电子电路课件：第三章 第六章 集成运算放大电路
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第六章 集成运算放大器
偏置电路是为集成运算放大器的输入级、中间级和输出级电路 提供静态偏置电流，设置合适的静态工作点。 运算放大器的图形符号如图6-2所示，其中反相输入端用“-”号 表示，同相输入端用“+”号表示 。器件外端输入、输出相应 地用N、P和O表示。
图6-2 运算放大器的图形符号
二、集成运算放大器的主要参数 1. 开环差模电压放大倍数 uo 开环差模电压放大倍数A
图6-4 反馈信号在输出端的取样方式 （a）电压反馈 （b）电流反馈
（4）串联反馈和并联反馈—─反馈的方式 如果反馈信号与输 入信号以串联的形式作用于净输入端，这种反馈称为串联反 馈，如图6-5（a）所示。如果反馈信号与输入信号以并联的 形式作用于净输入端，这种反馈称为并联反馈，如图6-5（b） 所示。可用输入端短路法判别，即将放大电路输入端短路， 如短路后反馈信号仍可加到输入端，则为串联反馈，如短路 后反馈信号仍无法到输入端，则为并联反馈。
图6-7 放大电路的传输特性1—闭环特性 2—开环特性
(3)展宽了通频带 放大器引入负反馈后，虽然放大倍数降低了，但放大器的稳定 性得以提高，由于频率不同而引起的放大倍数的变化也随 之减小。在不同的频段放大倍数的下降幅度不同，中频段 下降的幅度较大，而在低频段和高频段下降的幅度较小， 结果使放大器的幅频特性趋于平缓，即展宽了通频带。
(4)改变了输入输出电阻 负反馈对输入电阻的影响取决于反馈信号在输入端的连接方式。 并联负反馈是输入电阻减小，串联负反馈是输入电阻增大。 负反馈对输出电阻的影响取决于反馈信号在输出端的取样方 式。电压负反馈是输入电阻减小，电流负反馈是输入电阻增 大。电压负反馈有稳定输出电压的作用，电流负反馈有稳定 输出电流的作用。 电压串联负反馈使电压放大倍数下降，稳定了输出电压，改善 了输出波形，增大了输入电阻，减小了输出电阻，扩展了通 频带。电压并联负反馈使电压放大倍数下降，稳定了输出电 压，改善了输出波形，减小了输入电阻，减小了输出电阻， 扩展了通频带。电流串联负反馈使电压放大倍数下降，稳定 了输出电流，改善了输出波形，增大了输入电阻，增大了输 出电阻，扩展了通频带。电流并联负反馈使电压放大倍数下 降，稳定了输出电流，改善了输出波形，减小了输入电阻， 增大了输出电阻，扩展了通频带。
集成运算放大电路教学课件PPT
Rc
Rb
VO1
VO2T1
Rb
+
+
Vi1
T1
Rw
1/2TR2 w
Vi2
2Re
－
Re
－ Ee
－
－ Ee
IB·Rb + VBE +（1+β）IB（1/2Rw+2·Re）= Ee
IBQ=
Ee－ VBE Rb +（1+β）（1/2Rw+2·Re）
VBQ=－IBQ·Rb
ICQ = β·IBQ
VCQ = EC－ ICQ·RC
读图就是对电路进行分析。读图可培养综合应用的能力；进一步 熟悉已知电路；认识和学习新电路。
1、读图的步骤与方法
① 化整为零
将整个电路分成若干个部分。零 越大越好，最小值为单级电路。
② 各个击破
弄清每部分电路的结构和性能，进一步 化整为零，弄清每个元件和电路的功能。
③ 统观整体
研究各部分之间的相互关系，理 解电路如何实现所具有的功能。
提高共模抑制比的主要 途径是增加Re的值。
三、差分放大电路的四种接法
1 、四种接法
双端输入——双端输出 双端输入——单端输出
单端输入——双端输出 单端输入——单端输出
注意
◆各种接法的实际应用
◆只要输出端形式相同，双端输入的结论全部适用 于单端输入。
◆电路的输入、输出电阻
Rid = 2
·Ri
= 2〔Rb+rbe+（1+β）
AC = －
β· （RC// RL）
Rb+rbe+（1+β）（
1 2
RW
+2 Re）
集成运算放大电路
2016/12/24
4. 放大差模信号
差模信号：数值相等，极性相反 的输入信号，即
uI1 uI2 uId / 2
iB1 iB2 iC1 iC2 uC1 uC2 uO 2uC1
＋ u Id 2
－
＋
－
u Id 2
△iE1=－△ iE2，Re中电流不变，即Re 对差模信号无反馈作用。
n U U U U o o1 o2 o A A u uj U U U U j 1 i i i2 in
2. 输入电阻
Ri Ri1
3. 输出电阻
Ro Ron
对电压放大电路的要求：Ri大， Ro小，Au的数值 大，最大不失真输出电压大。
Ri
Ri 2 R5// [rbe2 (1 β2 ) R6 // RL ] 56 K
2016/12/24
1 ( R3 // Ri2 ) 50 (5 // 56 ) Au1 = 191 rbe1 1 .2
Au Au1 Au 2
(1 β ) Re Au ( Rb rbe ) (1 β ) Re
2016/12/24
R3 // R5 rbe2 Rb rbe Ro R6 // 118 Ro Re // 1 2 1
2016/12/24
三、多级放大电路的频率响应
1. 讨论： 一个两级放大电路每一级（已考虑了它们的相互
影响）的幅频特性均如图所示。
