電路識圖9-集成電路的識圖方法

音箱 老馬識途單片機 老馬識途單片機 2017-11-01

隨著微電子技術的不斷髮展,各種無線電電子設備越來越多的使用了集成電路,集成電路符號也就越來越多的出現在各種電路圖中。由於電路圖中一般不畫出集成電路的內部電路,使得用集成電路構成的電路圖不像分立元件電路圖那樣直觀易讀,因此,看懂含有集成電路的電路圖需要掌握一些特殊的看圖方法。

一、瞭解集成電路的基本功能

集成電路往往都是電路圖中各單元電路的核心,在單元電路中起著主要的作用。從圖面上看,某些單元電路就是由一塊或幾塊集成電路再配以必須的外圍元器件構成的。要看懂這樣的電路圖,關鍵是瞭解和掌握處於核心地位的集成電路的基本功能,以此為突破口分析整個電路的工作原理。

集成電路的品種繁多,功能各異,特別是對於缺少資料和經驗的電子愛好者來說,瞭解電路圖中集成電路的功能並非易事。但是,我們可以通過了解電路作用、查找資料、分析接口情況等方法,來搞清楚集成電路的基本功能。

1、根據單元電路所承擔的任務,判斷集成電路的基本功能

一般而言,集成電路是單元電路的核心,單元電路的作用主要是依靠該集成電路來實現和完成的。所以,根據單元電路所承擔的任務和所起的作用,即可大致判斷出在單元電路中起核心作用的集成電路的基本功能。

下面舉例作進一步的說明,下圖所示是以集成電路IC1為核心構成的一個單元電路,

電路識圖9-集成電路的識圖方法

下圖所示是某擴音機電路原理方框圖,由圖中可知該單元電路的作用和任務是對音頻信號進行功率放大,因此,作為核心器件的集成電路IC1的基本功能是功率放大,IC1應該是一個集成功率放大器。

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2、通過查找資料,瞭解集成電路的基本功能

一般在較完整的電路圖中,均會標註有各個集成電路的型號。我們可以根據電路圖提供的型號,通過查閱集成電路手冊等技術資料,搞清楚這些集成電路的基本功能以及其它相關數據,這對於看懂集成電路電路圖會有極大的幫助。

在上面介紹的功率放大單元電路中,集成電路IC1的型號是LM3886,通過查閱手冊可以很清楚的瞭解到:LM3886是高性能集成功率放大器,頻率響應範圍5Hz~100kHz,輸出功率50W,總諧波失真0.03%,具有過壓、過載、超溫保護功能和靜噪功能,以LM3886為核心構成的音頻功放單元電路具有很好的技術性能。

3、依據其前級和後級電路的接口情況,分析集成電路的基本功能

由於新型集成電路層出不窮,而閱圖者所能接觸到的技術資料有限,這會給查找集成電路資料造成困難。在無法通過查閱資料瞭解集成電路的情況下,我們還可以通過分析集成電路與前級電路的接口關係,以及與其後續電路的接口關係來確定集成電路的基本功能。

仍以前面所述功率放大單元電路為例,集成電路IC1的前級電路是音量控制電路,輸入電壓信號經音量電位器RP1後到達IC1。集成電路IC1的後面連接的是揚聲器BL。通過分析可知,音量電位器RP1輸出的電壓信號不足以推動揚聲器BL發聲,在它們之間必須有一個功率放大器,所以,處於音量電位器RP1與揚聲器BL之間的集成電路IC1的基本功能應該是功率放大。

二、識別集成電路的引腳

一個集成電路內部通常集成了一個甚至多個單元電路,通過若干個引腳與外接電路相連接。在電路圖中,集成電路僅以一個矩形或三角形圖框表示,往往缺乏內部細節,在這種情況下,看懂電路圖的關鍵是正確識別集成電路的各個引腳。

集成電路的引腳是集成電路內部電路與外圍電路的連接點,只有按照要求在這些引腳上連接上外接的元器件或電路,集成電路才能正常工作。這裡包括三個方面的情況:一是這些引腳上的外接的元器件是整個集成電路的有機組成部分,只有在外接元器件的配合下,集成電路才能構成一個完整的電路;二是通過這些引腳,為集成電路提供工作電源;三是通過這些引腳,為集成電路提供輸入信號,並引出集成電路處理後的輸出信號。所以,識別和掌握集成電路各引腳的作用和功能,是看懂和分析含有集成電路的電路圖的有效方法。

各種集成電路由於功能不同,決定了它們的引腳也不盡相同。但是電源引腳,接地引腳,信號輸入和輸出引腳則是大多數集成電路所必有的。

1、電源引腳

電源引腳的作用是為集成電路引入直流工作電壓。集成電路有單電源供電和雙電源供電兩種類型。單電源供電一般是採用單一的正直流電壓作為工作電壓,集成電路有一個電源引腳,在電路圖中有時在電源引腳旁標註有“VCC”字樣,如下圖a)所示。雙電源供電一般是採用對稱的正、負直流電壓作為工作電壓,集成電路有兩個電源引腳,在電路圖中有時分別在正、負電源引腳旁標註有“+VCC”和“-VSS”字樣。如下圖b)所示。

