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模拟电子线路第六章模拟集成电路

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《模拟集成电路》课件

《模拟集成电路》课件

，以便对设计的电路进行全面的测试和评估。
PART 05
模拟集成电路的制造工艺
REPORTING
半导体材料
硅材料
硅是最常用的半导体材料，具有 稳定的物理和化学性质，成熟的 制造工艺以及低成本等优点。
化合物半导体
如砷化镓、磷化铟等化合物半导 体材料，具有高电子迁移率、宽 禁带等特点，常用于高速、高频 和高温电子器件。
《模拟集成电路》课 件
REPORTING
• 模拟集成电路概述 • 模拟集成电路的基本元件 • 模拟集成电路的分析方法 • 模拟集成电路的设计流程 • 模拟集成电路的制造工艺 • 模拟集成电路的优化与改进
目录
PART 01
模拟集成电路概述
REPORTING
定义与特点
定义
模拟集成电路是指由电阻、电容、电 感、晶体管等电子元件按一定电路拓 扑连接在一起，实现模拟信号处理功 能的集成电路。
围和失真。
信号分析方法
01
02
03
04
频域分析
将时域信号转换为频域信号， 分析信号的频率成分和频谱特
性。
时域分析
研究信号的幅度、相位、频率 和时间变化特性，分析信号的
波形和特征参数。
调制解调分析
研究信号的调制与解调过程， 分析信号的调制特性、解调失
真等。
非线性分析
研究电路的非线性效应，分析 信号的非线性失真和互调失真
音频领域
模拟集成电路在音频领域中主要用于 音频信号的放大、滤波、音效处理等 功能，如音响设备、耳机等产品中的 模拟集成电路。
模拟集成电路的发展趋势
集成度不断提高
随着半导体工艺的不断发展，模 拟集成电路的集成度不断提高， 能够实现更加复杂的模拟信号处

模拟电路 第六章模拟集成电路

模拟电路 第六章模拟集成电路

？ IC
UCE
t
t
iC2
vC2
ui2
uBE2
iB2
t
UBE
IB
？ IC
UCE
t
t
t
t
两管集电极电位一减一增，呈等量异向变化，
uo= (VC1－VC1 )－(VC2 + VC１ ) =－2 VC1
即对差模信号有放大能力。
2) 共模输入 vi1 = vi2 大小相等、极性相同
vC = UCC－ iC RC
iC1
vC1
ui1
uBE1
iB1
t
UBE
IB
？ IC
UCE
t
t
t
t
iC2
vC2
ui2
uBE2
iB2
t
UBE
IB
？ IC
UCE
两管集电极电位t 呈等量同t向变化，所t 以输出 t
电压为零，即对共模信号没有放大能力。
3) 比较输入 ui1 、ui2 大小和极性是任意的。
例1: ui1 = 10 mV, ui2 = 6 mV 可分解成: ui1 = 8 mV + 2 mV
差分式放大电路对共 模信号有很强抑制作用。
4. 差分式放大电路中的一般概念
vid = vi1 vi2
差模信号 两个输入信号的差值
1 vic = 2 (vi1 vi2 )
共模信号
两个输入信号的算术平均值
根据以上两式可以得到
vi1 = vic
vi2 = vic
AVD AVC
= =
v od vviodc v ic
6.1.2微电流源（P259）
一、电路特点 （Re2 K级）