20 lg A 20 lg A 40 lg A 20 lg A u u1 u2 u1
uOc 共 模 放 大 倍 数Ac ，参数理想对称时 Ac 0 uIc
2016/12/24
4. 放大差模信号
差模信号：数值相等，极性相反 的输入信号，即
uI1 uI2 uId / 2
iB1 iB2 iC1 iC2 uC1 uC2 uO 2uC1
＋ u Id 2
－
＋
－
u Id 2
△iE1=－△ iE2，Re中电流不变，即Re 对差模信号无反馈作用。
n U U U U o o1 o2 o A A u uj U U U U j 1 i i i2 in
2. 输入电阻
Ri Ri1
3. 输出电阻
Ro Ron
对电压放大电路的要求：Ri大， Ro小，Au的数值 大，最大不失真输出电压大。
Ri
Ri 2 R5// [rbe2 (1 β2 ) R6 // RL ] 56 K
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1 ( R3 // Ri2 ) 50 (5 // 56 ) Au1 = 191 rbe1 1 .2
Au Au1 Au 2
(1 β ) Re Au ( Rb rbe ) (1 β ) Re
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R3 // R5 rbe2 Rb rbe Ro R6 // 118 Ro Re // 1 2 1
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三、多级放大电路的频率响应
1. 讨论： 一个两级放大电路每一级（已考虑了它们的相互
影响）的幅频特性均如图所示。
20 lg A 20 lg A 40 lg A 20 lg A u u1 u2 u1
uOc 共 模 放 大 倍 数Ac ，参数理想对称时 Ac 0 uIc
2016/12/24
集成运算放大电路PPT培训课件
低功耗技术
随着便携式电子设备的普及，低功耗技术成为集成运算放大电路的 重要发展方向，有助于延长设备使用时间。
应用领域拓展
01
02
03
物联网应用
随着物联网技术的发展， 集成运算放大电路在传感 器信号处理、无线通信等 领域的应用越来越广泛。
医疗电子
集成运算放大电路在医疗 电子领域的应用逐渐增多， 如生理信号监测、医学影 像设备等。
详细描述
在高精度测量系统中，集成运算放大电路主要用于信号 调理和信号转换，如电压跟随、跨阻放大等。为了获得 更高的测量精度和更低的误差，需要选用具有低噪声、 低失真、低漂移等性能指标的高品质集成运算放大器， 并通过合理的电路设计和参数调整，实现高精度的测量 结果。同时，还需要注意集成运算放大器的供电电源和 接地方式，以减小电源噪声和接地干扰对测量精度的影 响。
详细描述
音频信号处理应用中，集成运算放大电路常被用于前置放大、功率放大等环节， 实现对声音信号的采集、传输、处理和播放。通过合理选用集成运算放大器，可 以有效地提高音频信号的质量，增强声音的清晰度和动态范围。
案例二：传感器信号放大电路设计
总结词
传感器信号放大电路是集成运算放大电 路的又一典型应用，通过对传感器输出 信号的放大，实现信号的远距离传输和 精确测量。
解决方案
为提高集成运算放大电路的稳定性，可以采取一系列措施，如加入负 反馈、调整元件参数、改善电源供电等。
线性范围问题
总结词
集成运算放大电路的线性范围是 指输入信号在一定范围内时，输 出信号与输入信号呈线性关系。
详细描述
集成运算放大电路的线性范围受 到电子元件性能的限制，当输入 信号过大或过小，超过一定范围 时，输出信号与输入信号不再呈
随着便携式电子设备的普及，低功耗技术成为集成运算放大电路的 重要发展方向，有助于延长设备使用时间。
应用领域拓展
01
02
03
物联网应用
随着物联网技术的发展， 集成运算放大电路在传感 器信号处理、无线通信等 领域的应用越来越广泛。
医疗电子
集成运算放大电路在医疗 电子领域的应用逐渐增多， 如生理信号监测、医学影 像设备等。
详细描述
在高精度测量系统中，集成运算放大电路主要用于信号 调理和信号转换，如电压跟随、跨阻放大等。为了获得 更高的测量精度和更低的误差，需要选用具有低噪声、 低失真、低漂移等性能指标的高品质集成运算放大器， 并通过合理的电路设计和参数调整，实现高精度的测量 结果。同时，还需要注意集成运算放大器的供电电源和 接地方式，以减小电源噪声和接地干扰对测量精度的影 响。
详细描述
音频信号处理应用中，集成运算放大电路常被用于前置放大、功率放大等环节， 实现对声音信号的采集、传输、处理和播放。通过合理选用集成运算放大器，可 以有效地提高音频信号的质量，增强声音的清晰度和动态范围。
案例二：传感器信号放大电路设计
总结词
传感器信号放大电路是集成运算放大电 路的又一典型应用，通过对传感器输出 信号的放大，实现信号的远距离传输和 精确测量。
解决方案
为提高集成运算放大电路的稳定性，可以采取一系列措施，如加入负 反馈、调整元件参数、改善电源供电等。
线性范围问题
总结词
