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非理想对称差动放大器的设计与仿真 实验目的：（1）熟悉PSPICE 软件的使用方法；（2）运用PSPICE 软件对非理想差动放大器进行设计与仿真；实验内容：1 电路参数设置已知参数指标: K R C 51=，K R C 5.52=，,1001=F β,1102=F βA S 151105-⨯=I ，A S 152105.5-⨯=I , 3Q ,4Q 的100=F β, I A S 15105-⨯=。
晶体管的选择:根据分析，选用元件库中的晶体管Q2N2222和Ｑ2N3904。
输入电压的选择:根据分析，选用元件库中的VDC ，VSIN ，VSRC ，VSTIM 。
输入电阻的选择:根据分析，选用元件库中的Rbreak ，R 。
2 电路的直流分析的部分输出图1 设计电路图如上图1，差动放大电路中输入交流电压为1V ，-1V .在差动晶体管中由于配对晶体管参数失配和集电极负载电阻C R 失配使差动放大电路的性能变差，主要表现为：当输入加差模信号时输出会产生共模分量，当输入加共模信号时会产生差模分量.如果下一级也是差动放大电路，这种差模输入－共模输出或共模输入－差模输出的转换对整个放大电路的性能将产生十分不利的影响。
以下通过电路来分析讨论这一问题。
图2 差分放大电路直流工作点各个晶体管直流工作点见附录2，其上半部分为三极管的直流偏置情况。
IC 行列出了四个晶体管的工作电流分别为10.405CQ I MA =,20.444CQ I MA =, 30.861CQ I MA =,40.983CQ I MA =。
而IB,VBE,VBCVCE 为三极管的其他直流工作点参数。
图3 直流传输特性图3是当输入信号V1由0.125+变化时，输出电压V01和V02的变--0.125化曲线。
利用直流扫描分析可以清楚地看到直流传输特性，为分析电路直流工作状态提供方便。
3 交流小信号分析图4 差模输出曲线如上图为输入差模信号时输出电压曲线。
模拟集成电路设计教学大纲目录一、课程开设目的和要求2二、教学中应注意的问题2三、课程内容及学时分配2第一章模拟电路设计绪论2第二章MOS器件物理基础2第三章单级放大器3第四章差动放大器3第五章无源与有源电流镜3第六章放大器的频率特性3第八章反馈3第九章运算放大器3高级专题3四、授课学时分配4五、实践环节安排4六、教材及参考书目5课程名称：模拟集成电路设计课程编号：055515英文名称：Analog IC design课程性质：独立设课课程属性：专业限选课应开学期：第5学期学时学分：课程总学时___48,其中实验学时一-一8。
课程总学分--3学生类别：本科生适用专业：电子科学与技术专业的学生。
先修课程：电路、模拟电子技术、半导体物理、固体物理、集成电路版图设计等课程。
一、教学目的和要求CMOS模拟集成电路设计课程是电子科学与技术专业（微电子方向）的主干课程，在教学过程中可以培养学生对在先修课程中所学到的有关知识和技能的综合运用能力和CMOS模拟集成电路分析、设计能力，掌握微电子技术人员所需的基本理论和技能，为学生进一步学习硕士有关专业课程和日后从事集成电路设计工作打下基础。
二、教学中应注意的问题1、教学过程中应强调基本概念的理解，着重注意引导和培养学生的电路分析能力和设计能力2、注重使用集成电路设计工具对电路进行分析仿真设计的训练。
3、重视学生的计算能力培养。
三、教学内容第一章模拟电路设计绪论本课程讨论模拟CMOS集成电路的分析与设计，既着重基本原理，也着重于学生需要掌握的现代工业中新的范例。
掌握研究模拟电路的重要性、研究模拟集成电路以及CMOS模拟集成电路的重要性，掌握电路设计的一般概念。
第二章MOS器件物理基础重点与难点：重点在于MOS的I/V特性以及二级效应。
难点在于小信号模型和SPICE模型。
掌握MOSFET的符号和结构，MOS的I/V特性以及二级效应，掌握MOS 器件的版图、电容、小信号模型和SPICE模型，会用这些模型分析MOS电路。
