集成電路的用途精選(九篇)

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第1篇：集成電路的用途范文

【關(guān)鍵詞】聚羧酸減水劑；耐久性；混凝土外觀

中圖分類號：TU37文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：

1 工程簡介

烏魯木齊市特變電工水木尚城小區(qū)二期工程，該工程2540.46㎡。工程采用100年設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期，混凝土設(shè)計(jì)采用以高性能混凝土技術(shù)為核心的綜合耐久性技術(shù)方案，通過使用聚羧酸外加劑改善混凝土性能，在粉煤灰與礦粉的雙慘技術(shù)及配合比的設(shè)計(jì)上使用低水灰比提高混凝土抗侵蝕破壞能力，從而提高混凝土耐久性。通過研究混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，選擇優(yōu)質(zhì)的材料，加強(qiáng)生產(chǎn)過程控制，過程使用的混凝土均滿足了設(shè)計(jì)要求。

2 混凝土技術(shù)要求

強(qiáng)度等級C30；

混凝土抗碳化能力，以理論計(jì)算達(dá)到100年；

混凝土60天干縮率不大于0.015%；

混凝土電通量≤2000C；

a.采用粉煤灰與礦粉雙摻技術(shù)，使用聚羧酸外加劑；

b.為保證混凝土外觀總的膠凝材料用量應(yīng)控制在360～400kg/m3；

c.用水量應(yīng)控制在150 kg/m3左右，水灰比≤0.45；

d.現(xiàn)場塌落度應(yīng)控制在180±30㎜。

3 試驗(yàn)用原材料指標(biāo)及混凝土設(shè)計(jì)試驗(yàn)方法

試驗(yàn)用原材料：

水泥：復(fù)合P.C32.5R（產(chǎn)地天山水泥），其物理化學(xué)性能：三氧化硫3.0%，氯離子含量0.02%，堿含量0.77%，初凝時(shí)間153min，終凝時(shí)間227min，抗折強(qiáng)度3天4.1MPa，28天8.0 MPa，抗壓強(qiáng)度3天19.9 MPa,28天39.8 MPa。

粉煤灰：石化電廠F類Ⅱ粉煤灰，化學(xué)成分及物理性能：游離氧化鈣0.3%，細(xì)度8.1%，需水量比103%，燒矢量1.7%，三氧化硫0.8%，氧化鈣7.14%，含水率0.1%，氯離子0.01%。

礦粉：寶新盛源（產(chǎn)地新疆烏魯木齊）S75，比表面積：416㎡/kg，流動度比99%，氯離子0.01%，堿含量1.4%，活性7

天59%，28天95%。

砂：產(chǎn)地米泉砂場，細(xì)度模數(shù)2.8；表觀密度2640kg/m3；堆積密度1680 kg/m3；含泥量1.1%。

卵石：產(chǎn)地米泉砂場，粒頸20-40mm，表觀密度2680 kg/m3；堆積密度1560 kg/m3；含泥量0.1%，壓碎值指標(biāo)4%，針、片狀5%。

外加劑：產(chǎn)地新疆精細(xì)化工有限責(zé)任公司；外加劑性能指標(biāo)：游離子氧化鈣0.02%，總堿量0.96%，堿水率27%，泌水率比0%，含氣量2.1%，抗壓強(qiáng)度7天159 %，28天143 %，收縮率64%。

4 混凝土設(shè)計(jì)及試驗(yàn)方法

預(yù)拌混凝土性能應(yīng)參照GB/T50080-2002《混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》及GB/T50081-2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》，混凝土耐久性采用電通量ASTM1202，氯離子擴(kuò)散系數(shù)評價(jià)依據(jù)NTBUILD443。

試驗(yàn)配合比及性能檢測見表1、表2。

表1 試驗(yàn)配合比

表2 混凝土性能檢測

檢驗(yàn)結(jié)果表明試驗(yàn)編號2，3作為實(shí)際生產(chǎn)的理論配合比比較合適。

5 生產(chǎn)控制

嚴(yán)格按GB14902要求進(jìn)行以下質(zhì)量管理：

塌落度的控制：生產(chǎn)的塌落度由試驗(yàn)員進(jìn)行監(jiān)控，每日進(jìn)行砂石含水率監(jiān)測。檢驗(yàn)結(jié)果及時(shí)反饋給塌落度監(jiān)控員進(jìn)行調(diào)整，每次發(fā)混凝土第一車取樣進(jìn)行開盤鑒定，每成型一組試體并檢測其塌落度，雨天加大對砂石材料含水檢測頻率及混凝土塌落度監(jiān)測頻率。

強(qiáng)度質(zhì)量管理：混凝土強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)評定時(shí)預(yù)拌混凝土品質(zhì)最重要的指標(biāo)，由于影響混凝土強(qiáng)度的因素復(fù)雜，因此強(qiáng)度大小混凝土質(zhì)量是否控制良好的綜合評定指標(biāo)。以試樣的試體強(qiáng)度檢測結(jié)果每半個(gè)月定期進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，判斷強(qiáng)度的穩(wěn)定性，及時(shí)找出強(qiáng)度波動的原因，指導(dǎo)混凝土生產(chǎn)。為及時(shí)準(zhǔn)確判斷混凝土質(zhì)量是否出現(xiàn)異常、合格與否，通過7天強(qiáng)度推斷28天強(qiáng)度的方法加強(qiáng)控制。

含氣量的管理：試驗(yàn)頻率為每個(gè)工作班不少于2次，混凝土含氣量的穩(wěn)定性，確?；炷镣庥^符合要求。

混凝土溫度管理：白天每2小時(shí)到現(xiàn)場測一次溫度，晚上3小時(shí)測一次，發(fā)現(xiàn)混凝土入模溫度有可能超標(biāo)。及時(shí)采定的應(yīng)急降溫措施，防止產(chǎn)生裂縫。

其他方面：因使用聚羧酸外加劑，生產(chǎn)線及運(yùn)輸車輛應(yīng)進(jìn)行不同品種外加劑轉(zhuǎn)換使用時(shí)，車輛及拌樓必須清洗?，F(xiàn)場的混凝土應(yīng)色澤均勻，和易性良好，不能有泌水，運(yùn)輸過程中不得加水。

6 實(shí)際生產(chǎn)情況

實(shí)際生產(chǎn)的混凝土28天強(qiáng)度均在40—42MPa之間，強(qiáng)度判定，滿足了設(shè)計(jì)要求，混凝土抗?jié)B性能、電通量、60天混凝土縮率、氯離子滲透系數(shù)均滿足設(shè)計(jì)要求。

7 結(jié)論

（1）通過試驗(yàn)采用多元素膠凝材料與聚羧酸減水劑的合理匹配，使混凝土性能大幅度提高，即滿足了設(shè)計(jì)及施工強(qiáng)度要求，又提高混凝土耐久性。

（2）礦物外加劑的雙摻量使混凝土抗氯離子滲透性得以提高。同時(shí)水灰比情況下加入礦粉的混凝土其28天電通量比單慘入粉煤灰小。

第2篇：集成電路的用途范文

如今，全球正迎來電子信息時(shí)代，這一時(shí)代的重要特征是以電腦為核心，以各類集成電路，特別是大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路的飛速發(fā)展為物質(zhì)基礎(chǔ)，并由此推動、變革著整個(gè)人類社會，極大地改變著人們的生活和工作方式，成為體現(xiàn)一個(gè)國家國力強(qiáng)弱的重要標(biāo)志之一。因?yàn)闊o論是電子計(jì)算機(jī)、現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)、汽車電子及消費(fèi)類電子產(chǎn)業(yè)，還是要求更高的航空、航天及軍工產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域，都越來越要求電子產(chǎn)品具有高性能、多功能、高可靠、小型化、薄型化、輕型化、便攜化以及將大眾化普及所要求的低成本等特點(diǎn)。滿足這些要求的正式各類集成電路，特別是大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路芯片。要將這些不同引腳數(shù)的集成電路芯片，特別是引腳數(shù)高達(dá)數(shù)百乃至數(shù)千個(gè)I/O的集成電路芯片封裝成各種用途的電子產(chǎn)品，并使其發(fā)揮應(yīng)有的功能，就要采用各種不同的封裝形式，如DIP、SOP、QFP、BGA、CSP、MCM等?？梢钥闯觯㈦娮臃庋b技術(shù)一直在不斷地發(fā)展著。

現(xiàn)在，集成電路產(chǎn)業(yè)中的微電子封裝測試已與集成電路設(shè)計(jì)和集成電路制造一起成為密不可分又相對獨(dú)立的三大產(chǎn)業(yè)。而往往設(shè)計(jì)制造出的同一塊集成電路芯片卻采用各種不同的封裝形式和結(jié)構(gòu)。今后的微電子封裝又將如何發(fā)展呢？根據(jù)集成電路的發(fā)展及電子整機(jī)和系統(tǒng)所要求的高性能、多功能、高頻、高速化、小型化、薄型化、輕型化、便攜化及低成本等，必然要求微電子封裝提出如下要求：

(1)具有的I/O數(shù)更多；(2)具有更好的電性能和熱性能；(3)更小、更輕、更薄，封裝密度更高；(4)更便于安裝、使用、返修；(5)可靠性更高；(6)性能價(jià)格比更高；

2未來微電子技術(shù)發(fā)展趨勢

具體來說，在已有先進(jìn)封裝如QFP、BGA、CSP和MCM等基礎(chǔ)上，微電子封裝將會出現(xiàn)如下幾種趨勢：

DCA（芯片直接安裝技術(shù)）將成為未來微電子封裝的主流形式

DCA是基板上芯片直接安裝技術(shù)，其互聯(lián)方法有WB、TAB和FCB技術(shù)三種，DCA與互聯(lián)方法結(jié)合，就構(gòu)成板上芯片技術(shù)（COB）。

當(dāng)前，在DCA技術(shù)中，WB仍是主流，但其比重正逐漸下降，而FCB技術(shù)正迅速上升。因?yàn)樗哂幸韵聝?yōu)越性：

（1）DCA特別是FC（倒裝芯片）是“封裝”家族中最小的封裝，實(shí)際上是近于無封裝的芯片。

（2）統(tǒng)的WB只能利用芯片周圍的焊區(qū)，隨著I/O數(shù)的增加，WB引腳節(jié)距必然縮小，從而給工藝實(shí)施帶來困難，不但影響產(chǎn)量，也影響WB質(zhì)量及電性能。因此，高I/O數(shù)的器件不得不采用面陣凸點(diǎn)排列的FC。

（3）通常的封裝（如SOP、QFP）從芯片、WB、引線框架到基板，共有三個(gè)界面和一個(gè)互聯(lián)層。而FC只有芯片一個(gè)基板一個(gè)界面和一個(gè)互聯(lián)層，從而引起失效的焊點(diǎn)大為減少，所以FCB的組件可靠性更高。

