集成电路原理第六章S知识分享
s频段相控阵芯片
s频段相控阵芯片1.引言1.1 概述相控阵技术是一种通过控制阵列中的每个天线元件的相位和幅度来实现波束形成和定向传输的技术。
相控阵芯片是相控阵系统中至关重要的组成部分，用于控制和协调各个天线元件的工作。
随着无线通信的快速发展和网络需求的增加，对于高速、可靠的数据传输和大容量通信的需求日益增长，尤其在S频段，相控阵芯片的应用得到了广泛关注。
S频段相控阵芯片是指工作在S频段的相控阵系统中的芯片，其工作频率一般在2-4 GHz之间。
S频段相控阵芯片的应用领域非常广泛。
首先，它在通信领域中可以用于卫星通信、无线通信基站和移动通信系统等。
相控阵芯片结合了波束形成和自适应信号处理等技术，能够实现抗干扰和提高信号传输质量的功能，因此在提高通信系统容量和覆盖范围方面具有巨大潜力。
其次，在雷达系统中，S频段相控阵芯片的应用也非常广泛。
相较于传统的机械扫描雷达，相控阵雷达具有快速扫描、多目标跟踪和高分辨率等优势。
S频段相控阵芯片的应用使得雷达系统能够更加精确地定位目标，提高目标识别和跟踪能力，广泛应用于军事、航空航天、气象等领域。
总之，S频段相控阵芯片是一种具有广泛应用前景的关键技术。
它在通信和雷达领域的应用将为我们带来更高效、更可靠的数据传输和目标探测能力。
随着技术的不断进步和芯片制造工艺的提升，相信S频段相控阵芯片的发展前景将更加广阔。
1.2文章结构文章结构部分的内容应该主要介绍本文的组织架构和各章节的主要内容，让读者能够更好地理解整篇文章的结构和主题。
下面是文章结构部分的一个示例内容：1.2 文章结构本文主要围绕s频段相控阵芯片展开讨论，共分为三个部分。
第一部分是引言部分。
在引言中，首先对s频段相控阵芯片的概述进行介绍，包括其定义、原理和应用领域等。
接着，给出了本文的目的，即通过对s频段相控阵芯片的研究和分析，探讨其发展前景和总结相关内容。
第二部分是正文部分。
正文将详细阐述s频段相控阵芯片的定义和原理，包括其工作原理、结构组成等方面的内容。
集成电路的工作原理
集成电路的工作原理
集成电路是一种将许多电子元件如晶体管、电阻、电容等集成在一块硅片上的化学器件，它能够实现电子元件之间的相互连接和相互作用。
通过集成电路，许多功能模块可以被集成在一个小小的芯片上，从而实现各种复杂的电子系统。
集成电路的工作原理是基于半导体材料的特性，其中最常用的材料是硅。
半导体材料中的电子在低温下几乎处于静止状态，但是当材料被加热时，电子能量增加，它们就会跳到更高能级的位置上。
这个过程被称为激进。
在集成电路中，晶体管是最基本的元件。
晶体管由三个不同特性的材料层组成，分别是n型材料、p型材料和电解介质。
当
电流通过晶体管时，n型材料的电子会移动到p型材料中，从
而形成一个电子空穴对。
这个电子空穴对的形成导致了材料的导电性变化，使晶体管成为一个电子开关。
在集成电路中，晶体管通过连接起来，形成各种电路结构，例如放大器、逻辑门等。
这些电路结构能够根据输入信号的特性，调整晶体管的开关状态，从而实现不同的功能。
通过不同的电路结构和连接方式，集成电路能够实现各种复杂的电子功能，如计算、存储、通信等。
总之，集成电路的工作原理是基于半导体材料的特性和晶体管的工作原理。
通过将许多电子元件集成在一个芯片上，并通过不同的电路结构和连接方式，集成电路能够实现各种复杂的电子功能。
使用集成电路的基本知识
使用集成电路的基本知识集成电路是一种由许多晶体管、电容器、电阻器和其他电子元件构成的电路。
这些电子元件被集成在一个小小的硅片上，形成一种晶体管和电容器的网络。
这个网络可以扩展和集成许多其他电子元件，形成一个完整的电子系统。
集成电路（IC）是电子设备的核心部分，它可在一个小尺寸的芯片上执行多种功能。
因此，它已成为电子产品领域中广泛使用的电路元件之一。
集成电路的发展历史1958年，Jack Kilby在德克萨斯仪器公司（Texas Instruments）发明了第一个集成电路。
这项发明彻底改变了电子行业的格局。
自那以后，集成电路的发明和应用不断发展，已经成为现代电子领域的重要组成部分。
集成电路的分类根据集成电路中电子元件的类型和数量，集成电路可以分为不同的类别，包括以下几种。
