32第2章 模拟集成电路及应用g
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《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
半导体集成电路+习题答案
第1章 集成电路的基本制造工艺1.6 一般TTL 集成电路与集成运算放大器电路在选择外延层电阻率上有何区别?为什么? 答：集成运算放大器电路的外延层电阻率比一般TTL 集成电路的外延层电阻率高。
第2章 集成电路中的晶体管及其寄生效应复 习 思 考 题2.2 利用截锥体电阻公式，计算TTL “与非”门输出管的CS r ，其图形如图题2.2 所示。
提示：先求截锥体的高度up BL epi m c jc epi T x x T T -----=然后利用公式： b a a b WL T r c -∙=/ln 1ρ ， 212∙∙=--BL C E BL S C W L R r ba ab WL Tr c -∙=/ln 3ρ 321C C C CS r r r r ++=注意：在计算W 、L 时, 应考虑横向扩散。
2.3 伴随一个横向PNP 器件产生两个寄生的PNP 晶体管，试问当横向PNP 器件在4种可能的偏置情况下，哪一种偏置会使得寄生晶体管的影响最大?答：当横向PNP 管处于饱和状态时，会使得寄生晶体管的影响最大。
2.8 试设计一个单基极、单发射极和单集电极的输出晶体管，要求其在20mA 的电流负载下 ，OL V ≤0.4V ，请在坐标纸上放大500倍画出其版图。
给出设计条件如下：答： 解题思路⑪由0I 、α求有效发射区周长Eeff L ；⑫由设计条件画图①先画发射区引线孔；②由孔四边各距A D 画出发射区扩散孔；③由A D 先画出基区扩散孔的三边；④由B E D -画出基区引线孔；⑤由A D 画出基区扩散孔的另一边；⑥由A D 先画出外延岛的三边；⑦由C B D -画出集电极接触孔；⑧由A D 画出外延岛的另一边；⑨由I d 画出隔离槽的四周；⑩验证所画晶体管的CS r 是否满足V V O L 4.0≤的条件，若不满足，则要对所作的图进行修正，直至满足V V O L 4.0≤的条件。
（CS C O L r I V V 00ES += 及己知V V C 05.00ES =）第3章 集成电路中的无源元件复 习 思 考 题3.3 设计一个4k Ω的基区扩散电阻及其版图。
模拟集成电路及应用
模拟集成电路及应用集成电路（Integrated Circuit, IC）是将上千至上百万个电子元件集成在一个芯片上的微电子器件。
集成电路广泛应用于各种电子设备中，包括计算机、手机、电视机、汽车电子、医疗设备等。
集成电路的应用范围非常广泛，产品种类繁多，下面我们来详细介绍一些典型的集成电路及其应用。
首先，我要介绍的是数字集成电路。
数字集成电路是将数字信号处理功能集成在一起的集成电路。
其中，最典型的数字集成电路是微处理器（Microprocessor）和存储器（Memory）。
微处理器是计算机的大脑，它可以进行各种算术和逻辑运算，控制计算机的运行。
存储器则是用来存储数据和程序的地方。
微处理器和存储器相互配合，构成了计算机的核心部件。
除了计算机，数字集成电路还应用在各种数字信号处理设备中，比如数字电视、数字音频设备等。
其次，我们来介绍模拟集成电路。
模拟集成电路是用来处理模拟信号（包括声音、图像、电压等）的集成电路。
其中，最典型的模拟集成电路是运算放大器（Operational Amplifier, OP-AMP）和模拟信号处理器。
运算放大器是一种常用的模拟信号处理器，它具有高增益、高输入阻抗等特性，广泛应用于各种模拟信号处理电路中。
比如，在音频放大器、滤波器、数据采集系统中，都可以看到运算放大器的身影。
模拟信号处理器则是一类专门处理特定模拟信号的集成电路，比如声音处理芯片、图像处理芯片等。
另外，还有一类混合集成电路，即同时包含数字信号处理功能和模拟信号处理功能的集成电路。
最典型的混合集成电路是模拟-数字转换器（Analog-to-Digital Converter, ADC）和数字-模拟转换器（Digital-to-Analog Converter, DAC）。
模拟-数字转换器是将模拟信号转换成数字信号的集成电路，广泛应用于各类数据采集系统中，比如数字万用表、数据采集卡等。
而数字-模拟转换器则是将数字信号转换成模拟信号的集成电路，比如在数字音频设备、数字电视设备中就大量应用了数字-模拟转换器。
模拟cmos集成电路设计(拉扎维)第2章MOS器件物理基础PPT课件
