电子电路基础第7章-集成电路

1、第七章：集成电路基础内容提要内容提要集成电路将器件和电路中的元件制作在一块硅片上，和分立元件电路相比，具有如下特点：电路的参数容易做到相对误差小，但绝对误差较大，因此电路的形式应选择那些对参数绝对值比较不敏感的电路电感不能集成，电容的容量不能太大。因此，电路的设计应避免有电感，且电容的容量不宜超过几十皮法电阻的取值范围较小用器件取代电阻集成电路中的元器件集成在一小块硅片上，其热跟踪特性很好，通过合理的设计容易获得良好的温度补偿特性恒流电路综述第一节：恒流电路对恒流源的主要要求：等效微变电阻要大温度变化时的稳定性要好当器件参数变化时，电流的恒定性要高在特殊情况下，要求电流值可以控制构成恒流电路的

2、基本原理是利用三极管的集电结电压对电流影响小的特性并引入负反馈来提高器件输出电流的恒定性。在必要时还需要采用特殊电路进行温度补偿基本电流镜(一)第一节：恒流电路基本电流镜的恒流特性体现在 的集电极电流 上，即当 集电极和发射极之间的电压改变时， 基本不变 与 具有相同的温度特性。故当温度变化时， 集电极电流所产生的增量与 集电极电流的增量相同，均为 在电阻 上产生的增量压降将抑制 的变化，该电阻的作用与发射极电阻引入电流负反馈所起的作用类似，但 上的电压降可接近供电电压基本电流镜(二)第一节：恒流电路若两管结面积分别为 和 ，则有：电流镜的电路符号中，箭头所指方向为两管发射极电流的流向改进型电

3、流镜(一)第一节：恒流电路电阻比例电流镜若略去基极电流的影响，则有由于两管基射极电压差远小于 和 上的压降，故有：改进型电流镜(二)第一节：恒流电路令左图中 为零，则推导可得微电流镜改进型电流镜(三)第一节：恒流电路威尔逊电流镜若设左图中三管参数相同，则推导可得：易知该电流镜的误差要小于基本电流镜该电路有较大输出电阻的原因压控电流源第一节：恒流电路该电路的特点是输出的电流受外加电压 的控制，但很少受其他因素的影响图中基准电流的获得方法使得其受直流供电电压的影响很小推导可得：恒压电路综述第二节：恒压电路对恒压源的主要要求：等效微变电阻要小直流电压对温度不敏感对器件参数变化不敏感在有些情况下，还要

4、对电源供电电压不敏感实现恒压的方法有：利用二极管的击穿工作状态、采用温度补偿、引入电压负反馈通用恒压源电路(一)第二节：恒压电路 为工作于击穿状态的二极管，称为稳压管； 是温度补偿二极管推导可得：稳压过程描述该电路的最大容许电流为通用恒压源电路(二)第二节：恒压电路该电路可获得比上图大得多的电流推导可得：其中若把该图看作加有电压负反馈的电路，则VT的集电极和发射极之间接有很小的等效交流电阻，要比上图中的更小基本差动放大电路(一)第三节：差动放大电路电路特点是电路结构左右对称，输入信号加到两管的基极上，输出信号取自两管的集电极在实际应用中，有用输入信号为两管基极电压之差，有用输出信号为两管集电极

5、电压之差，“差动放大”即由此而来基本差动放大电路(二)第三节：差动放大电路根据电路的对称特性，可以用”半电路法”将问题简化静态时，有：故：基本差动放大电路(三)第三节：差动放大电路差模输入信号：在差模信号足够小时，两管发射极连接点的交流电压为零，从而可使用“半电路法”分析双入双出时：双入单出时：基本差动放大电路(四)第三节：差动放大电路若输入信号只加到放大电路的一个基极，另一个基极接地时，为单端输入。此时发射极电阻 将产生电流负反馈推导可得，差动放大电路的差模放大倍数取决于信号是双端输出还是单端输出，而与信号究竟是双端输入还是单端输入无关基本差动放大电路(五)第三节：差动放大电路共模输入信号：

