第12章模拟集成电路中的基本单元电路..

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《模拟集成电路基础》PPT课件

h
20
P
N
V
PN结的接触电位
(二)PN结的接触电位：
(1).内电场的建立，使PN结中产生电位差。从而形成接触电位V(又称为位垒)。
(2).接触电位 V决定于材料及掺杂浓度：
硅： V=0.7 锗： V=0.2 (3).其电位差用表示
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21
（三）PN结的单向导电性
U
I
P
N
扩散
Q(V-U)
1.PN结加正向电压时：
第四节二极管的应用
h
8
第一节半导体基础知识
一1.、什半么导是体导的体特、性绝：缘体导、电半导率量导电1级0体率-2，2：为-如110：0-154s金.sc.、mc-m1-1
(1).导体：导电性能良好导量的电级物率，质为银如。1、：0-铜橡9-、胶10铝、2 s。云.c母m-、1 (2).绝缘体：几乎不导电量砷塑的级化料物，镓等质如等。。：。硅、锗、 (3).半导体：导电能力介于导体和半导体之间。
生载流子的扩散运用动下的定结向果移产动生称空
间电荷区耗尽层为（漂多移子运运动动）。
空穴 P
(2).空间电荷区产生建立了内电场产生载流子定向运动（漂移运动）
N
•当扩散运动↑内电场↑漂移运
动↑扩散运动↓动态平衡。
(3).扩散运动产生扩散电流；漂移运动产生漂移电流。
•动态平衡时：扩散电流=漂移电流。 PN结内总电流=0。 PN结的宽度一定。
1.电子空穴对：电子和空穴是成对产生的.
h
12
两种载流子——电子和空穴
外电场E 的方向
电子流
2.自由电子——载流子：
自由电子
• 在外电场作用下形成电子流（在导带内运动），

《模拟电路》课程教学大纲

《模拟电路》课程教学大纲一、课程说明（一）课程名称: 模拟电路；所属专业: 微电子科学与工程专业；课程性质: 专业基础课；学分: 4学分。

（二）课程简介、目标与任务；《模拟电路》是微电子专业本科生在电子技术方面入门性质的基础课, 具有自身的体系和很强的实践性。

本课程通过对常用半导体器件、模拟电路的学习, 使学生获得模拟电子技术方面的基本知识、基本理论和基本技能, 为深入学习电子技术及其在专业中的应用打下基础。

（三）先修课程要求, 与先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接；本课程应开设在高等数学、电路分析（未开设）课程之后, 是微电子专业本科生系统学习电子技术知识的基础课程之一。

也是后续数字电路、模拟电路实验、集成电路分析与设计等课程的先修课程。

（四）教材: 《模拟电子技术基础》童诗白华成英主编（第四版）高等教育出版社参考书目: 《模拟电子技术基础简明教程》清华大学电子学教研室编高等教育出版社《电于技术基础》(模拟部分) 康华光主编高等教育出版社《电子线路线性部分》谢嘉奎主编高等教育出版社二、课程内容与安排第一章常用半导体元器件（要求列出章节名）第一节半导体基础知识第二节半导体二极管第三节双极型晶体管第四节场效应管第五节晶闸管（一）教学方法与学时分配课堂教学, 8学时（二）内容及基本要求主要内容: 半导体基础知识；二极管的结构、伏安特性及主要参数；双极型晶体管的结构、伏安特性及主要参数；场效应管的结构、伏安特性及主要参数；晶闸管的结构、伏安特性及主要参数。

【重点掌握】: PN结特性及PN结方程；二极管、晶体管、场效应管、晶闸管的伏安特性。

【了解】: 二极管、晶体管、场效应管、晶闸管的结构及主要参数。

【难点】: 二极管、晶体管、场效应管、晶闸管的伏安特性。

第二章基本放大电路第一节放大电路的组成及工作原理第二节放大电路的分析方法第三节放大电路静态工作点的稳定第四节共集电极放大电路和共基极放大电路第五节场效应管放大电路（一）教学方法与学时分配课堂教学, 12学时（二）内容及基本要求主要内容: 放大的概念；放大电路的组成及工作原理；放大电路的性能指标；放大电路的分析方法：直流通路与甲流通路, 图解法, 微变等效电路法；放大电路静态工作点的稳定；晶体管共集电极放大电路和共基极放大电路；场效应管放大电路。

