认识贴片元件（之三）

认识贴片元件（之三）
                                           ——贴片IC器件
2.25贴片IC
贴片IC元件的体积较大，其上易于容纳更多的产品信息，包括型号、封装形式、制造厂家等，检修者最重要的是根据元件型号，了解元件的电路原理和引脚功能，并找到代换元件。
1、贴片IC的封装形式和种类
贴片IC的封装形式有多种类型，制造厂家不同，封装形式往往也有差异。SOP（又称为SOL、DFP、SOF、SSOP）是普及最广的表面贴装封形式，引脚从封装两侧引出呈海鸥翼状L字形，材料有塑料、陶瓷两种。像引脚数为20以下的数字、模拟集成电路，多采用此类封装；多此脚如84脚以上贴片IC，多采用LQFP、PQFP等封装形式，塑料扁平封装，引脚从四个侧面引出。塑料封装的颜色为黑色，陶瓷封装的为黄色。

图2-23 部分贴片IC元件的封装形式
贴片IC损坏时，照原型号采购，型号上标注有封装型号的信息。所以一时弄不明白封装形式，也不要紧。需要注意的一些三端IC器件，既有3引脚封装形式，也有5脚和8引脚封装形式，如基准电压源TL431等器件，见下图2-24。
1）TL431的电路符号和等效电路
2）TL431贴片IC的各种封装形式
图2-24  TL431的符号、等效电路及各种贴片封装形式
2、贴片IC的种类
1）数字IC电路
目前所应用的数字IC电路，形成有代表性的两大系列，即74系列和4000系列两大类，若以电路采用元件类型细分，又可以分成DTL、HTL、TTL、ECL、CMOS等数种。应用面最广、数量最大的数字电路是74系列中的TTL电路和4000系列中的CMOS电路。
TTL电路以双极型晶体管为开关器件，称为双极型集成电路，它沿着74→74S→74LS→74AS→74ALS系列向高速、低功耗方向快速发展。“S”代表肖基特工作，工作速度比标准TTL快，功耗较大；“LS”代表低功耗肖基特工艺；“AS”代表先进（高速）的肖基特工艺；“ALS”代表先进（高速）低功耗的肖基特工艺。实际应用中，以LS、AS型较多。国产的T1000、T2000、T3000、T4000，分别同74、74H、74S、74LS兼容。TTL电路的最大特点是适应供电电源电压为5V，输入、输出电流值较大。
TTL数字IC的基本特性
工作电压范围：S、LS系列为5V±5%；AS、ALS系列为5V±10%。
频率特性：一般在35~200MHz之间。
输入、输出电压特性：输入逻辑“1”输入的电平高于2.0V，逻辑“0”输入的电平低于0.8V；输出逻辑“1”电平值高于2.4V，输出逻辑“0”的电平值低于0.4V。
输入、输出电流：输入电流为数mA级，输出电流为数十mA级。
CMOS电路以绝缘栅场效应管（即金属——氧化物——半导体场效应晶体管，又称单极晶体管）为开关器件，又称单极型集成电路，CMOS电路沿着4000A→4000B/4500B（统一称为4000B）→74HC→74HCT系列的方向高速发展，保持低功耗高运行速度的优势，HCT与TTL电平兼容。“AC”代表先进的CMOC高速电路；“ACT”代表如TTL一样的输入特性；“HC”代表高速CMOS电路；“HCT”代表与TTL相兼容的高速CMOS电路；“LVC”代表PHILIPS公司的低电压CMOS电路，等等。4000B系列的前缀很多，其中“CD”代表标准的4000B系列CMOS电路；“CC”代表国产CMOS产品；“HEF”代表PHILIPS公司的产品；“TC”和“LR”代表日本东芝和夏普的产品。CMOS电路的最大特点，是适应较宽的供电电源电压，如3.0~18V，输入、输出电流值较小。
CMOS电路的基本特性
工作电压范围：4000系列为3.0~18V；HC和HCU系列为2.0~6.0V；HC系列为4.5~5.5V。
频率特性：一般CMOS的工作频率在100kHz；4000系列在12MHz以下；74HC系列在40MHz以下。
输入、输出电压特性：工作电压为5V时，最小逻辑“1”输入电压为3.5V，最大逻辑“0”的输入电压为1.0V；输出高电平约为Vcc，输出低电平，约为0V。
输入、输出电流特性：输入电流为数微安级，输出电流为数毫安级。
2）模拟IC电路，主要有集成运算放大器（简称运放电路）组成
集成运算放大器，是一种高增益的直流放大器，内部电路是由多级直接耦合放大电路组成的模拟电路，一般采用双端输入、单端输出的结构形式，具有输入阻抗高，输出阻抗低、电压增益高的特点。