（4）FC的“引腳”實(shí)際上就是凸點(diǎn)的高度，要比WB短得多，因此FC的電感非常低，尤其適合在射頻移動電話，特別是頻率高達(dá)2GHz以上的無線通信產(chǎn)品中應(yīng)用。

（5）由于FC可直接在圓片上加工完成“封裝”，并直接FCB到基板上，這就省去了粘片材料、焊絲、引線框架及包封材料，從而降低成本，所以FC最終將是成本最低的封裝。

（6）FC及FCB后可以在芯片背面直接加裝散熱片，因此可以提高芯片的散熱性能，從而FC很適合功率IC芯片應(yīng)用。

通過以上對DCA及FCB優(yōu)越性的分析，可以看出DCA特別是FCB技術(shù)將成為未來微電子封裝的主流形式應(yīng)是順理成章的事。

2.2三維（3D）封裝技術(shù)將成為實(shí)現(xiàn)電子整機(jī)系統(tǒng)功能的有效途徑

三維封裝技術(shù)是國際上近幾年正在發(fā)展著的電子封裝技術(shù)，它又稱為立體微電子封裝技術(shù)。3D已成為實(shí)現(xiàn)電子整機(jī)系統(tǒng)功能的有效途徑。

各類SMD的日益微型化，引線的細(xì)線寬和窄間距化，實(shí)質(zhì)上是為實(shí)現(xiàn)xy平面（2D）上微電子組裝的高密度化；而3D則是在2D的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步向z方向，即向空間發(fā)展的微電子組裝高密度化。實(shí)現(xiàn)3D，不但使電子產(chǎn)品的組裝密度更高，也使其功能更多，傳輸速度更高、相對功耗更低、性能更好，而可靠性也更高等。

與常規(guī)的微電子封裝技術(shù)相比，3D可使電子產(chǎn)品的尺寸和重量縮小十倍。實(shí)現(xiàn)3D，可以大大提高IC芯片安裝在基板上的Si效率（即芯片面積與所占基板面積之比）。對于2D多芯片組件情況，Si效率在20%—90%之間，而3D的多芯片組件的Si效率可達(dá)100%以上。由于3D的體密度很高，上、下各層間往往采取垂直互聯(lián)，故總的引線長度要比2D大為縮短，因而使信號的傳輸延遲線也大為減小。況且，由于總的引線長度的縮短，與此相關(guān)的寄生電容和寄生電感也大為減小，能量損耗也相應(yīng)減少，這都有利于信號的高速傳輸，并改善其高頻性能。此外，實(shí)現(xiàn)3D，還有利于降低噪聲，改善電子系統(tǒng)性能。還由于3D緊密堅(jiān)固的連接，有利于可靠性的提高。

3D也有熱密度較大、設(shè)計(jì)及工藝實(shí)施較復(fù)雜的不利因素，但隨著3D技術(shù)日益成熟，這些不利因素是可以克服的。

總之，微電子封裝技術(shù)的發(fā)展方向就是小型化、高密度、多功能和低成本。

參考文獻(xiàn)

[1]微電子封裝技術(shù)[M].中國電子學(xué)會生產(chǎn)技術(shù)學(xué)分會叢書編委會.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社.

[2]金玉豐.微系統(tǒng)封裝技術(shù)概論[M]科學(xué)出版社.2006第1版.

第3篇：集成電路的用途范文

由于電子級硅片的質(zhì)量要遠(yuǎn)高于太陽能級硅片，因此一些制作太陽能電池的企業(yè)就利用電子級硅片的報(bào)廢片，經(jīng)過一系列加工，使之變成太陽能級硅片的原料。電子級硅片從原料的生產(chǎn)到最后制作成集成電路，有多達(dá)二三百個(gè)步驟，制作太陽能電池的企業(yè)進(jìn)口的電子級報(bào)廢片可謂種類繁多，五花八門。

只有了解了各種不同類型的硅廢料以及它們的加工處理過程，才能更好地對其進(jìn)行歸類。

定義及廢硅料的分類

要想對硅廢料進(jìn)行歸類，首先要知道單晶硅片的制作過程。如圖1至圖6所示。

圖l：硅砂

圖2：多晶硅

圖3：拉單晶硅棒

圖4：已拋光的單晶硅片

圖5：印刷好的芯片

圖6：切割下來的芯片

其次，要了解什么樣的硅屬于硅廢料。特別要指出的是本文中所稱的“廢硅料”是指制作電子級硅片在加工過程中產(chǎn)生的報(bào)廢品，而非太陽能級的硅廢料。即生產(chǎn)電子級硅片(空白硅片、硅片或原料晶圓)的廠家及生產(chǎn)半導(dǎo)體芯片(成品晶圓)的廠家的報(bào)廢料。根據(jù)硅材料與硅芯片生產(chǎn)廠家的不同可分為兩類：

原生型廢硅料

原生型廢硅料是指由多晶硅從拉制單晶硅棒到制作成電子級裸片或空白片過程中所產(chǎn)生的報(bào)廢料，即多晶硅通過拉晶、切片、研磨、拋光等物理方法制成初成品過程中所產(chǎn)生的報(bào)廢料。按形狀不同，大致可分為以下幾種：

碳頭料：碳在多晶硅提純過程中起引晶作用，也就是硅包圍在碳的周圍結(jié)晶生成多晶硅，因此多晶硅靠近碳的地方黏附碳頭，形狀為不規(guī)則塊狀。如圖7所示。

鍋底料：指在拉成單晶硅棒后，殘留在石英坩鍋底上的硅料。由于鍋底的多晶硅料還未完全拉成單晶硅，所以鍋底料應(yīng)為多晶硅。而且由于鍋底的多晶硅料在拉晶時(shí)多晶硅熔融在石英坩鍋上，因此灰色的硅料上會有白色的石英坩鍋殘余附著在上面。

頭尾料：在拉單晶硅棒時(shí)拉制無位錯(cuò)單晶的工藝需要會產(chǎn)生頭尾尖尖的部分(形狀類似于削好的鉛筆)，加工成硅片前必須將此頭尾部分切除，這切除下來的部分即為頭尾料。由于頭尾料已是單晶硅棒的一部分，因此頭尾料一般為單晶硅。但尾料是鍋底料的上面部分，與其粘連，所以有時(shí)尾料可能會存在一定的多晶硅。如圖8所示。

切割型碎片：即在將單晶硅棒切割成硅片過程中所產(chǎn)生的碎片。如圖9所示。

研磨型廢片：即在圓片研磨過程中由于表面劃壞等原因產(chǎn)生的廢片。一般為圓形，而非碎料，表面呈深灰色，沒有光澤。

拋光型廢片：圓片在拋光過程中由于表面出現(xiàn)崩口等原因而產(chǎn)生的廢片。一般亦為圓形，表面如鏡子般光亮，但顏色比一般的鏡子略黑。由于拋光產(chǎn)生的表面崩口只有在顯微鏡下才看得出，因此用肉眼很難辨別廢片與正品片的差別。

成品型廢硅片

成品型廢硅片是指在空白硅片的基礎(chǔ)上通過擴(kuò)散、外延、氧化、涂層、光刻等化學(xué)方法制成半導(dǎo)體芯片過程中產(chǎn)生的報(bào)廢品。根據(jù)外觀顏色圖案的不同，大致分為以下5種：

擴(kuò)散型廢片：將硅片放人石英管中加人硼、磷等擴(kuò)散雜質(zhì)加熱至1000℃以上。使雜質(zhì)原子均勻地向硅片內(nèi)部擴(kuò)散。

外延型廢片：為了讓硅片表面平整性特別是電阻率的均勻性能更好滿足芯片制作的需求，讓硅片在外延爐內(nèi)用化學(xué)汽相沉積方法在硅片表面再生長上一層需要的薄層硅。外延片的襯底不同于一般的硅片，而是摻了較多量雜質(zhì)的電阻率較低的所謂重?fù)狡?/p>

氧化型廢片：將原料晶圓在氧氣或水蒸汽中氧化，使晶圓表面形成一層二氧化硅。氧化片根據(jù)氧化層的厚薄不同會呈現(xiàn)不同顏色。

涂層型廢片：在氧化層的基礎(chǔ)上涂一層介質(zhì)層。這些片子根據(jù)涂層的物質(zhì)不同會呈現(xiàn)不同顏色(如涂氮呈金色、涂鋁呈銀白色等)。

電路型廢片：已制有集成電路的廢晶圓。如圖10所示。太陽能行業(yè)對電子級廢硅料的處理方法

由于電子級硅料純度遠(yuǎn)高于太陽能級的硅料，閃此在太陽能電池使用的硅材料嚴(yán)重緊缺時(shí)，電子級硅廢料就被廣泛應(yīng)用于太陽能電池的制作過程。當(dāng)然，并不是所有的廢硅料都能被太陽能行業(yè)利用，一些重?fù)狡?、擴(kuò)散層及金屬層過多等原因產(chǎn)生的廢料就作為垃圾被處理掉。這就需要繁復(fù)的人工分揀，逐片檢測，將值得利用的廢料作為原料進(jìn)行回收，根據(jù)廢料形狀不同分為以下兩種處理方法：

廢整片的處理方法

將完整的電子級廢硅圓片經(jīng)過表面處理、劃片后直接作為太陽能級硅片來使用。由于電子級的硅片都是圓形(面積大能制作出更多芯片)，而太陽能級的硅片是準(zhǔn)方形的(節(jié)省電池空間)，所以必須要劃成一定尺寸后才能使用。這類硅材料還必須符合四個(gè)條件：①完整的圓片②屬于原生型硅料③硅片的電阻率在0.5至3歐姆?厘米范圍內(nèi)④硅片厚度一般在280um以上。

廢碎(塊)料的處理方法

對符合回收條件的電子級廢硅碎料或塊料作為原料重新回爐后使用?；貭t前必須經(jīng)一系列處理，根據(jù)廢硅料的兩種類型有不同的處理方法。

1)原生型廢硅料的處理：適當(dāng)清洗、烘干即可。

2)成品型廢硅片的處理：根據(jù)加工到不同工藝步驟的廢料進(jìn)行不同處理，通過一系列化學(xué)方法(與直接使用的成品型廢硅整片的處理方法相同)恢復(fù)其原生型硅料的本來面貌，才能回爐作為太陽能級硅片的原料。

廢硅料的歸類

對電子級廢硅料的處理需要用氫氟酸、濃磷酸、硝酸等會對環(huán)境造成嚴(yán)重污染的化學(xué)品才能完成，并且一些不符合處理要求的廢料只能作為垃圾被處理掉。這就需要海關(guān)在該類商品進(jìn)口時(shí)嚴(yán)格把關(guān)。而嚴(yán)格把關(guān)的前提及基礎(chǔ)就是要對這些品種繁多的廢硅料進(jìn)行正確的稅則歸類。下面按照廢硅料的不同分類，通過表格形式讓大家有一個(gè)直觀的了解。(如表所示)

根據(jù)海關(guān)總署歸類問答書2006―99號及117號的意見精神，原生型廢硅片由于已不是按原用途使用，因此不能歸人品目3818項(xiàng)下，應(yīng)根據(jù)其實(shí)際用途按照原料歸人品目2804項(xiàng)下(未改變其商品屬性)。而成品型廢硅片由于已改變其商品屬性，因此應(yīng)歸入稅號38256900。

廢硅料的辨別

通過上面的表格我們了解到不同種類的原生型廢硅料有著不同的稅率，成品型廢硅料是禁止進(jìn)口商品，而正品硅片是零稅率商品。而某些類型的廢硅片由于與正品外觀相同，那么海關(guān)在實(shí)際操作過程中，有什么簡單易行的辨別方法將其區(qū)分開呢?