《模拟电子技术基础》习题课1-2章-概念

三种基本组态放大电路特性与分析
三种组态为：BJT的共射、共基、共集 FET的共源、共栅、共漏
BJT
FET
差放
共射共射共集共基共源共漏共栅差模共模（带反馈Re）
微变等效电路
p74
Ri
Ro
Av
15
模拟电路习题课（一）
共射小信号（微变）等效分析输入电阻、输出电阻和增益
Ri
vi ii
rbe // Rb
Av
vo vi
(1 1)R'L rbe (1 1)R'L
1
R'o
rbe
1 1
//
rce1
rbe
1 1
Ro R'o // ro2 R'o
共集放大器的Ri比共射大很多
电压放大倍数接近于1（小于1）因此称为射随器
共集放大器的Ro比共射的小很多
17
模拟电路习题课（一）
共基小信号（微变）等效分析
R'i
U
反向击穿电压VBR
2
二极管的电阻
模拟电路习题课（一）
直流等效电阻 RD：
RD
VD ID
交流（动态）电阻 rd：
rd
(
diD dvD
)Q1
2vd 2id
rd
(
diD dvD
)Q1
VT ID
3
模拟电路习题课（一）
共射（共E）BJT工作原理
以发射极（E极）作为公共端，EB结正偏，CB结反偏。
iC
参见 P12 图1.3.4
7
3. 饱和区
vCE<vBE vCB<0
4
集电结正偏

模拟集成电路设计教学大纲

模拟集成电路设计教学大纲目录一、课程开设目的和要求2二、教学中应注意的问题2三、课程内容及学时分配2第一章模拟电路设计绪论2第二章MOS器件物理基础2第三章单级放大器3第四章差动放大器3第五章无源与有源电流镜3第六章放大器的频率特性3第八章反馈3第九章运算放大器3高级专题3四、授课学时分配4五、实践环节安排4六、教材及参考书目5课程名称：模拟集成电路设计课程编号：055515英文名称：Analog IC design课程性质：独立设课课程属性：专业限选课应开学期：第5学期学时学分：课程总学时___48,其中实验学时一-一8。

课程总学分--3学生类别：本科生适用专业：电子科学与技术专业的学生。

先修课程：电路、模拟电子技术、半导体物理、固体物理、集成电路版图设计等课程。

一、教学目的和要求CMOS模拟集成电路设计课程是电子科学与技术专业（微电子方向）的主干课程，在教学过程中可以培养学生对在先修课程中所学到的有关知识和技能的综合运用能力和CMOS模拟集成电路分析、设计能力，掌握微电子技术人员所需的基本理论和技能，为学生进一步学习硕士有关专业课程和日后从事集成电路设计工作打下基础。

二、教学中应注意的问题1、教学过程中应强调基本概念的理解，着重注意引导和培养学生的电路分析能力和设计能力2、注重使用集成电路设计工具对电路进行分析仿真设计的训练。

3、重视学生的计算能力培养。

三、教学内容第一章模拟电路设计绪论本课程讨论模拟CMOS集成电路的分析与设计，既着重基本原理，也着重于学生需要掌握的现代工业中新的范例。

掌握研究模拟电路的重要性、研究模拟集成电路以及CMOS模拟集成电路的重要性，掌握电路设计的一般概念。

第二章MOS器件物理基础重点与难点：重点在于MOS的I/V特性以及二级效应。

难点在于小信号模型和SPICE模型。

掌握MOSFET的符号和结构，MOS的I/V特性以及二级效应，掌握MOS 器件的版图、电容、小信号模型和SPICE模型，会用这些模型分析MOS电路。

《模拟电子技术基础》教材-童诗白资料

2018/12/4 12
二.半导体的共价键结构在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个原子与其相临的原子之间形成共价键，共用一对价电子。
+4
+4
+4
+4
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+4
+4
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+4
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+4
+4
+4
+4
硅单晶材料
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共价键结构
2018/12/4
三. 本征半导体的导电机理
在绝对0度(T =0K)和没有外界激发时,价电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电粒子(即载流子) , 它的导电能力为0，相当于绝缘体。
T 光照 I
电导率 s
T 1. 5 光照度
U
半导体 mA
10
2018/12/4
3.半导体的掺杂性 (Doping impuritive) 在半导体中掺入一定浓度的杂质后，可改变半导体的导电类型，导电能力也会大幅度增加，利用这种特性可以制造出不同用途的半导体晶体管与集成电路。
高温掺杂
半导体
2018/12/4
加反偏的PN结
27
PN结的单向导电性
PN结加正向电压时，呈现低电阻，具
有较大的正向扩散电流，处于导通状态；
PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流，处于截止状态。由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。
2018/12/4
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三. PN结电流方程
i I S (e
式中
u UT
iD
D