6、若两边电路完全对称，则：双端输出的共模放大倍数为0单端输出时基本差动放大电路(六)第三节：差动放大电路共模抑制比对于两边完全对称的电路，双端输出时的共模抑制比为无穷大单端输出时的共模抑制比为：基本差动放大电路(七)第三节：差动放大电路从大信号差模传输特性曲线中可以看出： 时，为线性区 时，为限幅区。此时一管已进入截止区，另一管的负反馈增大许多，其电流则接近 ，几乎不变大信号共模特性用最大共模输入电压范围来表征具有电流镜偏置电路和电流镜负载的差动放大电路(一)第三节：差动放大电路使用电流镜取代电阻作为发射极偏置电阻的原因在于三极管的集电极微变电阻比其直流电阻大得多使用电流镜取代电阻作为负载的原因

7、在于能够使电路在单端输出的情况下具有和双端输出情况相同的放大倍数和共模抑制比具有电流镜偏置电路和电流镜负载的差动放大电路(二)第三节：差动放大电路放大倍数与工作点电流无关的条件：输出端的外接负载为无限大，于是放大电路的等效负载电阻反比于工作点电流 远小于 ，放大电路的输入电阻反比于工作点电流 为常数电平移动电路(一)第四节：电平移动电路直接耦合的特点是通频带的下限可以延伸至零，但由此产生两个新问题：前级放大级静态工作点有微小的变化时，将被其后的各级逐级放大可以通过在放大电路的输入级采用高共模(温度变化造成器件参数变化可等效为共模信号)抑制比的差动放大电路，并引入包括整个放大电路各级的深度负反馈

8、来解决一般放大级的输入电极是基极或发射极，输出电极是集电极，电平不匹配。且无法实现零输入时零输出可以使用电平移动法来解决该问题电平移动法包括分压法和不同导电类型器件混合连接法两大类电平移动电路(二)第四节：电平移动电路从A点到B点，直流电位应有较大的改变，而交流信号的改变应该尽可能小，否则将降低整个放大电路的增益故 应是直流电阻大于交流电阻， 应是直流电阻小于交流电阻实际电路中，只需 上端的电位比B端和C端高就可以了还必须保证在交流有用信号变化的范围内， 工作在击穿区， 工作在放大区电平移动电路(三)第四节：电平移动电路电路功能说明可以根据NPN管集电极电位比基极、发射极电位高，PNP管集电极

9、电为比基极、发射极电位低的特点，搭配成多种电路跨导线性的基本概念第五节：跨导线性电路工作于放大区的三极管，忽略集电结电压的调宽效应，当 且 上的压降远比结电压小时，有：利用三极管跨导与其集电极电流的线性关系构成的各种电路，称为跨导线性电路跨导线性回路原理(一)第五节：跨导线性电路A环的特点是每两个基极连在一起，B环的特点是两管的发射极分别和另两管的基极相连跨导线性回路原理(二)第五节：跨导线性电路即正向电压沿逆时针取向的两个管子的集电极电流与反向饱和电流之比的乘积等于正向电压沿顺时针取向的两个管子的集电极电流与反向饱和电流之比的乘积推广之后，有：跨导线性回路原理(三)第五节：跨导线性电路在相同

10、工艺条件下， 与发射结面积 成正比，从而有：在跨导线性环中，当各管发射结面积相等时，发射结正向电压沿顺时针取向的各管集电极电流之积，等于发射结正向电压沿逆时针取向的各管集电极电流之积跨导线性回路原理(四)第五节：跨导线性电路跨导线性原理成立的条件：三极管必须工作在放大区发射结电压必须大于100mV基区调宽效应可以忽略基区体电阻上的电压降的影响可以忽略此外，只有在集成电路中才能满足所有PN结热电压相等的条件由三极管跨导线性环构成的电流放大电路(一)第五节：跨导线性电路单级电流放大电路在连接时应保证电路有低输入阻抗和高输出阻抗由三极管跨导线性环构成的电流放大电路(二)第五节：跨导线性电路两级电流放大电路电路结构说明由三极管跨导线性环构成的电流放大电路(三)第五节：跨导线性电路电流放大电路的非线性失