從形狀上將電子級與太陽能級硅片區(qū)分開

由于用途的不同，電子級硅片為圓形，而太陽能硅片為準(zhǔn)方形(切去四個(gè)邊角的正方形)。如圖11所示。

從級別上將單晶硅與多晶硅區(qū)分開

電子級硅片由于工藝上的要求，必須是單晶硅片；而太陽能級硅片可以是單晶硅片，也可以是多晶硅片(外觀呈不規(guī)則塊狀花紋)。如圖12所示。

從不同包裝方式上將正品與廢品區(qū)分開

電子級硅片在制作成集成電路的過程中必須在無塵室中進(jìn)行，因此半導(dǎo)體企業(yè)進(jìn)口的正品片不能直接接觸空氣，全部是真空密封包裝，一般為涂鋁的塑料袋裝，里面一片片隔開，這種包裝的毛重要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于凈重；而電子級廢片是用在太陽能電池上，對包裝要求不高，可以直接接觸空氣，進(jìn)口時(shí)片子一片片疊加在一起，遠(yuǎn)看像一個(gè)大的圓柱形，所以毛凈重相差不大。太陽能級的正品方片(品目3818)并非無塵包裝，因此不能用此方法。

第4篇：集成電路的用途范文

關(guān)鍵詞：化工企業(yè)；自動化儀表；檢修維護(hù)

一、化工儀表及自動化的概念

化工自動化通常指的是通過使用自動化設(shè)備，代替人的勞動，從而提高勞動生產(chǎn)率的生產(chǎn)模式。它包括自動化生產(chǎn)多方面的內(nèi)容，暨自動操作、自動控制、自動保護(hù)以及自動檢測等多項(xiàng)內(nèi)容。這種生產(chǎn)模式與傳統(tǒng)的勞動密集型生產(chǎn)模式相比具備更多優(yōu)勢，例如提高生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本等。此外，化工自動化生產(chǎn)還能提高安全生產(chǎn)系數(shù)，降低工人勞動強(qiáng)度。而自動化儀表的應(yīng)用，則是化工自動化生產(chǎn)的一個(gè)重要組成部分。它本身自成體系，也屬于整個(gè)自動化系統(tǒng)的一部分。自動化儀表完成了整個(gè)自動化生產(chǎn)流程中的測量、顯示、記錄、控制、報(bào)警等功能。其核心作用就是完成信息形式的轉(zhuǎn)換，無論是數(shù)字量還是模擬量信號，都可以通過儀表實(shí)現(xiàn)信號的輸入輸出功能，其中信號用頻率域和時(shí)間域表達(dá)均可。

二、 化工自動化儀表的分類

自動化儀表有多種分類方式。主要根據(jù)組成、用途、供能、參數(shù)、系統(tǒng)等加以區(qū)別。其中，依據(jù)不同組成形式的儀表可區(qū)分為單元組合式、集中分散式、電子綜合控制組裝式、基地式等。依據(jù)具體用途的不同可分為檢測用儀表、傳輸轉(zhuǎn)換儀表、顯示儀表以及調(diào)節(jié)控制儀表和執(zhí)行器。依據(jù)能源來源不同可以分為氣動、電動和液動三類。而根據(jù)參數(shù)可分為壓力儀表、溫度儀表、液位儀表、流量儀表等。依據(jù)使用系統(tǒng)的不同，可以根據(jù)安全系統(tǒng)和生產(chǎn)系統(tǒng)對其加以區(qū)分。

三、化工自動化儀表的發(fā)展趨勢

化工自動化儀表是一項(xiàng)非常實(shí)用的技術(shù)，在我國很早就已投入應(yīng)用。這項(xiàng)技術(shù)首先應(yīng)用于我國的冶金、能源、化工等領(lǐng)域及其他相關(guān)領(lǐng)域。早期工業(yè)上應(yīng)用的熱工表即為自動化儀表的初期形態(tài)，包括了液動和氣動兩種主要形式。但是由于早期技術(shù)的局限性，儀表體積相對較大，使用不夠靈活且可實(shí)現(xiàn)功能較少，局限了其在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。在工業(yè)中只能作為檢測記錄和簡單控制的工具。后期通過技術(shù)的完善，經(jīng)歷了具備壓力信號和遠(yuǎn)程發(fā)送器的氣動儀表等階段，逐漸演變成了實(shí)現(xiàn)可調(diào)節(jié)功能的電子儀表，利用各種電子儀器對工業(yè)儀表進(jìn)行控制。伴隨著集成電路和半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，誕生了計(jì)算機(jī)信息技術(shù)，隨之又誕生了自動化技術(shù)，兩種技術(shù)相互促進(jìn)，互為補(bǔ)充，加速了化工行業(yè)發(fā)展進(jìn)程。

四、化工自動化控制儀表優(yōu)勢功能

化工自動化控制儀表主要特點(diǎn)是采用先進(jìn)的微電腦芯片及技術(shù)，減小了體積，并提高了可靠性及抗干擾性能。

1、儀表有了可編程功能

計(jì)算機(jī)的軟件進(jìn)入儀表，可以代替大量的硬件邏輯電路，這叫硬件軟化。特別是在控制電路中應(yīng)用一些接口芯片的位控特性進(jìn)行一個(gè)復(fù)雜功能的控制，其軟件編程很簡單（即可以用存儲控制程序代替以往的順序控制） 。而如果帶之以硬件，就需要一大套控制和定時(shí)電路。所以軟件移植入儀器儀表可以大大簡化硬件的結(jié)構(gòu)，代替常規(guī)的邏輯電路。

2、儀表有了記憶功能

以往的儀表采用組合邏輯電路和時(shí)序電路，只能在某一時(shí)刻記憶一些簡單狀態(tài)，當(dāng)下一狀態(tài)到來時(shí)，前一狀態(tài)的信息就消失了。但微機(jī)引入儀表后，由于它的隨機(jī)存儲器可以記憶前一狀態(tài)信息，只要通電，就可以一直保存記憶，并且可以同時(shí)記憶許多狀態(tài)信息，然后進(jìn)行重現(xiàn)或處理。

3、儀表有了計(jì)算功能

由于自動化化儀表內(nèi)含微型計(jì)算機(jī)，因此可以進(jìn)行許多復(fù)雜的計(jì)算，并且具有很高的精度。在自動化儀表中可經(jīng)常進(jìn)行諸如乘除一個(gè)常數(shù)、確定極大和極小值、被測量的給定極限檢測等多方面的運(yùn)算和比較。

4、儀表有了數(shù)據(jù)處理的功能

在測量中常常會遇到線性化處理、自檢自校、測量值與工程值的轉(zhuǎn)換以及抗干擾問題。由于有了微處理器和軟件，這些都可以很方便的用軟件來處理，一方面大大減輕了硬件的負(fù)擔(dān)，又增加了豐富的處理功能。自動化儀表也完全可以進(jìn)行檢索、優(yōu)化等工作。

五、化工企業(yè)自動化儀表的常見問題

1、化工企業(yè)自動化儀表制造質(zhì)量問題

在化工企業(yè)自動化問題中，儀表自身問題是其中很重要的一類問題。這類問題的產(chǎn)生是由于在自動化儀表的生產(chǎn)制造過程中，廠家并不能夠完全做到遵守科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，降低了自身對于產(chǎn)品質(zhì)量的要求，從而使生產(chǎn)出的儀表等產(chǎn)品本身存在質(zhì)量隱患和問題，導(dǎo)致化工企業(yè)生產(chǎn)過程中自動化儀表發(fā)生問題的概率大幅增加。

2、化工企業(yè)自動化儀表安裝使用問題

在實(shí)際的化工企業(yè)自動化儀表安裝過程中，也會伴隨發(fā)生各種各樣的問題。由于在化工企業(yè)自動化儀表安裝中，有各種必須遵循的技術(shù)規(guī)范和行業(yè)規(guī)范。如果安裝過程中不嚴(yán)格按照規(guī)范內(nèi)容去執(zhí)行，就會造成各種安裝上的缺陷。而在企業(yè)生產(chǎn)過程中，某些企業(yè)為了片面的追求利潤，減少時(shí)間成本，不去遵守相關(guān)的行業(yè)規(guī)范，不按照規(guī)定去安裝自動化儀表。安裝過程中出現(xiàn)的各類安裝缺陷，會成為企業(yè)生產(chǎn)過程中巨大的安全隱患。

3、化工企業(yè)自動化儀表的具體操作問題

企業(yè)自動化儀表的操作工作是技術(shù)類工種。它本身對從業(yè)人員的技術(shù)水平要求較高，工作量要求較大。當(dāng)操作人員在化工企業(yè)自動化儀表的操作過程中進(jìn)行不恰當(dāng)操作時(shí)，就會造成各類操作相關(guān)的問題。例如，因誤操作造成儀表故障，延誤了整個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)流程，就會對企業(yè)的正常生產(chǎn)造成嚴(yán)重的損失，更會威脅到設(shè)備安全和操作員工的生命安全，對企業(yè)造成了巨大的安全隱患。

六、儀表故障判斷的各項(xiàng)關(guān)鍵點(diǎn)

1 在檢查儀表前需要確認(rèn)被檢查儀表是否有相對應(yīng)圖紙以及相關(guān)的技術(shù)資料。由于在故障排查的過程中，有可能需要進(jìn)行拆卸以及更換部分零件，包括電路板以及芯片等。所以在進(jìn)行這部分拆卸時(shí)，一定要做好標(biāo)記，以保證被拆卸部分的儀表能夠在維修完成后被準(zhǔn)確安裝回原位。

2 當(dāng)技術(shù)人員對故障判斷包括集成電路接觸不良時(shí)，一定要采取恰當(dāng)?shù)拇胧?。如果用鑷子擠壓，會造成使插座中彈簧片永久變形的不可修復(fù)情況。而且這種情況會進(jìn)一步破壞集成電路，并造成其與插座間形成更多的接觸不良。此時(shí)正確的處理方法應(yīng)當(dāng)是：使用棉簽蘸無水乙醇進(jìn)行擦拭，并等待一定時(shí)間，直到集成電路的管腳向內(nèi)壓少許時(shí)，才能再將其插入到插座中。