运放电路按工作参数分类，可分为a、通用型运算放大器，如LM358（双运放）、LM324（四运放）等，适用于一般控制电路，这一类应用最广；b、高阻型运算放大器，特点是差模输入阻抗非常高，偏置电流较小，如LF356（单运放）、LF347（四运放）、CA3140（单运放）等；c、低温漂型运算放大器，又称精密型运算放大器，工作性能稳定，受环境温度变化影响小，适用于仪表测量等电路，如OP07、AD508等；d、此外还有高速型运算放大器、低功耗型运算放大器等，适用于低功耗和高速（宽带）信号电路；e、电压比较器，也是运放电路的一种，也看作放大倍数接近“无穷大”的运算放大器，用在电压比较场合。如LM339（四运放）、LM393（双运放）等，电压比较器相对于LF324等集成运放电路，因其“比较输出”的特点，又称为非线性模拟集成电路。
以a、b、e型电路应用较多。
运算电路的工作特性和主要电气参数（以四运放LM324为例）：
1）电源电压范围：单电源供电3~30V，双电源±1.5V~±15V。
2）静态功耗极低，允许功耗：570mW。
3）输出电流：40mA。
4）输入偏置电流：45nA；
5）差模共模电压输入范围接近电源电平。
运放电路适应电源电压范围极宽，输入阻抗高，并有较强的带负载能力，在开关量信号电路中也有应用（如用作电压比较器），比数字IC电路更具灵活性。
2、如何辨识贴片IC器件的产品型号
同一电路的贴片IC器件，因生产厂家的不同，型号标注有很大差异，型号所含的内容一般有前缀、类型、产品编号、封装形式、制造厂家缩写字母信息、温度范围等等。有的标注较全，有的仅标注其中几项。检修者要紧的是忽略次要信息，找到关键信息——器件类型、型号的标注信息！
1）型号缩写特点
贴片数字IC器件，往往省略前缀，如74系列IC，标注HC240，型号全称为74HC240；标注LS14，武型号全称为74LS14，省略了“74”字样。标注3771（复位IC），型号全称为MB3771，省略了“MB”字样。
如果在网络上搜索3771或LS14，有可能无法搜到，明白缩写特点以后，在器件前试加“74”、“MB”“SN”、“AD”、“MAX”、“UL”等数字或字母，就能搜到要查的器件资料。“MB”“SN”、“AD”、“MAX”、“UL”为器件制造厂家的公司名称缩写字头，多用于器件型号的起始标注。
2）同一器件，不同厂家标注不同的型号
同一类型和功能的器件，有的仅为前缀不一致，如HC240和F240、HCT240等，由于其中的“240”一致，比较易于辨别；有的型号大不相同（而且引脚数也不一样），如NE555（时基电路）器件，LM555、μA555、CA555、CB555、1455B等统称为555，一般为8脚双列封装，相互可以代换使用。其中的1455B标注型号，因为了“14”或“455”字样，不易使人“联想”到是555时基电路；少数产品如RV6555DC、LB8555、M52051等，采用16脚双列封装。其中的M52051标注差别大，再加上引脚数的不同，如果手头无资料，辨识难度较大，需要注意。
3）代码标注法
对于一些小型贴片IC电路，特别是3引脚，其封装形式易于与贴片晶体管、贴片二极管等易于混淆的器件，表面印字为代码，无资料情况下，型号辨识难度就相当大了。
图2-25 AN80LXXRMSTX器件内部电路与外形
   上图中标注BA的贴片电压调节器与标注BA的贴片晶体管，标注和外型上都有相同和相似之处，要细心鉴别其不同点，并配合电路测量，确定器件类型。
3）质量级别的标注
通用型普通IC和贴片IC，一般均分为三个质量级别，即军品（一级）、工业品（二极）和农用品（三极），变频器产品，一般采用工业品和农用品器件。贴片IC的质量级别不同，标注型号也有差异，如稳压IC器件，依据质量级别，分别标注为LM117、LM217、LM317；四运放器件，分别标注为LM124、LM224、LM324。虽然标注有异，但器件的电路结构是完全一样的，只不过在耐温等使用参数方面有差异而已。
3、贴片IC的其它辨识手段和方法
1）贴片IC的起始引脚的辨别
确定贴片IC的起始脚（1脚）后，才能配合相关资料和测量，确定器件的类型或好坏。20引脚以下器件，通过标识印字的方向、器件本体上的缺口等，可以判断起始脚。但四侧引出脚的多引脚器件，或器件引脚数相同，但起始脚不同的器件，就必须找到起始脚，才能展开以后的测量和检修工作。
图2-26 贴片IC的1脚识别图示之一
另外，一些设备生产厂家，为检修的方便，有时也会在电路板上标出贴片IC的引脚序号，如图2-26的下图所示。
图2-27贴片IC的1脚识别图示之二