6、模拟集成电路

6、模拟集成电路

vic =2(vi1vi2)
+
- 差分 放大
+ vo
-
例：vi15V 19mC V
总输出电压 v o= v o v o A V v iD d A V v iC cvi25V 19mC V
差模电压增益
AVD=vviod

vo vi d
vi
c0
分析思路：叠加定理
vi1
IC2IC1=1IR2EFIRE 问F 题VR C 2 C 若 较小，则分流造成
的误差不能忽略！
同IC 样对1TI1R 的CE点F列IB KC3 L方IR 程：EF2IB1
IC 2IC 1=1IR2EF2 IREF
IR
EFVC
C 2VB R
E1VCC R
为了避免T3的电流过小而使 3下降，
同相输入端 反相输入端
应用背景：电桥测量
R+R
R-R
+
vi1 -
+ -vi2
+
- 差分 放大
+
Vo = AVvi
–
+ vo -
V
R R VV
10V
vi1 2 RV 22 R R 5 V 19 m C V
R-R
R + R vi2 R 2 R R V V 22 V R R 5 V 19 m C V
学习要求
能辨认电路（电流源结 构的变化规律）
会计算电流源的输出 电流（求Q）
多路电流源
电流源用作有源负载
3
iC VCC Rc
ICQ iC
6.1 集成电路运算放大器中的电流源
1. 概述
恒流源：Rs = ， iO = Is ，与RL无关 三极管工作在放大区，其输出特性 具 有恒流特性。

第06章 模拟集成电路及其应用

第06章 模拟集成电路及其应用

版权：孙文生
6.4.2 集成运放的基本输入方式

同相输入
电压串联负反馈
虚短： vN 虚断：
vP vI i N iP 0
vI i1 R1 v v iF O I RF
基本同相输入放大电路
输出量与输入量存在比例关系， 可实现比例运算。
版权：孙文生
版权：孙文生
版权：孙文生
6.2.1 输入失调参数

输入失调电压VIO

A741典型值：1mV
输入电压为零时，为使运放输出电压为零，在输入端所加的 补偿电压，是表征运放内部电路对称程度和电平配合情况的 指标。
A741典型值：80nA

输入偏置电流IIB

当输出电压为零时两输入端静态电流的平均值。
版权：孙文生
SR = 120V/ μ s BWG = 20 MHz
SR = 2200V/ μ S
f H 600MHZ
SR = 1800 V/ μ S BWG 8000 MHZ SR = 17 V/ μ S BWG 63 MH Z BWG 20 MH Z SR = 50 V/ μ S
版权：孙文生

工作在传输特性的线性区 构成深度负反馈电路


线性放大电路：实现信号的放大。
运算电路：实现信号的运算。 利用虚短、虚断的概念解题。

运放的非线性应用

工作在传输特性的限幅区 处于开环或者正反馈工作状态
版权：孙文生
版权：孙文生
版权：孙文生
6.4.2 集成运放的基本输入方式

反相输入
电压并联负反馈
版权：孙文生
版权：孙文生
版权：孙文生

精品课件-模拟电子线路及技术基础(第二版)-第六章

精品课件-模拟电子线路及技术基础(第二版)-第六章

第六章 集成运算放大器电路原理 四. CMOS运放举例
第六章 集成运算放大器电路原理
第六章 集成运算放大器电路原理
第六章 集成运算放大器电路原理
第六章 集成运算放大器电路原理 三.CMOS差动放大器
第六章 集成运算放大器电路原理
每一种知识都需要努力， 都需要付出，感谢支持！
第六章 集成运算放大器电路原理
20 lg
|
Aud Auc
| (dB)
双端输出
KCMR
单端输出
6.3.3 具有恒流源第的六差章动放集大成电运路算放大器电路原理
1.工作点 3.共模抑制比 5.输出电阻
2.差模放大倍数 4.差模输入电阻
6.3.4 差第动六放章大器集的成传运输算特放性大器电路原理
iC1,2 f uid u0 F uid
i I euBE1 UT
C1
s
i I euBE 2 UT
C2
s
公式推导：
ic1 ic2 I
第R六C 章 集成R运C UC算C 放大器电路原理
i (1 i ) I iC1 ＋ uo － iC2
c2 c1
i ＋
V1
V2
c1
u－id
I
－UEE
I
I
I
ic1 1 ic 2 ic1
uBE 2 uBE 1
IC3
所以
IC3
2 2 2 2
2
Ir
Ir
第六章 集成运算放大器电路原理
6.有源负载放大器
第六章 集成运算放大器电路原理
6.3 差动放大器
第六章 集成运算放大器电路原理
6.3.1 直接耦合放大器的”零点漂移”积累现象

