于200MHz。 （3）TTL電路的電壓輸出特性 當工作電壓為十5V時，輸出高電平大于2.4V，輸人高電平大于2.0V；輸出低電平小于0.4V，輸人低電平小于0.8V。,（4）最小輸出驅動電流 標準TTL電路為16mA；LSTTL電路為8mA；STTL電路為20mA；ALSTfL 電路為8mA；ASTTL電路為20mA。大電流輸出的TTL電路：標準TTL電路為48mA；LSTTL電路為24mA；STTL電路為64mA；ALSTTL電 路為24/48mA；ASTTL電路為48/64mA。 對于同一功能編號的各系列TTL集成電路，它們的引腳排列與邏輯功能完全相同。比如，7404

13、，74LS04， 74A504，74F04，74ALS04等各集成電路的引腳圖與邏輯功能完全一致，但它們在電路的速度和功耗方面存在著明顯的差別。,數字集成電路引腳分布（7400為例）,2、CMOS電路 （1）電源電壓范圍：集成電路的工作電源電壓范圍為318V，74HC系列為26V。 （2）功耗：當電源電壓VDD=5V時，CMOS電路的靜態功耗分別是：門電路類為2.55W；緩沖器和觸發器類為520W；中規模集成電路類為25100W， （3）輸人阻抗：CMOS電路的輸入阻抗只取決于輸人端保護二極管的漏電流，因此輸人阻抗極高，可達1081011以上。所以，CMOS電路幾乎不消耗驅動電路的功率。 （4

14、）抗干擾能力: 電源電壓允許范圍大，因此它們輸出高低電平擺幅也大，抗干擾能力就強，其噪聲容限最大值為45%VDD保證值可達30%VDD，電源電壓越高，噪聲容限值越大。 （5）邏輯擺幅: CMOS電路輸出的邏輯高電平“1”非常接近電源電壓VDD;邏輯低電平“0”接近電源Vss，空載時，輸出高電平VOH=VCC-0.05V，輸出低電平VOL=0.05V。,高電平（邏輯1理論5/3.3V） 低電平（邏輯0理論0V） 高阻態（三態斷開）,標準TTL電平 發送端 高電平：2.4V 低電平：2.0V 低電平：0.8V 特點 噪聲容限小 負載能力弱,標準CMOS電平 發送端 高電平：0.9Vdd 低電平：0

15、.7Vdd 低電平：0.3Vdd 特點 噪聲容限大 負載能力強,集成電路命名 1、國標集成電路的型號命名方法 （1）國標（GB343182）集成電路的型號命名由五部分組成，各部分的含義如下： 第一部分用字母“C”表示該集成電路為中國制造，符合國家標準。 第二部分用字母表示集成電路類型。 第三部分用數字表示集成電路系列和代號。 第四部分用字母表示電路溫度范圍。 第五部分用字母表示電路的封裝形式。,（2）國標（GB343089）集成電路型號命名由五部分組成，各部分的含義如下： 第一部分用字母“C”表示該集成電路為中國制造，符合國家標準。 第二部分用字母表示集成電路的類型。 第三部分用數字或數字與字

16、母混合表示集成電路的系列和品種代號。 第四部分用字母表示電路的工作溫度范圍。 第五部分用字母表示集成電路的封裝形式。,TTL和COMS芯片（74LS00和74HC00）,3.4 傳感器 傳感器（英文名稱：transducer/sensor）是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將感受到的信息，按一定規律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。 光敏傳感器視覺 聲敏傳感器聽覺 氣敏傳感器嗅覺 化學傳感器味覺 壓敏、溫敏、流體傳感器觸覺 敏感元件的分類： 物理類，基于力、熱、光、電、磁和聲等物理效應。 化學類，基于化學反應的原理。 生物類，

17、基于酶、抗體、和激素等分子識別功能。,通常據其基本感知功能可分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類。 電阻式傳感器是將被測量，如位移、形變、力、加速度、濕度、溫度等這些物理量轉換式成電阻值這樣的一種器件。主要有電阻應變式、壓阻式、熱電阻、熱敏、氣敏、濕敏等電阻式傳感器件。,光敏電阻,熱敏電阻,壓力傳感器,加速度傳感器,溫濕度傳感器,熱釋電紅外傳感器,煙霧傳感器,溫度傳感器,超聲波傳感器,金屬檢測傳感器,壓力水位傳感器,霍爾傳感器,攝像頭,陀螺儀芯片,習題,1.三極管 三極管結構 三極管工作條件 共發射極直流放大倍數