集成运算放大电路的线性范围是 指输入信号在一定范围内时，输 出信号与输入信号呈线性关系。
详细描述
集成运算放大电路的线性范围受 到电子元件性能的限制，当输入 信号过大或过小，超过一定范围 时，输出信号与输入信号不再呈
(完整word版)电子电路基础版
通信电子电路基础第一章半导体器件§1-1 半导体基础知识一、什么是半导体半导体就是导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。
（导电能力即电导率）（如：硅Si 锗Ge等＋4价元素以及化合物）二、半导体的导电特性本征半导体――纯净、晶体结构完整的半导体称为本征半导体。
硅和锗的共价键结构。
（略）1、半导体的导电率会在外界因素作用下发生变化•掺杂──管子•温度──热敏元件•光照──光敏元件等2、半导体中的两种载流子──自由电子和空穴•自由电子──受束缚的电子（－）•空穴──电子跳走以后留下的坑（＋）三、杂质半导体──N型、P型（前讲）掺杂可以显著地改变半导体的导电特性，从而制造出杂质半导体。
•N型半导体（自由电子多）掺杂为＋5价元素。
如：磷；砷P──＋5价使自由电子大大增加原理：Si──＋4价P与Si形成共价键后多余了一个电子。
载流子组成：o本征激发的空穴和自由电子──数量少。
o掺杂后由P提供的自由电子──数量多。
o空穴──少子o自由电子──多子•P型半导体（空穴多）掺杂为＋3价元素。
如：硼；铝使空穴大大增加原理：Si──＋4价B与Si形成共价键后多余了一个空穴。
B──＋3价载流子组成：o本征激发的空穴和自由电子──数量少。
o掺杂后由B提供的空穴──数量多。
o空穴──多子o自由电子──少子结论：N型半导体中的多数载流子为自由电子；P型半导体中的多数载流子为空穴。
§1-2 PN结一、PN结的基本原理1、什么是PN结将一块P型半导体和一块N型半导体紧密第结合在一起时，交界面两侧的那部分区域。
2、PN结的结构分界面上的情况：P区：空穴多N区：自由电子多扩散运动：多的往少的那去，并被复合掉。
留下了正、负离子。
（正、负离子不能移动）留下了一个正、负离子区──耗尽区。
由正、负离子区形成了一个内建电场（即势垒高度）。
方向：N--> P大小：与材料和温度有关。
（很小，约零点几伏）漂移运动：由于内建电场的吸引，个别少数载流子受电场力的作用与多子运动方向相反作运动。
集成运算放大器电路原理
若单端输出时的负载接在一个输出端和地之间，计算Aud 时，总负载为R′L=RC‖RL。
b. 差模输入电阻 c. 差模输出电阻
Rid
Uid Iid
2Uid1 Iid
2rbe
双端输出时为 单端输出时为
Rod2RC Ro d(单） RC
K
第六章 集成运算放大器电路原理
2、共模抑制特性 共模信号： Ui1=Ui2=Uic
V4
IC 1Ir4IB 1(15)
IC 2IC 3IC 41(1 1( 15)5 )4IrIr
一般β1(1+β5)>>4 容易满足，IC2、IC3、IC4更接近 Ir，并 且受β的温度影响也小。
K
第六章 集成运算放大器电路原理
多集电极晶体管镜像电流源
UCC V2
V1
UCC V3
Rr
Ir
IC1 IC2
K
第六章 集成运算放大器电路原理
6.1 集成运算放大器的电路特点
集成运放：多级放大电路。
输
中
输
电路设计上的主要特点： Ui 入
间
出
级
级
级 Uo
(1) 高增益直接耦合。
(2) 用有源器件代替无源元件。
电流源电路
(3) 利用对称结构改善电路性能。 集成运放电路框图
理想运放：电压增益高、 输入电阻大、 输出电阻小、 工 作点漂移小、失调电压和失调电流为零等特点。
K
第六章 集成运算放大器电路原理
第六章 集成运算放大器电路原理
集成运算放大器是采用微电子技术，将晶体管、电阻、 电容及连线制作在硅片上的电路。
本章介绍集成运放的单元电路和典型集成运放芯片， 重点是差动放大器、恒流源和互补跟随输出级电路。掌握 不同输入输出类型的差动放大器的动特性分析：差（共） 模电压增益、输入输出电阻以及共模抑制比的求法；理解 恒流源的原理，熟悉几种典型恒流源的电路原理图。
《电子电路基础》PPT课件
北京邮电大学出版社
PNP型三极管组成的基本共射 放大电路如图1-17所示。比 较图1-17和图1-16可以看到， 为了使三极管工作处在放大 状态，要求发射结正向偏置、 集电结反向偏置，为此在图117中，在输入回路所加基极 直流电源VBB及输出回路所加 集电极直流电源VCC反向了， 相应的直流电流IB、IC和IE也 都反向了，这也是NPN型和 PNP型三极管符号中发射极指 示方向不同的含义所在。对 于交流信号，这两种电路没 有任何区别
二极管所产生的交流电流与交流电压的关系。在直流工作点Q一定， 在二极管加有交流电压u，产生交流电流i，交流等效电阻rD定义为
du u rD di Q i Q
北京邮电大学出版社
1.3.3 二极管的等效电阻
当二极管上的直流电压UD足够大时
在常温情况下，二极r1D 管 d在dui 直Q 流U工1T 作IS 点 eUQuT 的Q 交 UI流QT 等效电阻rD 为
在无外电场和无其它激发作用下，参与扩散运动的多子数 目等于参与漂移运动的少子数目，从而达到动态平衡。