模拟电路课件讲义6模拟集成电路

模拟电路课件讲义6模拟集成电路

共模信号
AVD
=
vo vid
共模信号输出 差模电压增益
AVC
=
vo vic
共模电压增益
+
+
+ -vid -vid
差放 差放(a)
+
-vo
+
vi1 +
+ vo1
-
+v-vidi2
差放
vo2 -
-
差分-式放大电路输(入b输) 出结构示意图
差模等效输入方式
总输出电压 vo = vo
根据1、2两式又有
KCMR =
Rc 2ro
Rc1
T1 2ro
Rc2
T2 2ro
ro AVC1 抑制零漂能力增强
23
（3）共模抑制比
KCMR
AVD AVC
K CMR
20lg
AVD AVC
dB
双端输出，理想情况 KCMR
单端输出
K CMR
AVD1 AVC1
Rc / Rc Rc 2ro ro
2rbe 2ro 2rbe Rc
1. 镜像电流源 2. 微电流源 3. 电流源用作有源负载
1. 镜像电流源
设T1﹑ T2参数完全相同。 β 1= β 2，ICEO1 = ICEO2 ， VBE1=VBE2 ， IE1 =IE2 ， IC1=IC2
Vcc
IC2 ＝ IC1 ≈ IREF
＝（Vcc—VBE）/ R
IREF
R
Rc
IC2
+
vo
－
—VEE
35
1.电路分析 Ro1
iC1 R1 iC2 R2
+vi1 T1

电子线路基础课件第6章模拟集成电路原理及其应用


号相反，即
ui
iB1
iB2
Rs
2 hie
输入电压的增量为
ui ui1ui22iB1(Rshie) uo uC1uC2 2hfeRCiB1
第6章 模拟集成电路原理及其应用
由于输出电压取自两管集电极之间，输出端任一端均不 接地，这种输出形式称作双端输出。于是差动放大器双端输出 电压放大倍数为
Auduuoi
图中REE为射极耦合电阻，假设电路完全对称，则两管的 静态工作电流为
IE1
IE2
EE UBE
Rs
1
2REE
通常，［Rs/(1+β)］<< 2REE， 故有
IE1
IE2
EE 0.7 2REE
第6章 模拟集成电路原理及其应用
1) REE
差模信号：输入信号为Δui1=-Δui2, 即两管输入信号大小相 等、相位相反，我们把这样一对信号称为差模输入信号，记 为Δuid。
ui1
ui＋ 2－ ＋
ui 2－
ui2
Rs iB1 hie
hfe iB1
Rs hie
hfe iB2
Rid
iB2
图 6-4 差动放大器增量等效电路
uC1 ＋ RC
uo
RC － uC2
Ro
第6章 模拟集成电路原理及其应用
1) 电压放大倍数Aud 由图6-4不难看出，两管的基极电流增量大小相等、符
第6章 模拟集成电路原理及其应用
6.2 直流信号的放大
1. 级与级之间的直流工作状态互相影响
RB1 RC1
Rs V1
RC2
V2 RE1
＋EC RC3
＋
V3 RE2
Uo －