模拟电路各章知识点总结

模拟电路各章知识点总结第一章：电路基础1.1 电路的基本概念电路是由电气元件（例如电阻、电容、电感等）连接而成的网络。

电路中电流和电压是基本的参数，描述了其中元件之间的相互作用。

电路按照其两个端点的特性可以分为单端口电路和双端口电路。

1.2 电路的基本定律欧姆定律、基尔霍夫定律以及其他电路定律描述了电路中电流和电压之间的关系。

其中欧姆定律描述了电阻元件电流和电压之间的关系，而基尔霍夫定律描述了电路中电流和电压的分布和流动规律。

1.3 电路的等效变换电路中电气元件可以通过等效电路进行简化处理。

例如将若干电阻串并联为一个等效电阻等。

第二章：基本电路元件2.1 电阻电阻是电路中最基本的元件之一，它的作用是阻碍电流的流动。

在电路中，电阻可以通过串联和并联的方式连接。

电阻的阻值与其材料、长度和横截面积有关系。

2.2 电容电容是电路中用来存储电荷的元件，它在电路中具有很多重要的应用。

电容的存储能量与其带电电压和电容量有关。

2.3 电感电感是电路中具有电磁感应作用的元件，其具有对电流变化的响应。

电感的存储能量与其感抗和电流有关。

2.4 理想电源理想电源是电路中常用的元件，可以提供恒定的电压或电流。

其特点是内部阻抗为零或者无穷大。

第三章：基本电路分析方法3.1 直流电路分析直流电路是电路分析中最简单的一种情况。

在直流电路中，电源提供的是恒定电压或电流，不会发生周期性或者随时间改变的变化。

3.2 交流电路分析交流电路分析是在电路中考虑电压和电流随时间变化的情况。

常见的交流电路分析包括使用复数形式进行计算。

3.3 电路的参数测量方法电路中常用的参数测量方法有欧姆表、万用表等。

它们可以测量电阻的阻值、电压的大小以及电流的大小等参数。

第四章：模拟电路设计4.1 放大器设计放大器是模拟电路中广泛应用的电路元件，可以放大电压或者电流的幅值。

常见的放大器有运放放大器、差分放大器等。

4.2 滤波器设计滤波器是可以去除特定频率成分的电路，可以用于信号处理、通信和音频等领域。

集成电路的组成

集成电路的组成集成电路是现代电子技术中不可或缺的一部分，它是电子设备中的核心部件，也是实现电子功能的基础。

集成电路的组成主要包括晶体管、电阻、电容和电感等元件，通过将这些元件集成在一块半导体芯片上，实现了电子功能的高度集成和微型化。

本文将从晶体管、电阻、电容和电感四个方面介绍集成电路的组成。

晶体管是集成电路中最基本的元件之一。

晶体管具有放大和开关功能，可以将微弱的信号放大到适合于后续电路处理的水平，同时也可以实现信号的开关控制。

在集成电路中，晶体管由不同材料制成，如硅、锗等，通过控制电压或电流的变化来控制晶体管的导通与截止。

晶体管的不同组合形式可以实现不同的电子功能，如放大器、开关、时钟等。

电阻是集成电路中的另一个重要组成部分。

电阻的作用是限制电流的流动，通过控制电阻的大小来调节电路的电流和电压。

在集成电路中，电阻通常由金属薄膜或多晶硅等材料制成，通过在半导体芯片上刻蚀形成。

电阻的不同阻值和连接方式可以实现不同的电路功能，如电压分压、电流限制等。

电容是集成电路中的另一重要组成部分。

电容具有存储电荷和隔离电路的作用，可以实现对信号的滤波和耦合。

在集成电路中，电容由两个导体板和介质组成，通过在半导体芯片上形成导体层和介质层来实现。

电容的不同容值和连接方式可以实现不同的电路功能，如滤波器、耦合器等。

电感是集成电路中的另一个重要组成部分。

电感具有储存能量和阻碍电流变化的作用，可以实现对信号的存储和变换。

在集成电路中，电感通常由螺线管或电子元件组成，通过在半导体芯片上绕制导线或添加电子元件来实现。

电感的不同电感值和连接方式可以实现不同的电路功能，如振荡器、变压器等。

集成电路的组成主要包括晶体管、电阻、电容和电感等元件。

这些元件通过在半导体芯片上的集成实现了电子功能的高度集成和微型化。

通过控制这些元件的连接方式和参数，可以实现各种不同的电路功能，从而满足不同的应用需求。

集成电路的发展不仅推动了电子技术的进步，也为人们的生活带来了许多便利。

第12章,数字电路基础知识

二、二进制与十进制的相互转换 1、(N)2→ (N)10 ：将(N)2写成按权展开的多项式，按十进制规则求各乘积项的积并相加。例如：
(1101) 2 1 23 1 2 2 0 21 1 20 (13)1 0
实战训练3
