模拟集成电路原理及其应用共68页文档
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《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
高阻型运放可用在测量放大器、采样-保持 电路、带通滤波器、模拟调节器以及某些 信号源内阻很高的电路中。（F3130）
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）
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
集成运算放大器及其应用
§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。
§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。