Q d ( x ) W o ( V x G C V S ( x ) V T )H
西电微电子学院－董刚－模拟集成电路设计
16
I/V特性—推导I(VDS,VGS)
I D W o [ V G x C V S ( x ) V T ] v H
Givv E ea nn E (x d ) d(x V ) dx d(x V )
数字电路设计师一般不需要进入器件内 部，只把它当开关用即可
AIC设计师必须进入器件内部，具备器 件物理知识
❖MOS管是AIC的基本元件 ❖MOS管的电特性与器件内部的物理机制密
切相关，设计时需将两者结合起来考虑
器件级与电路级联系的桥梁？
❖器件的电路模型
西电微电子学院－董刚－模拟集成电路设计
5
本讲
基本概念
I D n C o W L ( x V G V T S ) V D H , V D S 2 S ( V G V T S )
等效为一个线性电阻
RONnCoxW L(V 1GSVTH)
在AIC设计中会用到
西电微电子学院－董刚－模拟集成电路设计
深三极管区
19
I/V特性—当VDS>VGS-VTH时？
与电源无关、与温度无关、PTAT电流、 恒Gm、速度与噪声
西电微电子学院－董刚－模拟集成电路设计
2
上一讲
研究模拟电路的重要性 模拟电路设计的难点 研究AIC的重要性 研究CMOS AIC的重要性 电路设计一般概念
❖抽象级别 ❖健壮性设计 ❖符号
西电微电子学院－董刚－模拟集成电路设计
3
上一讲
数字电路无法完全取代模拟电路，模拟 电路是现代电路系统中必不可少的一部 分
提供载流子的端口为源，收集载流子的端口为漏
第2章-STM32单片机结构和最小系统
STM32 F 103 R B T 6 xxYx——WLCSP。
可选项
工作温度范围
芯片类型：F——通封用装快信闪，息L——低电压（1.65～
3.6V），WFL—AS—H无容线量系统芯片。
引脚数目
芯片子系列 引脚数目：R——B6— —43—P2I1KN2B8，KFBlFas—Fhla（—sh小2（容0中P量容I）N量，，芯）8G，—片—4——类—64—型K1B6KFBlasFhla（sh中（容小量容）量，）C，——6—
ADC2 GPIOD PWR SPI2/I2S
USART1 GPIOE BKP IWDG
SPI1 EXT1 CAN1 WWDG
TIM1 AFIO CAN2 RTC
GPIOA
I2C2 TIM7
GPIOB
I2C1 TIM6
UART5 TIM5
UART4 TIM4
USART3 TIM3
USART2 TIM2
APB2 预分频
/1,2,4,8,16
最大72MHz 外设时钟使能
PCLK2 APB2外设
TIM1,8 APB预分频=1乘
1，否则乘2
ADC预分频 /2,4,6,8
TIMxCLK TIM1，8 外设时钟使能 ADCCLK,最大14MHz ADC1,2,3
/2 时钟输出 MCO
MCO
PLLCLK HIS HSE SYSCLK
System 总线：将Cortex-M3 内核的 System 总线（外设总线）连接到总线矩阵；
总线结构中各单元的功能
DMA 总线：将DMA 的 AHB 主控接口与总线 矩阵相连； 总线矩阵：用于连接三个主动单元部件和三个 被动单元,负责协调和仲裁Cortex-M3 内核和 DMA 对 SRAM 的访问，仲裁采用轮换算法。 AHB/APB 桥：两个 AHB/APB 桥在 AHB 和 2 个 APB 总线之间提供完全同步连接。
可选项
工作温度范围
芯片类型：F——通封用装快信闪，息L——低电压（1.65～
3.6V），WFL—AS—H无容线量系统芯片。
引脚数目
芯片子系列 引脚数目：R——B6— —43—P2I1KN2B8，KFBlFas—Fhla（—sh小2（容0中P量容I）N量，，芯）8G，—片—4——类—64—型K1B6KFBlasFhla（sh中（容小量容）量，）C，——6—
ADC2 GPIOD PWR SPI2/I2S
USART1 GPIOE BKP IWDG
SPI1 EXT1 CAN1 WWDG
TIM1 AFIO CAN2 RTC
GPIOA
I2C2 TIM7
GPIOB
I2C1 TIM6
UART5 TIM5
UART4 TIM4
USART3 TIM3
USART2 TIM2
APB2 预分频
/1,2,4,8,16
最大72MHz 外设时钟使能
PCLK2 APB2外设
TIM1,8 APB预分频=1乘
1，否则乘2
ADC预分频 /2,4,6,8
TIMxCLK TIM1，8 外设时钟使能 ADCCLK,最大14MHz ADC1,2,3
/2 时钟输出 MCO
MCO