1.数字集成电路（Digital IC）：数字集成电路主要由逻辑门电路、计数器电路、寄存器电路和微处理器电路等构成。
数字集成电路可用于制造计算机、计算器、数码钟、模拟数字转换器等数码产品，以及各种控制电子产品。
2.模拟集成电路（Analog IC）：模拟集成电路主要由放大器、滤波器、振荡器、比较器等构成。
模拟集成电路可用于制造各种电子仪器，如音频放大器、电视机、录音机、收音机、计时器等。
它在信号处理、测量及控制系统等领域中也发挥着关键作用。
3.混合集成电路（Hybrid IC）：混合集成电路是数字与模拟电子元件集成在一起的一种特殊类型。
混合集成电路通常用于制造高精度的电子仪器，如电容计、频谱分析仪和高精度测量仪器。
4.大规模集成电路（LSI）：大规模集成电路可以集成更多的电子元件，包括数字电路、模拟电路、存储器和微处理器等集成电路。
LSI通常具有高度集成和高可靠性，并被广泛应用于计算机、通讯、交通、航空、军事等领域中。
5.超大规模集成电路（VLSI）：超大规模集成电路比大规模集成电路更为集成，拥有更多的元件，通常被用于高速计算机、电信、多媒体等领域。
集成电路原理
集成电路原理随着科技的不断发展，集成电路在现代电子技术中扮演着至关重要的角色。
本文将对集成电路的原理进行深入探讨，以便读者能够更好地理解其在电子领域中的应用。
一、集成电路的定义和分类集成电路（Integrated Circuit，简称IC）是一种由多个电子器件和器件间连线组成的芯片，整体封装在单个芯片上。
根据电子器件的类型和功能，集成电路可以分为模拟集成电路和数字集成电路两大类。
1. 模拟集成电路模拟集成电路是以线性元件为基础，能够处理连续变量信号的电路。
它主要用于各种信号处理和放大应用，例如音频放大器、滤波器等。
2. 数字集成电路数字集成电路是以数字逻辑门为基础，能够处理离散信号的电路。
它主要用于计算、存储和控制应用，例如微处理器、存储器等。
二、集成电路的工作原理集成电路的工作原理可以概括为以下几个方面：1. 功能区域划分集成电路芯片通常被划分为多个功能区域，每个区域实现不同的电路功能。
这些功能区域通过金属线或多晶硅连接在一起，形成完整的电路。
2. 器件构成集成电路芯片的核心是电子器件，如晶体管、电容器、电阻器等。
这些器件被精确地制造在芯片的表面，且互相连接以实现特定功能。
3. 控制信号集成电路通过输入控制信号来实现特定功能。
控制信号可以是模拟信号（电压或电流）或数字信号（高电平或低电平），通过改变控制信号的特性，可以实现不同的操作。
4. 供电和接口集成电路芯片需要供电才能正常工作，供电通常由电源提供。
此外，集成电路芯片还需要与其他电子器件或系统进行数据交互，因此会设计接口以实现数据传输。
三、集成电路的应用领域集成电路在各个领域都有广泛的应用，下面将介绍几个典型的应用领域。
1. 通信领域集成电路在手机、通信基站和卫星通信等领域发挥着重要作用。
它们可以实现信号的调制、解调和放大，以及数据的处理和传输。
2. 计算机领域集成电路在计算机硬件中起到关键作用。
微处理器是计算机的核心芯片，它由数百万个晶体管组成的集成电路，负责执行各种计算和控制任务。
6doc-第六章 采用中、大规模集成电路的逻辑设计
第六章 采用中、大规模集成电路的逻辑设计 教学重点：在了解典型中、大规模集成电路逻辑功能的基础上，掌握现代逻辑设计的方向。
教学难点：采用双向移位寄存器设计的计数器的“模”的概念。
6．1二进制并行加法器(四位超前进位加法器74283)介绍能提高运算速度的四位超前进位加法器74283。
对于这些集成电路，主要是掌握它的外部功能，以便设计成其它逻辑电路。
对内部逻辑电路只作一般了解。
四位超前进位加法器74283是中规模集成电路的组合逻辑部件。
74283引脚较少，输入端为被加数和加数共8个，另一个从低位来的进位端1个。
输出端5个，其中4个为和数端，1个为向高位的进位端。
这两个进位端可用来扩展容量。
功能：对被加数和加数作二进制数的加法运算，运算结果为二进制数，亦可看成代码。
例6.1 用四位二进制加法器74283设计一个四位加法/减法器。
●逻辑符号内的引脚符号与外部电路的输入到引脚的信号要加以区别。
设计思路：两数做加法时，信号直接加到引脚；做减法时先把减数连同符号位按位求反，同时从低位来的进位端置1，即变成补码信号后再加到引脚，把减法转化为加法。
