模拟集成电路原理及其应用共68页文档
《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
第06章 模拟集成电路及其应用【精选】
vO
( RF R2
vI1
RF R3
vI2 )
6.5.2 减法运算电路
差分输入减法电路
vO vO1 vO2
R3 R2 R3
(1
RF R1
)vI1
RF R1
vI2
R1//RF=R2//R3
若 R1 R2, R3 RF
vO
RF R1
(vI1 vI2)
当
vI1
=0
i1
iF
vI
R1 vO vI
RF
Avf
vO vI
1
RF R1
vO
(1
RF R1
)vI
6.4.2 集成运放的基本输入方式
同相输入
电压串联负反馈， Rif ， Rof 0
Avf与运放的内部参数项无关，保证 了运算的精度和稳定性
vO
(1
RF R1
6.4 集成运放的同相和反相放大电路
6.4.1 运放的线性与非线性应用
运放的线性应用
工作在传输特性的线性区 构成深度负反馈电路
线性放大电路：实现信号的放大。 运算电路：实现信号的运算。 利用虚短、虚断的概念解题。
运放的非线性应用
工作在传输特性的限幅区 处于开环或者正反馈工作状态
电流源
6.1 集成运放的组成及基本特性
集成运放的符号
同相输入端 vP : 输出与输入信号同相 反相输入端 vN : 输出与输入信号反相 输出端 vo : 输出电压信号
vP
vo
vP
vo
vN
6-模拟集成电路原理及其应用
RC
负载中点必为
Rb
零电位。 ++
Rb
uo1
ui2
-
-ui1
T1
1 2
uo RL
1 2
RL
RC
uo2 Rb
T２
+ ui2
-
Ree
Ree
–EE
原电路 ib
–EE
uo 差模交流通路 ib
Rb
ui2 rbe ib
RC
1 2
RL
uo1 uo2
1 2
RL
ib
RC
Rb
rbe ui2
差模微变等效电路
ib
Rb
ui2=-
21uid
由有用信号决定的输入信号。
其中：1 uic 2 (ui1 ui2 )
uid ui1 ui 2
2 、共模输入信号 ：
例如：ui1=10mV,ui2=6mV
ui1=ui2=uic
由温度、干扰等引起的等效 输入信号。
3 、任意输入信号：
可分解为差模输入和 共模输入的线性组合
uo
ic2
T1 ui1
uo1
uo2 T2
ue
ui2
RC
RC
ic1
uo
ic2
T ui1 1
uo1
uo2 T2
ve
ui2
RC
RC
ic1
uo
ic2
T ui1 1
uo1 uo2 T2
vE
ui2
置零 Io
Ree
置零
–EE
Ree
导线 对差模信号 代替 差模交流通路
ue 0
差模交流通道
模拟集成电路的线性应用演示文稿
nP
17
n ef
e
j1
ij j d 202202年2年11月月66日日星星期期四
第十七页，共62页。
Uo
( R1
//
R2
//
//
Rn
//
RP
)
Re Rf Re
n
(
j1
U ij Rj
)(1
1
1 Ad F
)
若取 Re//Rf = Rp//R1//…//Rn 的条件
Uo
Rf
n
(
j1
U ij Rj
2.1.3 差动型放大器
1.差动放大器理想特性
理想运放时
U
R4 R3 R4
U i2
U
R2 R1 R2
U i1
R1 R1 R2
Uo
图2-1-11 差动放大器
当满足匹配条件 R3=R1、 R4=R2 时 输入电压与输出电压关系为
R2
U (U U ) 集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院
1
1 Ad
Fo
)
R2 R1
ACM Ad
U i2
第一项为理想放大器的输出电压