PLLCLK HIS HSE SYSCLK
System 总线：将Cortex-M3 内核的 System 总线（外设总线）连接到总线矩阵；
总线结构中各单元的功能
DMA 总线：将DMA 的 AHB 主控接口与总线 矩阵相连； 总线矩阵：用于连接三个主动单元部件和三个 被动单元,负责协调和仲裁Cortex-M3 内核和 DMA 对 SRAM 的访问，仲裁采用轮换算法。 AHB/APB 桥：两个 AHB/APB 桥在 AHB 和 2 个 APB 总线之间提供完全同步连接。
第2章 集成电路中的晶体管及其寄生效应
2、次表面齐纳管
一般的齐纳管由于击穿发生在表面，因而输出噪声电压较大， 次表面齐纳管是设法把击穿由表面引入体内。可以用扩散法和 离子注入法来形成次表面齐纳管。 扩散法是在N+发射区内加一道深P+扩散，使击穿发生在N+ 与P+的接触圈上(称次表面)。
离子注入法掺杂可以精确控制掺杂的浓度和深度，利 用离子注入法来制造次表面齐纳管，可望得到较精确 的Vz值。离子注入次表面齐纳管的结构如图2.2l所示， 它是在P型基区扩散和N+发射区扩散后，增加一次硼 离子注入而成。
一、横向PNP管 1、横向PNP管的结构、特性及其寄生PNP管
2、多集电极横向PNP管
3、大电流增益的复合PNP管
二、衬底PNP管
三二极管 一、一般集成二极管 在集成电路中的二极管，多数是通过对集成晶体管 的不同接法而形成的，所以不增加新的工序，且可灵 活地采用不同的接法得到电参数不同的二极管，以满 足集成电路的不同要求。在集成电路中也可以利用单 独的一个硼扩散结形成的二极管。 各种集成二极管的特性比较如表2．2所示。二极管 接法的选择由电路对正向压降、动态电阻rd、电容、 存储时间tS和击穿电压的不同要求来决定，因为只要 工艺掌握得好，六种形式二极管的漏电流相差不多。
2.3 集成双极晶体管的无源寄生效应
因为衬底结始终反偏，在采取各种措施后，可使 α SF<0.0l，此时寄生PNP管的影响退化成一个势垒电 容Cjs，所以集成NPN管的等效电路如图2.4，称为 EM2模型。
一、集成NPN晶体管中 的寄生电阻 发射极串联电阻rES 集电极串联电阻rCS 基极串联电阻rB
2.6 肖特基势垒二极管(SBD)和肖特基箝位晶体管(SCT) 一、肖特基势垒二极管 由半导体物理的知识可知，铝和N型硅接触形成的肖 特基势垒具有类似于PN结的整流特性，其V－I关系为
模拟集成电路及其应用
集成运算放大器及其应用
§6.1 集成运算放大器简介 §6.2 模拟信号的运算电路 §6.3 信号处理电路
§6.1 集成运算放大器及其简介
集成电路 将整个电路的各个元件做在同一个半导体基片上。
集成电路的优点 工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小。
集成电路的分类 模拟集成电路、数字集成电路； 小、中、大、超大规模集成电路；
i1
C1
dui dt
∵i-=0，∴if =i1
uouR 1if R 1C1ddiu t
例：某理想运算放大电路如图所示：求输出电压Uo?
2R
2R
2R - 2R
R
2+
+ U1=1V
I
-
+ 3+
U0
U2=2V
- 1+
+
2R 2R
解： U01=2V
U3+=1V
U02=（1+RF/R1)Ui=(1+1)1=2V
1
uo
u
uc
Cf
if dt
1
Cf
ui dt 1
R1
R1Cf
ui dt
应用举例 如果积分器从某一时刻输入一直流电压，
输出将反向积分，经过一定的时间后输出饱和。
1t
uo
RC0
Udt
tTM时，uo= - uit/RC
t TM时，uo= - Uom
uo
1：利用i+=0，由B电路求出同相输入端电压 u+ 2：利用u+ = u-，确定反相输入端电压 u- = u+
3：利用已知电压u-，由A电路求出电流i1 4：利用i-=0，求出电流 if =i1 5：由电路F的特性和u-确定输出电压：uo=u--F(if ) 6*：检验输出电压是否在线性范围内。
§6.1 集成运算放大器简介 §6.2 模拟信号的运算电路 §6.3 信号处理电路
§6.1 集成运算放大器及其简介
集成电路 将整个电路的各个元件做在同一个半导体基片上。
集成电路的优点 工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小。
集成电路的分类 模拟集成电路、数字集成电路； 小、中、大、超大规模集成电路；
i1
C1
dui dt
∵i-=0，∴if =i1
uouR 1if R 1C1ddiu t
例：某理想运算放大电路如图所示：求输出电压Uo?
