為了方便起見，我們將集成電路大致分為數字邏輯芯片、處理器芯片、模數轉換和數模轉換芯片、光電耦合器、存儲器、運算放大器、穩壓電源芯片、厚膜電路等幾個部分加以介紹。

（1）數字邏輯芯片

數字邏輯芯片是個大家族。從整體上看，數字電路可以分為組合邏輯電路和時序邏輯電路兩大類。按制成工藝及材料又可以分為TTL數字邏輯電路和CMOS邏輯電路。

TTL集成電路內部輸入級和輸出級都是晶體管結構，屬于雙極型數字集成電路。

①74系列，這是早期的產品，現仍在使用，但正逐漸被淘汰。

②74H系列，這是74-系列的改進型，屬于高速TTL產品。其“與非門”的平均傳輸時間達10ns左右，但電路的靜態功耗較大，目前該系列產品使用越來越少，逐漸被淘汰。

③74S系列，這是TTL的高速型肖特基系列。在該系列中，采用了抗飽和肖特基二極管，速度較高，但品種較少。

④74LS系列，這是當前TTL類型中的主要產品系列。品種和生產廠家都非常多。性能價格比比較高，目前在中小規模電路中應用非常普遍。

⑤74ALS系列，這是“先進的低功耗肖特基”系列。屬于74LS-系列的后繼產品，速度（典型值為4ns）、功耗（典型值為1mW）等方面都有較大的改進，但價格比較高。

⑥74AS系列。這是74S系列的后繼產品，尤其速度（典型值為1.5ns）有顯著的提高，又稱“先進超高速肖特基”系列。

CMOS數字集成電路是利用NMOS管和PMOS管巧妙組合成的電路，屬于一種微功耗的數字集成電路。

①標準型4000B/4500B系列。該系列是以美國RCA公司的CD4000B系列和CD4500B系列制定的，與美國Motorola公司的MC14000B系列和MC14500B系列產品完全兼容。該系列產品的最大特點是工作電源電壓范圍寬（3～18V）、功耗最小、速度較低、品種多、價格低廉，是目前CMOS集成電路的主要應用產品。

②74HC-系列54/74HC-系列是高速CMOS標準邏輯電路系列，具有與74LS-系列同等的工作度和CMOS集成電路固有的低功耗及電源電壓范圍寬等特點。74HCxxx是74LSxxx同序號的翻版，型號最后幾位數字相同，表示電路的邏輯功能、引腳排列完全兼容，為用74HC替代74LS提供了方便。

③74AC-系列。該系列又稱“先進的CMOS集成電路”，54/74AC系列具有與74AS系列等同的工作速度和與CMOS集成電路固有的低功耗及電源電壓范圍寬等特點。

數字邏輯芯片的代換：從電壓范圍、芯片速度和驅動能力三個方面來考慮，代換的芯片應與換下來的芯片具有相同或更寬的電壓范圍，相同或更快的速度，相同或更高的驅動能力。

（2）處理器芯片

工控主板的處理器同通用電腦主板的處理器差別不大，某些環境嚴酷的場合可能會采用耐高溫的工業級處理器。工業上見到最多的是使用各種微處理器即所謂的單片機電路板。但凡使用處理器的場合，一定離不開滿足正常工作條件的三個基本要素，即正常的工作電源、正常的時鐘/晶振信號、正常的復位過程。檢修包含處理器的電路板時可以根據這個規律來入手。

隨著技術的發展，微處理器的設計也包含了越來越多的功能，比如有些處理器包含程序存儲器，有些包含ADC和DAC，有些包含模擬量增益放大器，有的包含特別的通信處理單元。在檢修這些處理器電路板時，需根據數據手冊提供的信息來考慮。

工控電路板上CPU是否損壞可以通過更換來判斷。

電路板微處理器的損壞極少見，除非受到高電壓的沖擊。

（3）模數轉換器和數模轉換器

模數轉換器（ADC）數字量輸出的方式有多種，有并行輸出、串行輸出及V-F（電壓-頻率）轉換輸出的方式，有些還有多個模擬通道。數模轉換器（DAC）也有數據并行輸入、串行輸入及F-V（頻率-電壓）轉換的方式，某些類型也有多個模擬通道。ADC和DAC也都是難得碰到一壞的器件，對其檢修時重點關注一下電源及參考電壓是否正常即可。