北京邮电大学出版社
1.2 PN结及其特性
1.2.2 PN结的导电特性
PN结外加正向电压 时处于导通状态
PN结外加反向电压 时处于截止状态
势垒区
⊝ ⊝ ⊝ ⊝⊕ ⊕ ⊕ ⊕
⊝ ⊝ ⊝ ⊝⊕ ⊕ ⊕ ⊕
⊝ ⊝ ⊝ ⊝⊕ ⊕ ⊕ ⊕
P区
N区
I
V
R
图1-5 PN结加正向电压处于导通状态
பைடு நூலகம்
势垒区
⊝ ⊝ ⊝ ⊝⊕⊕⊕ ⊕
⊝ ⊝ ⊝ ⊝⊕⊕⊕ ⊕ ⊝ ⊝ ⊝ ⊝⊕⊕⊕ ⊕
P区
N区
IS
V
R
图1-6 PN结加反向电压处于截止状态
PNP型三极管组成的基本共射 放大电路如图1-17所示。比 较图1-17和图1-16可以看到， 为了使三极管工作处在放大 状态，要求发射结正向偏置、 集电结反向偏置，为此在图117中，在输入回路所加基极 直流电源VBB及输出回路所加 集电极直流电源VCC反向了， 相应的直流电流IB、IC和IE也 都反向了，这也是NPN型和 PNP型三极管符号中发射极指 示方向不同的含义所在。对 于交流信号，这两种电路没 有任何区别
二极管所产生的交流电流与交流电压的关系。在直流工作点Q一定， 在二极管加有交流电压u，产生交流电流i，交流等效电阻rD定义为
du u rD di Q i Q
北京邮电大学出版社
1.3.3 二极管的等效电阻
当二极管上的直流电压UD足够大时
在常温情况下，二极r1D 管 d在dui 直Q 流U工1T 作IS 点 eUQuT 的Q 交 UI流QT 等效电阻rD 为
在无外电场和无其它激发作用下，参与扩散运动的多子数 目等于参与漂移运动的少子数目，从而达到动态平衡。
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1.2 PN结及其特性
1.2.2 PN结的导电特性
PN结外加正向电压 时处于导通状态
PN结外加反向电压 时处于截止状态
势垒区
⊝ ⊝ ⊝ ⊝⊕ ⊕ ⊕ ⊕
⊝ ⊝ ⊝ ⊝⊕ ⊕ ⊕ ⊕
⊝ ⊝ ⊝ ⊝⊕ ⊕ ⊕ ⊕
P区
N区
I
V
R
图1-5 PN结加正向电压处于导通状态
பைடு நூலகம்
势垒区
⊝ ⊝ ⊝ ⊝⊕⊕⊕ ⊕
⊝ ⊝ ⊝ ⊝⊕⊕⊕ ⊕ ⊝ ⊝ ⊝ ⊝⊕⊕⊕ ⊕
P区
N区
IS
V
R
图1-6 PN结加反向电压处于截止状态
《模拟电子技术》课件第6章 集成运算放大电路
IE2
IE1Re1 Re2
VT Re2
ln
IE1 IE2
§6.2 电流源电路
IR R
IC1
T1
IE1 Re1
IB1 IB2
VCC
I C 2=IO
T2
IE2 Re2
当值足够大时
IR IC1 IE 1 IO IC2 IE 2
IO
IR
Re1 Re2
VT Re2
ln
IR IO
IO
IR
Re1 Re2
四、微电流源
R c + vo R c
VCC
Rs
+
vi1
T1 RL T2
Rs
+
vi2
Re
VEE
2、差模信号和共模信号的概念
vid = vi1 vi2 差模信号
vic
=
1 2
(vi1
vi2 )
共模信号
Avd
=
vod vid
差模电压增益
其中vod ——差模信号产生的输出
Avc
=
voc vic
共模电压增益
总输出电压
IE3
IC2
IC1
1
IC2
2
IC 1
2 IC1 β
IO
1
IR 2
2
2
IR
IC1
T1
R IB3
T3
IE3
IB1 IB2
V CC IO= IC2 = IC1
T2
IR R
IC1
IB3
T1 I B1
VCC
IO
T3
IE3 IC2
T2 IB2
三、比例电流源
《集成电路设计导论》课件
IC设计的测试和验证
探讨IC设计的测试和验证技术， 以确保设计的正确性和可靠性。
总结与展望
集成电路设计的现状与未来趋势
总结集成电路设计的现状并展望未来的发展趋 势，如人工智能芯片和物联网应用。
集成电路设计中的挑战与机遇
探讨集成电路设计中面临的挑战和机遇，如功 耗优化和设计验证等。
《集成电路设计导论》 PPT课件
这是一套《集成电路设计导论》的PPT课件，针对集成电路的概念、分类和历 史发展等主题进行介绍，通过丰富的内容和精美的图片，让学习更加生动有 趣。
第一章：集成电路概述
集成电路的定义
介绍集成电路的基本概念和定义，以及其在电子领域中的重要作用。
集成电路的分类
分析不同类型的集成电路，包括数字集成电路、模拟集成电路和混合集成电路。
探讨集成电路设计中常用的仿真 技术，如时序仿真、噪声仿真和 功耗仿真等。
CMOS工艺的基本原理和特点，以及其在集成电路设计中的应用。
2
CMOS电路设计基础
讨论CMOS电路设计的基本原则和技巧，包括逻辑门设计和布局。
3
CMOS电路的布局与布线
解释CMOS电路布局与布线的重要性，以及如何进行最佳布局和布线。
第五章：模拟电路设计
模拟电路设计基础
介绍模拟电路设计的基本原理和 技术，包括信号放大、滤波和稳 压等。
模拟电路的建模与仿真
讨论模拟电路的建模方法和仿真 技术，以验证电路设计的准确性 和性能。
模拟电路的测试和调试
探讨模拟电路的测试和调试方法， 以保证电路的可靠性和稳定性。
第六章：数字电路设计
1
数字电路的逻辑设计
第四章：数模转换电路设计
数模转换电路的种类