18、三極管工作狀態 三極管三種電路接法,2.集成電路 反相輸入放大器接法，輸入輸出電壓關系-反相器 同相輸入放大器接法，輸入輸出電壓關系-跟隨器 減法電路，加法電路 比較器,電阻色環識別：棕綠紅金 第一位：第二位：第三位：第四位：誤差為 即電阻值為歐 五環電阻識別：黃紫紅橙棕 前三位數是第四位表示第五位誤差為即電阻值為千歐,標稱電感量及偏差為22uH 5% 紅紅黑金 標稱電感量及偏差為1.0uH 10% 棕黑金銀,第四章 電子線路,4.1 歐姆定律拓展使用 1、電流 導體中的自由電子在電場力的作用下做有規則的定向運動就形成了電流。電流（current）是表示電流強弱的物理量，通常用字母I表示，單位

19、安培，符號A 。 電流的大小稱為電流強度（簡稱電流），指單位時間內通過導線某一截面的電荷量，每秒通過1庫侖的電量稱為1安培（A）。安培是國際單位制中所有電性的基本單位。 常用的單位有千安（kA）毫安（mA）、微安(A) 。 1A = 1000mA = 1000000A 電學上規定：正電荷定向流動的方向為電流方向。電流形成條件： （1）存在自由電荷； （2）存在電壓； （3）有閉合回路。,2、電壓 電壓（voltage），也稱作電勢差或電位差，是衡量單位電荷在靜電場中由于電勢不同所產生的能量差的物理量。其大小等于單位正電荷因受電場力作用從A點移動到B點所作的功，電壓的方向規定為從高電位指向低電位

20、的方向。 電壓的國際單位制為伏特(V)，常用的單位還有毫伏(mV)、微伏(V)、千伏(kV)等。 1V = 1000mV = 1000000V,3、電路 (1)電路組成 由金屬導線和電氣以及電子部件組成的導電回路，稱其為電路。 電路組成：主要由電源、中間環節、負載構成。如下圖家庭電路組成所示。 a.電源(source)：提供能量或信號（電池、發電機、信號發生器）； b.負載(load)：將電能轉化為其它形式的能量，或對信號進行處理（電阻、電容、晶體管）； c.中間環節（intermediate）：一般由導線、開關等構成，將電源與負載接成通路（傳輸線）；,家庭電路組成,(2)電路模型 由理想元件

21、及其組合代表實際電路元件，與實際電路具有基本相同的電磁性質，稱其為電路模型。電路模型是由理想電路元件構成的。 電路模型是實際電路抽象而成，它近似地反映實際電路的電氣特性。,電路模型構建,(3)電路綜合 通過對電路模型的分析計算來預測實際電路的特性，從而改進實際電路的電氣特性和設計出新的電路。,電路的基本規律 1、歐姆定律 在同一電路中，通過導體的電流跟導體兩端的電壓成正比，跟導體的電阻阻值成反比，這就是歐姆定律，基本公式是I=U/R。物理學界將電阻的單位命名為歐姆，以符號“”表示。,2、基爾霍夫定律 基爾霍夫定律是電路理論中最基本也是最重要的定律之一。它概括了電路中電流和電壓分別遵循的基本規律

22、。它包括基爾霍夫電流定律（KCL）和基爾霍夫電壓定律（KVL）。 (1)支路： a.每個元件就是一條支路。 b.串聯的元件我們視它為一條支路。 c.流入等于流出的電流的支路。 (2)節點： a.支路與支路的連接點。 b.兩條以上的支路的連接點。 c.廣義節點（任意閉合面）。 (3)回路： a.閉合的支路。 b.閉合節點的集合。 (4)網孔： a.其內部不包含任何支路的回路。 b.網孔一定是回路，但回路不一定是網孔。,基爾霍夫電流定律（KCL）:該定律又稱節點電流定律，其內容是電路中任一個節點上，在任一時刻，流入節點的電流之和等于流出節點的電流之和。(物理基礎:電荷守恒，電流連續性。),i1 i2 i3 i4 = 0,基爾霍夫電壓定律（KVL）:在任何一個閉合回路中，各段電阻上的電壓降的代數和等于電動勢的代數和，即IR=E；從一點出發繞回路一周回到該點時，各段電壓的代數和恒等于零，即U=0。,U1US1+U2U3+U4US20,3、疊加定理 在線性電路中，任一支路的電流（或電壓）可以看成是電路中每一個獨立電源單獨作用于電路