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1、第9讲 模拟集成电路基础,3.1概述,集成电路是一种将“管”和“路”紧密结合的器件，它以半导体单晶硅为芯片，采用专门的制造工艺，把晶体管、场效应管、二极管、电阻和电容等元器件及它们之间的连线所组成的完整电路制作在一起，使之具有特定的功能。集成电路体积小、重量轻、耗电少、可靠性高，已成为现代电子器件的主体。集成电路分数字与模拟两大类。,集成电路体积小、重量轻、耗电少、可靠性高，已成为现代电子器件的主体。集成电路分数字与模拟两大类。,模拟集成电路的种类很多，有集成运算放大器(简称集成运放)，集成功率放大器，集成模拟乘法器，集成锁相环，集成稳压器等。在模拟集成电路中，集成运算放大器是最为重要、用途最
2、广的一种，这里主要介绍集成运放的内部电路、工作原理、性能指标及常用等效模型。,（1）集成电路中的元器件是在相同的工艺条件下做出的，邻近的器件具有良好的对称性，而且受环境温度和干扰的影响后的变化也相同，因而特别有利于实现需要对称结构的电路。,（2）集成工艺制造的电阻、电容数值范围有一定的限制。集成电路中的电阻是使用半导体材料的体电阻制成的，因而很难制造大的电阻，其阻值一般在几十欧姆到几十千欧姆之间;集成电路中的电容是用PN结的结电容作的。,（3）集成工艺制造晶体管、场效应管最容易，众多数量的晶体管通过一次综合工艺完成。集成晶体管有纵向NPN型管(值高、性能好)、横向PNP 型管(值低、但反向耐压
3、高）和场效应管，另外，集成工艺比较容易制造多极晶体管，如多发射极管、多集电极管等。集成二极管、稳压管等一般用NPN管的发射结代替。,3.1.1 集成电路中的元器件特点,（1）利用元器件参数的对称性来提高电路稳定性,（2）利用有源器件代替无源元件,（3）一般采用直接耦合方式,3.1.2 集成电路结构形式上的特点,（4）采用较复杂的电路结构,（5）适当利用外接分立元件,根据集成工艺的特点，模拟集成放大电路中的偏置电路、集电极或发射极负载等，一般采用晶体管电流源。这不仅能使电路性能具有不随温度及电源电压变化而变化的良好稳定性(做偏置)，而且能获得高增益、大动态范围的特性(做有源负载)。,3.2 晶体
4、管电流源电路及有源负载放大电路,电流源电路是指能够输出恒定电流的电路。由第1章晶体管的特性已知，晶体管本身便具有近似恒流的特性。,在集成电路中，常用的电流源电路有：镜像电流源、精密电流源、微电流源、比例电流源和多路电流源等。它主要提供集成运放中各级合适的静态电流或作为有源负载代替高阻值电阻，以提高放大电路的放大倍数。,3.2.1 电流源电路,1.镜像电流源,条件：两管参数对称,2.改进型镜像电流源,3.比例电流源,4.多路电流源,3.5 集成运放的基本知识,一、通用型集成运放(Operational Amplifier)的组成,1.模拟集成电路的特点,1)直接耦合：,采用差分电路形式，元件相对
5、误差小；,2)大电阻用恒流源代替，大电容外接；,3)二极管用三极管代替(B、C 极接在一起)；,4)高增益、高输入电阻、低输出电阻。,2.组成方框图,输入级：,差分电路，大大减少温漂。,中间级：,采用有源负载的共发射极电路，增益大。,输出级：,OCL 电路，带负载能力强,偏置电路：,镜像电流源，微电流源。,输入级,T1T7 共集-共基组合差分电路,3、通用型集成运算放大器 F007 电路简介,T5-T7,有源负载,构成双端变单端电路,中间级,T16、T17,复合管，共发射极,具有高增益,输出级,甲乙类互补对称功率放大电路(OCL),T18 T19、T14,偏置电路,T11 T12,F007的结
6、构框图,3.6.主要性能指标,1)输入失调电压 U IO,使 UO=0，输入端施加的补偿电压,2)输入偏置电流 I IB,几毫伏,UO=0 时，,10 nA 1 A,3)输入失调电流 IIO,UO=0 时，,1 nA 0.1 A,4)开环电压增益 Aud,100 140 dB,5)差模输入电阻 R id,输出电阻 Ro,几十千欧 几兆欧,几十欧 几百欧,6)共模抑制比 KCMR,80 dB,7)最大差模输入电压 UIdM,共模输入 U IC 过大，K CMR下降,当 UId 过大时，反偏的 PN 结可能因反压过大而被击穿。,NPN 管 UIdM=5 V横向 PNP 管 UIdM=30 V,CF
7、741 为 30 V,8)最大共模输入电压 UICM,9)最大输出电压幅度 UOPP,输出级为 OCL 电路,一般比电源电压小一个 UCE(sat)如电源电压 15 V，U OPP 为 13 14 V,CF741 为 13 V,二、集成运放使用注意事项,(一)集成运放的封装和引脚排列,封装形式:,金属圆形、双列直插式、扁平式,封装材料:,陶瓷、金属、塑料,例:,塑封双列直插式(DIP)CF741,DIPDual In-Line Pakage,(二)集成运放使用注意事项,1.查阅手册了解引脚的排列及功能；,2.检查接线有否错误或虚连，输出端不能与地、电源短路；,3.输入信号应远小于 UIdM 和
8、 UICM，以防阻塞或损坏器件；,4.电源不能接反或过高，拔器件时必须断电；,5.输入端外接直流电阻要相等，小信号高精度直流 放大需调零。,3.7 理想运放及其特征分析,1.运放的符号,习惯用符号,国家标准符号,(VCC=VEE),等效电路,u+同相端输入电压,u-反相端输入电压,uid 差模输入电压,uid=u u+,Aud 开环差模电压放大倍数,uo=Aud(u+u),1)Aud,2.运放特性的理想化,6)UIO 0，IIO 0,理想运放：,4)KCMR,5)BW,2)Rid,3)Ro 0,传输特性,理想,线性区,1)Aud,2.运放特性的理想化,6)UIO 0，IIO 0,理想运放：,4)KCMR,5)fBW,2)Rid,3)Ro 0,传输特性,理想,线性区,实际,3.理想运放工作在线性区的两个特点,1)u+u(虚短),证：,uo=Aud(u+u)=Aud uid,u+u=uo/Aud 0,2)i+i 0(虚断),证：,i+=uid/Rid 0,同理 i 0,4.理想运放工作在非线性区的两个特点,1)u+u时，uo=Uomax,u+u 时,uo=UOmax,2)i+i 0(虚断),通用型集成运算放大器的组成及基本特性,一、集成电路器件命名及主要性能指标,1.国标 GB-3430-82 对集成电路的规定,