将下列二进制数转换为十进制数（1）（10010）2=（）10 （2）（111101）2=（）10
t
t
数字电路模拟电路
处理模拟信号的电路处理数字信号的电路
数字电路特点 1、数字电路的工作信号是不连续变化的数字信号 2、数字电路的研究对象时电路的输入与输出之间的逻辑关系，研究工具是逻辑代数，表达电路的主要功能是用真值标，逻辑函数表达式，波形图，逻辑图等数字电路的独特功能具有逻辑思维能力，能贮存信息、有记忆功能、是电子计算机发展的基础。
四位二进制数与十进制数之间的的对应关系
二进制数 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111
十进制数 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 12 14 15
二进制数和十进制数的相互转换
A B
&
Ｙ＝ＡＢ
Y
实战训练1 抄5遍表达式并读出表达式写出 3个输入、4个输入与门的表达式
实战训练2 练习画3个两输入与门的逻辑符号，分别画出 3个输入、4个输入与门的逻辑符号
输入变量和对应的输出变量随时间变化的波形
波形图
画与逻辑波形图要领 1）先在输入变量转弯的地方画虚线（有了虚线，才能对齐）。注：a.在同一区间内（两条虚线构成一个区间），每个变量的值不能发生变化。b.虚线不要多划也不要少画（一般情况是少画） 2）按与运算规则，在A、B同为1的区间，Y画1，其余地方画0。注：画波形图时，“凸”起部分表示，“1”，“凹” 下去部分表示“0”。

集成电路绪论

2024/10/16
38
教材：半导体集成电路
朱正涌编著清华大学出版社
参考书：数字集成电路—电路、系统与设计
电子工业出版社
学时：理论课 48学时成绩：考试 70% 平时+作业 30%
2024/10/16
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授课内容（48学时）
绪论
第1章集成电路的基本制造工艺
第2章集成电路中的晶体管及其寄生效应
2024/10/16
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提纲--3
三.集成电路在我国的现状
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集成电路技术在我国的现状
历史悠久
～ 1950
较长的低迷期 1950～1978
缓慢增长急速增长
1978～1992 1992～
中国集成电路生产量的推移
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集成电路的战略地位首先表现在当代国民经济的“食物链”关系
例如：74 系列 4000系列
Memory芯片 CPU 芯片等
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针对某一电路系统的要求而专门设计制造的;具有特定电路功能, 通常市场上买不到的
ASIC
玩具狗芯片； • 通信卫星芯片 • 计算机工作站 CPU中存储器与微处理器间的接口芯片
有些专用芯片又有许多系统销售商在贩卖
ASSP
决定的沟道几何长度，是一条工艺线中能加工的最小尺寸。
• 反映了集成电路版图图形的精细程度，特征尺寸的减少主
要取决于光刻技术的改进（光刻最小特征尺寸与曝光所用波长）。
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9
集成电路的分类
➢ 按电路规模分类 ➢ 按导电载流子类型分类
➢ 按电路处理信号方式分类 ➢ 按实现方法分类

《半导体集成电路》考试题目及参考答案(DOC)

《半导体集成电路》考试题目及参考答案(DOC)1.双极性集成电路中最常用的电阻器和MOS集成电路中常用的电阻都有哪些？2.集成电路中常用的电容有哪些。

3. 为什么基区薄层电阻需要修正。

4. 为什么新的工艺中要用铜布线取代铝布线。

5. 运用基区扩散电阻，设计一个方块电阻200欧，阻值为1K的电阻，已知耗散功率为20W/c㎡,该电阻上的压降为5V,设计此电阻。

第4章TTL电路1.名词解释电压传输特性开门/关门电平逻辑摆幅过渡区宽度输入短路电流输入漏电流静态功耗瞬态延迟时间瞬态存储时间瞬态上升时间瞬态下降时间瞬时导通时间2. 分析四管标准TTL与非门（稳态时）各管的工作状态？3. 在四管标准与非门中，那个管子会对瞬态特性影响最大，并分析原因以及带来那些困难。