第六章晶体放大电路
IB =80uA
集电极电流通过集
IB =60uA
电结时所产生的功耗，
IB =40uA
PC= ICUCE < PCM
IB =20uA
IB=0
u
CE
(V)
（3）反向击穿电压
BJT有两个PN结，其反向击穿电压有以下几种：
① U（BR）EBO——集电极开路时，发射极与基极之间允许的最大 反向电压。其值一般1伏以下～几伏。 ② U（BR）CBO——发射极开路时，集电极与基极之间允许的最大 反向电压。其值一般为几十伏～上千伏。
当UB > UE , UB > UC时，晶体管处于饱和区。
当UB UE , UB < UC时，晶体管处于截止区。
C
晶体管
C
T1 T2 T3
T4
N
基极直流电位UB /V 0.7 1 -1 0
B
B
P
发射极直流电位UE /V 0 0.3 -1.7 0
N
集电极直流电位UC /V 5 0.7 0
15
E
工作状态
（2）V1=3V， V2=2.7V， V3=12V。 鍺管，1、2、3依次为B、E、C
符号规定
UA 大写字母、大写下标，表示直流量。 uA 小写字母、大写下标，表示全量。
ua 小写字母、小写下标，表示交流分量。
uA
全量
ua
交流分量
UA直流分量
t
6.3 双极型晶体三极管放大电路
6.3.1 共发射极基本放大电路
能够控制能量的元件
放大的基本要求：不失真——放大的前提
判断电路能否放大的基本出发点
放大电路的主要技术指标 1.放大倍数——表示放大器的放大能力
第3章 多级放大电路(3)、第六章反馈的概念
be
单入双 出电路
Ad
( Rc //
RL 2(R +r ) b be 2 ) Rb rbe
Ro=2Rc
Ac 0
c L
1 ( Rc // RL) 2(Rb+rbe ( R // R ) 单入单 Ac Ad Ro=Rc Rb r 2(1 ) Re ) 2 Rb rbe 出电路
uOc ( Rc // RL ) 1 ( Rc // RL) Ac Ad uIc Rb rbe 2( 1 ) Re 2 Rb rbe
KCMR
Ad Rb rbe 2(1 ) Re Ac 2( Rb rbe)
3、单端输入双端输出电路
VEE UBEQ IEQ 2 Re
IBQ IEQ 1
UCEQ UCQ UEQ VCC ICQRc UBEQ
2）对共模信号的抑制作用：
uI 1 uI 2
差分电路对共模信 号有很强的抑制作用。 在电路参数理想对称 的情况下，Ac=0。
3） 对差模信号的放大作用
I 2 IB 3
R2 UB 3 VEE R1 R 2
UB 3 UBE 3 IC 3 IE 3 R3 IC 3 IEQ1 IEQ 2 2
例:电路参数理想对称，T的β均为50，rbb΄=100Ω， UBEQ≈0.7V。试计算RW滑动端在中点时，T1管和T2管 的发射极静态电流IEQ，以及动态参数Ad和Ri。
6.1.2 反馈的判断
一、有无反馈的判断
(a) 没有连接输入 与输出端的通路， 即：无反馈通路， 电路无反馈。
6.1.2 反馈的判断
一、有无反馈的判断
If
单入双 出电路
Ad
( Rc //
RL 2(R +r ) b be 2 ) Rb rbe
Ro=2Rc
Ac 0
c L
1 ( Rc // RL) 2(Rb+rbe ( R // R ) 单入单 Ac Ad Ro=Rc Rb r 2(1 ) Re ) 2 Rb rbe 出电路
uOc ( Rc // RL ) 1 ( Rc // RL) Ac Ad uIc Rb rbe 2( 1 ) Re 2 Rb rbe
KCMR
Ad Rb rbe 2(1 ) Re Ac 2( Rb rbe)
3、单端输入双端输出电路
VEE UBEQ IEQ 2 Re
IBQ IEQ 1
UCEQ UCQ UEQ VCC ICQRc UBEQ
2）对共模信号的抑制作用：
uI 1 uI 2
差分电路对共模信 号有很强的抑制作用。 在电路参数理想对称 的情况下，Ac=0。
3） 对差模信号的放大作用
I 2 IB 3
R2 UB 3 VEE R1 R 2
UB 3 UBE 3 IC 3 IE 3 R3 IC 3 IEQ1 IEQ 2 2
例:电路参数理想对称，T的β均为50，rbb΄=100Ω， UBEQ≈0.7V。试计算RW滑动端在中点时，T1管和T2管 的发射极静态电流IEQ，以及动态参数Ad和Ri。
6.1.2 反馈的判断
一、有无反馈的判断
(a) 没有连接输入 与输出端的通路， 即：无反馈通路， 电路无反馈。
6.1.2 反馈的判断
一、有无反馈的判断
If
集成电路设计ppt
第四章 半导体集成电路基本加工工艺与设计规则 4.1 引言 4.2 集成电路基本加工工艺 4.3 CMOS工艺流程 4.4 设计规则 4.5 CMOS反相器的闩锁效应 4.6 版图设计
第五章 MOS管数字集成电路基本逻辑单元设计 5.1 NMOS管逻辑电路 5.2 静态CMOS逻辑电路 5.3 MOS管改进型逻辑电路 5.4 MOS管传输逻辑电路 5.5 触发器 5.6 移位寄存器 5.7 输入输出（I/O）单元
[3] 陈中建主译. CMOS电路设计、布局与仿真.北京：机械工 业出版社，2006.