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即使沒有標註字符,集成電路的電源引腳也是比較容易識別的。電源引腳的外電路具有以下明顯的特徵:

1)電源引腳直接與相應的電源電路的輸出端相連接。

2)電源引腳與地之間一般都接有大容量的濾波電容,見上圖中的C1,C3,有的電路還在大容量濾波電容旁並接一個小容量的高頻濾波電容,見上圖中的C2,C4。

集成電路也可能有更多的電源引腳。主要是以下兩種情況:

1)有些集成電路內部的前、後級單元電路分別有自己獨立的電源引腳,以便分別供電或接入電源退藕電路,如下圖所示。

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2)有些集成電路內部包含有電子濾波穩壓電路,可以輸出穩定的直流電壓為其它單元電路供電,因此該集成電路另外有一個電源輸出引腳,如下圖所示。

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電源穩壓集成電路沒有專門的電源引腳。這是因為電源穩壓集成電路是串接在電源電路中工作的,直流電壓從穩壓集成電路的輸入端輸入,經內部電路穩壓後從輸出端輸出,如下圖所示。

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2、接地引腳

接地引腳的作用是將集成電路內部的地線與外電路的地線連通。集成電路一般有一個接地引腳,在電路圖中有時在接地引腳旁標註有“GND”字符,接地引腳的外電路的明顯特徵是它直接與電路圖中的地線相連接,或者直接繪有接地符號。

在電路圖中,有些集成電路可能有多個接地引腳。主要有兩種情況:

1)有些集成電路內部的前、後級單元電路分別有自己獨立的接地引腳,如下圖所示。

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2)將集成電路內部閒置不用的單元電路的信號引腳接地,以保證整個集成電路工作的穩定性,如下圖所示。這樣接地的引腳並不是真正的接地引腳,但在分析電路圖時可以不做嚴格區分。

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3、信號輸入引腳

信號輸入引腳的作用是將輸入信號引入集成電路。除了信號源類集成電路外,一般集成電路至少有一個信號輸入引腳,在電路圖中有時在信號輸入引腳旁邊標註有“IN”字符,如下圖a)所示。有些集成電路同時具有同相輸入和反相輸入兩個信號輸入引腳,則在電路圖中同相輸入引腳旁邊標註有“+”字符,反相輸入引腳旁標註有“-”字符,如下圖b)所示。

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集成電路信號輸入引腳的外電路特徵是:它通過一個耦合元件與前級電路的輸出端相連接。這個耦合元件可以是耦合電容C,耦合電阻R,或者是RC耦合電路,也可以是耦合變壓器T等,如下圖所示。

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有些集成電路有較多的信號輸入引腳。可以分為三種情況:

1)集成電路內部的前、後級單元電路分別有自己獨立的信號輸入引腳,如下圖a)所示。

2)集成電路具有混合處理多個輸入信號的功能,所以有多個信號輸入引腳,如下圖b)所示。

3)集成電路內部包含有兩個(或更多)互相獨立的單元電路,例如雙聲道功放集成電路,每一聲道都有自己的信號輸入引腳,如下圖c)所示。

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振盪器、函數發生器等信號源類集成電路一般沒有信號輸入引腳。

4、信號輸出引腳

信號輸出引腳的作用是將集成電路的輸出信號引出。集成電路至少有一個信號輸出引腳,在電路圖中有時在信號輸出引腳旁邊標註有”OUT“字符,如下圖所示。

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集成電路信號輸出引腳的外電路特徵是:它通過電容、電阻、變壓器等耦合元件與後續電路的輸入端相連接,如下圖所示,

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或者直接驅動揚聲器、發光二級管、指示表頭等負載,如下圖所示。

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有些集成電路有較多的信號輸出引腳,有三種情況:

1)集成電路內部的前、後級單元電路分別有自己獨立的信號輸出引腳,如下圖a)所示。

2)集成電路具有多種輸出功能,所以具有多個信號輸出引腳,如下圖b)所示。

3)集成電路內部包含有兩個(或更多)互相獨立的單元電路,例如雙聲道功放集成電路,每一聲道都有自己的信號輸出引腳,如下圖c)所示。

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5、其它引腳

除了上述四種基本引腳之外,有些集成電路還有一些其它引腳,如外接電阻、電容、電感、晶體等元器件的引腳;自舉、消振、負反饋、退藕等保證工作的引腳;靜噪、控制等附加功能引腳等。