4. 两管与非门有哪些缺点，四管及五管与非门的结构相对于两管与非门在那些地方做了改善，并分析改善部分是如何工作的。

四管和五管与非门对静态和动态有那些方面的改进。

5. 相对于五管与非门六管与非门的结构在那些部分作了改善，分析改进部分是如何工作的。

6. 画出四管和六管单元与非门传输特性曲线。

并说明为什么有源泄放回路改善了传输特性的矩形性。

7. 四管与非门中，如果高电平过低，低电平过高，分析其原因，如与改善方法，请说出你的想法。

8. 为什么TTL与非门不能直接并联？9. OC门在结构上作了什么改进，它为什么不会出现TTL与非门并联的问题。

第5章MOS反相器1. 请给出NMOS晶体管的阈值电压公式，并解释各项的物理含义及其对阈值大小的影响（即各项在不同情况下是提高阈值还是降低阈值）。

2. 什么是器件的亚阈值特性，对器件有什么影响？3. MOS晶体管的短沟道效应是指什么，其对晶体管有什么影响？4. 请以PMOS晶体管为例解释什么是衬偏效应，并解释其对PMOS晶体管阈值电压和漏源电流的影响。

5. 什么是沟道长度调制效应，对器件有什么影响？6. 为什么MOS晶体管会存在饱和区和非饱和区之分（不考虑沟道调制效应）？7.请画出晶体管的D DS特性曲线，指出饱和区和I V非饱和区的工作条件及各自的电流方程（忽略沟道长度调制效应和短沟道效应）。

半导体集成电路部分习题答案(朱正涌)

=0.7V, =5V, ，忽略衬底偏置效应。
(1)当时，欲使 =0.3V，驱动管应取何尺寸?
答：
7.2有一E/D NMOS反相器，若 =2V, =-2V, =25, =5V。
(1)求此反相器的逻辑电平是多少?
答：
第8章MOS基本逻辑单元
复习思考题
8.2图题8.2为一E/D NMOS电路。
(1)试问此电路可实现何种逻辑运算?
第13章集成运算放大器
13.2对于图题13.2所示差分对，设 =100, =0.7V，试求其和。
答：
9.5
13.4图题13.4为一个级联射耦对放大器，设时， , , 。求：
(1) , 及；
(2) 和 (若 , )。
答：(1)
(2)
13.5已知射耦对差分放大器电路如图题13.5所示，晶体管的，，试求当 =130mV时的值。
所示。
提示：先求截锥体的高度
-
然后利用公式：，
注意：在计算W、L时,应考虑横向扩散。
2.3伴随一个情况下，哪一种偏置会使得寄生晶体管的影响最大?
答：当横向PNP管处于饱和状态时，会使得寄生晶体管的影响最大。
2.8试设计一个单基极、单发射极和单集电极的输出晶体管，要求其在20mA的电流负载下
由画出隔离槽的四周；
验证所画晶体管的是否满足的条件，若不满足，则要对所作
的图进行修正，直至满足的条件。（及己知
）
第3章集成电路中的无源元件
复习思考题
3.3设计一个4kΩ的基区扩散电阻及其版图。
试求：(1)可取的电阻最小线宽 =?你取多少?
答：12μm
(2)粗估一下电阻长度，根据隔离框面积该电阻至少要几个弯头?