设计方法：在加数的每个引脚端前接一个异或门输出端，异或门的两个输入端一个接加数或减数的输入信号，另一个接加、减法控制信号，低位来的进位端连接这控制端。
当控制端信号为1时，输入信号通过异或门后变反，故作减法运算；当控制端信号为0时，输入信号通过异或门后不变，故作加法运算。
所设计的逻辑电路图见P196图6.3。
例6.2 用四位二进制加法器74283设计一个将8421BCD 码转换成余3码的代码转换电路。
设计思路和方法：余3码是从8421BCD 码加3后实现的，故在被加数端接入8421BCD 码信号后，可直接在加数信号输入端接0011信号即可。
这时和数输出端就输出余3码。
●注意：从低位来的进位端应置0，不能悬空(因悬空的效果是高电平1)。
所设计的逻辑电路图见P196图6.4。
集成电路基础知识入门
集成电路基础知识入门一、什么是集成电路集成电路（Integrated Circuit，简称IC）是将电子元器件、电子电路和电子设备等制造工艺加以综合集成在一块半导体晶片上的技术。
集成电路的问世，使得电子器件的体积大大减小，性能和功能得到了极大的提升。
集成电路分为模拟集成电路和数字集成电路两种，分别用于处理模拟信号和数字信号。
二、集成电路的基本组成集成电路由晶体管、电阻、电容等元器件组成，通过不同的电路连接方式实现特定的功能。
其中，晶体管是集成电路的核心元件，它可以实现放大、开关等功能。
电阻用于限制电流的流动，电容用于储存和释放电荷。
通过将这些元器件按照特定的方式连接在一起，形成了各种不同的集成电路。
三、集成电路的分类根据集成电路的功能和应用场景的不同，可以将集成电路分为模拟集成电路和数字集成电路。
模拟集成电路主要用于处理模拟信号，如音频信号、视频信号等。
数字集成电路主要用于处理数字信号，如计算机中的逻辑电路、存储电路等。
此外，还有混合集成电路，可以同时处理模拟信号和数字信号。
四、集成电路的制造工艺集成电路的制造工艺主要分为N型和P型两种。
N型工艺是以硅晶片为基础，通过掺杂磷或砷等杂质，形成N型半导体材料。
P型工艺是以硅晶片为基础，通过掺杂硼等杂质，形成P型半导体材料。
通过这两种材料的组合和加工，形成了复杂的电路结构。
五、集成电路的发展历程集成电路的发展经历了多个阶段。
最早期的集成电路是小规模集成电路，只能集成几个晶体管和几个电阻电容等元器件。
后来发展到中、大规模集成电路，可以集成数十个到数千个元器件。
现在的集成电路已经发展到超大规模和超大规模以上集成电路，可以集成上亿个晶体管和其他元器件。
六、集成电路的应用领域集成电路广泛应用于各个领域，如通信、计算机、消费电子、汽车电子、医疗设备等。
在通信领域，集成电路被用于手机、无线通信设备等；在计算机领域，集成电路被用于中央处理器、内存等；在消费电子领域，集成电路被用于电视、音响等；在汽车电子领域，集成电路被用于车载娱乐系统、车身控制系统等；在医疗设备领域，集成电路被用于医疗监测设备、医用影像设备等。
集成电路原理
集成电路原理集成电路（Integrated Circuit，简称IC）是指将数百万个电子元器件集成在一块硅片上，通过微影技术制造出来的电子器件。
集成电路的出现，使得电子设备变得更加小型化、轻便化和高性能化。
在现代电子技术领域，集成电路已经成为了各种电子设备的核心部件，无论是计算机、手机、电视，还是汽车、医疗设备，都离不开集成电路的应用。
集成电路的原理可以分为两个方面来解释，一是从物理角度来说，集成电路是将各种电子器件（如晶体管、电阻、电容等）集成在一块硅片上，并通过金属线路将它们连接起来，从而实现各种电路功能。
二是从电路功能角度来说，集成电路是通过各种电子器件的组合和连接，实现特定的电路功能，如放大、滤波、逻辑运算等。
在集成电路的制造过程中，最核心的技术之一就是微影技术。
微影技术是指通过光刻工艺，在硅片上形成微米甚至纳米级别的电子器件和线路。
这种技术的发展，使得集成电路的器件密度和性能得到了大幅度的提升，从而推动了电子技术的快速发展。
另外，集成电路的原理还涉及到半导体材料的特性。
半导体材料是集成电路的基础材料，它具有导电性介于导体和绝缘体之间的特性。
通过在半导体材料上掺杂不同的杂质，可以形成N型和P型半导体，进而实现晶体管等器件的制造。