2R
2R
2R - 2R
R
2+
+ U1=1V
I
-
+ 3+
U0
U2=2V
- 1+
+
2R 2R
解： U01=2V
U3+=1V
U02=（1+RF/R1)Ui=(1+1)1=2V
1
uo
u
uc
Cf
if dt
1
Cf
ui dt 1
R1
R1Cf
ui dt
应用举例 如果积分器从某一时刻输入一直流电压，
输出将反向积分，经过一定的时间后输出饱和。
1t
uo
RC0
Udt
tTM时，uo= - uit/RC
t TM时，uo= - Uom
uo
1：利用i+=0，由B电路求出同相输入端电压 u+ 2：利用u+ = u-，确定反相输入端电压 u- = u+
3：利用已知电压u-，由A电路求出电流i1 4：利用i-=0，求出电流 if =i1 5：由电路F的特性和u-确定输出电压：uo=u--F(if ) 6*：检验输出电压是否在线性范围内。
2第2章模拟集成电路及应用
差模电压放大倍数:
Ad
uod ud
共模电压放大倍数:
Ac
uoc uc
共模抑制比:
K
Ad
CMRR
=
Ac
K
(dB) 20log Ad
CMRR
=
Ac
（Common - Mode Rejection Ratio)
(分贝)
3 任意输入: ui1 , ui2
分解
差模分量: ud = ui1 - ui2 2
u
1
o
R
B
T1
u
i1
R C
T2
+UCC
R 1 R B
u
i2
+UCC
R
1
R
B
R
C
T1
u o
R
C
R
1
R
B
T2
u i1
u i2
2.抑制零漂的原理: 当ui1 = ui2 = 0 时 uo= uC1 - uC2 = 0 ：当温度变化时：
uo= (uC1 + uC1 ) - (uC2 + uC2 ) = 0
R
C
IC1 IC2
u
R
C
o
R
B
T1
T2
IE
RE
IB u i2
-UEE
UE1= UE2 =－IB×RB－UBE
UCE1= UCE2 = UC1－UE1
3. 动态分析: 1) 输入信号分类
1 差模输入:
(differential mode)
ui1 = -ui2= ud
2 共模输入: ( common mode) ui1 = ui2 = uC
模拟集成电路及其应用解读
还有宽带型、高压型等等。
12
Chapter 6 模拟集成电路及其应用
三、集成运放的电压传输特性、理想模型和分析依据
1. 电压传输特性
u UO(sat)
o
正饱和区
–Uim O
线性区
Uim u? ? u?
u–
– Auo +
uo
+ u+
uo ? Auo (u? ? u? )
若 Auo = 106
± UO(sat) = ±15 V 则 ±UIM = ±0.015 mV
基本放大器 ——并联反馈 Xf(If )
20
Chapter 6 模拟集成电路及其应用
.
.
Ii
Ii′
＋
.
.ISRSA－. If.
F
(a )
＋ .
RL uo －
RS
＋ . US
－
＋
＋ .
Ui′
－
. Ui
.
＋
－
. Uf
－
.
A
. Io .
F
(b)
. Io
＋
.
RL
Uo
－
从输出端看：电压反馈 从输入端看：并联反馈
关于集成电路
集成电路是 60年代初期发展起来的， 采用半导体 制造工艺，在一小块硅的单晶片上制作具有特定功 能的电子线路。 集成电路分为： 模拟集成电路与 数字集成电路。
在模拟集成电路中，运算放大器（早期用于模拟 计算机的数学运算）发展最早，应用最广泛。
随着集成技术与集成工艺的迅速发展，其他类 型的模拟集成电路也取得了非常大的进展， 如混频 器、调制器、宽带放大器、高频放大器、功率放大 器、电压比较器、 A/D或D/A转换器等。
12
Chapter 6 模拟集成电路及其应用
三、集成运放的电压传输特性、理想模型和分析依据
1. 电压传输特性
u UO(sat)
o
正饱和区
–Uim O
线性区
Uim u? ? u?
u–
– Auo +
uo
+ u+
uo ? Auo (u? ? u? )
若 Auo = 106
± UO(sat) = ±15 V 则 ±UIM = ±0.015 mV
基本放大器 ——并联反馈 Xf(If )
20
Chapter 6 模拟集成电路及其应用
.
.
Ii
Ii′
＋
.
.ISRSA－. If.
F
(a )
＋ .
RL uo －
RS
＋ . US
－
＋
＋ .
Ui′
－
. Ui
.
＋
－
. Uf
－
.
A
. Io .
F
(b)
. Io
＋
.