数字电路最基本的电路单元

数字电路最基本的电路单元数字电路是由数字信号处理的电路系统，是现代电子设备的重要组成部分。

在数字电路中，最基本的电路单元是逻辑门。

逻辑门是一种用于处理逻辑运算的电路，能够实现逻辑与、逻辑或、逻辑非等操作。

常见的逻辑门有与门、或门、非门、异或门等。

与门是实现逻辑与运算的基本电路单元。

当输入的所有信号都为高电平时，输出才为高电平；否则输出为低电平。

逻辑与操作符表示为“∧”。

与门的逻辑符号是一个带有两个输入端和一个输出端的符号。

或门是实现逻辑或运算的基本电路单元。

当输入的信号中有一个或多个为高电平时，输出就为高电平；只有当所有输入信号为低电平时，输出才为低电平。

逻辑或操作符表示为“∨”。

或门的逻辑符号是一个带有两个输入端和一个输出端的符号。

非门是实现逻辑非运算的基本电路单元。

非门的作用是将输入信号取反，即高电平变为低电平，低电平变为高电平。

逻辑非操作符表示为“¬”。

非门的逻辑符号是一个带有一个输入端和一个输出端的符号。

异或门是实现异或运算的基本电路单元。

异或运算是指当输入信号相同时输出为低电平，当输入信号不同时输出为高电平。

异或操作符表示为“⊕”。

异或门的逻辑符号是一个带有两个输入端和一个输出端的符号。

除了这些基本的逻辑门外，数字电路中还有许多其他类型的逻辑门，如与非门、或非门、异或非门等。

这些逻辑门可以通过组合和连接来实现各种复杂的逻辑运算，从而构建出功能更加强大的数字电路系统。

数字电路中的逻辑门不仅可以用于实现逻辑运算，还可以用于存储信息和控制信号的传输。

例如，通过连接多个逻辑门可以构建出各种类型的寄存器、计数器、存储器等功能单元，实现数字信号的存储和处理。

逻辑门还可以用于控制数字电路系统的各种操作，如时序控制、数据传输、信号调制等。

总的来说，数字电路中的逻辑门是实现数字信号处理的基本电路单元，是构建数字电路系统的基础。

通过学习和理解各种逻辑门的工作原理和应用方法，可以更好地设计和实现数字电路系统，提高电子设备的性能和功能。

集成电路工作原理

集成电路工作原理集成电路（Integrated Circuit，简称IC）是一种由许多电子器件和连接线组成的微小芯片。

它依靠半导体材料的电学特性实现多种功能电路的集成。

集成电路的工作原理基于以下几个关键要素。

1. 半导体材料：集成电路常用的半导体材料主要有硅和化合物半导体，如砷化镓和碳化硅。

这些材料具有电学特性，能够在一定条件下表现为导电或绝缘。

通过控制半导体材料的导电性，可以实现集成电路的功能。

2. PN结：集成电路中最基本的元件是二极管和晶体管。

二极管由P型半导体和N型半导体组成，形成了PN结。

PN结的工作原理基于PN结两侧材料导电性的差异。

当PN结两侧的材料导电性不同时，会形成电场，其中的电荷会使得材料在P区和N区之间形成电势差。

这个电势差在二极管中表现为单向导通。

当外加电压使得PN结两侧的导电性相同时，电场被抵消，电势差减小，二极管处于截止状态。

3. MOS结：金属-氧化物-半导体（Metal-Oxide-Semiconductor）是一种常见的集成电路结构。

它由金属电极、氧化物层和半导体材料组成。

通过调节金属电极和半导体之间的电压，可以控制氧化物层下的电荷分布。

在MOS结中，被控制的电荷称为栅极电荷，其能够改变绝缘氧化物和半导体之间的电场分布，从而调节电流的流动。

4. 压控元件：除了二极管和晶体管，集成电路还包括其他更复杂的元件，如电阻、电容和电感器等。

这些元件的工作原理基于材料的电学和磁学特性，能够在电路中实现信号的调节、滤波、放大等功能。

集成电路的工作原理是通过将不同的电子元件集成到一个芯片上，通过控制材料的导电性、电场分布等实现电路的功能。

这种集成化的设计使得电路更小型化、高速化，并具有更好的可靠性和稳定性。

第七章模拟集成电路中常用的单元电路

Ir M2 Io1 M3
Io2
16
HMEC
集成电路设计原理
微电子中心
7.1.3 MOS型恒流源电路 Ir 1. 基本电流镜恒流源（续2）
Io1 M2
Io2 M3
电流源输出电阻(MOS管饱和导通电阻)： -1 1 X rds= I = Ids V d）（L DS DS
M1
Vcc
因此，沟道长度选大一些，还有利于提高输出电阻。M1 另外，小电流工作时输出阻抗更高。
18
M1
M2
Ir
HMEC
集成电路设计原理
微电子中心
7.1.3 MOS型恒流源电路 3. Wilson(威尔逊）恒流源
Ir
Io M3 M1
M1
M2
Ir
MOS管均工作在饱和区。 Vcc 该电流源的输出阻抗较高（与级联结构相似）。 M2 该电流源具有负反馈作用，使Io 的变化能得到补偿， M3 提高了输出电流的稳定性。增加M3的W/L可以增强 Io 对输出电流变化的调节能力。
Io
T1 T2
因此：Ir= Ic1+ Ib1+Ib2 则:Ir =Io (AE1/AE2+AE1/AE2+1)/
Ib1 Ib2
因为： >>1， AE1/AE2值较小
所以：Ir IoAE1/AE2 即： Io / Ir = AE2/AE1
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HMEC
集成电路设计原理
微电子中心
7.1.1 npn恒流源电路 3. 电阻比恒流源
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HMEC
集成电路设计原理
微电子中心
7.1.3 MOS型恒流源电路 4. 改进的Wilson(威尔逊）恒流源

电子技术基础重要知识点总结

第一章绪论1.在时间上和数值上均是连续的信号称为模拟信号；（只有高低电平的矩形脉冲信号为数字信号）在时间上和数值上均是离散的信号称为数字信号；处理模拟信号的电路称为模拟电路，处理数字信号的电路称为数字电路。