《模拟集成电路设计》课程教学大纲一、课程基本信息1、课程编码：2、课程名称（中/英文）：模拟集成电路设计/ Design of Analog integrated Circuits3、学时/学分：56学时/3.5学分4、先修课程：电路基础、信号与系统、半导体物理与器件、微电子制造工艺5、开课单位：微电子学院6、开课学期（春/秋/春、秋）：秋7、课程类别：专业核心课程8、课程简介（中/英文）：本课程为微电子专业的必修课，专业核心课程，是集成电路设计方向最核心的专业课程之一。
本课程主要介绍典型模拟CMOS集成电路的工作原理、设计方法和设计流程、仿真分析方法，以及模拟CMOS集成电路的最新研发动态。
通过该课程的学习，将为学生今后从事集成电路设计奠定坚实的理论基础。
9、教材及教学参考书：教材：《模拟集成电路设计》，魏廷存，等编著教学参考书：1）《模拟CMOS集成电路设计》（第2版）.2）《CMOS模拟集成电路设计》二、课程教学目标本课程为微电子专业的必修课，专业核心课程，是集成电路设计方向最核心的专业课程之一。
通过该课程的学习，将为学生今后从事集成电路设计奠定坚实的理论基础。
本课程主要介绍典型模拟CMOS集成电路的工作原理、设计方法和设计流程、仿真分析方法，以及模拟CMOS模拟集成电路的最新研发动态。
主要内容有：1）模拟CMOS集成电路的发展历史及趋势、功能及应用领域、设计流程以及仿真分析方法；2）CMOS元器件的工作原理及其各种等效数学模型（低频、高频、噪声等）；3）针对典型模拟电路模块，包括电流镜、各种单级放大器、运算放大器、比较器、基准电压与电流产生电路、时钟信号产生电路、ADC与DAC电路等，重点介绍其工作原理、性能分析（直流/交流/瞬态/噪声/鲁棒性等特性分析）和仿真方法以及电路设计方法；4）介绍模拟CMOS集成电路设计领域的最新研究成果，包括低功耗、低噪声、低电压模拟CMOS集成电路设计技术。
电路Ch电路集成电路设计基础Ch集成电路设计基础7.1集成电路计算机辅助电路模拟程序SPICE •SPICE已经被广泛的接受为集成电路模拟的标准软件。
•Cadence公司的Spectro，Mentor Graphics公司的Eldo和Agilent公司的ADS等，其核心程序都包括SPICE的功能的7.2采用SPICE的采用SPICE电路设计流程图7.17.3电路元件的SPICE输入语句格式7.3.1标题、结束和注释语句7.3.2基本元件语句电阻R电容C和电感L互感M无耗传输线线性电压控制电流/电压源线性电流控制电流/电压源独立电源PULSE SIN EXP PWL SFFM7.3.3半导体器件•器件常常用一套器件模型参数来进行定义。
因此，需要用一条独立的.MODEL语句来定义一套器件模型参数,并指定一个专用的模型名。
然后，SPICE中的器件描述语句就可以引用这个模型名。
二极管D双极结型晶体管BJT结型场效应管JFET与MESFETMOSFET MESFET7.3.4模型语句•模型语句的通用格式为：.MODEL MNAMETYPE(PNAME1=PVAL1,PNAME2=PVAL2,…)例句:.MODEL MODE1NPN BF=50,IS=1E-13,VBF=50·二极管模型·双极结型晶体管BJT模型·结型场效应JFET(NJF/PJF)模型·MESFET(NMF/PMF)模型（SPICE3.X）·MOSFET模型SPICE 集成电路分析程序与集成电路分析程序与MOSFET MOSFET 模型HSpice HSpice中常用的几种中常用的几种MOSFET MOSFET模型模型Level=1Shichman-Hodges Level=2基于几何图形的分析模型Grove-Frohman Model (SPICE2G)Level=3半经验短沟道模型(SPICE 2G)Level=49BSIM3V3 BSIM,3rd,Version 3Level=50Philips MOS9MOSFET一级模型(Level=1)描述I和V的平方率特性,它考虑了衬底调制效应和沟道长度调制效应.