第六章 模拟集成电路 2010年4月30日
1 第六章 模拟集成电路 2010年4月30日
集成电路 冬在半导体制造工艺的基础上，把整个电路中的元器件制作在一 块硅基片上，构成特定功能的电子电路，称为集成电路。 模拟集成电路种类繁多，有运算放大器、宽频带放大器、功率 放大器、模拟乘法器、模拟锁相环、模数和数模转换器、稳压 电源和音像设备中常用的其他模拟集成电路等。 模拟集成电路一般是由一块厚约0.2-0.25mm的P型硅片制成，称 为基片。基片上可以做出包含有数十个或更多的BJT或FET、电 阻和连接导线的电路。 2
2 集成电路 在半导体制造工艺的基础上，把整个电路中的元器件制作在一 块硅基片上，构成特定功能的电子电路，称为集成电路。 模拟集成电路种类繁多，有运算放大器、宽频带放大器、功率 放大器、模拟乘法器、模拟锁相环、模数和数模转换器、稳压 电源和音像设备中常用的其他模拟集成电路等。 模拟集成电路一般是由一块厚约0.2-0.25mm的P型硅片制成，称 为基片。基片上可以做出包含有数十个或更多的BJT或FET、电 阻和连接导线的电路
模拟集成电路的特点 (1)电路结构与元件参数具有对称性 各元件在同一硅片上，通过相同的工艺过程制造，温度均一性 好。 (2)用有源器件代替无源器件 在集成电路中，高阻值的电阻多用BJT或FET等有源器件组成的 恒流源电路来代替。 (3)采用复合结构的电路 由于复合结构电路的性能较佳，因而在集成电路中多采用复合 管、共射共基、共集共基等组合电路 (4)级间采用直接耦合方式 (5)采用BJT的发射结构成二极管 二极管多用作温度补偿元件或电位移动电路。 3
3 模拟集成电路的特点 (1)电路结构与元件参数具有对称性 各元件在同一硅片上，通过相同的工艺过程制造，温度均一性 好。 (2)用有源器件代替无源器件 在集成电路中，高阻值的电阻多用BJT 或FET等有源器件组成的 恒流源电路来代替。 (3)采用复合结构的电路 由于复合结构电路的性能较佳，因而在集成电路中多采用复合 管、共射 -共基、共集 -共基等组合电路. (4)级间采用直接耦合方式 (5)采用BJT的发射结构成二极管 二极管多用作温度补偿元件或电位移动电路
§6-1模拟集成电路的电流源 在模拟集成电路中，电流源是一种广泛地使用单元电路，它为 放大电路提供稳定的偏置电流，或作放大电路的有源负载。 4
4 §6-1 模拟集成电路的电流源 在模拟集成电路中，电流源是一种广泛地使用单元电路，它为 放大电路提供稳定的偏置电流，或作放大电路的有源负载
镜像电流源 QVoc 设T、T的参数完全相同，即B=B2, Lco-IcEo2,由于有相同的基-射极间 E 电压(BE1=VB2),IE1-=lE2,Ic1lc2。 当BT的狡大时，基极电流I可以忽 略，T的集电极电流I近似等于基准 电流REF,即 la=lr-Y- Vcc R R 5
5 镜像电流源 设 T1、 T2的参数完全相同，即 β1= β2， ICEOl=ICEO 2，由于有相同的基 -射极间 电压 ( VBE1=VBE 2 )，IE1=IE2，IC1=IC2 。 当BJT 的 β较大时，基极电流 IB可以忽 略， T2的集电极电流 IC2近似等于基准 电流 IREF，即 R V R V V I I CC BE CC C REF ≈ − 2 = =
镜像电流源 /c 当不够大时，Ic2与IREF就存在一 定的差别，为了弥补这一不足，接 入T3。利用T3的电流放大作用，减 小了IB对I的分流作用，从而提 高Ic2与IRF互成镜像的精度。 ÷为了避免T,的电流过小而使B,下降， 在T3的射极加R3使I3增大。 镜像电流源电路适用于工作电流较 大(mA)的场合，若需减少Ic的值 (4),要求R的值很大，这在集成电 路中难以实现。 6