3在檢測過程中，如果發(fā)現(xiàn)問題出現(xiàn)在某管腳電壓電波或者脈沖信號上，一定要先對所連元器件的電路進(jìn)行判斷并進(jìn)行分析，判別相應(yīng)元器件是否有問題。排除阻值改變、電阻燒損、電容擊穿、老化等問題后，才能判斷確實(shí)是集成電路故障。

4在使用電烙鐵是，一定要注意以下幾點(diǎn)：當(dāng)焊接儀表上的電路管腳時(shí)，要避免使用大瓦數(shù)的電烙鐵，通常是小于45w的。為防止焊接過程中，結(jié)成電路發(fā)生損壞，焊鐵外殼在焊接時(shí)必須接地，并且要控制相應(yīng)的焊接時(shí)間，甚至可將烙鐵的插頭拔下來進(jìn)行焊接，以避免更換的集成電路在焊接過程中由于過熱以及靜電感應(yīng)等現(xiàn)象發(fā)生損壞。

5維修人員在維修過程中，必須做到心中有數(shù)。尤其是在遇到需要拆卸和更換元器件時(shí)，要吃透原理，了解元器件的結(jié)構(gòu)、原理和用途。否則，盲目進(jìn)行維修，可能會衍生其他問題或者故障擴(kuò)大化。這是相關(guān)技術(shù)維修人員在維修過程中尤其要注意的，只有提高自身理論水平，才能防止此類問題的發(fā)生。

七、總結(jié)

二十一世紀(jì)，化工自動化程度越來越高，儀表的種類越來越多，更新?lián)Q代的速度也越來越快。為減少自動化儀表在實(shí)際運(yùn)行過程中故障發(fā)生率，儀表檢修維護(hù)人員必須按照相關(guān)規(guī)定定期對儀表進(jìn)行檢修及校正工作，同時(shí)還要做好自動化儀表的日常維護(hù)工作，發(fā)現(xiàn)故障及時(shí)處理。以確保自動化儀表的準(zhǔn)確性與化工生產(chǎn)的安全進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]厲玉鳴.化工儀表及自動化[M].3版.化學(xué)工業(yè)出版社，1999.

[2]孔祥波.化工生產(chǎn)控制自動化及儀表研究[M].甘肅科技，2009.

[3]田永奇.淺析化工設(shè)備的維護(hù)及檢修[J].科技致富向?qū)В?011（27）

第5篇：集成電路的用途范文

[關(guān)鍵詞] 電路系統(tǒng) 可靠性 降額設(shè)計(jì)

[Abstract] With the rapid development of science and technology, the requirements of product reliability is Proposed higher and higher. The circuit system is the most important component of electrical products, its reliability design is important. For circuit system, the measures of reliability design are described, with simplified circuit design, component derating using, PCB board design , software design.

[Key words] Circuit system Reliability Design of Reducing Rating

0.引言

隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，對產(chǎn)品的可靠性提出越來越高的要求。所謂可靠性是指“產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和給定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力”。[1]它不但直接反映系統(tǒng)各組成部件的質(zhì)量，而且還影響到整個(gè)系統(tǒng)質(zhì)量性能的優(yōu)劣。電路系統(tǒng)是電器產(chǎn)品的最重要組成部分，容易受到熱、濕度、振動、電磁波等干擾的影響，其自身的組成元件也存在老化、失效等問題，進(jìn)而影響到產(chǎn)品的正常運(yùn)行。因此，電路系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)尤為重要。如何來提高電路系統(tǒng)的可靠性，本文通過簡化電路設(shè)計(jì)，元器件降額使用，PCB板設(shè)計(jì)的可靠性措施、軟件可靠性措施等方面來闡述。

1.簡化電路設(shè)計(jì)

在保證系統(tǒng)性能要求的前提下，盡可能使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單化，具體的措施有：

①盡量用軟件代替硬件功能，盡可能減少系統(tǒng)元件的數(shù)量及其相互間的聯(lián)接。例如采用集成了A/D，PWM，F(xiàn)lash和SRAM等必要功能的MCU芯片；

②盡量采用簡單電路代替復(fù)雜電路，用集成電路代替分立元件電路；

③盡可能采用經(jīng)過考驗(yàn)的可靠性有保證的元器件以及功能電路；

④盡可能采用模塊化設(shè)計(jì)，其中包括硬件模塊化設(shè)計(jì)和軟件的模塊化設(shè)計(jì)。

2.元器件降額使用

降額設(shè)計(jì)，主要是指構(gòu)成儀器的元器件工作時(shí)所承受的工作應(yīng)力(電應(yīng)力和溫度應(yīng)力)適當(dāng)?shù)陀谠骷?guī)定的額定值，以達(dá)到延緩其參數(shù)退化，增加工作壽命、降低基本故障率，提高使用可靠性的目的。

通常元器件有一個(gè)最佳降額范圍。在此范圍內(nèi)，元器件工作應(yīng)力的降低對其失效率的下降有顯著的改善，電路的設(shè)計(jì)易于實(shí)現(xiàn)，且不必在設(shè)備的重量、體積、成本方面付出大的代價(jià)。但過度的降額會使元器件的正常特性發(fā)生變化，甚至有可能找不到滿足設(shè)備或電路功能要求的元器件；過度的降額還可能引入元器件新的失效機(jī)理，或?qū)е略骷?shù)量不必要的增加，結(jié)果反而會使設(shè)備的可靠性下降。根據(jù)產(chǎn)品的不同用途及其重要性，一般降額設(shè)計(jì)分為三個(gè)等級。

a.Ⅰ級降額

Ⅰ級降額是最大的降額，對元器件使用可靠性的改善最大。超過它的更大降額，通常對元器件可靠性的提高有限，且可能使設(shè)備設(shè)計(jì)難以實(shí)現(xiàn)。適用于下述情況：設(shè)備的失效將導(dǎo)致人員傷亡或裝備與保障設(shè)施的嚴(yán)重破壞；無法或不宜維修；系統(tǒng)對設(shè)備的尺寸、重量有苛刻的限制。

b.Ⅱ級降額

Ⅱ級降額是中等降額，對元器件使用可靠性有明顯改善。Ⅱ級降額在設(shè)計(jì)上較Ⅰ級降額易于實(shí)現(xiàn)。用于下述情況：設(shè)備的失效將可能引起裝備與保障設(shè)備的損壞；有高可靠性要求，且采用了某些專門的設(shè)計(jì)；需支付較高的維修費(fèi)用。

c.Ⅲ級降額

Ⅲ級降額是最小的降額，對元器件使用可靠性改善的相對效益最大，但可靠性改善的絕對效果不如Ⅰ級和Ⅱ級降額，在設(shè)計(jì)上最易實(shí)現(xiàn)。適用于下述情況：設(shè)備的失效不會造成人員和設(shè)施的傷亡和破壞；設(shè)備采用成熟的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)；故障設(shè)備可迅速、經(jīng)濟(jì)地加以修復(fù)；對設(shè)備的尺寸、重量無大的限制。[2]

對于失效率高、重要元器件一定要進(jìn)行降額設(shè)計(jì)。下面列舉集成電路、晶體管、二極管的降額設(shè)計(jì)。

2.1集成電路

集成電路芯片的電路單元很小，在導(dǎo)體斷面上的電流密度很大，因此在有源結(jié)點(diǎn)上可能有很高的溫度。高結(jié)溫是對集成電路破壞性最大的應(yīng)力。集成電路降額的主要目的在于降低高溫集中部分的溫度，降低由于器件的缺陷而可能誘發(fā)失效的工作應(yīng)力，延長器件的工作壽命。

中、小規(guī)模集成電路降額的主要參數(shù)是電壓、電流或功率，以及結(jié)溫。大規(guī)模集成電路主要是降低結(jié)溫。降低結(jié)溫可采取以下措施：

a.器件應(yīng)在盡可能小的實(shí)用功率下工作；

b.采用去耦電路，減少瞬態(tài)電流沖擊應(yīng)；

c.器件的實(shí)際工作頻率應(yīng)低于器件的額定頻率，原因是當(dāng)工作頻率接近器件的額定頻率時(shí)，功耗將會迅速增加；

d.應(yīng)實(shí)施最有效的熱傳遞，保證與封裝底座間的低熱阻，避免選用高熱阻底座的器件。

2.2晶體管

高溫是對晶體管破壞性最強(qiáng)的應(yīng)力，因此晶體管的功耗和結(jié)溫須進(jìn)行降額；電壓擊穿是導(dǎo)致晶體管失效的另一主要因素，所以其電壓須降額。功率晶體管有二次擊穿的現(xiàn)象，因此要對它的安全工作區(qū)進(jìn)行降額。其降額準(zhǔn)則如表1所示。

2.3 二極管

二極管的降額要求類似于晶體管，其功率（或電流）、結(jié)溫及反向電壓必須進(jìn)行降額。

二極管允許的總耗散功率(或電流)與環(huán)境溫度(或殼溫的)的關(guān)系可用“功率（或電流）-溫度負(fù)荷曲線”表示，圖1為整流二極管電流--溫度負(fù)荷曲線。小電流或小功率二極管最大額定電流或功率對應(yīng)的環(huán)境溫度范圍通常在-55°C～+25°C之間，當(dāng)超過了溫度上限后，其允許的電流或功率將線性下降，直至下降到0，此時(shí)的環(huán)境溫度（或殼溫）對應(yīng)于二極管的最高結(jié)溫。曲線斜線部分的斜率約等于熱阻的倒數(shù)，它與器件的物理常數(shù)有關(guān)。

圖1 整流二極管電流--溫度負(fù)荷曲線

降額設(shè)計(jì)是可靠性設(shè)計(jì)的重要措施之一，但在降額設(shè)計(jì)中應(yīng)注意到降額幅值越大將帶來儀器的體積、重量和成本的增加，在有些應(yīng)用情況下將受到限制。

3.PCB板設(shè)計(jì)的可靠性措施

在PCB板上除了盡量減少元件器的便用量及元件的降額使用，還可以通過以下措施來提高系統(tǒng)的可靠性：

①在PCB板上，弱信號的走線盡可能短而寬，且兩邊用較粗的地線（不小于3mm）進(jìn)行屏蔽保護(hù)，以防止其他電路的漏電流及電磁干擾進(jìn)入信號電路。

②為了保證信號的無失真放大，信號線應(yīng)盡可能寬，并盡量減少過孔。為此，在雙面PCB板中，頂層（元件面）基本上均排布信號線和電源線，而底層（焊接面）應(yīng)盡可能增大接地面積，地線面積應(yīng)占整體印制板面積的40%，這也是一種屏蔽手段，同時(shí)從插件輸入的地線出發(fā)，形成一個(gè)地線回路，在三層印制板中則增加了一個(gè)中間層次（電源層），所有的5V和12V的電源線均排布在該層，元件面與焊接面則于雙面PCB板相似。