第二项为环路增益为有限值时引起误差电压
第三项为共模增益引起误差电压 集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院
20
2022022年2年1月1月66日日星星期期四四
第二十页，共62页。
3.增益可调差动放大器
由理想运放基本条件 可导出以下关系式
I1 I3 ，
Ui1 U U U A
R
mR
I2 I4 ，
Ui2 U R
U UB mR
图2-1-12 增益可调的 差动放大器
电子线路基础课件第6章模拟集成电路原理及其应用
号相反，即
ui
iB1
iB2
Rs
2 hie
输入电压的增量为
ui ui1ui22iB1(Rshie) uo uC1uC2 2hfeRCiB1
第6章 模拟集成电路原理及其应用
由于输出电压取自两管集电极之间，输出端任一端均不 接地，这种输出形式称作双端输出。于是差动放大器双端输出 电压放大倍数为
Auduuoi
图中REE为射极耦合电阻，假设电路完全对称，则两管的 静态工作电流为
IE1
IE2
EE UBE
Rs
1
2REE
通常，［Rs/(1+β)］<< 2REE， 故有
IE1
IE2
EE 0.7 2REE
第6章 模拟集成电路原理及其应用
1) REE
差模信号：输入信号为Δui1=-Δui2, 即两管输入信号大小相 等、相位相反，我们把这样一对信号称为差模输入信号，记 为Δuid。
ui1
ui＋ 2－ ＋
ui 2－
ui2
Rs iB1 hie
hfe iB1
Rs hie
hfe iB2
Rid
iB2
图 6-4 差动放大器增量等效电路
uC1 ＋ RC
uo
RC － uC2
Ro
第6章 模拟集成电路原理及其应用
1) 电压放大倍数Aud 由图6-4不难看出，两管的基极电流增量大小相等、符
第6章 模拟集成电路原理及其应用
6.2 直流信号的放大
1. 级与级之间的直流工作状态互相影响
RB1 RC1
Rs V1
RC2
V2 RE1
＋EC RC3
＋
V3 RE2
Uo －
第七章模拟集成电路及其应用电路-59页精品文档
4.高速型
性能特点： 大信号工作状态下具有优良的频率特性， 转换速率可达每微秒几十至几百伏，甚至 高达 1 000 V/s，单位增益带宽可达 10 MHz，甚至几百兆欧。
模拟集成电路及其应用电路 常用在A / D 和 D / A 转换器、有源滤波 器、高速采样-保持电路、模拟乘法器和 精度比较器等电路中。（F3554）
4. 动态参数：Ad、Ri、 Ro、 Ac、KCMR
共模抑制比KCMR：综合考察差分放大电路放大差模信号 的能力和抑制共模信号的能力。
KCMR
Ad Ac
在 参 数 理 想 对 称 下 的 ， KCM 情R况 。
模拟集成电路及其应用电路
四、具有恒流源的差分放大电路
为什么要采用电流源？
Re 越大，共模负反馈越强，单端输出时的Auc 越小，KCMR越大，差分放大电路的性能越好。
模拟集成电路及其应用电路
差模信号作用时的动态分析
为什么？
差模放大倍数
Ad
uOd uId
Ad
( Rc
∥RL 2
)
Rb rbe
R i 2 (R b r b)e ， R o 2 R c
uId iB2(R brb)e uOdiC2(Rc∥R 2L)
模拟集成电路及其应用电路
1.高精度型
性能特点： 漂移和噪声很低，开环增益和共模抑 制比很高，误差小。（F5037）
2.低功耗型
性能特点： 静态功耗一般比通用型低 1 ~ 2 个数量 级(不超过毫瓦级)，要求电压很低， 有较高的开环差模增益和共模抑制比。 （TLC2552）
模拟集成电路及其应用
§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。