6 镜像电流源 当 β不够大时， IC2 与 IREF就存在一 定的差别，为了弥补这一不足，接 入 T3。利用 T3的电流放大作用，减 小了 IB 对 IREF的分流作用，从而提 高 IC2 与 IREF互成镜像的精度。 为了避免 T3的电流过小而使 β3下降， 在 T3的射极加 R e 3 使 IE 3增大。 镜像电流源电路适用于工作电流较 大 (mA )的场合，若需减少 IC2的值 ( μA )，要求 R的值很大,这在集成电 路中难以实现
微电流源 在T,的射极电路接入电阻R2,当基准电 流rEp一定时，Ic2为： VBEI-VBE2 =AVBE IE2Re2 c21E2= △VBE R2 利用两管基-射极电压差AV可以控制输出 电流Ic2。由于AV的数值小，故用阻值不大 的R2即可获得微小的工作电流，称为微电 流源。 当电源电压'cc发生变化时，IREF以及AVBe也将发生变化。由于 R2为数干欧，使'BR<VE1,以致T的VB2值很小而工作在输入 特性的弯曲部分，则I的变化远小于IRF的变化。 7
7 微电流源 在T2的射极电路接入电阻Re2，当基准电 流IREF一定时， IC2为： 2 2 2 1 2 2 2 e BE C E BE BE BE E e R V I I V V V I R Δ ≈ = − = Δ = 利用两管基-射极电压差ΔVBE可以控制输出 电流IC2 。由于ΔVBE的数值小,故用阻值不大 的Re2即可获得微小的工作电流，称为微电 流源。 当电源电压VCC发生变化时， IREF以及ΔVBE也将发生变化。由于 Re2为数千欧，使VBE2 <<VBE1，以致T2的VBE2值很小而工作在输入 特性的弯曲部分，则IC2的变化远小于IREF的变化
电流源用作有源负载 由于电流源具有直流电阻小，而交流 电阻很大的特点，在模拟集成电路中， 常把它作为负载使用，称为有源负载。 T是放大管，T2、T,组成镜像电流原 作为T的集电极有源负载。电流c2(= LcI)等于基准电流Ic3(IREF)。 电流源的交流电阻很大，在共射电路 中，可使每级的电压增益达103甚至 更高。 电流源亦常用作射极负载。 8
8 电流源用作有源负载 由于电流源具有直流电阻小，而交流 电阻很大的特点，在模拟集成电路中， 常把它作为负载使用，称为有源负载 。 T1是放大管， T2 、 T3组成镜像电流原 作为 T1的集电极有源负载。电流 IC2(= IC1)等于基准电流 IC 3 (IREF) 。 电流源的交流电阻很大，在共射电路 中，可使每级的电压增益达10 3甚至 更高。 电流源亦常用作射极负载
FET电流源 T1、T2是N沟道增强型MOSFET对管 由于T,漏、栅相连，只要VDD>VT,它就运行在饱和区。 Io=ID2=IREF =(VDD+Vss-VGs)/R 121 W2I L2I REF IL 当器件宽长比不同时 +VpD d T 20 NNOS d, DS2 Vcs (b) 9
9 FET电流源 • T1、T2是N沟道增强型MOSFET对管 • 由于T1漏、栅相连，只要VDD>VT，它就运行在饱和区。 o REF o D REF DD SS GS I W L W L I I I I V V V R 1 1 2 2 2 / / ( )/ = = = = + − 当器件宽长比不同时
复习思考题 0 定性分析右边电路，说明T1、T,在电路 中的作用 解(I)T2、R21和Rb22为恒流源电路。 RiVcc Rb21+R62 VB2-VEB2 VB2 R22Vcc R2 R2R2(R21+R22) (2)T1、Rb11和Rb12为射极输出电路。 10
10 复习思考题 定性分析右边电路,说明 T1、 T2在电路 中的作用 解 (1) T2 、 R b21 和 R b22为恒流源电路。 ( ) 2 21 22 22 2 2 2 2 2 2 21 22 22 2 e b b b CC e B e B EB E b b b CC B R R R R V R V R V V I R R R V V + ≈ = − = + = (2) T1、 R b11 和 R b12为射极输出电路