这些器件的组合和连接，就构成了各种不同功能的集成电路。
总的来说，集成电路原理涉及到物理、化学、电子学等多个学科的知识，是一门综合性很强的学科。
只有深入理解集成电路的原理，才能更好地应用它，推动电子技术的发展。
希望通过本文的介绍，读者能对集成电路的原理有更深入的了解，从而为相关领域的学习和研究提供一定的帮助。
第六章《集成运算放大电路》
U od = U od 1 U od 2 = A u1 U id A u 2 ( U id ) = 2 A u 1 U id
U od 结论：差模电压放大倍数等于 结论： Ad = = A u1 半电路电压放大倍数。 半电路电压放大倍数。 2 U id
21
§6-3．差分放大电路
（2）共模输入方式
非线性区： 非线性区：
u o只有两种可能 : + U OM或 U OM
7
§6-2．集成运放中的电流源电路
( 一) 电 流 源 概 述
一、电流源电路的特点： 电流源电路的特点：
这是输出电流恒定的电路。它具有很高的输出电阻。 这是输出电流恒定的电路。它具有很高的输出电阻。 BJT、FET工作在放大状态时 工作在放大状态时， 1、BJT、FET工作在放大状态时，其输出电流都是具有恒流特 性的受控电流源；由它们都可构成电流源电路。 性的受控电流源；由它们都可构成电流源电路。 在模拟集成电路中，常用的电流源电路有： 2、在模拟集成电路中，常用的电流源电路有： 镜象电流源、精密电流源、微电流源、 镜象电流源、精密电流源、微电流源、多路电流源等 电流源电路一般都加有电流负反馈。 3、电流源电路一般都加有电流负反馈。 电流源电路一般都利用PN结的温度特性， PN结的温度特性 4、电流源电路一般都利用PN结的温度特性，对电流源电路进 行温度补偿，以减小温度对电流的影响。 行温度补偿，以减小温度对电流的影响。
差模输入信号为Ui1 － Ui2=2 Uid 差模输入信号为U
差模输入方式
定义： 定义：Ad=Uod/2Uid
20
§6-3．差分放大电路
A u1 U od 1 = U i1
U od 2 U i2
A u2 =
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VGG为固定偏置，则 vg2=0
vgs2 vg2 vs2 vs2
vbsvs2
i0gd2s(v0vs2)gm 2( vs2)gm2b (s vs2)
vs2ri0
（6-3）
图6-3
接电阻增加输出电阻 的结构与等效电路
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而饱和区衬底跨导
gm
b2sviDBSS
假设：VDD=10V，VBV=6.5V，rz=100，R=35k，则此基准电压源的灵敏 度为0.0044。
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3、CMOS带隙基准源
CMOS带隙基准源电路见 图6-13，此结构实现了一种较 为精确的基准电压源。主要利 用了MOSFET的亚阈区工作时电 流的正温度系数特性与BJT的 BE结导通电压VBE的负温度特 性相互补偿，达到恒定的基准 电压输出。
模拟集成运算放大器电路分层说明
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10Bits 105MSPS 3V ADC 原理图
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无缓冲二级CMOS运放电路
电流镜 源耦合对 偏置电路
共源放大器
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多路电流放大器
6.2.1 电流源与电流沉（Current Source and Sink） 所谓电流源或电流沉，是指一种在任何时间内，其电流值
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6.2.3 基准源
理想的基准电压源或电流源应不受电源和温度变化的影响。 “基准”即是强调基准源的输出数值比一般电源的数值有更高 的精度和稳定性。通常基准与其连接的负载有关，可用缓冲放 大器使其和负载隔开，同时保持良好的性能。