③運(yùn)算放大器的輸入端與輸出端應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離，否則會在兩端之間產(chǎn)生雜散電容，會使輸出信號返回到輸入端而產(chǎn)生自激振蕩。

④PCB板中條狀線不要長距離平行，否則會在兩線之間形成電感耦合及寄生電容耦合。

⑤微弱信號經(jīng)過的過渡孔、信號放大電路的正負(fù)輸入端都在元件面走線，在焊接面用地線包圍，過孔必須兩面焊接，提高焊點(diǎn)的可靠性。

⑥每個(gè)集成電路芯片的正負(fù)電源端都有0.1μF的電容并聯(lián)接地去耦，且此電容排布在盡可能接近芯片的電源端，這樣可以消除芯片周圍分布電容的影響。

⑦PCB板上有多種電源，每個(gè)電壓源均要在入口處設(shè)置去耦電路，防止互相干擾。常用RC濾波電路，如圖2所示，其中C1濾除高頻干擾，電容值在PF級，C2濾除低頻干擾，電容值在μF級。

圖2 RC濾波電路

⑧在PCB板的裝配工藝上，不用集成電路管座，集成電路直接焊在PCB板上，這樣可以抗沖擊與振動，同時(shí)避免了管座與集成電路之間產(chǎn)生的分布電容的影響。

4.軟件可靠性措施

提高電路系統(tǒng)可靠性還可以通過一些軟件的措施來實(shí)現(xiàn)。通常采用的軟件措施有：數(shù)字濾波技術(shù)、冗余技術(shù)、看門狗（Watchdog）技術(shù)等。

4.1數(shù)字濾波

數(shù)字濾波是通過一定的計(jì)算或判斷程序減少干擾信號在有用信號中的比重，即提高信噪比，它實(shí)際上是一個(gè)濾波程序。與傳統(tǒng)的模擬濾波器相比，它具有靈活、方便、功能強(qiáng)、可靠性高、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)。在一定程度上，可以完全取代模擬濾波器。

4.2冗余技術(shù)

冗余技術(shù)包括指令冗余和數(shù)據(jù)冗余。指令冗余是在雙字節(jié)指令和三字節(jié)指令之后插入兩條空操作指令NOP，可保護(hù)其后的指令不被拆散；或者在一些對程序流向起決定作用的指令之前插入兩條NOP指令，該指令就不會被前面執(zhí)行下來的失控程序拆散，并將被完整執(zhí)行，從而使程序走上正軌。數(shù)據(jù)冗余是將原始數(shù)據(jù)（包括狀態(tài)標(biāo)志、工作變量、計(jì)算結(jié)果等）以數(shù)據(jù)塊的形式同時(shí)存放在RAM的不同區(qū)域，當(dāng)原始數(shù)據(jù)被破壞時(shí)，可啟用備份數(shù)據(jù)。備份數(shù)據(jù)的存放地址要與原始數(shù)據(jù)的地址有一定的距離，以免被同時(shí)破壞。

4.3 看門狗技術(shù)

看門狗(Watchdog)內(nèi)置有定時(shí)器，每個(gè)程序運(yùn)行周期都得對它重置初值，一旦程序跑飛，進(jìn)入死循環(huán)，定時(shí)器溢出將MCU復(fù)位，從而退出不正常的運(yùn)行狀態(tài)。但是這樣做必須注意系統(tǒng)的可重入性，對于與歷史狀態(tài)相關(guān)的系統(tǒng)，可以結(jié)合數(shù)據(jù)的冗余技術(shù)，啟用備份數(shù)據(jù)來保證為保證其重入性能。

4.4 軟件陷阱

為了防止程序跑飛到ROM的盲區(qū)，還可以設(shè)置軟件陷阱。軟件陷阱是用一條引導(dǎo)指令強(qiáng)行將捕獲的程序引向一個(gè)指定的地址，在那里有一段專門對程序出錯(cuò)進(jìn)行處理的程序。如果把這段程序的入口標(biāo)號為ERR，則軟件陷阱就是一條“LJMP ERR”指令。為加強(qiáng)其捕獲效果，一般還在它前面加多條NOP指令：

5.結(jié)束語

在一個(gè)具體的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，為提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，往往要綜合采用多種措施來達(dá)到滿意的效果，這是全面提高系統(tǒng)可靠性的必由之路。系統(tǒng)不同，其具體的控制對象就可能不同，運(yùn)行環(huán)境也會千差萬別，因而其面臨的主要干擾問題就不同，采取的措施也就不同；但僅采取某項(xiàng)措施就希望全面提高系統(tǒng)的可靠性常常是不現(xiàn)實(shí)的，而要針對主要問題綜合采取相應(yīng)措施提高可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1]王錫吉.電子設(shè)備可靠性工程[M].西安：陜西科學(xué)技術(shù)出版社，2005.

[2] GJB／Z 35-93《元器件降額準(zhǔn)則》.

第6篇：集成電路的用途范文

本文介紹《流水燈電路的組裝與調(diào)試》項(xiàng)目的由來、設(shè)計(jì)思路、電路原理圖、工作原理、組裝所需的元器件清單、實(shí)際組裝和調(diào)試的過程等。展現(xiàn)了一個(gè)完整的一體化教學(xué)項(xiàng)目，適用于有一定理論知識與技能操作基礎(chǔ)的學(xué)生。

關(guān)鍵詞：流水燈；NE555；CD4017；組裝與調(diào)試

【分類號】TP368.1

前言

我們學(xué)校歷來非常重視教學(xué)模式的改革和創(chuàng)新。我們教研組的老師也經(jīng)常進(jìn)行集體備課，教學(xué)模式的探索和教學(xué)資源的優(yōu)化。我們這次的教學(xué)任務(wù)《流水燈電路的組裝與調(diào)試》就進(jìn)行了新的探索和嘗試。首先，我介紹一下這次任務(wù)的由來，我們在進(jìn)行疏散演習(xí)的時(shí)候，同學(xué)就會發(fā)現(xiàn)樓道里的指示燈并不很明顯，處在中間的同學(xué)不容易找到出口，同學(xué)就提出了一個(gè)想法，我們能不能自己設(shè)計(jì)一個(gè)動態(tài)的流水燈，輔助這個(gè)疏散燈，這樣使同學(xué)更容易找到安全出口。于是，我們就有了這次的項(xiàng)目。一般的一體化教學(xué)任務(wù)是由企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)踐中的典型工作任務(wù)提煉而來的。雖然他有針對性和實(shí)踐性，但是缺少了學(xué)生的參與在里面。而我們這次，就進(jìn)行了二者有機(jī)的集合，廣泛征求了學(xué)生的意見和想法，由教研組老師進(jìn)行討論，最后確定了基本方案，由老師帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行了電路的設(shè)計(jì)。我們將這次任務(wù)設(shè)計(jì)成引導(dǎo)型，開發(fā)型的。在電路的設(shè)計(jì)當(dāng)中我們預(yù)留了許多可以改進(jìn)的地方，給同學(xué)一個(gè)發(fā)揮的空間，讓他們對電路進(jìn)行改進(jìn)。這樣讓他們覺得設(shè)計(jì)電路并不難，引發(fā)他們對電路設(shè)計(jì)的興趣，從而，引起他們對專業(yè)課深入學(xué)習(xí)的興趣。

一、設(shè)計(jì)思路

1. 十個(gè)LED燈相繼被點(diǎn)亮，形成流水燈。

2. 要做雙面印制電路板，電路元件要兼顧貼片式的和通孔的。（為了增加一定的組裝難度，也為了讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)它的不完美，從而進(jìn)行改進(jìn)）

3.可以一塊電路板單獨(dú)使用，也可以級聯(lián)起來多個(gè)一起使用。

4.不需要程序設(shè)計(jì)，只用硬件電路實(shí)現(xiàn)。（適用于職校二年級的學(xué)生，還沒有學(xué)到程序設(shè)計(jì)，也為后面的繼續(xù)學(xué)習(xí)打下伏筆）

二、電路原理圖

由NE555、CD4017和三極管控制的流水燈電路原理圖如下圖所示，該電路圖由專業(yè)老師帶領(lǐng)興趣小組的同學(xué)進(jìn)行設(shè)計(jì)，用Protel DXP 2004 軟件畫出來的。

三、電路工作原理

1.CD4017的用途和引腳功能

1）CD4017的用途

CD4017集成電路是十進(jìn)制計(jì)數(shù)/時(shí)序譯碼器，又稱十進(jìn)制計(jì)數(shù)/脈沖分頻器。它是4000系列CMOS數(shù)字集成電路中應(yīng)用最廣泛的電路之一，其結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低廉，性能穩(wěn)定可靠，工藝成熟，使用方便。目前世界各大通用數(shù)字集成電路廠家都生產(chǎn)4017，在國外的.產(chǎn)品典型型號為CD4017，在我國，早期產(chǎn)品的型號為C217、C187、CC4017等。

2）CD4017C管腳功能

CMOS CD4017采用標(biāo)準(zhǔn)的雙列直插式16腳塑封，如下圖。

其引腳功能如下：①腳（Y5）：第5輸出端；②腳（Y1）：第1輸出端，③腳（Y0）：第0輸出端，電路清零時(shí)，該端為高電平；④腳（Y2）：第2輸出端；⑤腳（Y6）：第6輸出端；⑥腳（Y7）：第7輸出瑞；⑦腳（Y3）：第3輸出端；⑧腳（Vss）：電源負(fù)端；⑨腳（Y8）：第8輸出端，⑩腳（Y4）：第4輸出端； 11腳（Y9）：第9輸出端，12腳（Qco）：級聯(lián)進(jìn)位輸出瑞，每輸入10個(gè)時(shí)鐘脈沖，就可得一個(gè)進(jìn)位輸出脈沖。因此，進(jìn)位輸出信號可作為下一級計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘信號，13腳（EN）：時(shí)鐘輸入端，脈沖下降沿有效；l4腳（CP）：時(shí)鐘輸入端，脈沖上升沿有效；（15）腳：清零輸入端，在“R”端加高電平或正脈沖時(shí)，CD407計(jì)數(shù)器中各計(jì)數(shù)單元輸出低電平“0”，在譯碼器中只有對應(yīng)“0”狀態(tài)的輸出端YO為高電平，16腳（VDD）：電源正端，3―18V直流電壓。

CP端在輸入時(shí)鐘脈沖的上升沿計(jì)數(shù)，時(shí)鐘允許端EN為0時(shí)允許時(shí)鐘脈沖輸入，為“1”時(shí)，禁止時(shí)鐘脈沖輸入。在輸入時(shí)鐘脈沖的作用下，Q0―Q9的十個(gè)輸出端依次為高電平。 R為復(fù)位端， 當(dāng)R=1時(shí)， 計(jì)數(shù)器清零，Q0為1，其余Q1―Q9均為0。CO為進(jìn)位輸出端，CD4017計(jì)滿10個(gè)數(shù)后，C0端輸出一個(gè)正的進(jìn)位脈沖。

