双极型模拟集成电路(精)

常用的两种形式
4. 电阻：（一般有两种）
（1）金属膜电阻:温度特性好 （2）扩散电阻，按结构分：
基区电阻: 50－100K ＝±20%
＝±20% 发射区电阻: 1－1000 （电阻率低） 窄基区电阻: 电阻率高 10－1000K
虽集成化电阻阻值误差大，但为同向偏差，匹配误差 小（小于3％）
偏置电阻？ •静态参数一致： •为什么电路中没有
IbQ1= IbQ2, •隔直电容？ IcQ1= IcQ2, Ube1= Ube2, Uc1= Uc2,
•双端输出时：静态输出为 0
•信号输入方式
双端输入：输入信号接在两个输入端间。 单端输入：输入信号接在一个输入端与地间，另一端接地。 •差放输出方式 双端输出（平衡输出）： 输出取自两个集电极之间。
单端输出（不平衡输出）：
输出取自一个集电极与地间。
双端输入双端输出差放
（二）对差模信号的放大作用
差模信号：是指在差放两个输入端接入两个幅度相等、极性 相反的信号，记为，Uid1 、Uid2 Uid1 = - Uid2 = Uid •当输入差模信号时：（动态） 由于电路的对称性有：
Ie1= -Ie2
2. 集成化电阻阻值越大占用硅片面积越大，一般避免用大电 阻，尽量用晶体管代替电阻、电容。 3. 单个元件的精度不高，受温度影响大，但同一晶片上相邻 元件在制作尺寸和温度上有同向偏差，对称性好，故大量采 用差放电路及增益取决于电阻比值的负反馈放大器。 4. 集成电路中寄生参量的存在会引起元件间的寄生耦合，影 响电路稳定，使电路产生寄生振荡。
第六章 双极型模拟集成电路
第一节
集成化元、器件及其特点
集成差分放大电路
第二节
第三节
电流模电路
功率输出级电路 集成运算放大器
第四节
第五节
第一节 集成化元器件及其特点
一 集成电路工艺简介
以制造NPN管的工艺流程为例
1. 平面工艺
选择隔离槽
P型硅片
氧化
光刻
隐埋层扩散
外延和氧化
隔离扩散
2 电路元件制造工艺
5. 电容
MOS电容： 利用SiO2保护层作绝缘介质，用金属板和半导体作电容极板。
电容量与氧化物厚度成反比，与极板面积成正比，单位面积
电容量不大，但漏电较小、击穿电压较高。
二 集成化元器件特点
1. 集成电路工艺不能制作电感，超过100pF的大电容因占用 面积大也不易制作，故集成电路中不采用阻容耦合，而采用 直接耦合。
选择基区 选择发射区 选择电极 引线窗口 选择要去 除的铝层
基区扩散
发射区扩散
蒸铝
NPN
集成电路的封装
(a)双列直插式
(b)圆壳式
二、 集成化元器件
1. NPN晶体管
在P型硅片衬底上扩散N＋隐埋层，生长N型外延层，扩散P 型基区，N＋型发射区和集电区 扩散P型基区
隔离岛
隐埋层
3. 二极管
晶体管制作时，只要开路或短路某一PN结即得（如图）:
（三）对共模信号的抑制作用
共模信号：是指在差放两个输入端接入两个幅度相等、极性相同 的信号。 记为：Uic1 .Uic2 ； Uic1 = Uic2 = Uic •在共模信号下: Ie=Ie1+Ie2=2Ie1=2Ie2 URe=2Ie1Re=2Ie2Re •交流通路中等效为每个管子发
射极接入一 个2Re的电阻。
；
+ +
Uc1
Uc2
故 URe=0（交流接地） • 又因为：Uc1= -Uc2 故RL的中点呈地电位，即等 效为每管外接负载为RL/2。
URe
Ie1 Ie2
双端输入双端输出差放
•据此，可画出差放在差模输入情况下的交流等效电路（如图）
•由差模输入等效电路可求得:
1. 差模电压增益Aud： 双端输入双端输出时： 与单边电路的 增益相同
A Ud
U c1 U c 2 2U c1 U id1 U id 2 2Uid
' hfeRL Rb hie
' 其中 RL Rc //( RL / 2)
2. 差模输入电阻 Rid：
Rid 2Uid I id 2( Rb hie )
3. 差模输出电阻Rod： 双端输出时，Rod =2Rc//(2 /hoe) 2Rc； (当1/ hoe >>Rc时)
当（1+hfe）2Re>>（Rb+hie）时， •可见：Ree越大共模增益越小。
Rc AUc (单) 2 Re
2 共模输入电阻
Ri Ric Ric ( I ic1 I ic2 ) Rb hie (1 h fe )2 Re / 2 2


3 共模抑制比CMRR
定义：差放的差模增益与共模增益之比值的绝对值
移用来补偿另一只管子产生的漂移，从而抑制漂移。
4.这种对称性在集成工艺中较易实现。因此，集成电路中 广泛使用差分电路。
即 或 CMMR=|AUd/AUc| CMMR（dB）=20lg |AUd/AUc|
•双端输出时， CMMR可以认为等于无穷大 •单端输出时 CMMR（单）= |AUd(单)/AUc(• 单 )|
结论：
•差放对共模信号的抑制作用有重要的意义： 1.对电源扰动、及温度变化，在直接耦合放大电路中被逐 级放大，从而引起较大输出误差。(零点漂移) 2.对差放电路这些现象会引起两管同时产生同样的漂移， 这种大小相等、极性相同的漂移电压就是共模电压。 3.差放电路是利用电路对称的特点，将一个管子产生的漂
•其等效电路如图所示。
•由差模输入等效电路可求得:
1 共模电压增益Auc
双端输出时，由于电路对称，
与单边电路的 增益相同
U oc U oc1 U oc 2 AUc 0 U ic U ic
•单端输出时: 图6－10 (b)共模输入等效电路
h fe Rc U oc1 U oc 2 AUc (单)＝ U ic U ic Rb hie (1 h fe )2Re
第二节 集成差分放大电路
一、差分放大电路的工作原理： （一）差分放大 电路的组成：
由对称的两个基 本放大电路通过 射极公共电阻Ree 耦合构成。
•对称指两个三极管特性一致、电路参数相等： Rb1= Rb2 = Rb, 问Βιβλιοθήκη Baidu？ Rc1= Rc2 = Rc, 1= 2 = , •为什么单边电路没有 hie1= hie2 = hie,