08模拟电子技术第八章_模拟集成电路中的单元电路
模拟电子技术_ ( 模拟集成电路内部基本单元电路)_
7/117
7.2 集成电路的基本结构和特性
7.2.1 模拟集成电路概念 1.概念
模拟集成电路（ Integrated Circuit, IC)是由模拟基本单元电 路组成的具有某种专门功能的电子器件。
2.模拟集成电路的分类
（1）按应用领域进行分类 （2）按功能分
8/（1117）按照应用领域进行分类 （2）按照电路的功能进行分类
集成电路中电流源的主要作用
25/117
7.3.2 集成电路中电流源的主要应用
电流源主要应用
（1）作直流偏置电路 （2）作有源负载取代电阻。
重要！
26/117 举例1：利用电流源取代电阻RC作有源负载。
+VCC
+VCC
RC
Io
RC ro
uo T
ui
T
uo
(a) 共射极电路
(b) 共射极有源负载电路
16/117
7.3.1 集成电路中常用的电流源电路
电流源（也称恒流源）电路特点：输出稳定电流的电子 电路。
电流源的主要要求： （1）能够输出符合要求的恒定直流电源； （2）输出电阻尽可能大； （3）温度稳定性好； （4）受电源电压等因素的影响小。
17/117
IC中常用的电流源电路
基本镜像电流源 比例电流源 微电流源 威尔逊电流源 ……
VCC +15V
T12 IC12
IR IC10
R5 39kΩ
T13 IC13
(2) ln IR IC10 R4
T10
I C10
UT
R4
用累试法和图解法解此超 3kΩ
越方程，得 IC10 28A
T11
-VCC -15V
模拟电子电路中八大基础电路图解
模拟电子电路中八大基础电路图解摘要: 在电子电路中，电源、放大、振荡和调制电路被称为模拟电子电路，因为它们加工和处理的是连续变化的模拟信号。
在电子电路中，电源、放大、振荡和调制电路被称为模拟电子电路，因为它们加工和处理的是连续变化的模拟信号。
1. 反馈反馈是指把输出的变化通过某种方式送到输入端，作为输入的一部分。
如果送回部分和原来的输入部分是相减的，就是负反馈。
2. 耦合一个放大器通常有好几级，级与级之间的联系就称为耦合。
放大器的级间耦合方式有三种：①RC 耦合(见图a): 优点是简单、成本低。
但性能不是最佳。
②变压器耦合(见图b):优点是阻抗匹配好、输出功率和效率高，但变压器制作比较麻烦。
③直接耦合(见图c): 优点是频带宽，可作直流放大器使用，但前后级工作有牵制，稳定性差，设计制作较麻烦。
3. 功率放大器能把输入信号放大并向负载提供足够大的功率的放大器叫功率放大器。
例如收音机的末级放大器就是功率放大器。
3.1 甲类单管功率放大器负载电阻是低阻抗的扬声器，用变压器可以起阻抗变换作用，使负载得到较大的功率。
这个电路不管有没有输入信号，晶体管始终处于导通状态，静态电流比较大，困此集电极损耗较大，效率不高，大约只有35 %。
这种工作状态被称为甲类工作状态。
这种电路一般用在功率不太大的场合，它的输入方式可以是变压器耦合也可以是RC 耦合。
3.2 乙类推挽功率放大器下图是常用的乙类推挽功率放大电路。
它由两个特性相同的晶体管组成对称电路，在没有输入信号时，每个管子都处于截止状态，静态电流几乎是零，只有在有信号输入时管子才导通，这种状态称为乙类工作状态。
当输入信号是正弦波时，正半周时VT1 导通VT2 截止，负半周时VT2 导通VT1 截止。
两个管子交替出现的电流在输出变压器中合成，使负载上得到纯正的正弦波。
这种两管交替工作的形式叫做推挽电路。
3.3 OTL 功率放大器目前广泛应用的无变压器乙类推挽放大器，简称OTL 电路，是一种性能很好的功率放大器。
《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