2.NE555引腳功能

NE555是一種應(yīng)用特別廣泛作用很大的集成電路，屬于小規(guī)模集成電路，在很多電子產(chǎn)品中都有應(yīng)用。NE555的作用是用內(nèi)部的定時(shí)器來構(gòu)成時(shí)基電路，給其他的電路提供時(shí)序脈沖。NE555時(shí)基電路有兩種封裝形式有，一是DIP雙列直插8腳封裝，另一種是sop-8小型（smd）封裝形式。

Pin 1 （接地） -地線（或共同接地） ，通常被連接到電路共同接地點(diǎn)。

Pin 2 （觸發(fā)點(diǎn)） -這個(gè)腳位是觸發(fā)NE555使其啟動它的時(shí)間周期。觸發(fā)信號上緣電壓須大于2/3 VCC，下緣須低于1/3 VCC 。

Pin 3 （輸出） -當(dāng)時(shí)間周期開始555的輸出腳位，移至比電源電壓少1.7伏的高電位。周期的結(jié)束輸出回到O伏左右的低電位。于高電位時(shí)的最大輸出電流大約200 mA 。

Pin 4 （重置） - 一個(gè)低邏輯電位送至這個(gè)腳位時(shí)會重置定時(shí)器和使輸出回到一個(gè)低電位。它通常被接到正電源或忽略不用。

Pin 5 （控制） -這個(gè)接腳準(zhǔn)許由外部電壓改變觸發(fā)和閘限電壓。當(dāng)計(jì)時(shí)器經(jīng)營在穩(wěn)定或振蕩的運(yùn)作方式下，這輸入能用來改變或調(diào)整輸出頻率。

Pin 6 （重置i定） - Pin 6重置鎖定并使輸出呈低態(tài)。當(dāng)這個(gè)接腳的電壓從1/3 VCC電壓以下移至2/3 VCC以上時(shí)啟動這個(gè)動作。

Pin 7 （放電） -這個(gè)接腳和主要的輸出接腳有相同的電流輸出能力，當(dāng)輸出為ON時(shí)為LOW，對地為低阻抗，當(dāng)輸出為OFF時(shí)為HIGH，對地為高阻抗。

Pin 8 （VDD） -這是555個(gè)計(jì)時(shí)器IC的正電源電壓端。供應(yīng)電壓的范圍是+4.5伏特（最小值）至+16伏特（最大值）。

3.電路工作原理

本流水燈電路由振蕩電路、譯碼電路和光源電路三部分組成。本文選用的脈沖發(fā)生器是由NE555與R21、R22、W1及電容器C2組成的多諧振蕩器組成。主要是為燈光流動控制器提供流動控制的脈沖，燈光的流動速度可以通過電位器W1進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于W1的阻值較大，所以有較大的速度調(diào)節(jié)范圍。

燈光流動控制器由一個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)脈沖分配器CD4017和若干電阻組成。CD4017的CP端受脈沖發(fā)生器輸出脈沖的控制，其輸出端（Q0～Q9）將輸入脈沖按輸入順序依次分配。輸出控制的脈沖，其輸出控制脈沖的速度由脈沖發(fā)生器輸出的脈沖頻率決定。10個(gè)電阻與CD4017的10個(gè)輸出端Q0～Q9相連，當(dāng)Q0～Q9依次輸出控制脈沖時(shí)10個(gè)發(fā)光二極管按照接通回路的順序依次發(fā)光，形成流動發(fā)光狀態(tài)，即實(shí)現(xiàn)正向流水和逆向流水的功能。電源電路所采用的電源為6V。

四、PCB板圖

用Protel DXP 2004 軟件設(shè)計(jì)的雙面PCB板圖，正面是十個(gè)發(fā)光二極管，其余元器件都在反面。發(fā)光二極管、電容器、電位器采用通孔的，其余元器件都采用貼片式的。

五、元器件清單

六、電路的組裝與調(diào)試

1.電路的組裝方法和步驟

1）按照電路圖明細(xì)表的型號及規(guī)格對所有的元器件進(jìn)行編號，將所有元器件按先小后大、先低后高、先一般后特殊的順序依據(jù)圖示方向裝接到件1（印制板）對應(yīng)位置上，靜電敏感器件最后要在防靜電工作臺上進(jìn)行操作裝接（圖中IC1、IC2為靜電敏感器件）。

2）貼焊電阻器R1--R22。

3）貼焊貼片三極管VT1-VT10。

4）將電容器C1-C2、電位器W1、插座J1、發(fā)光二極管VD1-VD10元器件的引線浸錫。

5）電容器C1、C2引線腿成型。

6）插焊電容C1-C2、電位器W1、插座J1元器件，插裝時(shí)應(yīng)注意電位器中心頭方向，并將電位器W1、插座J1緊貼印制板放正、放平。

7）在防靜電工作區(qū)臺上貼焊IC1、IC2靜電敏感器件，按圖示方向貼裝后，采取對角焊接原則，即先焊接一個(gè)引腳，調(diào)整器件使之所有的引腳與印制板上所對應(yīng)焊盤對齊后，再焊接另一個(gè)引腳，然后再逐個(gè)焊接，

8）將VD1-VD10發(fā)光二極管插焊在印制板的背面，插裝時(shí)將二極管短引線腿插入印制板標(biāo)志圓缺的一側(cè)，并確保發(fā)光二極管高度一致。

9）嚴(yán)格按照圖紙技術(shù)要求施工。

10）所有元器件焊接位置應(yīng)確保正確，焊點(diǎn)光滑、平整、牢固。

2.電路調(diào)試與故障排除

本電路無需多少調(diào)試，只要檢查電路有無插錯(cuò)元器件，檢查元器件的極性有無接錯(cuò)，電路連接是否正確，焊接是否良好，無虛焊等缺陷，然后接通電源+6V， 觀察燈閃是否按照從第1組到第10組燈順序依次點(diǎn)亮成流水狀即可。如有問題，先用萬用表電壓檔測量IC （CD4017）的（14）腳的時(shí)鐘信號是否正常。如正常，則是CD4017及其后面的電路問題，需檢查元器件是否插錯(cuò)，電路連接是否正確，焊接是否到位等。如不正常，則是該振蕩器沒有產(chǎn)生振蕩，說明IC（555）及其電路有問題，需檢查相應(yīng)元器件及其電路。

七、成品圖片展示

這是學(xué)生完成的作品，95%以上的學(xué)生都能一次性組裝調(diào)試成功，有個(gè)別學(xué)生的有點(diǎn)小問題，經(jīng)過修復(fù)，最后也都調(diào)試成功，同學(xué)們對這次實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目都很滿意。

八、總結(jié)

通過這次教學(xué)項(xiàng)目，鍛煉了學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識，發(fā)現(xiàn)，提出，分析和解決實(shí)際問題的能力。這次課設(shè)在老師的指導(dǎo)下以及各個(gè)小組人員的共同努力下，順利地完成，這次項(xiàng)目，不僅提高了學(xué)生的動手能力，更培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)精神，讓學(xué)生在獨(dú)立思考解決問題的同時(shí)，又相互配合，順利完成項(xiàng)目。

同時(shí)很多同學(xué)也提出了改進(jìn)意見：

（1）所有元器件都用貼片式的

（2）用不同顏色的發(fā)光二極管

（3）用5伏電壓，帶USB接口

（4）印制板的尺寸和形狀進(jìn)行改變

經(jīng)過同學(xué)們的實(shí)驗(yàn)，有些方面已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 康華光主編. 電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分第五版）.高等教育出版社， 1999.6

第7篇：集成電路的用途范文

引言

隨著控制技術(shù)的發(fā)展，集成化程度的提高，各類電子設(shè)備也趨于功能強(qiáng)大、體積小、重量輕的方向發(fā)展。貼片器件的迅速發(fā)展及推廣，成為廣大電氣設(shè)計(jì)者的首選。近年來航空、航天用各類電子設(shè)備也廣泛采用貼片器件，尤其是大部分的核心器件類似于DSP、FPGA等。由于軍用電子設(shè)備必須通過比民用設(shè)備更為嚴(yán)酷的環(huán)境試驗(yàn)考核和更高的可靠性要求。所以貼片器件的焊接質(zhì)量至關(guān)重要，成了高可靠性的重要工藝控制環(huán)節(jié)；加上部分電路板器件安裝的特殊要求，高焊接質(zhì)量的貼片機(jī)無法使用，只能采用手工焊接方式。雖然手工焊接是最為傳統(tǒng)的焊接方式，但是受到焊接者的焊接經(jīng)驗(yàn)、焊接溫度、焊接時(shí)間、焊接方法等方面的主觀的限制，所以焊接質(zhì)量也層次不齊。本文主要針對貼片器件的手工焊接技術(shù)進(jìn)行了探討，對于貼片器件焊接質(zhì)量的檢驗(yàn)方法提出了更高的要求，即需要制定一套詳細(xì)的檢驗(yàn)方法或采用一些先進(jìn)的方法和儀器設(shè)備用來檢測貼片器件焊接質(zhì)量，減少由于虛焊帶來的故障和報(bào)廢。

一、手工焊接

（一）手工焊接的一般步驟

手工焊接是一種技術(shù)成熟的、操作方便、靈活的一種焊接方式，目前大部分軍用電子產(chǎn)品還是采用這種焊接方式，焊接過程一般都采用以下步驟。

1、焊接準(zhǔn)備

貼片器件焊接一般需要的工具有：恒溫電烙鐵、松香、焊錫、熱槍、特細(xì)橡膠棒、高放大倍數(shù)放大鏡或顯微鏡系統(tǒng)。

2、貼片的固定

有兩種方法：一是用少許普通膠水涂在集成電路和塑封部分，把集成電路正對焊盤固定在電路板上，待膠水變干將集成電路固定好，防止施焊時(shí)集成電路移動。二是集成電路正放在電路板焊盤上，用烙鐵固定好IC四個(gè)角的引腳。

3、焊接引腳

在引腳上涂上松香水，起助焊的作用，而且焊接時(shí)松香還可以防止集成電路過熱。用電烙鐵給一排的引腳同時(shí)加熱，然后加焊錫絲，使焊錫熔化并完全浸潤焊點(diǎn)和引腳。一排引腳同時(shí)焊好，移去焊錫絲和電烙鐵，一般情況下焊錫會把引腳同時(shí)焊在一起。

4、吸錫整理

用金屬編制帶或多芯導(dǎo)線把一排引腳上的多余焊錫吸干凈，引腳間不需連接的地方焊錫被吸走，只有焊盤和引腳處才留下焊錫，這樣被焊接在一起的引腳就會正常分開。最后，再用酒精棉球或毛刷沾酒精清洗松香清除引腳間的多余物。