[4]（美）Wayne Wolf. Modern VLSI Design System on Silicon. 北京：科学出版社，2002.
[5] 朱正涌. 半导体集成电路. 北京：清华大学出版社，2001. [6] 王志功，沈永朝.《集成电路设计基础》电子工业出版
第六章 MOS管数字集成电路子系统设计 6.1 引言 6.2 加法器 6.3 乘法器 6.4 存储器
6.5 PLA 第七章 MOS管模拟集成电路设计基础
7.1 引言 7.2 MOS管模拟集成电路中的基本元器件 7.3 MOS模拟集成电路基本单元电路 7.4 MOS管集成运算放大器和比较器 7. 5 MOS管模拟集成电路版图设计 第八章 集成电路的测试与可测性设计
1.2 集成电路的发展
1、描述集成电路工艺技术水平的五个技术指标 （1）集成度（Integration Level）
集成度是以一个IC芯片所包含的元件（晶体管或门/数）来 衡量（包括有源和无源元件）。随着集成度的提高，使IC及使用 IC的电子设备的功能增强、速度和可靠性提高、功耗降低、体积 和重量减小、产品成本下降，从而提高了性能/价格比，不断扩 大其应用领域，因此集成度是IC技术进步的标志。为了提高集成 度采取了增大芯片面积、缩小器件特征尺寸、改进电路及结构设 计等措施。为节省芯片面积普遍采用了多层布线结构。硅晶片集 成（Wafer Scale Integration -WSI)和三维集成技术也正在研 究开发。从电子系统的角度来看，集成度的提高使IC进入系统集 成或片上系统（SoC）的时代。
数字电路经典课件 (11)
一、集成电路的生产工艺
TTL：晶体管-晶体管逻辑 ，速度快。 (标准,S,LS,AS,ALS,F)
MOS：金属-氧化物-半导体逻辑，功耗低。 (PMOS,NMOS,CMOS) (HC,AHC,AC,HCT,ACT,AHCT,LV,LVC)
ECL： 发射极偶合逻辑，速度更快。 系列：74系列、54系列、4000系列等。 命名：如SN74LS00。
3.1.2 三极管的开关特性
三极管的基本结构是两个反向连结的PN结面，可有 pnp和npn 两种组合。
三个接出来的端点依序称为发射极（emitter,E）、基 极（base,B）和集电极（collector,C）。
pnp与npn三极管的电路符号:
✓ 发射极特别被标出，箭号所指的极为n型半导体， 和二极管 的符号一致。
4、平均传输延时时间— 输出由高变低、由低变高的平均延时时间
tr：上升时间; tf：下降时间； tpdL: 输出由高电平到低电平的传输延迟时间；
tpdH: 输出由低电平到高电平的传输延迟时间。
vi
VIM 0.5VIM
vi 5V
&
vo
vo
tpdL
0.9VOM 0.5VOM 0.1VOM
tf
t tpdH
扇出系数：可以驱动同类门的最大个数, IOH/IIH 或者IOL/IIL，
74LS00: IOH=400uA
IIH=20uA
IOL=8mA
IIL=0.4mA
注意： 1. 前级IOL不小于后级IIL之和, 前级IOH不小于后级IIH之和
2. 一般门电路， IOH/IIH 与IOL/IIL可能不同，扇 出系数为其中较小的一个。
传输门
三态门逻辑符号
模电第六章集成运算放大电路1
引言 集成放大电路的特点
把整个电路中的元器件制作在一块硅基片上， 构成特定功能的电子电路，称为集成电路(IC －Integrated Circuits)。它的体积小，而性 能却很好。
集成电路按其功能来分，有数字集成电路和 模拟集成电路。模拟集成电路种类繁多，有 运算放大器、宽频带放大器、功率放大器、 模拟乘法器、模拟锁相环、模—数和数—模 转换器、稳压电源和音像设备中常用的其他 模拟集成电路等。
ID2 = W L 2 Kn' 2 VGS2 -VT 2 2 / 2 = Kn2 VGS2 -VT 2 2
ID2 =
W
L
2
K
' n2
VGS 2
-VT 2
2 /2
= Kn2 VGS2 -VT 2 2
图6.1.5 MOSFET 镜像电流源
常用电路
2．MOSFET多路电流源
电路如图6.1.6所示， 它是6.1.5b所
用途：1.电流源具有直流电阻小，交流电阻大的 特点；作有源负载 镜像电流源
共射电路的电压增益为：
A V
=
Vo Vi
=
- b (Rc // RL )
rbe
对于此电路Rc就是镜 像电流源的交流电阻，
因此增益为
A V
=
-
bRL
rbe
放大管
比用电阻Rc作负载时提高了。
2.用作偏置电路
例：图中电路为F007偏置
示镜像电流源电路的扩展。基准电流
IREF由T0和T1以及正、负电源确定，根 据前述各管漏极电流近似地与其宽长比
(W／L)成比例的关系，则有
W2
W3
ID2
= L2 W1 L1
I REF ;