RL
Uo
－
从输出端看：电压反馈 从输入端看：并联反馈
关于集成电路
集成电路是 60年代初期发展起来的， 采用半导体 制造工艺，在一小块硅的单晶片上制作具有特定功 能的电子线路。 集成电路分为： 模拟集成电路与 数字集成电路。
在模拟集成电路中，运算放大器（早期用于模拟 计算机的数学运算）发展最早，应用最广泛。
随着集成技术与集成工艺的迅速发展，其他类 型的模拟集成电路也取得了非常大的进展， 如混频 器、调制器、宽带放大器、高频放大器、功率放大 器、电压比较器、 A/D或D/A转换器等。
模拟电子技术_第19讲( 模拟集成电路的分析与应用 续2)_
电压-电流源变换电路
81/101
8.5 集成运算放大器的其他应用
8.5.1 电压—电流变换电路 8.5.2 RC有源滤波器 8.5.3 测量放大电路 8.5.4 双极性增益可调放大电路 8.5.5 单电源供电放大电路 8.5.6 线性稳压电路
82/1801.5.1 电压—电流源变换电路
电流—电压变换电路
Rf R1
注：Uo中包含有Ec/2的直流电压，外接负载时，可加隔直电容。
R
Ui C1
Rf R1
-
+
Ec
Rf
-
Uo Ec/2 +
Ec/2
R 单电源供电放大电路
直流通路
制作单位：北京交通大学电子信息工程学院 《模拟电子技术》课程组
集成运放的主要参数
94/101
8.6 集成运放的主要参数
1.电源电压 2.开环差模电压增益AUd 3.共模抑制比KCMR 4.差模输入电阻rid 5.输入失调电压Uos 6.输入失调电压的温漂dUos/dT 7.输入失调电流Ios
5）转换速率SR(摆率) |duo/dt|max
说明：放大电路的SR参数，将影响放大电路输出信号的斜 率范围。例如，若对某测试余弦波信号进行放大测试，输 出小时无失真，提高电压增益到一定值，输出为近似三角 波，产生失真，其原因就是SR小于输出信号斜率所致。
制作单位：北京交通大学电子信息工程学院 《模拟电子技术》课程组
Rf R
2 UR
Rf U R 2R
制作单位：北京交通大学电子信息工程学院 《模拟电子技术》课程组
单电源供电放大电路
89/1018.5.5 单电源供电放大电路
集成运放通常采用双电源供电，其中负电源主要提供差 分放大级的发射极电源（静态工作点）。
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（1）运放工作在线性区。
“虚短”和“虚断” （2）运放工作在非线性区。 u+-u-=uid
u+＞u－ 时，uo=+Uom u+＜u－ 时，uo=－Uom
虚断
§2.3 集成运算放大器的线性应用
信号的放大、运算
运放线 性应用
有源滤波电路
2.3.1 比例运算电路
作用：将信号按比例放大。 类型：同相比例放大和反相比例放大。
R2
+
u u
uo
u i1 u i2
i1
_ u-
R1
u+ +
R1
uo u u ui1 R2 R1 ui 2 u u R1 R2
R2 uo (ui 2 ui1 ) R1
R2
解出：
Ｒ１＝Ｒ２时？
2.3.4 积分运算电路
由虚短及虚断性质可得 i1 R1 i 1 = if – + + + duC ui ui uo + iF C F i1 R2 – dt R1 – duC ui duo 当电容CF的初始电压 C F CF dt R1 dt 为 uC(t0) 时，则有
RF ii ui
u -= u += u i
uo
虚短路 虚开路
if
_
+ +
R1 R2
uu+
ui uo ui RF R1
RF uo (1 )ui R1
uo RF Auf 1 ui R1
3、电压跟随器
_ +
uo
ui
+
结构特点：输出电压全 部引到反相输入端，信 号从同相端输入。电压 跟随器是同相比例运算 放大器的特例。
电工学2
电子技术
第2章 模拟集成 电路及应用
第2章 模拟集成电路及应用
§2.1 集成运算放大器
§2.2 放大电路中的负反馈 §2.3 集成运放的线性应用 §2.4 集成运放的非线性应用
§2.1 集成运算放大器 直接耦合高增益多级放大器
2.1.1 集成运算放大器的组成 输 入 端 输 入 级
中 间 级
uo= uO1 - uO2= Au(ui1- ui2) = 2Auui1
差模电压放大倍数：
uo 2 Au ui1 Ad Au ui1 ui 2 2ui1
R1 RC RB T1 ui1
uo T2
RC
R1
RB ui2
Ⅲ.比较输入信号 比较输入信号:两输入端的电压输入信号既非 共模信号,又非差模信号.
