我們身邊有各種各樣的電器,例如電視、VTR、CD組合式收錄機、計算機等,打開這些電器的機殼就會發(fā)現(xiàn)內(nèi)部幾乎全是IC,已經(jīng)很難找到晶體管或FET等分立的放大器件了。在計算機的主機板上,甚至連電阻都很難見到。
電子電路的這種IC化方向當(dāng)然是工程技術(shù)人員所向往的,因為它能夠在有限的空間內(nèi)很方便地滿足使用者所要求的解決各種難題的功能,而且更廉價。
當(dāng)然,目前的現(xiàn)狀也不是完全不再使用晶體管、FET等分立的半導(dǎo)體器件。在一些最先進的大功率/大電流電路、低噪聲放大電路、高頻電路等電子電路中除IC外仍然還使用著多種分立器件。
可以說目前的電子電路中,IC通常應(yīng)用于一般電路中,而分立的晶體管和FET應(yīng)用于追求高性能的最先進的電路中。
也不完全拘泥于這種區(qū)分。在我們身邊當(dāng)然還有考慮到晶體管和FET的特點,通過與IC的組合而應(yīng)用的實例,這樣往往能夠組成更有趣的電路,性能相同而更廉價的電路。下面首先分析使用IC、晶體管、FET的電路的優(yōu)缺點,然后分別討論使用的問題。
1.1.1使用IC的優(yōu)缺點
1.電子電路中使用IC的優(yōu)點
(1)可以減少部件數(shù)目。IC是將一個電路原封不動地封裝在一個管殼中。因此,使用IC可以減少構(gòu)成電路的部件數(shù)目。將電路集成化并封裝起來,使得電路整體變小了。
(2)縮短了設(shè)計時間。將具有嚴格的常數(shù)設(shè)定的電路IC化,能夠縮短設(shè)計時間。如果所有電路都集成化,那么“電路設(shè)計”就變成了選擇IC的工作。
(3)降低了成本。通過將標(biāo)準(zhǔn)的電路集成化批量生產(chǎn),能夠降低IC自身的價格,從而使電路整體的成本下降。
2.使用IC的缺點
(1)只能在一定程度上滿足其性能要求。為了使通常的IC具有更廣泛的應(yīng)用,需要將一定程度上標(biāo)準(zhǔn)化的電路集成化。因此,使用IC時,在性能上必然會有一定的妥協(xié)。所以說,使用IC的電路并不能得到非常完美的性能。
(2)不能夠變更內(nèi)部電路。這是顯而易見的事情。已經(jīng)制成的電路以及管腳配置是不能夠變更的。但是在數(shù)字IC領(lǐng)域,使用者在一定程度上具有變更內(nèi)部電路管或腳配置的自由,例如PLD(Prorammable Logic Device,可編程邏輯器件)。在將來,模擬IC中也會具有這種功能。
1.1.2使用晶體管和FET的優(yōu)缺點
1.電子電路中使用晶體管和FET的優(yōu)點
(1)能夠?qū)崿F(xiàn)高性能。IC內(nèi)部的半導(dǎo)體器件由于受制造條件的制約,其性能往往低于分立器件。因此設(shè)計者使用分立器件能夠制作出比IC性能更優(yōu)良的電路。
(2)什么樣的電路都能夠制作。晶體管和FET是放大單元、開關(guān)單元的最小單位,所以具有制作任何電路的可能性。
2.使用晶體管和FET的缺點
(1)增加了部件數(shù)目。如果一個電路使用2~3個IC就能夠制成,那么使用分立器件時需要的部件數(shù)目將會增加到20~30個。
(2)設(shè)計周期長。由于必須選擇和確定電路所需要的所有元器件及其數(shù)值,所以花費的時間長。
(3)成本高。不能說所有情況下的成本都高,但是大多數(shù)情況下,由于使用的分立器件多,整體上成本(也考慮到制造成本)提高了。
1.1.3靈活使用IC以及晶體管、FET
圖1.1分別示出了IC的OP放大器和用分立半導(dǎo)體器件構(gòu)成的OP放大器。IC是一個小的電路塊,而用分立半導(dǎo)體器件組成的同樣功能的電路則成為有一定規(guī)模的電路。所以,對于性能沒有很高要求的電路來說應(yīng)該使用IC。但是,當(dāng)通用的OP放大器不能實現(xiàn)電路性能要求時怎么辦?
首先應(yīng)該考慮使用比通用器件性能更高的OP放大器。但是高性能OP放大器的價格高,而且往往難以獲得。
因此應(yīng)該考慮采用通用IC與晶體管、FET等分立半導(dǎo)體器件組合使用的方法,這種方法的成本不是很高,卻能夠?qū)崿F(xiàn)電路的高性能。這樣做可以充分發(fā)揮IC和分立器件各自的優(yōu)點。
圖1.2就是將OP放大器與分立半導(dǎo)體器件組合使用的例子。
圖1.2(a)的電路是在OP放大器的輸出端追加了射極跟隨器,增大輸出電流。與IC相比,雙極型晶管能夠處理大電流,所以當(dāng)要求改善IC的輸出特性時經(jīng)常使用它。
圖1.1 兩種方法構(gòu)成的OP放大器
圖1.2 利用IC與FET、晶體管組合的方法提高性能的示意圖
圖1.2(b)是在OP放大器IC的輸入端插入源極跟隨器,輸入電流非常小的電路(也有用FET輸入的OP放大器IC,使用分立的FET器件,對改善噪聲特性特別有利)。由于FET器件本身的輸入阻抗高,所以當(dāng)希望改善IC的輸入特性時經(jīng)常采用這種電路。
1.1.4靈活使用技術(shù)
不僅是上面所說的純粹的模擬電路,在數(shù)字電路以及開關(guān)電路中也采用類似的方法。
圖1.3是用數(shù)字電路IC的輸出驅(qū)動負載的開關(guān)電路中使用晶體管、FET的例子。也有這種開關(guān)電路的專用IC,不過使用晶體管或FET有時更加合理。
圖1.3 在開關(guān)電路中的應(yīng)用例
巧妙地將IC與晶體管、FET靈活組合使用是非常有趣的工作。IC的靈活使用并不困難,對于晶體管和FET分立器件來說,它的熟練使用需要一定的支持(也就是技術(shù))。
熟練掌握晶體管和FET的技術(shù)并不是那樣困難。電路設(shè)計方面只要抓住“怎樣工作”這樣的概念,剩下的就是進行簡單的四則運算。