把整个电路中的元器件制作在一块硅基片上， 构成特定功能的电子电路，称为集成电路(IC －Integrated Circuits)。它的体积小，而性 能却很好。
集成电路按其功能来分，有数字集成电路和 模拟集成电路。模拟集成电路种类繁多，有 运算放大器、宽频带放大器、功率放大器、 模拟乘法器、模拟锁相环、模—数和数—模 转换器、稳压电源和音像设备中常用的其他 模拟集成电路等。
ID2 = W L 2 Kn' 2 VGS2 -VT 2 2 / 2 = Kn2 VGS2 -VT 2 2
ID2 =
W
L
2
K
' n2
VGS 2
-VT 2
2 /2
= Kn2 VGS2 -VT 2 2
图6.1.5 MOSFET 镜像电流源
常用电路
2．MOSFET多路电流源
电路如图6.1.6所示， 它是6.1.5b所
用途：1.电流源具有直流电阻小，交流电阻大的 特点；作有源负载 镜像电流源
共射电路的电压增益为：
A V
=
Vo Vi
=
- b (Rc // RL )
rbe
对于此电路Rc就是镜 像电流源的交流电阻，
因此增益为
A V
=
-
bRL
rbe
放大管
比用电阻Rc作负载时提高了。
2.用作偏置电路
例：图中电路为F007偏置
示镜像电流源电路的扩展。基准电流
IREF由T0和T1以及正、负电源确定，根 据前述各管漏极电流近似地与其宽长比
(W／L)成比例的关系，则有
W2
W3
ID2
= L2 W1 L1
I REF ;
第6章集成运算放大器
-VEE(-10V)
静态分析: 设vi1=vi2=0时，vo=0 IREF=(VCC+VEE-0.7)/R8=1mA= IC8 = IC7 IC1= IC2= IC7/2=0.5mA VC2=VCC- IC2R2=3.3v VE4=VC2-2×0.7=1.9v IE4= VE4/R4=1mA≈IC4 IC3= IC4/β=0.01mA VC3= VC4=VCC-IE4R3=4.9v VE5= VC3-0.7=4.2v VB6=0.7v IE5= (VE5- VB6)/R5=1mA= IC9 IE6=VEE/R6=5mA
∴ ⊿VBE= VBE1-VBE2
IC1
=VT[ln(IR/IES1)-ln(IC2/IES2)]
=VT[ln(IR/IC2)]
∴IC2=(VT/Re2)ln (IR/IC2)
3 比例恒流源电路
IR R 2IB VCC RC IC2
VBE1+IE1RE1=VBE2+IE2RE2
VBE1- VBE2 =IE2RE2 -IE1RE1 VBE1= VTln(IE1/IES) VBE2= VTln(IE2/IES) VBE1-VBE2= VTln(IE1/IE2)
vi1 vi2
线性放 大电路
vo
差模信号：vid=vi1-vi2 共模信号：vic=(vi1+vi2)/2 例 vi1=5mv vi2 =3mv 则：vid= vi1-vi2 =2mv vic=(vi1+vi2)/2=4mv
实际差分放大器，输出不仅与差模信号有关，而 且也与共模信号有关。
差模电压增益：AVD=vod/vid 共模电压增益：AVC=voc/vic 理想差分放大器：AVD很大， AVC=0
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2uo1 2ui1
Au1
(RC //
rbe
RL 2)ຫໍສະໝຸດ 注意：电路采用了成倍元件，但电压增益并没有
得到提高。
➢ 双入单端输出
ii T1
+
+
ui1
-
RC RL uo1= uod
-
半电路差模交流通路
VCC
RC
T1
+
RL +-uo
ui1
-
REE
VEE
RC T2
+ ui2 -
与双端输出电路的区别：仅在于对RL的处理上。
第三章 集成运算放大电路
The Operational Amplifier(Op-Amp)
Analog IC
运算放大器实质：高增益直接耦合放大电路
▪ 集成运放性能特点
Au很大：（104 ~ 107 或 80 ~ 140dB） Ri 很大：（几k ~ 105 M 或 ） Ro很小：（几十 ） 静态输入、输出电位均为零。
(与世界上其它厂家同类型产品的序号相同。)
其它例如:集成功率放大器的型号命名 CD－－－－
集成稳压器的型号命名
CW－－－－
运算放大器外形图
3.1 差分放大器
差分放大器具有抑制零点漂移的作用，广泛用于集成电路
的输入级，是另一类基本放大器。
一. 电路结构
VCC
RC T1
+ vi1 -
+ vo -
RL
REE
即
ui1 = uic+ uid / 2 ui2 = uic - uid / 2
例：ui1=10.02v, ui2=9.98v，求uid, uic 解： uid = ui1 - ui2= 10.02-9.98=0.04V