模拟电子线路第6章集成电路运算放大器


电路组成及工作原理 抑制零点漂移原理
主要指标计算
几种方式指标比较
6.3.3 FET差分式放大电路
6.3.4 差分式放大电路的传输特性
6.3.1 概述
1. 直接耦合放大电路
既可放大直流信号，也可放 大交流信号 鉴于集成工艺难以制作电感 和较大的电容，集成运算放 大器都要采用直接耦合方式
RL中点为交流地点位
<B> 双入、单出
AVD1
=
vo1 vid

v o1 2 v i1

1 2
AVD


Rc 2 rbe
接入负载时
AVD=(R2cr/b/eRL)
3. 主要指标计算
（1）差模电压增益
<C> 单端输入
ro re(发射结电)阻
可认为ro支路开路， 指标计算与双端输入相 同
（2）共模电压增益
假设 AV1=100,
AV2=100AV ,3=1。
漂移 1 V+ 10 mV
若第一级漂了100 uV，
则输出漂移 10 mV 。
若第二级也漂
漂了 100 uV
了100 uV，
则输出漂移 1V+10 mV 。 第一级是关键
漂移 1 V+ 10 mV
3. 减小零漂的措施
用非线性元件进行温度补偿
采用差分式放大电路
（2） R0对共模信号有抑制作用（原理同上，长尾 电阻越大，差放抑制共模信号的能力越强）
（3） R0对差模信号相当于短路
设 ui1 =- ui2 ， ui1 ,ui2
ib1 ,ib2
ie1 ,ie2
ie1 = - ie2

第六章模拟集成电路设计1PPT课件

推得 T3~T6的电流分别 1、 2、 为 4、 8毫 ：安
T1电流放大，以减少从参考电流中分出的基极电流。 使一个参考电流较准确地控制多个电流源
2020/8/2
专用集成电路设计实验室
20
四川大学物理科学与技术学院
3、微电流恒流源（Widlar源）
V B1 E V B2 EIE2R e2
Re2
VBE1VBE2 IE2
16
四川大学物理科学与技术学院
基本型恒流源 r
1. 镜像电流源
基准电流：
IREF=Ir
VCCVBE R
V CC R
因为：VB E2=VB E1 IE2 = IE1
所以：IC2 =IC1 IREF
最后得到公式6-29
R上 r 电流I的 r T 变 管 2化 基极 I变 2 r 化
增加了双极型晶体管工作点的稳定性
四川大学物理科学与技术学院
模拟集成电路
2020/8/2
专用集成电路设计实验室
1
四川大学物理科学与技术学院
第一部分
整体概述
THE FIRST PART OF THE OVERALL OVERVIEW, PLEASE SUMMARIZE THE CONTENT
专用集成电路设计实验室
2
四川大学物理科学与技术学院
集成电路概述
• 模拟IC就是能对模拟量进行运算和处理的一种IC， 直接对连续可变的模拟量进行计算与处理
• 模拟集成电路的种类
– 根据输入、输出电压的变化关系分类
• 线性IC：输出信号随输入信号的变化成线性关系 • 非线性IC：具有非线性的传输特点 • 接口电路：AD/DA转换器
– 按工作频率分类
• 低频、高频、射频、微波、毫米波

模拟集成电路(课件)