ii1
ui1 u2 Kuoui 2 R2 R1 R2
R2 ui1 → uo R1K ui 2
2.5.2 平方根运算电路
ii1 ii2
2 ui1 u2 Kuouo Kuo R2 R1 R2 R2
R2 uo ui R1 K
注意: ui＜0
ii2
ii1
③ 信号输入方式
+VCC
R1 RC RB T1 ui 1
uo T2
RC
R1 RB ui 2
Ⅰ.共模输入信号 ui1=ui2=uC （大小相等,极性相同） 理想情况：ui1=ui2 uC1=uc2 uo=0 AC=0 但因两侧不完全对称， uo 0
共模电压放大倍数： Ⅱ.差模输入信号
AC
u+-u-=uid
2.理想运放模型
u+―u-=uo/Auo=0 u+=u结论: （1） “虚短”:
理想运放： rid
KCMR ro 0 Auo
运放两输入端的电位相等，即u+= u-。
（2） “虚断”:rid
两输入端的输入电流为零，即i+=i-= 0
。
3.分析运放电路的基本依据
解：
1 uo C
1 1 0 ( R ui1 R ui 2 )dt uo (0) 1 2
t
例2.3.4 试求图所示电路的uo与ui的关系式。
解
ui i f i1 R
1 uo RF i f i f dt C
RF 1 ( ui ui dt ) R RC
3 ui1 u3 Kuou2 Kuo R2 R1 R2 R2
R2 uo u 2 i R1 K
3
运算电路要求
1. 熟记各种单运放组成的基本运算电路的电 路图及放大倍数公式。
2. 掌握以上基本运算电路的级联组合的计算。 3. 会用 “虚开路(ii=0)”和“虚短路(u+=u–) ” 分析给定运算电路的 放大倍数。
(2) 差动放大电路
① 结构
R1
RB T1 T2 RC uo RC
+VCC
R1
RB
ui1 特点：结构对称。
ui2
② 抑制零漂的原理
+VCC
R1 RC RB T1 ui1 T2 ui2 uo RC
R1
RB
当 ui1 = ui2 =0 时： uo= UC1 - UC2 = 0 当温度变化时：uo= (UC1 + uC1 ) - (UC2 + uC2 ) = 0
三输入加法运算电路
ui1 ii1 R1
ui 2 ii 2 R2
uo if RF
ui 3 ii 3 R3
i f ii1 ii 2 ii3
RF RF RF uo ( ui1 ui 2 )ui 3 R1 R2 R3
2. 同相求和运算电路 RF R1 ui1 ui2 Ri1 – + +
开环大倍数： 无外加反馈回路的差模放大倍数 理想运放： ri
KCMR ro 0 Auo
§2.1.2 集成运放的符号和参数
1.集成运放符号：
u－ － Auo ＋ u+
＋
国内符号
uu+
uo
u－ u+
∞
－
＋
uo
国际符号
+
＋ uo
CF741的管脚图
2.集成运放的主要参数 (1)开环差模电压放大倍数Auo
对输入级的要求：尽量减小零点漂移,尽量提高 KCMRR , 输入阻抗 ri 尽可能大。
对中间级的要求：足够大的电压放大倍数。
对输出级的要求：主要提高带负载能力，给出足 够的输出电流io 。即输出阻抗 ro小。
集成运放的特点：
ri 大: 几十k 几百 k KCMRR 很大
ro 小：几十 几百 Auo ,很大: 104 107
主要内容：
集成运算放大器的基础知识 组成、特点、参数、传输特性、线 性、非线性、虚短、虚断 线性应用 各种运算
理想运放模型
u+―u-=uo/Auo=0 u+=u结论: （1） “虚短”:
u ? ui 1
RF Ri 2 Ri 1 uo (1 )( ui 1 ui 2 ) R1 Ri 1 Ri 2 Ri 1 Ri 2
方法2：
RF R1 – + u+ +
RF uo (1 )u R1
ui1
ui2 Ri1
u+=?