模拟集成电路基本单元
频率稳定性分析
分析电路在不同频率下的 稳定性，确保电路在不同 频率下都能正常工作。
04
CHAPTER
基本单元设计
设计流程
电路原理图设计
根据设计目标，选择合适的电路 拓扑和元件，设计电路原理图。
参数提取与仿真验证
根据电路原理图，提取元件参数， 建立数学模型，进行仿真验证， 确保电路性能满足设计目标。
THANKS
谢谢
版图绘制与优化
将电路原理图转化为版图，进行 布局和布线优化，提高电路的可 制造性和可靠性。
确定设计目标
明确电路的功能、性能指标和限 制条件，如功耗、尺寸、成本等。
可靠性分析
对版图进行可靠性分析，如工艺 角分析、噪声容限分析等，确保 电路在实际应用中的稳定性。
设计方法
手工设计
混合方法
根据经验和理论知识，手动选择和设 计电路元件和拓扑结构。
比较器
总结词
比较器是模拟集成电路中的基本单元之一，用于比较两个输 入信号的大小。
详细描述
比较器具有高灵敏度、低失调电压和低功耗等特点，能够快 速准确地比较两个输入信号的大小关系，输出相应的逻辑状 态，广泛应用于阈值检测、脉冲整形等电路中。
滤波器
总结词
滤波器是模拟集成电路中的基本单元之一，用于提取信号中的特定频率成分。
技术挑战
由于模拟电路元件的多样性和复杂性，模拟集成电路设计面临诸多 技术挑战，需要不断探索和创新。
模拟集成电路的发展历程
01
早期发展
20世纪50年代，模拟集成电路开始出现，主要用于简单的放大和滤波
功能。
02
快速发展
20世纪60年代至70年代，随着半导体工艺的进步和集成电路设计技术
《模拟集成电路系统》课件
滤波器电路
总结词
详细描述
滤波器电路用于提取特定频率范围的信号 ，实现信号的选择性传输。
滤波器电路由电阻、电容、电感等元件组 成，通过调整元件参数，实现对特定频率 信号的选择性传输或抑制。
滤波器电路的分类
滤波器电路的应用
根据工作原理和应用场景，滤波器电路可 分为低通、高通、带通、带阻等类型，每 种类型具有不同的性能特点。
正确性和可制造性。
制程加工
将版图转化为实际电路 ，进行制程加工和封装
测试。
制程优化
根据制程结果，对制程 进行优化，提高电路性
能和成品率。
模拟集成电路系统
05
应用
通信系统应用
01
02
03
信号放大和处理
模拟集成电路系统在通信 系统中主要用于信号的放 大和处理，以确保信号的 稳定传输。
调制与解调
在通信系统中，模拟集成 电路系统还用于信号的调 制和解调，实现信号的转 换和还原。
详细描述
稳压电源电路由电源变压器、整 流器、滤波器和稳压器组成，通 过调整元件参数，实现输出电压 或电流的稳定。
稳压电源电路的分类
根据工作原理和应用场景，稳压 电源电路可分为线性稳压电源和 开关稳压电源等类型，每种类型 具有不同的性能特点。
模拟集成电路系统
04
设计
设计流程与方法
确定设计目标
明确电路的功能、性能指标和 限制条件，为后续设计提供指
滤波器设计
模拟集成电路系统能够实 现各种滤波器设计，用于 信号的选择和处理，提高 通信质量。
音频系统应用
音频信号处理
模拟集成电路系统在音频 系统中主要用于音频信号 的处理，如音频放大、音 效处理等。
《模拟电子技术基础教程》课件第八章
电容充电
电容放电
Tr +
D3
D1
+
～
u
D4
C
D2 –
+
uo=uC RL
–
图8.12 带负载桥式整流电容滤波电路结构图
在整流电路中，把一个大电容C并接在负载电阻两 端就构成了电容滤波电路，其电路（图8.12所示）和工 作波形（图8.13所示）如图所示。
u2
0
t
加入滤波电容 时的波形
uo
无滤波电容时
的波形
0
t
图8.13 带负载桥式整流电容滤波工作波形图
（2）电路工作原理
D导通时给C充电，D截止时C向RL放电。滤波后uo 的波形变得平缓，平均值提高。RL接入（且RLC较大） 时忽略整流电路内阻。