•非饱和区•饱和区KP=µ Cox本征跨导参数Cox=ox/Tox单位面积的栅氧化层电容LO有效沟道长度,L 版图栅长,LD沟道横向扩散长度MOSFET MOSFET一级模型一级模型((Level=1)(续)·MOSFET的阈值电压V to 本质上由栅级上的电荷,绝缘层中的电荷和沟道区电荷之间的平衡决定的,表达式为:V TO 是V bs =0时的阈值电压V bs 是衬底到源区的偏压为体效应阈值系数,它反映了V to 随衬-源偏置V bs 的变化,表达式为:MOSFET MOSFET一级模型一级模型((Level=1)(Level=1)(续续)·N SUB 为衬底(阱)掺杂浓度,它也决定了体内费米势 F当半导体表面的费米势等于 F 时,半导体表面处于强反型,此时表面势PHI=2 Fn型反型层PHI>0,p型反型层PHI<0·V FB 称之为平带电压,它是使半导体表面能带和体内能带拉平而需在栅级上所加的电压.M S 为栅金属与半导体硅的功函数之差除以电子电荷.其数值与硅的掺杂类型,浓度以及栅金属材料有关.V FB = MS Q SS /C OXMOSFETMOSFET一级模型一级模型((Level=1)(Level=1)(续续)·栅材料由模型参数TPG决定.·栅氧化层与硅半导体的表面电荷密度QSS =qNSSNS S为表面态密度,其模型参数为NSS.N沟道硅栅增强型MOSFET:VF B-1.2V,PHI 0.6VN沟道硅栅耗尽型MOSFET:VF B-0.6 0.8V·模型参数LAMBDA( )为沟道长度调制系数.其物理意义为MOSFET进入饱和区后单位漏-源电压引起的沟道长度的相对变化率.MOSFET一级模型直流特性涉及的模型参数VTO VTO衬底零偏置时源阈值电压KP本征跨导参数GAMMA 体效应阈值系数PHI2F强反型使的表面势垒高度LAMBDA 沟道长度调制系数UOµo /µn表面迁移率L沟道长度LD沟道长度方向上横向扩散长度W沟道宽度·VTO,KP,GAMMA,PHI,LAMBDA是器件参数.·TOX,TPG,NSUB,NSS是工艺参数.·若用户仅给出了工艺参数,SPICE会计算出相应的器件参数.IS:衬底结饱和电流(省缺值为0)JS衬底结饱和电流密度N:衬底PN结发射系数AS:源区面积PS:源区周长AD:漏区面积PD:漏区周长JSSW:衬底PN结侧壁单位长度的电流上列8个参数用于计算1)衬底电流2)衬-源PN结漏电流3)衬-漏PN结漏电流其中,I ss =AS JS +PS JSSW I ds =AD JS +PD JSSWI b =I bs +I bdMOSFET二级模型方程•取消了渐变沟道近似分析法中的一些简化假设。
模拟集成电路中的基本元器件提要z MOS管概述、基本工作原理、大信号特性、管概本作大信特性电容特性小信号等效模型非想效应电容特性、小信号等效模型、非理想效应、描述MOS管性能的电路参数z双极晶体管的大信号特性、小信号等效模双极晶体管的大信号特性小信号等效模型z集成电阻器z集成电容器MOS 管概述、基本工作原理、大信号特性电容特性小信号等效模型z B.Razavi,“Design of Analog CMOS 性、电容特性、小信号等效模型,g g Integrated Circuits”,§2.1、§2.2、§2.4MOS管概述耗尽型器件NMOS：B接V SSPMOS：B接V DDMOS管概述MOS管的基本工作原理MOS管的基本工作原理（续）MOS管的基本工作原理（续）MOS管的基本工作原理（续）MOS管的大信号特性MOS管的电容效应CWLMOS管的电容效应MOS管的常用小信号模型（饱和区）MOS管的完整小信号模型MOS管的非理想效应y,y gz P.R.Gray,“Analysis and Design of Analog Integrated Circuits”,§1.7、§1.8v E c≈MOS 管的电压限制z pn 结击穿：漏－衬底pn 结由于雪崩效应而击穿，非破坏性z 源漏穿通：源漏极的耗尽区相连，电流逐渐增加，非破坏性z 热载流子：由于水平或垂直电场的作用，热载流子获得足够的速度注入氧化层增加栅电流改变阈获得足够的速度注入氧化层，增加栅电流，改变阈值电压，破坏性氧化层击穿z 氧化层击穿：垂直场，破坏性，ESD 保护cm V cm V /107~/10666××描述OS管性能的电路参数MOS结果说明MOS 晶体管的特征频率11()i gs gd v i C C s=+m T g C ω=1m g =v g i ≈C +2T f C C π+()()()j j i j C C j βωωωω===+i gs gd特征频率仿真结果说明道2z 长沟道、饱和区：m o ov g r V λ=结果说明描述MOS管性能的电路参数提要z MOS管概述、基本工作原理、大信号特性、管概本作大信特性电容特性小信号等效模型非想效应电容特性、小信号等效模型、非理想效应、描述MOS管性能的电路参数z双极晶体管的大信号特性、小信号等效模型双极晶体管的大信号特性小信号等效模型z集成电阻器z集成电容器P.R. Gray, “Analysis andDesign of Analog IntegratedD i f A l I t t dCircuits”, §1.3、§1.4双极晶体管概述βnpn 管的Early 效应I CEC C V I ∂/npn 管在饱和区的大信号模型=)(on BE BE V V )3.0~05.0(~)(V V V V V V V sat CE BC BE BE CB CE =−=+=V BE双极晶体管的寄生效应集成pnp管z水平pnp管：电流增益低，电流增益随集电极电流的升而很快下降处电流能力弱电流的上升而很快下降，处理电流能力弱集成pnp管z衬底pnp管：仅限于源跟随器配置，集电极寄生电阻大')1()('2DS t GS D k V V V W k I λ=+−=22LBJT与MOS管的异同：小信号模型rπ→∞器件模型的选择z手工分析和设计的目的：直观理解电路特性，设计过手工分析和设计的目的直观理解电路特性设计过程的初始化z总原则：在保证分析结果抓住电路主要特性的前提下，器件模型越简单越好，允许手工分析结果具有10-20%的偏差z静态工作点分析（一般情况下）初始分析可以忽略沟道长度调制效应和衬偏调制效应（Early效应），了解基本特性后再考虑这些二阶效应的影响E l效应）z小信号分析（一般情况下））除非晶体管漏端（集电极）所接阻抗足够高（>100kΩ），初始分析可以忽略晶体管输出阻抗ro。
12v开关电源电路设计及电路图分析想学好电路设计，就需要了解相关知识，那么12v开关电源的电路设计是怎么样的呢？以下是店铺为你整理推荐12v开关电源电路设计，希望你喜欢。
12v开关电源电路设计描述该开关电源属于小功率开关电源，输入220V交流市电，输出12V 直流电，最大输出电流1.3A,主要应用于小型设备的供电，比如楼宇监控设备等。
其电原理图如图1所示。
其控制核心器件为脉宽调制集成电路TL3843P(内含振荡器、脉宽调制比较器、逻辑控制器，具有过流、欠压等保护控制功能，最高工作频率可达500MHz.启动电流仅需ImA)。
各引脚功能如下：(1)脚是内部误差放大器的输出端，通常与(2)脚之间有反馈网络，确定误差放大器的增益。
(2)脚是反馈电压输入端，作为内部误差放大器的反相输入端，与同相输入端的基准电压(+2.5V)进行比较，产生误差控制电压，控制脉冲宽度。
(3)脚过流检测输入端，当接人的电压高于1V时，禁止驱动脉冲的输出。
(4)脚为RT/RC定时电阻和电容的公共接人端，用于产生锯齿振荡波。
(5)脚为接地端。
(6)脚为脉宽可调脉冲输出端。
(7)脚为工作电压输入端(10V>Vi≤30V)。
(8)脚为内部基准电压(VREF=5v)输出端。
12v开关电源电路设计图12v开关电源电路设计步骤一、输入与整流电路220V交流市电经O.IA保险管Fl及正温度系数热敏电阻PT1进入交流输入电路，交流输入电路由Cl和L构成，为一低通滤波器。
其主要作用是抗干扰、抑制杂波。
它既阻止市电网中高频干扰脉冲进入开关电源电路，叉阻止开关电源产生的高频干扰谐波进入市电网。
经过低通滤波器滤除了高频杂波的220V交流电，由ED1全桥整流。
C2滤波后，在C2两端得到约300V的直流电压。
该电压经开关变压器初级线圈后作为功率开关管Ql的工作电源;经R2到电容C4作为脉宽调制集成电路TL3843P的启动电源。
二、启动与稳压电路经整流滤波的300V电压：一路经开关变压器Tl的1~2绕组加到功率开关管Ql(K3326)的漏极，另一路经启动电阻R2加到U1(TL3843)的(7)脚，作为主控制芯片TL3843P的启动电源。