+ uo –
Ri 2 Ri 1 u ui 1 ui 2 Ri 1 Ri 2 Ri 1 Ri 2
无外加反馈回路的差模放大倍数。一般在 104 109之间。理想运放的Auo为。
(2)差模输入电阻rid
rid >1M, 有的可达100M以上。
(3)共模抑制比KCMR
常用分贝作单位，一般100dB以上。
(4)输出电阻ro
ro =几-几十。
(5) 输入失调电压UIO : 反映差动 输入级的不对称程度 (6) 输入失调电流IIO (7) 输入偏置电流IIB (8) 输入失调电压温漂dUIO/dT
Uo=
RF 100 uo1 1 2V R1 50
2.3.2 加法运算电路
作用：将若干个输入信号之和按比例放大。
类型：同相求和和反相求和。
• 1. 反相求和运算电路 ii2 Ri2 if RF – +
因虚断，i– = 0 所以 ii1+ ii2 = if +
ui2
ui1
ii1 R i1
uo
uC
（很小，<1)
R1
RB T2 ui2
R1 RC RB T1 ui1
uo
RC
+VCC
差模输入信号： ui1 =- ui2 =ud （大小相等，极性相反）
差模输入信号
R1 RC RB T1 ui1 T2 uo
RC
R1
RB
+VCC
ui2
设AU1 =AU2 =Au ， u01 =Auui1 。 因uo2 =Auui2，
(9) 最大共模输入电压UICM
(10) 最大差模输入电压UIDM
3.集成运放的分类 按 用 途 分
通用型 低功耗型 高精度、低漂移型
高阻型
§2.1.3集成运放的电压传输特性
1.电压传输特性
集成运放的电压传输特性是指开环时，输出电压 与差模输入电压之间的关系。
即:uo=Auo(u+-u-)=
Auouid
if =?
if
uC C + – F
1 uo R1C F
t0 uidt uC to
t
1 R1CF
t
t
0
ui dt uo t o
“虚短”和“虚断” （2）运放工作在非线性区。 u+-u-=uid
u+＞u－ 时，uo=+Uom u+＜u－ 时，uo=－Uom
虚断
§2.3 集成运算放大器的线性应用
信号的放大、运算
运放线 性应用
有源滤波电路
2.3.1 比例运算电路
作用：将信号按比例放大。 类型：同相比例放大和反相比例放大。
R2
+
u u
uo
u i1 u i2
i1
_ u-
R1
u+ +
R1
uo u u ui1 R2 R1 ui 2 u u R1 R2
R2 uo (ui 2 ui1 ) R1
R2
解出：
Ｒ１＝Ｒ２时？
2.3.4 积分运算电路
由虚短及虚断性质可得 i1 R1 i 1 = if – + + + duC ui ui uo + iF C F i1 R2 – dt R1 – duC ui duo 当电容CF的初始电压 C F CF dt R1 dt 为 uC(t0) 时，则有
RF ii ui
u -= u += u i
uo
虚短路 虚开路
if
_
+ +
R1 R2
uu+
ui uo ui RF R1
RF uo (1 )ui R1
uo RF Auf 1 ui R1
3、电压跟随器
_ +
uo
ui
+
结构特点：输出电压全 部引到反相输入端，信 号从同相端输入。电压 跟随器是同相比例运算 放大器的特例。
电工学2
电子技术
第2章 模拟集成 电路及应用
第2章 模拟集成电路及应用
§2.1 集成运算放大器
§2.2 放大电路中的负反馈 §2.3 集成运放的线性应用 §2.4 集成运放的非线性应用
§2.1 集成运算放大器 直接耦合高增益多级放大器
2.1.1 集成运算放大器的组成 输 入 端 输 入 级
中 间 级
uo= uO1 - uO2= Au(ui1- ui2) = 2Auui1
差模电压放大倍数：
uo 2 Au ui1 Ad Au ui1 ui 2 2ui1
R1 RC RB T1 ui1
uo T2
RC
R1
RB ui2
Ⅲ.比较输入信号 比较输入信号:两输入端的电压输入信号既非 共模信号,又非差模信号.