u2上升，u2大于电容上的电压uC，u2对电容充电， uo=uCu2；u2下降，u2小于电容上的电压。二极管承受反 向电压而截止，电容C通过RL放电，uC按指数规律下降
1.35 A
UDRM = 2U2 = 2 120V 169.7 V
桥式整流电路的优点是输出电压高，电压纹波小， 管子所承受的平均电流较小，同时由于电源变压器在正 、负半周内都有电流供给负载，电源变压器的利用率高 。因此，桥式整流电路在整流电路中有了较为广泛的运 用，缺点是二极管用得较多。 8.3 滤波电路
从前面的分析可知，无论何种整流电路，它们的输 出电压都含有较大的脉动成分。为了减少脉动，就需要 采取一定的措施，即滤波。滤波的作用是一方面尽量降 低输出电压中的脉动成分，另一方面又要尽量保留其中 的直流成分，使输出电压接近于理想的直流电压。
滤波原理：滤波电路利用储能元件电容两端的电压 （或通过电感中的电流）不能突变的特性，滤掉整流电 路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑 输出电压波形的目的。
模拟集成电路中的基本元器件-清华大学模拟集成电路分析与设计
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。
模拟电电子技术基础第8章(第四版)童诗白 华成英
2. RC串并联选频网络的选频特性
FV 32 ( 1
模拟电子技术基础
0 2 ) 0
(
f arctg
RC
0 ) 0
3
当 0 1 或 f f0 幅频响应有最大值
FVmax 1 3
1 2RC
相频响应
f 0
模拟电子技术基础
Rds 1k
模拟电子技术基础
桥式振荡电路如图所示， 设A为理想运放， （1）标出A的极性 （2）场效应管的作用 是什么？其d、s 间的等效电阻的 最大值为多少？ （3）电路的振荡频率为 多少？
1 1 f 6 3 1061Hz 2 RC 2 0.003 10 50 10
1. 单门限电压比较器 特点：
开环，虚短和虚断不成立 增益A0大于105
vI
模拟电子技术基础
+VCC + A -VEE vO
VEE vO VCC
运算放大器工作在非线性状态下
8.2 电压比较器
1. 单门限电压比较器
（1）过零比较器
vI
模拟电子技术基础
+VCC + A -VEE vO
假设 V
1. 单门限电压比较器 （2）门限电压不为零的比较器 电压传输特性
vO VOH
模拟电子技术基础
+VCC vI + VREF A -VEE vO
O VOL
VREF
vI
输入为正负对称的正弦波 时，输出波形如图所示。
模拟电子技术基础
模拟电子技术基础
分析任务及方法
求传输特性 方向
输出电平VOH 、VOL
又，放大器为反相比例电路 a = 180° 所以: a + f = 360°或0°
精品课件-模拟电子技术-第8章
F U f Z2
1
Uo Z1 Z2 3 j(RC 1 )
RC
(8.2.1)
第 8 章 波形发生电路
令
0
1 RC
f0
，1 则 2πRC
代入上式， 得
F
1
32 ( f f0 )2
f0 f
幅频特性为
F
1
32 ( f f0 )2
f0 f
(8.2.2) (8.2.3)
第 8 章 波形发生电路
第 8 章 波形发生电路
8.2.1 RC串、
将电阻R1与电容C1串联、 电阻R2与电容C2并联所组成的 网络称为串并联选频网络， 如图8.2.2(a)所示。 一般情况下，
选取R1=R2 =R，C1 =C2 =C。 因为RC串并联选频网络在正弦波振 荡电路中既为选频网络， 又为正反馈网络， 所以其输入电压
