原创 为什么有集成电路了还要学晶体管电路

2020-4-8 16:44 918 16 3 分类: 电源/新能源

一、电路IC化或LSI化的高速发展
  现在的IC技术发展可以说是日新月异的。目前我们所能接触到的无论是模拟电路,还是数字电路都能进行IC化或LSI化。例如我们随便打开一台电视机或者计算机,就可以看到它们的控制电路板上,除了电源电路以外,几乎都是集成电路(IC或LSI)芯片,想要找到单个的晶体管或者FET(场效应晶体管)等单个放大期间是很困难的。
  随着电路元件黑盒子化的逐步发展,电路设计更趋于便利。因此,使用IC或LSI进行电路设计比使用分离的晶体管或者FET进行电路设计更加快捷和简单,使用IC进行电路设计越来越普遍和普及,
  在这样的IC或者LSI全面发展的时代还有没有必要学习晶体管和FET--这些最基本的放大器件吗?
  现在,如果想制作一个电路(尤其是模拟电路),有时候会非常简单,将几个IC组合起来就能轻松完成电路功能。例如:如果想设计一个放大电路,使用OP放大器IC就能搞定。
  从这一点来看,似乎我们已经不大需要学习最基本器件的工作原理和电路组成了。


  二、从对电路的认识来看
  但是,掌握晶体管电路和FET电路有关知识的场合和仅使用OP放大器的情况对比,在电路的认识上会产生相当大的不同。
  当我们不用过多关心OP放大器内部结构,仅仅将OP放大器作为一个“黑盒子”来使用时,是将IC作为进行理想工作的器件来进行设计的。但是从实际电路中发生的故障现象来看,其原因往往是由于IC不是理想的器件。
  让我们从最简单的单个晶体管放大电路为例来看,电压增益是有限的(而理想的OP放大器的电压增益是无限大的),输入电流也以基极电流的形式存在(理想OP放大器的输入电流为0)。电压增益的频率特性也存在许多问题。
  当电路发生问题时,不能直接调整OP放大器的特性。但是,如果是单个晶体管的放大电路,就能采取多种对策。
  因此,如果在单个晶体管放大器中积累一些经验,就会得到如下的预测:“OP放大器内部是这样的,所以在外接电路上要做这样的工作......”。
  如果具备了晶体管电路和FET电路的知识,在使用OP放大器时即使发生麻烦或者产生不符合要求的特性,也能采取各种对策。这不仅局限于使用OP放大器电路,而且可以说,对于全部的模拟电路和数字电路都是一样的。
  也就是说,如果掌握了晶体管电路和FET电路,则不会将IC和LSI看做理想的器件或“黑盒子”,而会看做“与自己设计的电路一样,是由晶体管和FET集合起来的电路”。其结果是,对电路的工作本质有所了解,能够顺畅的处理一些麻烦问题。同样,即使仅适用IC和LSI,也能设计出更好的电路。


  三、晶体管电路或FET电路的设计空间是无限的
  现在,几乎在所有的场合,电路设计都使用IC或LSI,但是由于IC和LSI的电源引脚、输入引脚都已经被确定了,所以限制了使用IC和LSI能够实现的电路设计。一般使用者就会看在数据表上写着的数字或使用说明,不会去想自己动手做什么的。
  所以,仅仅使用IC和LSI的电路设计,只是选择符合电路设计说明书的性能与功能的IC和LSI,因此不能说是创造性的工作。
  然而,所谓的晶体管或FET是电子电路的基本器件,所以在组装电路时必须接上电阻和电容,很显然,还必须接上电源。总之,说也不会给我们铺好道路,从哪里到哪里都必须有自己完成。
  虽然这样做有些麻烦,但这是一件非常有创造性的工作。这是由于不受IC和LSI的束缚,如果再加上设计者的本事,就能制造出超过IC或LSI功能与性能的电路。
  所以说,晶体管电路或FET电路的设计空间是无限的。
  另外,IC的内部是由晶体管或FET、二极管、电阻和电容等电路元件所构成的,所以用晶体管或FET对电路进行设计就像对IC和LSI的内部进行设计一样,就比较容易掌握该电路。
  这样,从晶体管电路或FET电路开始学习,是牢固的掌握电子电路最好的方法。


  四、使用IC与晶体管进行电路设计的比较
  充分掌握最基本的放大元件,即晶体管的工作原理,能够达到从容设计利用晶体管的分立电路。
  不要将IC和LSI看成简单的黑盒子,而是看成“晶体管和FET,电阻和电容等分立元件的集合体”。也就是说,以能够看懂IC内部的电路为目的。
  在不能满足IC性能时(不是换成别的IC),将采取晶体管电路来弥补其性能上的不足,并且,即使有了故障也能够采用考虑到IC内部工作状态的适当处置方法。
  掌握晶体管电路的好处是:对电路的整体--从一个角落到另一个角落都能按照自己所喜欢的方式来组合。
  使用IC的优点是能够简单的、小型的制作各种电路。在性能方面,也许使用IC时要好一些;在使用方面,IC也是方便的。然而,IC的不足之处使设计人员不能在电路技术方面得到真正的锻炼,其结果导致不能以自身的力量来考虑新的电路--即原始电路。
  当体验经过自己百分百的努力设计的电路时,即使采用了IC也会感受到风格不同的乐趣。这样对于遇到重要的模拟ASCI(Application Specific IC,特殊用途定制的IC,即专用集成电路),也不会感到手足无措。

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