ii1
ui1 u2 Kuoui 2 R2 R1 R2
R2 ui1 → uo R1K ui 2
2.5.2 平方根运算电路
ii1 ii2
2 ui1 u2 Kuouo Kuo R2 R1 R2 R2
R2 uo ui R1 K
注意: ui＜0
ii2
ii1
③ 信号输入方式
+VCC
R1 RC RB T1 ui 1
uo T2
RC
R1 RB ui 2
Ⅰ.共模输入信号 ui1=ui2=uC （大小相等,极性相同） 理想情况：ui1=ui2 uC1=uc2 uo=0 AC=0 但因两侧不完全对称， uo 0
共模电压放大倍数： Ⅱ.差模输入信号
AC
u+-u-=uid
2.理想运放模型
u+―u-=uo/Auo=0 u+=u结论: （1） “虚短”:
理想运放： rid
KCMR ro 0 Auo
运放两输入端的电位相等，即u+= u-。
（2） “虚断”:rid
两输入端的输入电流为零，即i+=i-= 0
。
3.分析运放电路的基本依据
解：
1 uo C
1 1 0 ( R ui1 R ui 2 )dt uo (0) 1 2
t
例2.3.4 试求图所示电路的uo与ui的关系式。
解
ui i f i1 R
1 uo RF i f i f dt C
RF 1 ( ui ui dt ) R RC
3 ui1 u3 Kuou2 Kuo R2 R1 R2 R2
R2 uo u 2 i R1 K
3
运算电路要求
1. 熟记各种单运放组成的基本运算电路的电 路图及放大倍数公式。
2. 掌握以上基本运算电路的级联组合的计算。 3. 会用 “虚开路(ii=0)”和“虚短路(u+=u–) ” 分析给定运算电路的 放大倍数。
(2) 差动放大电路
① 结构
R1
RB T1 T2 RC uo RC
+VCC
R1
RB
ui1 特点：结构对称。
ui2
② 抑制零漂的原理
+VCC
R1 RC RB T1 ui1 T2 ui2 uo RC
R1
RB
当 ui1 = ui2 =0 时： uo= UC1 - UC2 = 0 当温度变化时：uo= (UC1 + uC1 ) - (UC2 + uC2 ) = 0
三输入加法运算电路
ui1 ii1 R1
ui 2 ii 2 R2
uo if RF
ui 3 ii 3 R3
i f ii1 ii 2 ii3
RF RF RF uo ( ui1 ui 2 )ui 3 R1 R2 R3
2. 同相求和运算电路 RF R1 ui1 ui2 Ri1 – + +
开环大倍数： 无外加反馈回路的差模放大倍数 理想运放： ri
KCMR ro 0 Auo
§2.1.2 集成运放的符号和参数
1.集成运放符号：
u－ － Auo ＋ u+
＋
国内符号
uu+
uo
u－ u+
∞
－
＋
uo
国际符号
+
＋ uo
CF741的管脚图
2.集成运放的主要参数 (1)开环差模电压放大倍数Auo
对输入级的要求：尽量减小零点漂移,尽量提高 KCMRR , 输入阻抗 ri 尽可能大。
对中间级的要求：足够大的电压放大倍数。
对输出级的要求：主要提高带负载能力，给出足 够的输出电流io 。即输出阻抗 ro小。
集成运放的特点：
ri 大: 几十k 几百 k KCMRR 很大
ro 小：几十 几百 Auo ,很大: 104 107
主要内容：
集成运算放大器的基础知识 组成、特点、参数、传输特性、线 性、非线性、虚短、虚断 线性应用 各种运算
理想运放模型
u+―u-=uo/Auo=0 u+=u结论: （1） “虚短”:
u ? ui 1
RF Ri 2 Ri 1 uo (1 )( ui 1 ui 2 ) R1 Ri 1 Ri 2 Ri 1 Ri 2
方法2：
RF R1 – + u+ +
RF uo (1 )u R1
ui1
ui2 Ri1
u+=?
+ uo –
Ri 2 Ri 1 u ui 1 ui 2 Ri 1 Ri 2 Ri 1 Ri 2
无外加反馈回路的差模放大倍数。一般在 104 109之间。理想运放的Auo为。
(2)差模输入电阻rid
rid >1M, 有的可达100M以上。
(3)共模抑制比KCMR
常用分贝作单位，一般100dB以上。
(4)输出电阻ro
ro =几-几十。
(5) 输入失调电压UIO : 反映差动 输入级的不对称程度 (6) 输入失调电流IIO (7) 输入偏置电流IIB (8) 输入失调电压温漂dUIO/dT
Uo=
RF 100 uo1 1 2V R1 50
2.3.2 加法运算电路
作用：将若干个输入信号之和按比例放大。
类型：同相求和和反相求和。
• 1. 反相求和运算电路 ii2 Ri2 if RF – +
因虚断，i– = 0 所以 ii1+ ii2 = if +
ui2
ui1
ii1 R i1
uo
uC
（很小，<1)
R1
RB T2 ui2
R1 RC RB T1 ui1
uo
RC
+VCC
差模输入信号： ui1 =- ui2 =ud （大小相等，极性相反）
差模输入信号
R1 RC RB T1 ui1 T2 uo
RC
R1
RB
+VCC
ui2
设AU1 =AU2 =Au ， u01 =Auui1 。 因uo2 =Auui2，
(9) 最大共模输入电压UICM
(10) 最大差模输入电压UIDM
3.集成运放的分类 按 用 途 分
通用型 低功耗型 高精度、低漂移型
高阻型
§2.1.3集成运放的电压传输特性
1.电压传输特性
集成运放的电压传输特性是指开环时，输出电压 与差模输入电压之间的关系。
即:uo=Auo(u+-u-)=
Auouid
if =?
if
uC C + – F
1 uo R1C F
t0 uidt uC to
t
1 R1CF
t
t
0
ui dt uo t o