uic = (ui1 + ui2 ) / 2=(10.02+9.98)/2=10V
2
uic uid 2
0.02 10 uic 0.02
10.02V 10 9.98V
三.交流性能（续）
同样对输出uｏ 差模输出电压 共模输出电压
uod = uo1 - uo2 uoc = uo1 = uo2
▪且 uo1 = uoc+ uod / 2 ui2 = uoc - uod / 2
➢ 双入双出
✓差模输入电阻
Rid
uid ii
ui1 ui2 ii
2ui1 ii
ii T1
+
+
ui1
-
RC RL uo1
2-
半电路差模交流通路
2Ri1 2rbe
✓差模输出电阻 Rod 2Ro1 2RC
✓差模电压增益 uo1 = -uo2 = uod / 2
Aud
uod uid
uo1 uo2 ui1 ui2
单入=双入
R s rbe Re 1
RC T2
+ vi2 -
1=2=
VBE1=VBE2=VCVC BE
RC
RC
+-vrRiTb1C1e11==RrRbLCRe22E==E+-voRrbCe
T2
+ vi2 -
VEE
VEE
▪由两完全对称的共发电路，经射极电阻REE耦合而成。 ▪采用正负双电源供电：VCC =|VEE|。
▪具有两种输出方式：双端输出、单端输出。
差放半电路分析法
因电路两边完全对称，因此差放分析的关键，就是如何在差 模输入与共模输入时，分别画出半电路交流通路。在此基础 上分析电路各项性能指标。
分析步骤： ▪ 差模分析 画半电路差模交流通路 计算Aud、Rid、Rod ▪ 共模分析 画半电路共模交流通路 计算Auc、KCMR、Ric ▪ 根据需要计算输出电压
一对差模输入信号 u’i1 = -u’i2 = uid / 2＝０.０２Ｖ
一对共模输入信号 u’’i1 =u’’i2 = uiＣ＝１０Ｖ
实际中：差模信号－－－有用信号 共模信号－－－干扰信号
所以：输入信号是两部分叠加！
ui1 u 'i1 ui2 u 'i
u ''i1 2 u ''i
uid 2
I EE I EE
2
VBE(on) VEE REE VCQ1 VCQ2
VCC
I CQ1RC
Vo Vo1 Vo2 VC1 VC2 0 0入0出。
三.交流性能
差模信号和共模信号
(differential-mode) (common-mode)
▪ 差模信号：指大小相等、极性相反的信号。
双端输出： 计算uo 单端输出： 计算uo1 、 uo2
四种接法：
A双入双出 同 C单入双出 B双入单出 同 D单入单出
差模性能分析
ui1 = -ui2 = uid / 2 1）半电路差模交流通路
因 iC1 = ICQ + iC iC2 = ICQ - iC
故 IEE = iC1 + iC2 = 2ICQ（不变）
Rid
uid ii
2Ri1 2rbe
Rod1 Ro1 RC
不变 减小
Aud1
uod1 uid
uo1 2ui1
Au1 2
1 (RC // RL )
2
rbe
Aud2
减小
注意：左出（Ｔ１）为负，右出（Ｔ２）为正，电压
增益仅为单管共射电路的一半！对臂输出，极性相反！
➢ 单入双出
➢ ④单入双出
▪ 集成运放电路符号
反相输入端
u-
-
同相输入端
u+
+
uo
输出端
由于实际电路较复杂 ，因此读图时，应根据电路组成， 把整个电路划分成若干基本单元进行分析。
▪ 集成运放电路组成
采用1~2级共发电路
输入级
中间增益级
输出级
采用改进型 差分放大器
偏置电路 采用电流源
采用射随器或 互补对称放大器
型号命名
数字序号
二.静态分析--估算电路Q点
VCC
VCC
RC T1
+ vi1 -
+ vo -
RL
REE
RC T2
+ vi2 -
RC
T1
ICQ1
RC
ICQ2
T2
REE
IEE
VEE
VEE
令 vi1 = vi2 = 0，画出电路直流通路。
因电路采用正负双电源供电，则 VBQ1 = VBQ2 0
因此
I CQ1 I CQ2
表示为 u’i1 = -u’i2 = uid / 2 差模输入电压 uid = ui1 - ui2 ▪ 共模信号：指大小相等、极性相同的信号。
表示为 u’’i1 = u’’2 = uic
共模输入电压 uic = (ui1 + ui2 ) / 2
▪ 任意信号：均可分解为一对差模信号与一对共模
信号之代数和。
✓REE对差模视为短路。
✓RL中点视为交流地电位， 即每管负载为RL / 2 。 ✓直流电源短路接地。
注意：关键在于对公共器件的处理。
VCC
RC
○T+1
+ ui1 -
○- + vo -○+
RL
REE
RCT○-2 + ui2 -
VEE
T1
+
ui1
-
+
RC RL uo1
2-
半电路差模交流通路
2）差模性能指标分析