1、简单的电压分压器
VREFVDD
R2 R1 R2
VREF对VDD的灵敏度：
（6-10）
在近似处理时，应注意此电流镜正常工作时，各管均处于饱和 区，gds远小于gm，gmrds»1。
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电路实际工作时，要在输入端、输出端加一定电压才能工作。
在T3饱和的前提下，为使vi时Ir一定，只有相应地使W3/L3、 W2/L2增大。一般v(min)>2vT。另一方面，要保证T3饱和，对输 出端电压也有要求：
由 vD3SvG3SVT3 ，得
(vou tv2)viv2 V T 3
（6-11）
vout vi VT3
（6-12）
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3、共栅共源电流镜——Cascode Current Mirror
（a）电路图
（b）等效电路
图6-7 共栅共源电流镜
i v r d 恒 4 s i v d d 4 定 s sv 3 g id 3 ,2 s v s d ， 1 sv g 1 恒 s v 定 d 2 s v g 4 s(v d 3 sv d 1 sv d 2 ) s
参考电流ir恒定不变
vD1S(vG3SvG2S) vGS2
图6-6 威尔逊电流镜
vGS3i0，并趋于原稳定值。
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输出电阻
r0 rds3rds21rds3gm3(11g3m)2rgdms21rds1gm3rds3
gm1gm3 gm2
rd
s1rds3
gmr01r03(设gm1gm2 gm3 gm)
图6-1 基本的电流源结构与I-V特性示意
要使电流源正常工作，应使T管工作在饱和区：
vDSvGSVT
vou V tSS V DD V G G V D D V TP
voutVSSVGG VTP
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voutVGG VTPVSS （6-1）
（2）电流沉
图6-2 基本的电流沉结构与V-I特性示意
20i2d0s/140/19i0回复原值，r0提高。
由交流小信号等效电路并结合Kirchhoff定律，得如下方程组：
i0 gm4 v2 gmbs4 v2 v4 gds4
vv02
rds2 i0 v2 v4
gmbs4 4 gm4
v1 v3 0
（6-13）
求解方程组可得：
r 0 r d 2 s r d 4 s g m 4 r d 2 r d s 4 ( 1 s 4 ) g m 4 r d 2 r d s 4 （s 6-14）
VDDVEBVDD （6-16）
R
R
图6-9 简单的pn结基准源
VREF对VDD的灵敏度：
VREFkqTln(RVDIDS )
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VREF
S
1
1
VDD ln(VDD ) ln(I )
R IS
IS
（6-17） （6-18）
一般I>>IS，
V REF
S
V DD
1
，VREF受VDD的影响很小。若I=1mA，
精度较差 外延层体电阻—— R=2K/，几十K，可承受高工作电
压，温度系数大
离子注入电阻—— R=500200K/ 几十K 高精度 多晶硅电阻 —— R=十几100/ 薄膜电阻（Ni-Cr、 Cr-Si）——R=几百几K/ 高精度、
可激光修条
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3、MOSFET 与BJT相比，MOS器件主要的缺点在于： • 参数离散性大，跨导低，失调电压较大。 • 噪声大（热噪声+闪烁噪声或称为1/f噪声）
i0 ir
2(vG2SVT2)2(1 vD2S) 1(vG1SVT1)2(1 vD1S )
图6-5 基本的电流镜电路
W L22 COX22(vGS2VT2)2(1vDS2)
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W L11COX11(vGS1VT1)2(1vDS1)