第 8 章 波形发生电路 振荡电路起振后， 输出信号将随时间逐渐增大， 而这种增 大不是无限的， 由于电路中晶体管元件的非线性， 电压放大倍 数A将随振荡幅度的增大而自动减小， 最后达到AF =1， 使振荡电路稳定在一定振荡幅度上。 从AF>1自动变为AF=1的过 程， 就是振荡电路自激振荡的建立和稳定过程。
相频特性为
F
arctan 1 ( 3
f f0
f0 ) f
(8.2.4)
根据式(8.2.3) 、 式(8.2.4)画F出 的频率特性， 如图
8.2.3
Uf Uo
(a)U、f (b)所示。 也就是说， U当of=f0时，
一求个出频RC率串f并0，联选当频f=网f0络时的，频U率f 特与性U和o f0同。相。 通过计算可以
第 8 章 波形发生电路 图8.2.2 RC串并联选频网络及其在低频段和高频段的等效电路
模拟电子技术第八章
4.验证电压调整率ku和内阻ro
8.3 线性串联稳压电路
8.3.1 串联型稳压电源的结构框图
– 线性串联稳压电源由电源变压器、整流电路、 滤波电路和稳压电路等部分构成。
线性串联稳压电路
• 当负载电流或电源电压变动而引起输出电压 UO升高时，电路有如下的变化过程：
为保证调整管 V1工作在放大 状态，调整管 两端的压降 UV1CE必须大于 等于2V。
• 【例8-1】 设计硅稳压二极管并联型稳 压电源，其内阻RO要求小于20Ω。要求 输出电压为12V，电压调整率小于1%， 负载电流的变化范围为0~6mA。
解：
1.确定输入电压UI 2.决定稳压管型号
选择稳压二极管2CW67，其参数为UZ=12V，IZmax=20mA， rZ≤18Ω
3.确定限流电阻R 电阻取标称值R=1.2 kΩ
• 当稳压二极管处于反向击穿状态时，其两端电 压略为变化，电流将发生快速变化，电压上升 时，分流电流变大，电压下降时，分流电流变
小变， 。从而使电阻RL上流过的电流IL基本保持不
1.工作原理
（1）负载电阻保持不变，而电网电压发生 波动时
（2）电网电压保持不变，而负载电流发 生变化时
2.电路参数计算
普通高等教育”十一五”国家级规划教材
模拟电子技术
徐丽香编著
电子工业出版社
第8章 直流稳压电源
• 学习目标：
（１）了解三端集成稳压器件的种类、主要参数、典 型应用电路，能识别其引脚；
（ ２）能识读集成稳压电源的电路图； （３）了解开关式稳压电源的框图及稳压原理；
（４）了解开关式稳压电源的主要优点，列举其在电 子产品中的典型应用；
2CZ52。
3.UI选取
模拟电子技术总结解读
第一章、半导体三极管的输入电阻Rbe其中IE = (1+β)IBRb’e = UT/IB (常温下UT=26mV ) 三极管的混合π模型等效为三极管工作状态放大状态（发射结正偏，集电结反偏）饱和状态（发射结正偏，集电结正偏）截止状态（发射结反偏/0偏）小结：BJT 由两个PN结组成，电流控制是它的主要特征。
BJT 具有放大作用的内部结构条件是：i.e区掺杂浓度要远大于b区掺杂浓度；ii.基区必须很薄。
外部条件是：e结正偏，c结反偏。
BJT 中三个电极电流关系以i E为自变量时以i B为自变量时三极管特征曲线表示其各级电流与各级间电压之间的定量关系输入特征曲线玉二极管正向特征曲线相似。
C结电压对输入特征曲线有一定影响，但C结为反向偏置时，这种影响很小，通常用一条曲线表示。
输出特征曲线可划分为三个区：饱和区；截至区；放大区。
放大电路中的三极管应工作在放大区。
三极管参数β说明放大能力；I CBO、I CEO大小反映了其温度稳定性；f T、f B表示三极管的高频放大能力；I CM、BV CEO、P CM规定了管子工作时不允许超出的极限范围。
第二章、基本放大电路放大器实质上是能量转换器，以较小的输入信号能量通过放大器件控制直流电源的能量，使之转换成较大的输出信号能量，为负载所获得。