（4）光電耦合器

光電耦合器一般由三部分組成：光的發射、光的接收及信號放大。輸入的電信號驅動發光二極管（LED），使之發出一定波長的光，被光探測器接收而產生光電流，再經過進一步放大后輸出。這就完成了電-光-電的轉換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，電信號傳輸具有單向性等特點，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。又由于光耦合器的輸入端屬于電流型工作的低阻元件，因而具有很強的共模抑制能力。

光電耦合器可實現電氣隔離情況下的信號傳輸，在工業電路板上使用甚廣，可見用于門極驅動、電流電壓檢測、數據傳輸、開關電源等。因為作為隔離器件的光耦通常有一個隔離端與高電壓部分電氣相連，加之光耦內的LED通電日久也存在老化現象，所以光耦是損壞率比較高的器件，在工控電路板上檢修過程中是經常見到的。

工控電路板中比較常見的光耦介紹如下。

①非線性光耦4N25、4N35、4N26、4N36，如圖1.44所示。此類光耦只做普通的數字信號隔離傳輸使用。

②低速線性光耦PC817、PC818、PC810、PC812、PC502、LTV817、TLP521-1、TLP621-1、ON3111、OC617、PS2401-1、GIC5102，如圖1.45所示。此類芯片多用于低速（100K bit/s以下）的數字接口電路，如PLC、變頻器的輸入接口，或者開關電源的反饋電路中。

③高速光耦。此類光耦多用于通信信號的隔離傳輸，通常在光耦輸出端接有5V電源電壓，方便與TTL電路的接口。按照速度劃分，比較常見的此類光耦型號有：

100K bit/s：6N138、6N139、PS8703。

1M bit/s：6N135、6N136、CNW135、CNW136、PS8601、PS8602、PS8701、PS9613、PS9713、CNW4502、HCPL-2503、HCPL-4502、HCPL-2530（雙路）、HCPL-2531（雙路）。

10M bit/s：6N137、PS9614、PS9714、PS9611、PS9715、HCPL-2601、HCPL-2611、HCPL-2630（雙路）、HCPL-2631（雙路）。例圖如圖1.46、圖1.47所示。

④功率晶體管驅動光耦。此類光耦用于驅動功率晶體管，用于電動機、UPS、焊機領域的逆變、可控整流等。光耦工作在頻繁開關狀態，速度要求高，還需要足夠的電流驅動能力。通常此類光耦的輸出端電源電壓在15～20V之間。常見的此類光耦有HCPL0454、HCPL3120、HCPL4503、HCPL4504、PC923、PC929等。

⑤隔離放大光耦。此類光耦可以將mV級的模擬信號隔離放大，可用于檢測直流母線電壓、電動機輸出電流。常見的型號有HCPL7800/A/B、HCPL7820、HCPL7840、HCPL7860（串行數據輸出）。

（5）存儲器

存儲器總體上分為易失性存儲器和非易失性存儲器。易失性存儲器斷電后內部數據會丟失，非易失性存儲器斷電后數據也不會丟失。

易失性存儲器包括SRAM（靜態隨機存儲器）和DRAM（動態隨機存儲器）。SRAM在通電狀態下數據不會丟失，斷電后即丟失；DRAM在通電狀態下需要控制電路來周期性刷新才能保持數據。SRAM的數據存儲速度非常快，價格比同等存儲容量的DRAM高出很多。

非易失性存儲器包括帶備用電源的NVRAM（非易失性RAM）、掩膜ROM、PROM（可編程ROM）、EPROM（紫外線可擦除可編程ROM）、EEPROM（電可擦可編程ROM）、FLASH MEMORY（閃存）、FRAM（鐵電存儲器）。