有些贴片IC，难以进行1脚识别时，可以根据电路外接元件和资料中引脚图，加以辨识。
下图2-30电路中，无法确定贴片IC的起始脚时，a、首先数清器件的引脚数和确定器件型号；b、根据器件的引脚数和型号找到相关资料，由相关引脚功能——供电引脚和外接晶振引脚作参考，确定该器件的起始脚。如图2-28中的MCU芯片，实际电路中，外接晶振的引脚，即为81、82引脚，83脚为Vss电源地引脚，由这3个引脚的确定，进而能确定所有的引脚序号。
2）从供电引脚的排列次序区分模拟和数字IC
图2-28 数字IC的的（供电）引脚图
图2-29 运放IC的的（供电）引脚图
图2-30 根据引脚外接元件确定器件的起始端
直接从型号（或印字）辨识贴片IC较为困难时，可以先行判断20引脚以下元件的电路类型——是数字IC还是模拟IC。如器件为14引脚器件，模拟器件的供电脚一般为4、11，或3、12；若所测元件的供电脚为7、14，16引脚器件的供电引脚为8、16，基本上证明该器件为数字IC，进一步的辨识方向便被引导于数字IC上，可以很快找到突破口。数字IC和运放电路，这两类器件的供电引脚引出，是有规律的。
从图2-28、图2-29的比较可看出：数字IC电路的电源引脚在芯片的端部（起始或末端），运放IC的电源引脚一般在芯片的中部（中间引脚）。从电源引脚的不同，可以区分IC是数字或模拟电路芯片。
3）从电路构成判断IC型号
a、区分稳压IC器件和晶体管的电路示例：
图2-31区分稳压IC器件和晶体管的电路示例
根据器件与外围电路的连接方式，配合输入、输入结果，可得于图2-31中1）中贴片IC为稳压IC， 2）中贴片IC是晶体管的准确判断。
b、由电路构成判断器件型号的电路示例：
图2-32由电路构成判断器件型号的电路示例
   电路中贴片IC器件为1455B，单看型号标注不好确定是什么器件，将外围电路进行了简单测绘，由器件引脚的外接供电和外接元件、供电引脚，脉冲信号输出引脚进行综合判断和分析，确定该器件为555时基电路。损坏时可直接用NE555代换。
4）从输入、输出信号变化和电路构成判断IC类型
a、如果不能判断出器件是数字或模拟IC电路，要细心器件的信号输入、输出脚，根据输入、输出脚外围电路的形式，判断器件类型。
如IC电路的输入、输出脚之间有反馈电阻，再测量输入、输出脚之间的电压关系（有时可人为送入一个电压信号，测输出电压的变化），呈现信号放大状态，说明该IC器件为运算放大器电路；IC器件的输入、输出侧均接有上拉电阻，测量输入、输出信号之间的逻辑关系为“非”，即输入为0V，输出为+5V，可确定器件为反相器（非门）数字IC。
b、已经确定为数字IC，但不好确定是哪种逻辑门电路，可以细心找出（或测绘部分电路）信号输入脚，如信号一脚入、一脚出，可能为非门、同相驱动/缓冲门电路等；若为2引脚信号输入、1引脚信号输出，测量输入电压和输出电压，根据输入、输入信号电平之间的逻辑关系，一般可判断出电路为与门、与非门、或门、异或门等器件类型。
大部分贴片IC电路，可由标注型号，查到相关资料，判断器件类型并不费力，少数器件，可由上文所述的“辅助测量和判断方法”，在一定程度上“破译”出器件类型和型号。
4、贴片IC的代换
变频器电路中用到的IC器件，除MCU外围电路中用到的存储器、RS485通讯电路等专用器件外，多为用于电流、电压、温度等检测电路的集成运算放大器和少量数字IC，处理直流和数千赫兹以下脉冲信号，一般贴片IC或普通IC器件均能满足代换要求，只要适宜安装，引脚功能一致，供电电压范围合乎要求，就可以代换。不必在意器件的输入阻抗、扇出能力、工作频率等参数（其它一般都能满足要求）。
1）用同型号贴片IC代换。这时最省心、省力的一个方法，需要手头储备一些常规备件，如数字IC：HC08、LS14等；如运放电路：LM324、LF393、LF339等。
2）用虽然型号不一致，但电路功能一样的贴片IC代换。如运算电路LM324和LF347的引脚功完全
一致，可直接代换。LM358与HA17904的引脚功能完全一致，可直接代换。数字IC也是一样，多数器件都有型号不一致，但引脚功能完全一样的器件，可以直接代换。
3）用普通插孔IC（塑封双列直插）代换。如LS14可用型号为74LS14塑封双列直插的普通器件进行代换。对于损坏率低，用量不大，或需应急修复的，都可以用普通IC器件代换，但需要细心焊接引线，引线尽可能要短，并做好元件的固定。
贴片IC元件，由于新型号、新器件层出不穷，维修者手头不可能有完备的资料（一般的图书馆都不可能啊），因而要在实践中不断强化自己破解标识和搜寻资料的能力。网络的发达给查找资料提供了相当大的便利，作者的资料来源即主要来源于网络，虽然以英文资料为多，但有聊胜于无。即使为外文资料，器件的主要参数和电路框图，不懂英文的人，也还是能大致看懂的。下面提供几个查找IC资料的网址：
a、www.21icsearch.com（多为外文资料）
b、wenku.baidu.com（百度文库，可以找到许多中文资料）
c、www.soiseek.cn
如果细心查找，还有更多的电子元件的资料网站，不再列举。

                                 中华工控网（http://www.gkong.com/）原创文章，转载请注明出处

咸庆信
2012年5月28日星期一