1.对放大电路的要求能放大：输出信号应大于输入信号(u,或i,或p)不失真：输出应与输入呈线性关系，为使器件工作在线性放大区，必须加上合适的直流偏置。
2.放大电路中的至流量和交流量3.两种器件对应两种放大电路(BJT 和FET 放大电路)BJT 在放大电路中有共射、共集和共基三种组态FET 在放大电路中有共源、共漏和共栅三种组态4.放大电路的分析方法（图解法、微变等效电路法）5.放大电路的性能指标直流：静态工作点Q ；CCQ CC CEQ BQCQ bBEQ BB BQ R I -V =U βI =I R U -V =I输入电阻ii i I U =R ； 输出电阻L O O o R 1-U 'U =R ； 交流：r be 、A u 、R i 、R o ；26mV)=UT 常温下( I U βr ≈r CQT bb'be U i =I b (R b +r be ) U o =-I c R c =-βI b R cA u =U o /U i =-βR c /(R b +r be )6.放大电路应具有稳定的工作点，常用的稳定工作点的电路为分压式偏置电路，以克服温度对电路参数的影响。
《模拟集成电路基础》PPT课件_OK
规率↑。
U
PN结的理想特性
•当加反向电压时： I=Is ，基本不变。
25
I
(三).实测伏安特性：
•与理想的伏安特性的差别：
Is
1.正向起始部分有门限电压：
0
Ur
U 硅：Ur=0.5-0.6v;
锗：
硅管的伏安特性
Ur=0.1-0.2v
I
2.加反向电压时，相同温度下：
Is硅(nA,10-9)<Is锗(A,10-6) 硅管
定。 最大工作电流 IZmax，取决于最大
耗散功率。 U 2.特点：
(1).工作在反向工作区。 (2).工作电压要超过反向击穿电压。
32
六.晶体二极管的电容和变容二极管：
(一).势垒电容CT:
把PN结看成平板电容
器，加正向电压或反向电压时像电容的充放电。（此电容效
应为势垒电容）
(二).扩散电容CD:
•当加正向电压时： I IseU /UT ;(U UT )
•当加正向电压时： I-Is
24
三.二极管的结构与伏安特性：
结构
(一) . 二极管的结构：如图所示。
P
N
符号
(二).理想伏安特性：
二极管两端电压与流过电流之间关系：
I
I I s (eU /UT 1)
Is
• 当加正向电压时：I随U↑，呈指数
20
P
N
+++ +++ +++
V
PN结的接触电位
(二)PN结的接触电位：
(1).内电场的建立，使PN结 中产生电位差。从而形成接 触电位V(又称为位垒)。 (2).接触电位 V决定于材料
模拟电子电路教材课件.
聊城大学 物理科学与信息工程学院
杨少卿
1
《模拟电子技术基础》是电子信息科学与技术专业、通信 工程专业、电子信息工程专业以及物理学专业本、专科的一 门重要的专业核心课，具有很强的综合性、技术性和实用性。 该课程的研究对象是电子元器件及其组成的电路（包括分立、 集成电路）。主要研究常用半导体器件、基本放大电路、多 级放大电路、集成运算放大电路、放大电路的频率响应、放 大电路中的反馈、信号的运算和处理、波形的发生和信号的 变换、功率放大电路、直流电源和模拟电子电路读图等内容。 模拟电路已经广泛地应用于国防和国民经济的各个领域并极 大地促进了相关领域的迅速发展，特别是模拟电路中的新器 件、新技术、新方法的广泛应用，使得电子测量和探索自然 规律的实验方法进入了一个新阶段，因此《模拟电子技术基 础》具有重要的地位和作用。
1.载流子、自由电子和空穴 空穴
在绝对0度（T=0K）和没
束缚电子 自由 电子
有外界激发时,价电子完全被
共价键束缚着，本征半导体中
+4
+4
没有可以运动的带电粒子（即
载流子），它的导电能力为 0，
相当于绝缘体。
+4
+4
在常温下，由于热激发,
使一些价电子获得足够的能量