16
−3
Φ B = Φ F (p ) − Φ F (n ) = 0.53 − (− 0.35) = 0.88V
P-N结耗尽区
耗尽区宽度：
⎤ ⎡ 2ε 0ε si Φ B NA xn = ⎢ ⎥ q N D (N A + N D )⎦ ⎣
1 2
⎤ ⎡ 2ε 0ε si Φ B ND xp = ⎢ ⎥ q N A (N A + N D )⎦ ⎣
– CAD
• 难以利用自动设计工具
模拟集成电路设计步骤
模拟集成电路设计步骤
电路设计
物理版图设计
根据工艺版图设计规则设计器件、器件之间的互联、 电源和时钟线的分布、与外部的连接。
电路测试
电路制备后对电路功能和性能参数的测试验证。
层次设计
描述格式 设计 电路层次 系统 系统说明/仿真 Matlab、ADMS… 电路性能 netlist /simulation 版图布局 layout 参数化模块/单元 layout 行为模型 物理 模型
P-N结
• 讨论P-N结反偏和耗尽区电容对了解寄生电容是 十分重要的
– 假定P是重掺杂，N是轻掺杂。
E
P+
Xp Xn
N−
耗尽区
– 空穴从P扩散到N区，留下固定的负电荷。在N区同样 会留下固定的正电荷，在界面处建立了电场。 扩散电流 = 漂移电流
P-N结耗尽区
PN结内建势
kT N A N D Φ B = Φ F (p ) − Φ F (n ) = ln q n i2
半导体器件和模型
• 半导体PN结 • MOS器件
– 基本概念 – 阈值电压 – I/V特性 – 二级效应 – 器件模型
本征半导体
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vo1 vi1
vo2 vi2
RC + vo - RC
2vo1 2vsd1
Avd1
(R
c
//
RL 2
)
R s rbe RS
T1
Rv-+oL1
RL
+ v-o2
T2 RS
(2)差模输入电阻
Rid 2Rs rbe
+
vi1-
Vsd1=(vi1-vi2)/2Re
-(vi1-vi2)/2=Vsd2
+
3、产生零漂的原因
（1） 温度的变化——最主要。
（2） 电源电压的波动。
（3） 电路元件参数的变化。
4、减少零漂的措施
（1） 选用高质量的硅管，并用温度补偿电路。
（2） 采用调制的方式。
（3） 采用差分放大电路。
6.1.2 基本差动放大器——长尾式差放
一、 组成
对称的两个共射电路通过射极公共电阻耦合而成
第六章
模拟集成电路
第六章 模拟集成电路
§ 6.1 直流放大器 § 6.2 集成电路运算放大器
前后级Q点相互影响
Rb1
RC1
300k 3k
T1 vi β=50
Rb2
RC2
300k 3k
T2 β=50
设两个管子的特性参数相 同，
+Vcc=12v 则Vb1=Vb2=0.7v
Vc1=Vc2=Vcc-IcRc
动态电阻大 直流电阻小
RS VCC
RS
+
vi1
R
-
IE T3
+
vi2
-
vZ
Re
–VEE
三极管基本电流源
分压偏置基本放大电路
Vcc
Vcc
Ib
Io
Rb1
Rc Io Rb1
Rc Io
rbe
Ib rce
+
T
T
Rb
Rc
Vo
Rb2
Re vZ
Re
Re Ie
三极管电流源
Ro
IE Rb2 VCC/ Rb1 Rb2
二、动态计算（AV、Ri、Ro）
(一）差模参数（AVd、Rid、Ro） （二）共模参数（AVc、Ric、Ro）
与差放接法有关
四种接法
1. 双入双出 2. 双入单出 3. 单入双出 4. 单入单出
(一）差模参数（AVd、Rid、Ro）
①双入双出差放
(1) Avd——差模电压放大倍数
VCC
Avd
vo vi1 vi2
v+-vvv+-o+-+-o1oo1
vv++--oo22
TT2TT2 22
2、大Re (单出)
RSRRRSSS
RRSRSRSS
共模信号放大 倍数极小！
• 放大差模
vi1vvvi+-1ii11+-+-+-
2m2VmV 101118m0808m0mmmVmmVVVVVV
2Re RRReee ––––VVVVEEEEEEEE
Re –VEE
T2
RS
+
vi2
-
(3)输出电阻 R o R c
③单入双出 ④单入单出
单入=双入
Rs rbe Re 1
故： Re 对 Ie 分流 极小，可忽略！
vi1 = －vi2 = vi /2
T1