NVRAM內置鋰電池，電池和RAM芯片封裝為一體，如圖1.48所示，NVRAM無外部供電情況下可保留數據10年不丟失。

EPROM如圖1.49所示，它有一個明顯特征，即陶瓷封裝的芯片上有一個玻璃窗口，紫外線可以透過窗口將芯片內部數據擦除，擦除干凈后又可以重新寫入新的數據。EPROM可以反復擦除和寫入數據，但有壽命次數限制。EPROM需要編程序對其寫入數據，EPROM的芯片型號以“27”開頭，如27C512、27C040等。EPROM一般用于存儲系統程序，寫入程序后使用標簽將玻璃窗口封住，并在標簽上注明版本和CHECKSUM（校驗和）信息，維修時要注意不能將標簽去除，如果因為查看芯片型號撕下標簽，要記得重新貼回。

掩膜ROM的數據是在芯片制造過程中就固化好的，用戶只能讀取不能修改數據，此類芯片用于低成本大量制造的電子產品，如計算器、音樂芯片等。

PROM是一次性編程的ROM，芯片出廠時，內部數據全0或全1，用戶編程只可寫入一次，如果出錯，芯片只有報廢。

EEPROM（又寫作E ² PROM）既可以用編程器擦除和寫入，也可以設置在電路上通過程序操作改寫數據。EEPROM以“28”開頭，如AT28C010、AT28C040。另有通過串行方式讀寫數據的SE ² PROM，芯片型號以“24”“25”“93”開頭，如24C04、25C04、93C46等，這類芯片內部可以存儲少量數據，可用于設置用戶參數等改變不頻繁、數據量不大的數據，由于使用串行方式，電路設計可以大大簡化。此類芯片通常只有8個引腳，通過SPI串行總線或I ² C串行總線與其他控制芯片通信來存儲程序。圖1.50就是I ² C總線通信的SE ² PROM，由程序控制串行時鐘線SCL和串行數據線SDA來完成數據的讀寫。

FLASH MEMORY（閃存）也是可以擦除數據的存儲器，如今在便攜式領域得到廣泛應用，例如U盤就是典型的應用代表。Flash存儲器芯片型號常見以“29”開頭，如29F040。Flash芯片可見于存儲可在線升級的主板BIOS程序。

鐵電存儲器（FRAM）產品將ROM的非易失性數據存儲特性和RAM的無限次讀寫、高速讀寫以及低功耗等優勢結合在一起，在工控電路板中多有應用。

（6）運算放大器

運算放大器應用在模擬電路中。但凡電路板中有正負雙電源的設計，就一定是去向模擬電路部分的，當然也有使用單電源的運算放大器，這樣電路會簡化。隨著技術的進步，使用單電源、低電壓的所謂rail to rail（軌到軌）運算放大器也不斷開發出來得到應用。

運算放大器電路的具體分析和檢測在“典型電路分析”一章有詳細的介紹。

（7）穩壓電源芯片

線性穩壓電源芯片常見型號有正電壓固定輸出的78xx系列，負電壓輸出的79xx系列，輸出正電壓可調的xx317，輸出負電壓可調的xx337。在3.3V電路系統可以見到LDR（low dropout regulator意為低壓差線性穩壓器），這類芯片對穩壓輸入端和輸出端的電壓差別要求沒有傳統線性穩壓芯片那么苛刻，需要至少2～3V的壓差，如AMS1117可以將5V輸入的電壓穩定到3.3V輸出。

LM2575、LM2576是常常見到的經典降壓式的DC-DC開關電源芯片，MC34063則是升壓式的DC-DC開關電源芯片。

常用的AC-DC開關電源控制芯片最經典的有TL494、UC384X系列，還有結構簡單，容易構成小功率開關電源系統的TOP系列芯片。

這些芯片的經典電路可參見本書“典型電路分析”一章的詳細介紹。

某些場合把電源做成DC-DC模塊的形式，為電路的設計提供了方便，而且輸出和輸入可以完全電氣隔離，如圖1.51所示是一個將9～18VDC變換成5V/20W輸出的DC-DC電源模塊。

（8）厚膜電路

厚膜電路也算是集成電路的一種，是將電阻、電容、電感、半導體器件甚至某些IC通過印刷、燒結、焊接等工藝建立連接關系，集成制作在陶瓷基片上，實現特定電路功能的一類器件，這類器件通常使用樹脂密封，電氣性能穩定，適合可靠性高或者高電壓、大電流場合。如圖1.52所示。