而脱离共价键的束缚，成为自 本征半导体中自由电子和空穴
PN 结具有单向导电性
常用电子仪器的使用方法
电子电路的测试方法
故障的判断与排除方法
EDA软件的应用方法
11
第一章 常用半导体器件
§ 1.1 半导体的基础知识 § 1.2 半导体二极管 § 1.3 双极型晶体管 § 1.4 场效应管 § 1.5 单结晶体管和晶闸管（了解） § 1.6 集成电路中的元件（了解） 重点掌握：基本概念，晶体二极管的伏安特性及主要参 数、晶体三极管和场效应管输入、输出特性及主要参数。 不要将注意力过多放在管子内部，而以理解外特性为主。
第8章模拟集成电路中常用的单元电路
Ir 需保证 VGS3= VGS4
2019/8/16
28
集成电路设计原理
国际微电子中心
8.1.3 MOS型恒流源电路
3.级联结构的恒流源
由于M4屏蔽了输
出电压的变化对M2的
Ir
VCC 作用，使输出电流不 受输出电压的影响，
Io M1
M2 减小了沟道长度调制
M3
M4
(1+VDS)
其中沟道调制系数：=∝L1
因此，输出电压对输出电 M1
流产生一定的影响。为减小这
一影响，沟道长度应选大一些。
Ir
2019/8/16
26
国际微电子中心
Io1 Io2 M2 M3
Vcc M2 M3 Io1 Io2
集成电路设计原理
8.1.3 MOS型恒流源电路
Ir
2. 基本电流镜恒流源（续2）
e3
c2
b2
c2
I
I e3
1
(1 )I 1 I
c2 (1 2 ) (1 2 )
c3 2 c3
1 1
I I I I I
r
c2
2 b 3
c3
c3
I o
2 2
I 2 2 2
r
2019/8/16
11
集成电路设计原理
8.1.3 MOS型恒流源电路 1. 电流漏和电流源
国际微电子中心
v (i g V)r i r
o ut
out m2 g2s ds2
o ut
i (r r)g Vr
out ds2
m2 g2s ds2
第八章 模拟单元与变换电路资料
第八章模拟单元与变换电路在VLSI中的模拟集成电路单元主要用于处理连续的小信号，它要求电路的每一个组成单元必须是精确的，因此，模拟集成电路的设计较之数字逻辑的设计是比较困难的。
在VLSI技术中所设计和应用的模拟集成电路应与主流技术相融合，应以MOS模拟集成电路为主要的设计对象。
在本章中的模拟集成电路设计将主要讨论MOS电路技术。
8.1 模拟集成电路中的基本元件电阻、电容和晶体管是模拟集成电路的主要积木单元，MOS晶体管在第二章中已作了介绍，这里将主要讨论电阻和电容的设计。
我们还将考虑一些分布参数对元件性能的影响。
8.1.1 电阻电阻是基本的无源元件，在集成工艺技术中有多种设计与制造电阻的方法，根据阻值和精度的需要可以选择不同的电阻结构和形状。
1.掺杂半导体电阻○1扩散电阻所谓扩散电阻是指采用热扩散掺杂的方式构造而成的电阻。
这是最常用的电阻之一，工艺简单且兼容性好，缺点是精度稍差。
制造扩散电阻的掺杂可以是工艺中的任何热扩散掺杂过程，可以掺N型杂质，也可以是P型杂质，还可以是结构性的扩散电阻，例如在两层掺杂区之间的中间掺杂层，典型的结构是N-P-N结构中的P型区，这种电阻又称为沟道电阻。
当然，应该选择易于控制浓度误差的杂质层做电阻，保证扩散电阻的精度。
图8.1是一个扩散电阻的结构示意图。
图8.1 扩散电阻结构示意图○2离子注入电阻同样是掺杂工艺，由于离子注入工艺可以精确地控制掺杂浓度和注入的深度，并且横向扩散小，因此，采用离子注入方式形成的电阻的阻值容易控制，精度较高。
离子注入的电阻结构如图8.2所示。
图8.2 离子注入形成的电阻结构○3掺杂半导体电阻的几何图形设计电阻的几何图形设计包括两个主要方面：几何形状的设计和尺寸的设计。