（6-7）
若T1、T2的工艺参数相同，且vDS1=vDS2，则
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6.2.2 电流镜和电流放大器(Current Mirror & Current Amplifier)
1、基本的电流镜（恒流源）
ir iD 1 S iG 1 iD 1 S 1 2 1 ( v G 1 S V T 1 ) 2 ( 1 v D 1 )S
i01 2 2(vG2S V T2)2(1vD2)S
同理，电流沉正常工作，应使
vDS V GG VSS V TN
（6-2）
输出电阻
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r0
vo u t io u t
rds
（6-3）
2、改进的电流沉/源 基本的电流沉/源的优点是结构简单，但性能需加以改善： • 增加小信号输出电阻确保整个vout范围内电流稳定。 • 减小Vmin值，使其在较宽的vout范围内都能很好工作。
V EB R1
R 2 V EB
V EB ( R 1 R 2 ) R1
（6-19）
注意，上式成立的条件为：IB很小 （即很大）；(R1+R2)阻值要大。
图6-10改进的pn结基准源
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（3）以MOSFET代替BJT的基准源
（a）基本结构 （b）改进结构
图6-11 以MOSFET代替BJT的基准源 对于图6-11（a）所示结构：
第六章 MOS模拟集成电路
6.1 MOS模拟集成电路基础 6.1.1 MOS模拟IC中的元件 1、MOS集成电容器
铝—薄氧化层—n+扩散区电容 多晶硅—氧化层—重掺杂衬底间的电容 铝—氧化层—多晶硅电容（寄生电容小） 双层多晶硅电容（寄生电容小）
2020/10/19
2、集成电阻器 硼扩电阻——高阻 R=100200/ 可作5050K 磷扩电阻——低阻 R=25/ 几十 埋层电阻——低值电阻 R20/ 几十几百 基区沟道电阻——R=510K/， 几十KM 可作大电阻，
和加在两端的电压无关的两端元件。通常负端接VSS的称为电流 沉（Sink），正端接VDD的则称为电流源（Source）。一般 MOS器件做电流源/沉时，工作在饱和区。
2020/10/19Fra bibliotek1、基本的电流源、电流沉 （1）电流源
其输出电阻
r0
vout iout
(VDDvSD VSS) iDS
1 1
gds IDS
图6-11（b）所示结构提供的基准电压如下，灵敏度与（a） 结构相似。
VREFVGS(1
R2 R1
)
（6-22）
2020/10/19
（4）齐纳Zenor二极管基准电压源
如图6-12所示，其中的二极 管为重掺杂p+n+结，工作于 反向击穿状态，其电源电压 灵敏度：
图6-12 齐纳二极管基准源
V V S R DE D F V V R DE D F V V R DE D F v vr ded fV V D BV DrZr ZR V V D BV D （6-23）
可见，最终输出电阻增大为r的gm2rds2倍。 2020/10/19
（2）实际电路
（a）电路图
（b）等效电路
图6-4 共栅共源电流沉结构 (对M1管来看的) rou t v io ou u tt rd2 s(1gm 2rd1sgm2 bsrd1sgd2 srd1s)
rd1srd2 sgm 2rd1srd2 s(12)gm 2rd2 srd1s （6-6）
gm，ron 热噪声。 Si-SiO2界面态影响闪烁噪声，在低频时，1/f噪声显著。 如将沟道面积，受界面态影响，闪烁噪声。 4、JFET • 参数一致性差，工艺过程中对夹断电压值的确定难以控制。 • 沟道形成于体内，不受表界面效应影响，速度较快，抗干扰 能力强，常用于微小电量取样电路。
2020/10/19
BE结导通电压VBE与温度的关系： V B(E T ) V g 0(1 T T 0) V BE (T T 0 O ) n k qlT n T T 0
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