2.信号通过放大电路放大后，输出信号中增加的能量来自工作电源。

3.电子电路中正、负电压的参考电位点称为电路中的“地”，用符号“⊥”表示，它也是电路输入与输出信号的共同端点。

4.根据输入信号的不同形式和对输出信号形式的不同要求,通常将放大电路分为电压放大电路、电流放大电路、互阻放大电路和互导放大电路四种类型。

5.放大的特征是功率的放大，表现为输出电压大于输入电压,或者输出电流大于输入电流，或者二者兼而有之。

6.输入电阻、输出电阻、增益、频率响应和非线性失真等几项主要的性能指标是衡量放大电路品质优劣的标准，也是设计放大电路的依据。

7.放大倍数A：输出变化量幅值与输入变化量幅值之比，用以衡量电路的放大能力。

8.输入电阻R i：从输入端看进去的等效电阻，反映放大电路从信号源索取电流的大小。

9.输出电阻R o：从输出端看进去的等效输出信号源的内阻，说明放大电路的带负载能力。

第二章运算放大器1.运算放大器有两个输入端,即同相输入端和反相输入端，一个输出端。

2.运算放大器有线性和非线性两个工作区域。

要使运放稳定地工作在线性区,必须引入深度负反馈。

3.理想运放两输入端间电压V P-V N≈0，如同两输入端近似短路，这种现象称为“虚短”。

4.理想运放流入同相端和流出反相端的电流基本为零,即“虚断”。

5.理想运放的输入电阻趋近于无穷，输出电阻趋近于零。

6.同相放大电路的闭环电压增益为正，且大于等于1。

7.若反相放大电路的反相输入端输入信号,同相输入端接地，则反相输入端呈现虚地。

第三章二极管及其基本电路1.本征半导体：纯净的不带任何杂质的半导体，它的自由电子和空穴的数目相等，对外不显电性。

2.P型半导体：是指在本征半导体中掺入三价元素如硼，形成的主要靠空穴导电的半导体。

输出电压摆幅

Ro
gm2
1 || ro1 g mb 2
av g m1 (
1 1 || ro1 ) g m1 g m 2 g mb 2 g m 2 g mb 2
根据电流相等导出
输出电压摆幅： Vout（min）=Vin-VT1=Vov Vout（max）=VDD-VT2 2018/8/4 放大倍数存在非线性过驱动电压
差分对的输入输出特性
尾电流源差分对的两个重要特性
输出端的最大电平和最小电平是完全确定的，与输入共模电平无关
V
D D
~ V
D D
- R
D
I
S S
小信号增益当Vin1=Vin2时达到最大，且随着 | Vin1-Vin2|的增大而减小
2018/8/4
常用差分对的输入输出特性
2018/8/4
差分对增益
4.
2018/8/4
特点：M2屏蔽M1，可以削弱放大管M1的栅漏电容的影响，有利于展宽频带；输出电阻变大，但电压摆幅减小。
2018/8/4
放大倍数与共源极相近
三、差分对放大器
2018/8/4
三、差分对放大器
为什么使用差分对?
2018/8/4
三、差分对放大器
为什么使用差分对?
2018/8/4
（高增益）
ro ro1 || ro2
共源放大器特点：1. 输入阻抗高，输入与输出反相 2.有源负载可以获得高增益
2018/8/4
2.
Vb
2018/8/4
Vin Vout ( g mVin g mbVin ) RD Vout（V1=Vbs=-Vin) ro
Vout Av ( g m g mb r1o )(ro || RD ) ( g m g mb )(ro || RD ) Vin

华南理工大学模拟电子技术基础 5集成运算放大器单元电路PPT

VCC
Rc
Rc
uC1
+
uC2
iC1
RL uO
iC2
+ uI
Rb +
uI1 -
iB1
V1
iE1 iEE
-
V2
e
iE2 Re
Rb iB2
uI2 -+
VEE
Aud1
Uod1 Uid
Uod1 2Uid1
RL
2(Rb rbe )
RL Rc // RL
Rid 2(Rb rbe ) ，Rod Rc
5.2.3-- 1.双端输入单端输出差放电路
单端输入
单端输出
双端输入
双端输出
1)差模信号 uI1 uI2
V1、V2管相对应极电流或电压的变化量也是差模信号。
长尾式差分放大电路
2)共模信号uI1 uI2
V1、V2管相对应极电流或电压的变化量也是共模信号。
5.2.1 差分放大电路的组成及特点
2.基本特点 3)一般信号uI1 uI2
差模分量 uId uI1 uI2
由于输入回路没有变化，所以IEQ、IBQ、ICQ 与双端输出时一样。但是UCEQ1≠ UCEQ2。
VCC
RL Rc RL
VCC
Rc Rc // RL
UCQ1 VCC ICQ Rc UCQ2 VCC ICQ Rc
5.2.3-- 1.双端输入单端输出差放电路
(2)动态分析 1)对差模信号的作用
5.1.2 有源负载放大电路
5.1.1 基本电流源电路
电流源电路:提供恒定输出电流 1) 作为各级电路的偏置电路，以提供合适的静态电流; 2) 作为放大电路的有源负载，提高电路的增益。