模拟集成电路——原理及应用
模拟集成电路——原理及应用模拟集成电路（Analog Integrated Circuit，简称AIC）是指将各种电子元器件（如电阻、电容、电感、二极管、晶体管等）以及各种基本电路（如放大器、滤波器、振荡器等）等集成在一块半导体芯片上的电路。
它通过调整电子元器件的尺寸和位置，以及通过连接不同的元器件和电路，实现对电信号的处理和控制。
模拟集成电路的原理和应用广泛，在各个领域都有重要的应用。
模拟集成电路的原理主要涉及到电路设计、半导体器件物理特性和电路行为等方面。
在电路设计方面，模拟集成电路需要根据具体的应用需求，选择合适的电路拓扑结构和元器件参数，以实现所需的电路功能。
在半导体器件物理特性方面，模拟集成电路需要充分了解各种器件的特性，如晶体管的放大特性、二极管的整流特性等，以便能够合理地利用这些特性来实现电路功能。
在电路行为方面，模拟集成电路需要考虑电路的稳定性、可靠性、抗干扰能力等，以保证电路在实际应用中的性能和可靠性。
模拟集成电路具有广泛的应用领域。
首先，它在通信领域有重要的应用。
模拟集成电路可以实现对电信号的放大、滤波、调制和解调等处理，从而实现对通信信号的传输和处理。
例如，在手机中，模拟集成电路可以实现对话音频的放大和滤波，从而保证通话质量。
其次，模拟集成电路在工业控制领域也有广泛的应用。
它可以实现对传感器信号的放大、滤波和处理，从而实现对工业过程的控制和监测。
例如，在温度控制系统中，模拟集成电路可以对温度传感器的信号进行放大和处理，以控制加热器的温度。
此外，模拟集成电路还在医疗设备、汽车电子、消费电子等领域有着广泛的应用。
模拟集成电路是将各种电子元器件和电路集成在一块芯片上的电路，它的原理涉及电路设计、半导体器件物理特性和电路行为等方面。
模拟集成电路具有广泛的应用领域，包括通信、工业控制、医疗设备、汽车电子等。
随着科技的发展和应用需求的增加，模拟集成电路的应用前景将更加广阔，对于提高电子设备的性能和功能有着重要的作用。
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
模拟集成电路原理及其应用
模拟集成电路基础 模拟集成电路的定义
01
02
03
04
05
模拟集成电路：模拟集 模拟集成电路的特点 成电路是一种电子电路， 用于处理连续变化的模 拟信号，如声音、温度、 光线等。它由多个电子 元件集成在一块芯片上， 实现信号的放大、滤波、 转换等功能。
模拟集成电路的发展历 程
模拟集成电路的应用领 域
在传感器接口电路中的应用
信号调理
模拟集成电路用于传感器 输出信号的调理，将传感 器输出的微弱信号转换为 适合后续处理的信号。
信号放大与滤波
模拟集成电路可以对传感 器输出信号进行放大和滤 波，以提高信号的信噪比 和稳定性。
信号转换
模拟集成电路可以将传感 器输出的模拟信号转换为 数字信号，以适应数字系 统的需求。
04 模拟集成电路的应用
在通信领域的应用
信号放大与传输
模拟集成电路用于信号的放大和 传输，确保信号的稳定性和可靠
性。
调制解调
在通信系统中，模拟集成电路用于 信号的调制和解调，实现信号的转 换和处理。
滤波器设计
模拟集成电路可以用于设计各种滤 波器，如低通、高通、带通和带阻 滤波器，以实现信号的选择和过滤。
模拟集成电路原理及其应用
目录
• 引言 • 模拟集成电路基础 • 模拟集成电路原理 • 模拟集成电路的应用 • 模拟集成电路的挑战与展望 • 结论
01 引言
主题简介
模拟集成电路
模拟集成电路是电子学中一种处理模 拟信号的集成电路，通过模拟信号处 理实现各种功能。
模拟集成电路的应用
模拟集成电路广泛应用于通信、音频 处理、电源管理、传感器接口等领域 。
目的和意义
目的
模拟集成电路原理