+
RS
+
vi1 -
vi
-
T2
-
vi2 RS
+
Re
–VEE
T1
RS
+
+
vi1
-
Ie
vi
-
T2
-
VBE (VEE ) Re
RC + vo - RC
= 0 VBE (VEE ) = VEE VBE
T1
+ v- o1
+ v-o2
T2
Re
Re
RS
RS
IC1
=
IC2
IRe 2
IB1
=
IB2
IC1
+ vi1-
+
Re
vi2
-
–VEE
VCE = VC VE = (VCC ICR c ) (VBE ) VCC ICR c VBE
其中ro是电流源的 内阻，即从集电极 看进去的交流等效 电阻。
T3
IREF
+
R vO
-
T2 T1 RL
而用电阻Rc作负 载时由于ro >> Rc所以有源负载 + 大大提高了放大 vI 电路的电压增益。
-
VBB
VCC
恒流源电流：
IE
VZ
- VBE 3 Re
IC1=IC2=IE/2
RC + vo - RC
RC RS
vo
RC
RS
T1
T2
vi1
vi2
RE
–VEE
为了使左右平衡，可 设置调零电位器:
作业:P316: 6.2.2, 6.2.3 P317: 6.2.5
6.1.3 带恒流源的差动放大器
VCC
长尾式差放的缺点：
KCMR
Q不变
Re
VEE
RC + vo - RC
T
1
+ v-o1
+ v-o2
T2
恒流源特点：
A vd
(Vi1
Vi
2
)
A vc
(
Vi1
2
Vi
2
)
Avd (Vi1 Vi2 )
vo1 vo2
vi1 vo1 vvo2oviV1 sd
vi2
vi2
四、 特点
VVVCCCCCC
VCC
• 抑制共模(零漂、干扰)
1、对称性(双出)
RRRCRCCC ++ vvoo -- RRRRCCCC
T1TTT111
T
1
+ v-o1
+ v-o2
T2
RS VCC
RS
+
vi1
R
-
IE
T3
+
vi2
-
vZ
Re
Ric 1 rbe (1 )2ro
2
–VEE
VCC
1 2 3 50
VB3=?
rce 200 k VE3=?
Rc1 Rc2
IE3=?
4.7k 4.7k
T1
T2
1R0S0
Re1 A Re2 100 100
桥式测量电路
§ 6.1 直流放大器
6.1.1 概 述 一、特点（实质）
fL =0
直接耦合
二、存在问题
vi1
零漂严重！
三、解决
vi2
采用差动放大器
差动放大 vo
vo = Ad (vi1 - vi2)
1、什么是零点漂移
vo
在直流放大电路中，我们把
输入信号为零时，输出电压
偏离其初始值的现象称为零
点漂移。
Re Rs rbe
差放输出：
or Vo AvdVsd AvcVsc
Vo AvdVsd AvcVsc
A vd
(Vi1
Vi
2
)
A vc
(
Vi1
2
Vi
2
)
Avd (Vi1 Vi2 )
A vd Vsd
(1
A vc Vsc A vd Vsd
)
A vd Vsd
(1
Vsc KCMR Vsd
)
+VCC
1=2=
Re(阻值大，故称长尾) VCC
VBE1=VBE2= VBE rbe1= rbe2= rbe ICBO1=ICBO2= ICBO RC1=RC2= RC Rs1=Rs2= Rs
RC T1
+ vo - RC
+ v- o1
+ vo2
T2
-
RS
RS
+ vi1
-
+
Re
vi2
-
–VEE
二、 输入和输出方式
R1 //) 2(1 )ro
-
T2 Re2
IE2
微电流源
IO
IC 2
I eVBE 2 /VT S
VBE1 VT ln( IREF ) IS
VBE2 VT ln( IO )
IS
IREF VCC VBE IO Re 2 VT ln( IREF )
R
IO
多路电流源
IREF R
Ic
T
Re
Vcc
T0
Ic1 Ic2 Ic3
∑IB T1
两个输入端：
VCC
双端输入 单端输入
两个输出端：
双端输出 单端输出
四种接法： 双入双出 双入单出
RC T1
+ vo - RC
+ v- o1
+ vo2
T2
-
RS
RS
+ vi1-
+
Re
vi2
-
–VEE
单入双出 单入单出
三、 差模信号和共模信号
差模信号
共模信号
大小相等，极性相反
vsd1= - vsd2
大小相等，极性相同
vi2 RS
+
Re
（二）共模参数（AVc、Ric、Ro）