（a）形状设计与考虑图8.1和图8.2给出的只是一个简单的电阻图形，实际的电阻图形形式是多种多样的，图8.3给出了一些常用的扩散电阻的版图形式。
图8.3 常用的扩散电阻图形从图中可以看出有的电阻条宽，如（b ）、（d ）、（e ）图结构，有的电阻条窄，如（a ）、（b ）图结构，有的是直条形状的电阻，如（a ）、（b ）图所示，有的是折弯形状的电阻，如（c ）~（e ）所示，有的是连续的扩散图形，如（a ）~（d ）图结构，有的是用若干直条电阻由金属条串联而成，如（e ）图所示。
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第八章
模拟集成电路中的单元电路
8.1 电流源和电流镜
8.2 差动放大级
8.3集成运放
2007年11月3日星期六1
2007年11月3日星期六
5
二. 微电流源
e2BE2BE1R V V −=E2C2I I ≈e2
BE
R V Δ=
由于很小，BE V Δ所以I C2也很小。
BE1BE2E2e2
V V I R =+∵t
BE V V S C e
I I /=∵2
1S S I I =2
2221
1
ln ln e E S C t S C t R I I I V I I V =−∴2
2
2ln
C REF
t e C I I V R I =∴
⎞
⎟⎠
()()2222
12'
21DS GS V V L W K λ+
2007年11月3日星期六
12
2. 差分放大电路可以有两个输出端，一个是集电极C 1，另一个是集电极C 2。
双端输出——从C 1和C 2输出。
单端输出——从C 1或C 2对地输出。
1. 差动放大电路一般有两个输入端：双端输入——从两输入端同时加信号。
单端输入——仅从一个输入端对地加信号。
二.
几个基本概念
2007年11月3日星期六14
纯差模信号
大小相等，极性相同u sc1= u sc2
纯共模信号
大小相等，极性相反u sd1= -u sd2
2
2007年11月3日星期六
18
2.
抑制零漂的原理:v o = v C1 -v C2= 0v o = (v C1 + Δv C1 ) -(v C2 + Δv C2 ) = 0
当v i1= v i2= 0 时，当温度变化时：v C1 = v C2Δv C1 = Δv C2
双端输入、双端输出
(1)加入纯差模信号
设：v
i1=-v
i2
=v
id
/2，v
ic
=0。
3.电路的动态分析
R e对差模信号相当于短路
因为：设v
i1
↑,v i2 ↓→i b1 ↑,i b2 ↓
→i e1 ↑,i e2 ↓→|Δi e1 |= -|Δi e2 |
→I Re不变→V E不变
双端输入、双端输出
2007年11月3日星期六19。
共模输入电阻
四.差动放大器的输入输出方式
差动放大器共有四种输入输出方式:
1. 双端输入、双端输出（双入双出）
2. 双端输入、单端输出（双入单出）
3. 单端输入、双端输出（单入双出）
4. 单端输入、单端输出（单入单出）
主要讨论的问题有：
差模电压放大倍数、共模电压放大倍数
差模输入电阻
输出电阻
2007年11月3日星期六23
be
2r 双端输入单端输出
这种方式适用于将差分信号转换为单端输出的信号。
(3)差模输入电阻
不论是单端输入还是双端输入，差模输入电阻R id是基本放大电路的两倍。
单端输出时，双端输出时，
c
o
R R=
c o
2R R=
be
id 2r
R=
(4)输出电阻
2007年11月3日星期六30
2007年11月3日星期六33
8.3
集成运放
2007年11月3日星期六34
2007年11月3日星期六36
2007年11月3日星期六37
2007年11月3日星期六38
作业
•题8－3(V CE2=15V)
•题8－5
•题8－12
•题8－15
2007年11月3日星期六39。