模拟集成电路原理你看啊，模拟集成电路就像是一个小小的魔法王国。
这里面有好多的小居民，那就是晶体管啦、电阻啦、电容这些小元件。
它们可不像咱们看到的那些大物件那么简单，每个都有自己独特的本事。
先说说晶体管吧。
晶体管就像是这个王国里的小魔法师。
它可以控制电流的流动，就像魔法师控制魔法元素一样。
你想啊，电流就像是一股神奇的力量，晶体管能决定这股力量是大是小，是走这条路还是那条路。
比如说，在一个放大电路里，晶体管就像是一个放大器，把一个小小的电信号变得大大的。
这就好比你有一个小小的声音，晶体管这个小魔法师把这个声音变得超级响亮，让所有人都能听到。
再来说说电阻。
电阻就像是这个王国里的小门卫。
电流要想通过它，可就得按照它的规矩来。
电阻越大，电流通过的时候就越费劲，就像门卫管得越严，通过的人就越少一样。
如果把电路比作一条河流，电阻就是河中间的那些大石头，它们会阻碍水流的速度，电流在电阻这里也会被“阻拦”一下，速度或者大小就会发生变化。
还有电容呢，电容就像是一个小储蓄罐。
它可以储存电荷，就像储蓄罐存钱一样。
当电路里的电信号有波动的时候，电容这个小储蓄罐就发挥作用啦。
它可以把多余的电荷存起来，等到需要的时候再放出去，就像你平时存钱，到了想买心爱的小玩具的时候就把钱拿出来用。
那这些小元件组合在一起，就形成了模拟集成电路这个大魔法阵。
比如说一个音频放大电路，晶体管负责把音频信号放大，电阻负责控制电流的大小，让放大的程度刚刚好，电容呢，就负责让声音更加稳定，不会有杂音。
它们就像一个团队一样，互相配合，才能让我们听到美妙的音乐。
而且啊，模拟集成电路的设计可不容易呢。
就像搭建一个超级复杂的乐高城堡一样。
设计师得考虑每个小元件的特性，得像一个超级聪明的指挥官，安排每个小元件在合适的位置，让它们发挥最大的作用。
要是哪个小元件没安排好，就像乐高城堡里有一块积木放错了地方，整个电路可能就不能正常工作了。
在我们的生活中，模拟集成电路无处不在。
模电第6章 模拟集成电路及其应用精简
第 一 节 集 成 运 算 放 大 器 的 组 成 及 基 本 特 性
增益高 输入电阻大、输出电阻低 共模抑制比高 失调与漂移小 输入电压为零时输出电压也为零
6.1.1 集成运算放大器的组成
vN vP
差分输 入级
电压放 大级 输出级
第 一 节
vO
双端输入的 高性能差分 放大电路， 要求其输入 电阻高，共 模抑制比大， 静态电流小。
理 想 集 成 运 算 放 大 器 模 型
6.2.1 输入失调参数 一.输入失调电压
第 二 节 集 成 运 算 放 大 器 的 主 要 参 数
在室温及标准电源电压下，静态(输 入电压为零)时，为了使集成运放的 输出电压为零，在输入端所加的补 偿电压，通常用VIO表示。其数值是 输入电压为零时，将输出电压除以 电压增益，即折算到输入端的电压 的负值。 其大小反映了集成运放中电路的对 称程度和电平配合情况。
输入级
T8
()
③
偏置电路
T9 T12
( )
②
中间级
T13 A
B
输出级
VCC T14 (15V )
⑦
6.1.1
T1 T3 T7
T2 T4 T6
R5
CC T16
T19 T18 R8
T15 R9 T21 T24 R10
⑥
vo
①
T5
IR
⑤
T20 T23
(15V ) VEE
④
T10 R1 R2 R3 R4
的 vP I BP R ' 基 本 vN I BN ( R1 // RF ) 输 入 方 式
例题1. R1=10k , RF=20k , vi =-1V。 求:vo 、Ri，RP应为多大？ 优点： R f if 共模输入电压0 ii i （ v－ v+ 0） i _ vi vo 缺点： + R1 ii+ + 输入电阻小（Ri=R1） RP