第9講模擬集成電路基礎(chǔ)3.1概述

集成電路是一種將“管”和“路”緊密結(jié)合的器件，它以半導(dǎo)體單晶硅為芯片，采用專門的制造工藝，把晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管、二極管、電阻和電容等元器件及它們之間的連線所組成的完整電路制作在一起，使之具有特定的功能。集成電路體積小、重量輕、耗電少、可靠性高，已成為現(xiàn)代電子器件的主體。集成電路分?jǐn)?shù)字與模擬兩大類。

集成電路體積小、重量輕、耗電少、可靠性高，已成為現(xiàn)代電子器件的主體。集成電路分?jǐn)?shù)字與模擬兩大類。

模擬集成電路的種類很多，有集成運(yùn)算放大器(簡(jiǎn)稱集成運(yùn)放)，集成功率放大器，集成模擬乘法器，集成鎖相環(huán)，集成穩(wěn)壓器等。在模擬集成電路中，集成運(yùn)算放大器是最為重要、用途最廣的一種，這里主要介紹集成運(yùn)放的內(nèi)部電路、工作原理、性能指標(biāo)及常用等效模型。（1）集成電路中的元器件是在相同的工藝條件下做出的，鄰近的器件具有良好的對(duì)稱性，而且受環(huán)境溫度和干擾的影響后的變化也相同，因而特別有利于實(shí)現(xiàn)需要對(duì)稱結(jié)構(gòu)的電路。（2）集成工藝制造的電阻、電容數(shù)值范圍有一定的限制。集成電路中的電阻是使用半導(dǎo)體材料的體電阻制成的，因而很難制造大的電阻，其阻值一般在幾十歐姆到幾十千歐姆之間;集成電路中的電容是用PN結(jié)的結(jié)電容作的。（3）集成工藝制造晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管最容易，眾多數(shù)量的晶體管通過一次綜合工藝完成。集成晶體管有縱向NPN型管(β值高、性能好)、橫向PNP型管(β值低、但反向耐壓高）和場(chǎng)效應(yīng)管，另外，集成工藝比較容易制造多極晶體管，如多發(fā)射極管、多集電極管等。集成二極管、穩(wěn)壓管等一般用NPN管的發(fā)射結(jié)代替。3.1.1集成電路中的元器件特點(diǎn)

根據(jù)集成工藝的特點(diǎn)，模擬集成放大電路中的偏置電路、集電極或發(fā)射極負(fù)載等，一般采用晶體管電流源。這不僅能使電路性能具有不隨溫度及電源電壓變化而變化的良好穩(wěn)定性(做偏置)，而且能獲得高增益、大動(dòng)態(tài)范圍的特性(做有源負(fù)載)。3.2晶體管電流源電路及有源負(fù)載放大電路

電流源電路是指能夠輸出恒定電流的電路。由第1章晶體管的特性已知，晶體管本身便具有近似恒流的特性。

在集成電路中，常用的電流源電路有：鏡像電流源、精密電流源、微電流源、比例電流源和多路電流源等。它主要提供集成運(yùn)放中各級(jí)合適的靜態(tài)電流或作為有源負(fù)載代替高阻值電阻，以提高放大電路的放大倍數(shù)。3.2.1電流源電路1.鏡像電流源條件：兩管參數(shù)對(duì)稱3.比例電流源4.多路電流源3.5集成運(yùn)放的基本知識(shí)一、通用型集成運(yùn)放(OperationalAmplifier)的組成1.模擬集成電路的特點(diǎn)1)

直接耦合：采用差分電路形式，元件相對(duì)誤差??；2)

大電阻用恒流源代替，大電容外接；3)

二極管用三極管代替(B、C極接在一起)；4)

高增益、高輸入電阻、低輸出電阻。輸入級(jí)T1—T7共集-共基組合差分電路3、通用型集成運(yùn)算放大器F007電路簡(jiǎn)介T5---T7有源負(fù)載構(gòu)成雙端變單端電路中間級(jí)T16、T17復(fù)合管，共發(fā)射極具有高增益輸出級(jí)甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路(OCL)T18T19、T14偏置電路T11T12F007的結(jié)構(gòu)框圖4)

開環(huán)電壓增益Aud100140dB5)

差模輸入電阻Rid輸出電阻Ro幾十千歐幾兆歐幾十歐幾百歐6)共模抑制比

KCMR>80dB7)

最大差模輸入電壓UIdM共模輸入U(xiǎn)IC過大，K

CMR下降當(dāng)UId

過大時(shí)，反偏的PN結(jié)可能因反壓過大而被擊穿。NPN管UIdM=5V橫向PNP管UIdM=30VCF741為30V8)最大共模輸入電壓UICM9)

最大輸出電壓幅度UOPP輸出級(jí)為OCL電路一般比電源電壓小一個(gè)UCE(sat)如電源電壓15V，UOPP為

1314VCF741為13V二、集成運(yùn)放使用注意事項(xiàng)(一)

集成運(yùn)放的封裝和引腳排列封裝形式:金屬圓形、雙列直插式、扁平式封裝材料:陶瓷、金屬、塑料例:塑封雙列直插式(DIP)CF741DIP—DualIn-LinePakage3.7理想運(yùn)放及其特征分析1.運(yùn)放的符號(hào)習(xí)慣用符號(hào)uid+VCC–VEE國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)uouid+VCC–VEE8(VCC=VEE)等效電路uouidu–i+u+uoRidAuduidRoi–u+—同相端輸入電壓u-

—反相端輸入電壓uid—差模輸入電壓uid=u–

u+Aud—開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)

uo=Aud(u+–u)1)

Aud2.運(yùn)放特性的理想化6)UIO0，IIO0理想運(yùn)放：4)

KCMR5)BW2)

Rid3)Ro

0傳輸特性理想線性區(qū)OuiduoUomax–Uomax實(shí)際uouidu–i+u+uoRidAuduidRoi–4.理想運(yùn)放工作在非線性區(qū)的兩個(gè)特點(diǎn)1)u+>u–時(shí)，uo=Uomaxu+<u–時(shí),

uo=–UOmax2)i+

i–0(虛斷)5.4.3通用型集成運(yùn)算放大器的組成及基本特性一、集成電路器件命名及主要性能指標(biāo)1.國(guó)標(biāo)GB-3430-82對(duì)集成電路的規(guī)定第一部分第二部分第三部分第四部分第五部分字母符號(hào)國(guó)標(biāo)字母器件類型數(shù)字品種字母工作條件字母封裝符號(hào)意義符號(hào)意義符號(hào)意義符號(hào)意義C中國(guó)制造THECFDWJBTTLHTLE