（二）手工焊接的不足

手工焊接方式雖然操作方便、靈活，不受環(huán)境、地域和特殊焊接工藝的限制，但也有其自身的不足，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1、焊接過程和吸錫過程時(shí)間控制沒有直觀的時(shí)間量來控制，主要靠焊接者的直覺和經(jīng)驗(yàn)。整個(gè)焊接過程和吸錫過程的時(shí)間不要太太長，控制在幾秒鐘時(shí)間為宜，否則過熱容易損壞集成電路，焊接時(shí)時(shí)間不夠又極易出現(xiàn)虛焊。

2、焊接溫度控制不能保證真正的“恒溫”，因?yàn)楹附訒r(shí)間的長短、焊錫量的多少都將直接影響焊接溫度。如果焊錫較多溫度就會升高，焊錫過少松香就很容易燒焦，可能會造成芯片或印制電路板的損傷。

3、不能保證焊接質(zhì)量，手工焊接很容易出現(xiàn)不同程度的連焊和虛焊，因?yàn)楹附訒r(shí)焊錫的多少，只能憑借焊接者的個(gè)人主觀判斷，所以焊接時(shí)焊錫過多容易出現(xiàn)連焊的現(xiàn)象，這樣可能會造成不同程度的短路現(xiàn)象，焊錫過少就會出現(xiàn)不能程度的虛焊，比如個(gè)別引腳的脫焊、和虛焊，這些情況可能在測試初期不一定能發(fā)現(xiàn)，但是在經(jīng)歷環(huán)境試驗(yàn)的任何一個(gè)階段都可能出現(xiàn)故障。

二、貼片器件的拆除及返修

對于需要手工焊接的大型貼片器件在失效后的拆除一般情況也只適合手工拆除的方法。手工拆除的方法也很多，本文主要介紹比較常用的幾種。

拉線法：取一根長度和粗細(xì)合適的漆包線，將其一端刮干凈上錫后，從集成塊引腳的底部穿過，并將這一端焊在電路板的某一焊點(diǎn)上，用手拿著漆包線的另一端，用電烙鐵加熱1引腳，同時(shí)用手輕輕向外拉漆包線（向外拉線時(shí)，略向上用力），當(dāng)1腳焊錫熔化后，該腳即被拉起離開電路板。采用同樣的方法焊開其他引腳，直到集成塊的每個(gè)腳都與電路板分開后，即可取下集成塊。這種方法比較慢，但比較可靠。需要注意的是必須等所有焊錫完全熔化后，才能用力拉漆包線，否則會造成焊盤起皮、斷落。

堆錫法，首先用烙鐵在集成塊四周引腳上加滿焊錫。然后用電烙鐵頭在集成塊四周焊錫中快速移動，使四周的焊錫全部熔化，這時(shí)用鑷子輕輕將集成塊取下，或者同時(shí)用兩把烙鐵對集成塊加熱，這樣提高了拆卸速度，這種方法簡便快捷，但是必須掌握好“度”，也就是是說，既要是焊錫全部熔化，也不能加熱太久，否則就有可能造成電路板的嚴(yán)重?fù)p壞。

分離法，分離法也簡稱破壞法，這種方法就是用合適的工具（類似平口的斜口鉗等）沿集成電路引腳的根部將引腳剪斷，用鑷子拆下集成塊除引腳的部分，然后再用鑷子和尖頭烙鐵將引腳一根根的拆下，這種分離拆除法適合貼器件較長的情況，可以很好的保護(hù)印制板不受到損壞，但是拆卸下來的芯片受到破壞，可能無法進(jìn)行正常器件測試和失效分析，除非特殊情況，一般不建議采用此方法。

整體加熱法，這種方法是指先將該大型集成帖片器件周圍的電子元器件等保護(hù)一起來，最為簡單而常用的方法就是將多層紙膠帶貼在需要拆卸器件的周圍（還可以采用硅橡膠等在需要拆卸器件的周圍形成保護(hù)層），然后用熱搶檔位為380-400度均勻加熱需要拆卸器件所有的焊接引腳，待焊錫熔化時(shí)輕輕用鑷子取走該帖片器件，之后再用吸錫帶或多股鍍銀線等清除焊盤上多余的焊錫，并用酒精清洗焊盤，這種方法適合該大型集成帖片器件周圍空間較大，而且帖片器件引腳較短的情況。

三、貼片器件焊接質(zhì)量的檢驗(yàn)方法

目前手工焊接主要的檢測方法有目視檢測法、性能測試法和直接檢查引腳法。

目視檢測法是主要是指借助高放大倍數(shù)的放大鏡燈或顯微鏡顯示系統(tǒng)進(jìn)行目視檢查，檢查過程就是將焊接并清洗之后的電路板放在高放大倍數(shù)的放大鏡燈或顯微鏡系統(tǒng)下面，通過放大的方法很容易觀測出芯片引腳直接是否有連焊或者脫焊的情況。缺點(diǎn)是不能發(fā)現(xiàn)虛焊的情況。

性能測試法是指根據(jù)所焊接芯片的性能指標(biāo)參數(shù)、以及在該電路板中的功能用途加電測試的方法，如果該芯片在電路中功能得以實(shí)現(xiàn)，初步判斷焊接合格，比如DSP、FPGA就可以通過軟件的加載、燒寫和系統(tǒng)電性能測試的方法來確定焊接質(zhì)量的好壞，缺點(diǎn)是不能發(fā)現(xiàn)更為深層次的虛焊。深層次的虛焊只能同各種環(huán)境試驗(yàn)同步考核。

直接檢查引腳法一般是指借助于細(xì)的橡膠棒等（注意頭部應(yīng)圓潤光滑不鋒利）工具輕輕的撥動芯片的引腳，來檢查焊接質(zhì)量的方法。通常情況下對于焊接質(zhì)量好的引腳是無法撥動的，但是對于脫焊和焊錫很少造成的虛焊的引腳就很容易發(fā)現(xiàn)，當(dāng)橡膠棒接觸到該類引腳時(shí)就會觀察到引腳偏向側(cè)邊或出現(xiàn)彈性的運(yùn)動，這種情況多為引腳脫焊或虛焊。缺點(diǎn)是如果撥動時(shí)用力不當(dāng)，會造成引腳的損傷。

以上三種方法是檢查這種大型貼片芯片焊接質(zhì)量的常用方法，通常情況下將方法一和方法二結(jié)合起來使用，就可以檢查出焊接質(zhì)量的好壞。第三種方法主要用于排故時(shí)（已經(jīng)發(fā)現(xiàn)該芯片無法實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能出現(xiàn)故障了）使用，正常情況下不推薦使用。

四、發(fā)展前景與展望

目前手工焊接質(zhì)量的檢驗(yàn)方法，不管是目視檢測法還是性能測試法都無法直觀的判斷出深層次的虛焊情況，而借用細(xì)橡膠棒等直接檢查引腳焊接情況的方法不僅效率低，而且容易造成貼片器件引腳的損傷，并且大多這種損傷都是不可逆、不可直接發(fā)現(xiàn)的，所以除非排故需要，并不推薦使用。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前很大一部分電路板的報(bào)廢都是由于大型集成貼片器件的虛焊造成的。所以迫切需要一種類似于金屬件的“探傷技術(shù)”的設(shè)備出現(xiàn)，這樣在集成帖片器件手工焊接結(jié)束后，先通過檢驗(yàn)設(shè)備對器件的每一個(gè)引腳進(jìn)行“探傷”，只有“探傷”合格的產(chǎn)品才進(jìn)行下步工序的調(diào)試及后續(xù)的環(huán)境試驗(yàn)。這樣由于深層次的虛焊造成的故障就可以得到很好的控制。

五、結(jié)束語

本文通過對大型集成貼片器件的手工焊接、維修及拆除、檢測技術(shù)的探討以及各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)比較，在一定程度上對于手工焊接起到了技術(shù)指導(dǎo)作用。同時(shí)對于目前貼片器件的檢驗(yàn)方法方面提出了更高的要求與未來發(fā)展方向的展望。

參考文獻(xiàn)：

[1]葛瑞．表面組裝焊接技術(shù)新發(fā)展．電子工藝技術(shù)，1999．20．

[2]Bob Willis．正確選擇波峰焊接工藝參數(shù)．電子工程專輯，1997，2：118－119．

第8篇：集成電路的用途范文

關(guān)鍵詞電機(jī) 矢量控制 仿真

中圖分類號:TM3文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

1 電機(jī)測試臺的用途

電機(jī)測試臺廣泛用于電動機(jī)生產(chǎn)廠家對電動機(jī)進(jìn)行產(chǎn)品性能測試和質(zhì)量測試,而高性能的測試臺需要對電機(jī)的驅(qū)動進(jìn)行準(zhǔn)確的控制,利用高性能的控制方法控制交流電動機(jī),能夠滿足系統(tǒng)的要求。電機(jī)測試臺最重要的部分是交流部分,交流部分的好壞直接關(guān)系到電機(jī)測試臺的性能。目前、交流電動機(jī)的控制方法已有很多方法,例如,直接轉(zhuǎn)矩控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制以及模糊矩陣控制等等。本文主要是從矢量控制的角度出發(fā),對交流電機(jī)的控制控制進(jìn)行了討論。

2 交流電機(jī)控制的發(fā)展現(xiàn)狀及展望

異步電動機(jī)矢量變換控制方法在七十年代提出之后,即得到了迅猛的發(fā)展。直流電機(jī)相對于交流電機(jī)而言,具有更優(yōu)良的動態(tài)調(diào)速特性。矢量變換控制就是是利用坐標(biāo)變換的方法將交流電機(jī)模擬成為直流電機(jī),分別控制勵(lì)磁電流分量與轉(zhuǎn)矩電流分量,從而獲得與直流電動機(jī)一樣良好的動態(tài)調(diào)速特性。由于此方法采用了坐標(biāo)變換,所以對硬件設(shè)施的性能要求較高。

良好的硬件設(shè)備是保障矢量控制法可以得到應(yīng)用的關(guān)鍵,尤其是要不斷提高控制系統(tǒng)的可靠性和實(shí)時(shí)性好。這是是對控制系統(tǒng)的基本要求也是其關(guān)鍵要素。電機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了分立元件的模擬電路階段、集成電路階段、大規(guī)模集成電路解讀以及專用集成電路階段。到目前為止,電機(jī)控制電路大多為模擬數(shù)字混合電路。因其不但可以提高系統(tǒng)的可靠性和實(shí)時(shí)性,同時(shí)體積更小,研發(fā)成本更少,得到了迅速的發(fā)展。作為專用集成電路(ASIC)電機(jī)控制專用集成電路品種、規(guī)格繁多,產(chǎn)品資料和應(yīng)用資料十分豐富。但同時(shí)由于各廠商之間無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),有一定的技術(shù)壁壘。由于當(dāng)前電機(jī)控制的總是朝向多樣化發(fā)展、并且愈來愈復(fù)雜化,直接利用廠家的產(chǎn)品有時(shí)候并不能夠滿足要求。因此許多時(shí)候需要工程師自行開發(fā)產(chǎn)品。DSP就是一種非常好的開發(fā)工具。DSP(digital signal processor)是一種獨(dú)特的微處理器,是以數(shù)字信號來處理大量信息的器件。其工作原理是接收模擬信號,轉(zhuǎn)換為0或1的數(shù)字信號,再對數(shù)字信號進(jìn)行修改、刪除、強(qiáng)化,并在其他系統(tǒng)芯片中把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)解譯回模擬數(shù)據(jù)或?qū)嶋H環(huán)境格式。它不僅具有可編程性,而且其實(shí)時(shí)運(yùn)行速度可達(dá)每秒數(shù)以千萬條復(fù)雜指令程序,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過通用微處理器,是數(shù)字化電子世界中日益重要的電腦芯片。它的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力和高運(yùn)行速度,是最值得稱道的兩大特色。