如功率放大單元電路中,集成電路IC1型號為LM3886,單列直插封裝,共有11個引腳,其中3個為空腳,2個同為正電源引腳,如下圖所示。1腳為正電源引腳,4腳為負電源引腳,7腳為接地引腳,10腳為同相輸入引腳,9腳為反相輸入引腳,3腳為輸出引腳,8腳為靜噪引腳。

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三、從集成電路的輸入輸出關係上分析

在電路圖中,集成電路僅以一矩形或三角形圖框表示,一般不畫出內部電路,這給我們分析電路圖帶來一定難度。在缺乏集成電路內部資料的情況下,如何看懂電路圖呢?下面介紹如何運用”黑箱理論“來解決這一問題,即把集成電路看做是一個”黑箱“,我們不必去研究”黑箱“內部的結構和工作過程,而從其輸入信號與輸出信號的關係上進行分析,從而看懂整個電路圖。

1、幅度變換關係

集成電路的輸出信號與輸入信號相比,其幅度發生了變化而其它參數不變,如下圖所示,如果輸出信號的幅度大於輸入信號的幅度,我們就可以判定這個集成電路是一個放大電路。例如電壓放大器,中頻放大器,前置放大器,功率放大器等;如果輸出信號的幅度小於輸入信號的幅度,則說明該集成電路是一個衰減電路,例如衰減器,分壓器等。

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2、頻率變化關係

集成電路的輸出信號與輸入信號相比,其頻率發生了變化,如下圖所示,如果輸出信號的頻率低於輸入信號的頻率,則說明該集成電路是一個變頻電路,如果輸出信號的頻率高於輸入信號的頻率,則說明該集成電路是一個倍頻電路,如果輸出信號的頻帶是輸入信號的一部分,則說明該集成電路是一個濾波電路。

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3、阻抗變化關係

集成電路的輸出信號與輸入信號相比,其阻抗發生了變化,如下圖所示,則稱該集成電路是一個阻抗變換電路。如果輸出信號的阻抗低於輸入信號的阻抗,則說明該集成電路是電壓跟隨器、緩衝器等;如果輸出信號的阻抗高於輸入信號的阻抗,則說明該集成電路是阻抗匹配電路、恆流輸出電路等。

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4、相位變化關係

集成電路的輸出信號與輸入信號相比,其相位發生了變化,如下圖所示,則稱該集成電路是一個移相電路。如果移相角度為180度,可以成為反相電路。

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5、波形變化關係

集成電路的輸出信號與輸入信號相比,其波形發生了變化,如下圖所示,則稱該集成電路是一個整形電路。如輸出信號幅度受到限制的限幅電路,波形邊沿變得陡峭的施密特觸發器電路,強調輸入信號變化率的微分電路,強調輸入信號隨時間積累情況的積分電路等。

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以上是集成電路輸出信號與輸入信號之間的一些基本關係,除此之外,還有諸如調製關係、解調關係、邏輯關係、控制關係等。有些集成電路的輸入、輸出信號之間可能同時包含數種上述基本關係,甚至具有更復雜的輸入、輸出關係。因此,熟練掌握這些基本關係,有助於我們融會貫通,舉一反三的分析各種集成電路電路圖。

四、分析集成電路的接口關係

電路圖中往往會包含有若干個集成電路,它們之間通過一定的電路組成了一個有機的整體。分析各個集成電路之間以及集成電路與其他分立元件單元電路之間的接口關係,也是看懂集成電路電路圖的有效方法。

1、從集成電路與其它集成電路的接口關係上分析

在電路圖中,已知了一些集成電路的功能與作用,我們就可以從各集成電路之間的接口關係上,分析出未知集成電路在電路圖中的作用,以圖 所示電路為例,IC1為一未知集成電路,其兩個輸入端中:”IN1“與高放集成電路的輸出端相接,輸入高頻信號;”IN2“與本振集成電路的輸出端相接,輸入本振信號。IC1的輸出端”OUT“與中放集成電路的中頻信號輸入端相接。因此,通過分析可以得知,IC1為混頻集成電路,電臺信號經高放級放大後輸入IC1,,同時本振級產生的本振信號也輸入IC1,由IC1混頻後輸出中頻信號至中放級。

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2、從集成電路與分立元件單元電路的接口關係上分析

由於分立元件單元電路比較直觀、容易看懂,因此,通過對集成電路與分立元件單元電路接口關係的分析,可以幫助我們掌握該集成電路在電路中的作用。在下圖所示電路中,集成電路IC2通過變壓器T3與分立元件電路相連接。該分立元件單元電路是一個典型的檢波電路,VD2為檢波二極管,C11,R10,C12組成濾波網絡,RP1為音量電位器,T3為中頻變壓器,IC2的輸出信號由T3耦合至檢波電路進行檢波。因此,IC2是中頻放大器集成電路,承擔電路中中頻放大的任務。

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