硬件的發(fā)展對電機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)展的影響是深遠(yuǎn)的。不過目前國內(nèi)與發(fā)達(dá)國家在點(diǎn)擊控制系統(tǒng)的差距仍然很大。目前在DSP技術(shù)方面,德州儀器公司處在領(lǐng)先地位,國內(nèi)的企業(yè)想要趕超,還需要很長的路要走。不過,由于電機(jī)控制系統(tǒng)技術(shù)的不斷提高,電機(jī)控制系統(tǒng)的市場還有更大的發(fā)展,國內(nèi)企業(yè)定將獲得更多的市場份額。

3 矢量控制的基本思路

對電機(jī)進(jìn)行控制,最重要的是要對轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制,而轉(zhuǎn)速的控制是通過對轉(zhuǎn)矩的控制實(shí)現(xiàn)的。通過控制定子磁勢Fs模值大小或控制轉(zhuǎn)子磁勢Fr模值及他們在控制在空間的位置,就能達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。控制Fs的模值大小,或控制Fr的模值大小,可以通過控制各相電流的幅值大小來實(shí)現(xiàn),而在空間上的位置角s、r,可以通過控制各相電流的瞬時(shí)相位來實(shí)現(xiàn)。因此,只要能夠?qū)崿F(xiàn)對異步電動機(jī)定子各相電流(iA,iB,iC)的瞬時(shí)控制,就能實(shí)現(xiàn)對異步電動機(jī)的有效控制。

采用矢量變換控制方式是如何實(shí)現(xiàn)對異步電機(jī)定子電流的瞬時(shí)控制呢?異步電動機(jī)三相對稱定子繞組中,通入對稱三相正弦交流電流iA,iB,iC時(shí),則形成基波合成旋轉(zhuǎn)磁勢,并由他建立相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)磁場ABC,其旋轉(zhuǎn)的角速度等于定子電流的角頻率s。然而,產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場不一定非要三相繞組不可,除單相外任意多相對稱繞組,通入多相對稱正弦電流,均能夠產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。一個(gè)具有位置互差90o兩相定子繞組、,當(dāng)通入兩相對稱正弦電流i、i時(shí),則產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。如果這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場的大小,轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向與上述三相交流繞組所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場完全相同,則可以認(rèn)為上述兩套交流繞組等效。由此可知,處于三相靜止坐標(biāo)系上的三相固定對稱交流繞組,以產(chǎn)生同樣的旋轉(zhuǎn)磁場為準(zhǔn)則,可以等效為兩相對稱固定交流繞組,并且可知三相交流繞組中的三相對稱正弦交流iA,iB,iC與二相對稱正弦交流電流i、i之間存在確定的變換關(guān)系

4 交流矢量控制仿真

根據(jù)矢量控制基本思路可以利用Matlab/SIMULINK軟件,對電機(jī)交流控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真。建立出來的系統(tǒng)模型如圖所示。

在此系統(tǒng)模型中,最重要的是電流調(diào)整器。電流調(diào)整器的作用是為了為其后所接的IGBT三相橋提供驅(qū)動信號。它將反饋得到的電流信號與電流給定值向比較,得到電流信號的差值。此差值通過一個(gè)繼電器,輸出高低電平信號。這每一路信號都分別直接或是通過一個(gè)反門接到同一個(gè)橋的上下橋臂上。這樣就保證了同一橋的上下橋臂上加的是一個(gè)互補(bǔ)的驅(qū)動信號。這就避免了同一橋的上的兩個(gè)IGBT同時(shí)導(dǎo)通,防止了直通現(xiàn)象的產(chǎn)生,避免三相橋過熱燒毀,同時(shí)也使得各個(gè)器件能夠有效導(dǎo)通。由此可以得到電磁轉(zhuǎn)矩的波形,如下圖所示:

通過仿真實(shí)驗(yàn)獲得的上述仿真曲線可以看到仿真模型的與實(shí)際調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)動過程基本吻合。充分驗(yàn)證了在異步電機(jī)矢量變換數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上結(jié)合MATLAB/SIMULINK建立的仿真模型的正確性。我們由此可以得到以下結(jié)論:

(1)交流電機(jī)和直流電機(jī)共同的運(yùn)動機(jī)械特性,是交流電機(jī)矢量控制的實(shí)質(zhì)和關(guān)鍵。

(2)坐標(biāo)變換從物理上必須遵守旋轉(zhuǎn)磁場等效原則和功率不變原則,從數(shù)學(xué)上看就是通過系統(tǒng)狀態(tài)的相似變換,達(dá)到狀態(tài)重構(gòu)和參數(shù)重構(gòu)的目的,使數(shù)學(xué)模型變得簡潔易解。

(3)磁鏈的觀測認(rèn)識矢量控制中的難點(diǎn)。由于直接測量存在著脈動分量等問題,現(xiàn)在大都采用的是間接測量,但仍然存在著其準(zhǔn)確性易受參數(shù)變化的影響等問題。

(4)利用MATLAB/SIMULINK仿真,可以看出矢量控制交流電機(jī)可以得到非常良好的動態(tài)性能。

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第9篇：集成電路的用途范文

關(guān)鍵詞 ：低噪聲放大器 射頻 ADS 仿真優(yōu)化

引言

低噪聲放大器是射頻接收前端的主要部分。它位于接收機(jī)的最前端，這就要求它的噪聲系數(shù)越小越好，為了抑制后面各級噪聲對系統(tǒng)的影響，要求它有一定的增益。由于噪聲指標(biāo)和增益指標(biāo)此消彼長，設(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù)具體用途來選擇合適的指標(biāo)。本文用安捷倫科技有限公司的ADS仿真軟件給出一種設(shè)計(jì)方法，可以使噪聲和增益指標(biāo)最佳化。

1.設(shè)計(jì)指標(biāo)

2. 管芯及材料的選擇

本文設(shè)計(jì)的低噪聲放大器工作在：2.4GHz-2.48GHz頻段，由于頻段較高，本設(shè)計(jì)中介質(zhì)基板選擇高端PCB廠商Arlon公司的DiClad527介質(zhì)板材，介電常數(shù)為2.55，厚度為1.016mm，銅皮厚度0.1mm，損耗因子0.0022。根據(jù)本設(shè)計(jì)中低噪聲放大器的預(yù)期指標(biāo)，在滿足一定增益的同時(shí)還要有較低的噪聲系數(shù)，管芯選擇安捷倫公司的型號為ATF-34143的增強(qiáng)模式PHEMT（Pseudomorphic High Electron Mobility Transistor）其性能參數(shù)和封裝形式如圖1 ：

3. 電路穩(wěn)定性設(shè)計(jì)

電路設(shè)計(jì)前要確保電路的絕對穩(wěn)定，這里的穩(wěn)定不單指在工作頻段能穩(wěn)定，更重要的是在全頻段內(nèi)穩(wěn)定。在ADS中：K=stab_fact（S）， stab_fact（S）函數(shù)返回Rollett穩(wěn)定因子。K>1 時(shí)電路絕對穩(wěn)定。用ADS在1GHz-10GHz掃描，圖5.6為ATF-34143在1GHz-10GHz內(nèi)的穩(wěn)定性圖，由圖可以看出1GHz-5GHz，管芯的K<1，電路不穩(wěn)定，容易自激。需額外加入穩(wěn)定電路。穩(wěn)定電路如圖5.7。對該電路的電阻，電容和電感進(jìn)行調(diào)諧，使電路在整個(gè)頻帶內(nèi)絕對穩(wěn)定（K>1）。圖5.8給出穩(wěn)定電路的仿真結(jié)果?？梢钥吹椒€(wěn)定電路在0GHz-18GHz內(nèi)絕對穩(wěn)定。

4. 偏置網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

偏置網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)是影響低噪聲放大器性能的一個(gè)重要因素，很多電路最后設(shè)計(jì)的性能不良往往歸結(jié)于直流偏置網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的不當(dāng)。參考ATF-34143的相關(guān)資料，選定直流工作狀態(tài)： ，在該工作狀態(tài)下，管子的噪聲最小，而增益較高。首先選用ph模型設(shè)置偏置電路，采用自偏壓電路，設(shè)計(jì)電路圖：圖中優(yōu)化電阻R1、R2、R3設(shè)定2個(gè)優(yōu)化目標(biāo)，名稱分別為：VC和IC.IDS.i。

5 .輸入輸出端口的匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

用，時(shí)的S參數(shù)模型替換直流仿真時(shí)的ph模型。對于LNA，如果輸入口有一定的失配，反而可以調(diào)整器件內(nèi)部各種噪聲之間的相位關(guān)系，從而降低噪聲系數(shù)。為了獲得最小的噪聲系數(shù)，有個(gè)最佳值，此時(shí)LNA達(dá)到最小噪聲系數(shù)，即達(dá)到最佳噪聲匹配狀態(tài)。其中是最佳信源反射系數(shù)，當(dāng)匹配狀態(tài)偏離最佳時(shí)，LNA的噪聲系數(shù)將增大。可以從器件的Datasheet文件中獲得。為最小噪聲的最優(yōu)匹配系數(shù)。這個(gè)系數(shù)可以進(jìn)行輸入匹配電路的設(shè)計(jì)，該系數(shù)可以利用軟件仿真獲得。經(jīng)仿真得 = 0.564/-87.2。輸入反射系數(shù)S[1，1]設(shè)置為的共軛，用來進(jìn)行50Ω匹配。調(diào)諧得到C1=8.2pF，L=27nH。根據(jù)噪聲最小原則設(shè)計(jì)輸入匹配電路。

6. 低噪聲放大器的整體優(yōu)化

以上完成了管芯選擇、穩(wěn)定性設(shè)計(jì)、輸入輸出端的電路匹配，此時(shí)需要進(jìn)一步優(yōu)化，設(shè)定優(yōu)化目標(biāo)，得最終電路原理圖。低噪聲放大器在0GHz-4GHz頻帶內(nèi)絕對穩(wěn)定。和均小于-15 dB，增益>14dB，噪聲系數(shù)NF<0.7dB。增益平坦度≤±1dB，完全滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求。

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