《集成电路设计(第2版)》习题答案10-12章

第11章
1. 简述VLSI 设计的一般流程和涉及的问题。典型的设计流程被划分成三个综合阶段：高层综合、逻辑综合和物理综合。高层综合也称行为级综合，它是将系统的行为、各个组成部分的功能及输入和输出，用硬件描述语言HDL（如VHDL和Verilog）加以描述，然后进行行为级综合，同时通过高层次硬件仿真进行验证。逻辑综合将逻辑级行为描述转化成使用门级单元的结构描述（门级结构描述称为网表描述），同时还要进行门级逻辑仿真和测试综合。物理综合也称版图综合，它的任务是将门级网表自动转化成版图。这时对每个单元确定其几何形状、大小及位置，确定单元间的连接关系。
特点：（1）RAM随机存储器又称为读写存储器，可以“随时”进行读、写操作。RAM必须保持供电，否则其保存的信息将消失。 DRAM: DRAM单元数据必须周期性地进行读出和重写(刷新)，即使存储阵列中没有存储数据也要如此。由于DRAM 成本低、密度高，因此在PC、大型计算机和工作站中广泛用做主存储器。 SRAM：SRAM只要不掉电，即使不刷新，数据也不会丢失。由于SARM存取速度高、功耗低，因此主要作为微处理器、大型机、工作站以及许多便携设备的高速缓冲存储器。（2） ROM只读存储器在正常运行中只能够对已存储的内容进行读取，而不允许对存储的数据进行修改。ROM存储器数据不易丢失，即使在掉电和不刷新的情况下，所存数据也会保存完好。掩膜ROM的数据在芯片生产时用光电掩膜写入，其电路简单，集成度高，大批量生产时价格便宜。在可编程ROM中，熔丝型ROM中的数据是通过外加电流把所选熔丝烧断而写入的，一旦写入后数据就不能再进行擦除和修改。而EPROM、 EEPROM 中的数据分别可以通过紫外光照射擦除和电擦除，然后重新写入。闪存(flash)与EEPROM 很相似，它所保存的数据也可通过外加高电压来擦除，其写入速度比EEPROM更快。

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其源漏电阻rds2 变化很小，基本上可以看作常数
其源漏电阻rds体管的射极跟随器类似，具有输入阻抗高、输出阻抗低、电压增益小于 (近于1)的特点，它在MOS集成运放中得到广泛应用。
2．MOS共栅放大器
3．共源共栅放大器
4．CMOS放大器以上介绍的MOS放大器均为单沟道MOS放大器，它们的缺点是都存在衬偏调制效应，影响了放大倍数的提高，而且衬底偏置效应与掺杂浓度有关。采用CMOS放大器可以克服这种效应。 (1)固定栅式CMOS放大器由于阱的隔离作用，两个MOS管的衬底可以分别接到各自的源上，因而基本上消除了因衬底偏置效应而导致的性能的退化。
恒流源电路被广泛用于作偏置电路和有源负载，其基本形式为镜像电流源电路，为了简化制造工艺，提高恒流源性能以及适应不同的要求，出现了多种电路形式。一、精密匹配电流镜它能达到精密匹配，是由于采用了以下几个措施： (1)增加了Q3射随器缓冲，改善了IB引入的电流传输差； (2)利用R1=R2的负反馈，减小 △VBE(VBE1－VBE2)引入的电流差； (3)为抵消IB3的影响，在Q2的集电极增加射随器Q4，利用Q4的 IB4抵消IB3，进一步提高Ir和Io的对称性。
第12章模拟集成电路中的基本单元电路
12.1 单管、复合器件及双管放大级 12.2 恒流源电路 12.3 偏置电压源和基准电压源电路
作业
12.1 单管、复合器件及双管放大级
一、双极晶体管复合器件及双管放大级在双极模拟集成电路中，经常把两个或两个以上的有源器件按一定的要求连接在一起，组成一些常用的复合三端器件和单元电路，如达林顿管、复合PNP管、射耦对等。在电路分析中，常将它们当作一个整体来处理。 1、达林顿管上标C 代表复合管。
(2)CMOS互补放大器
M1为NMOS管，M2为PMOS管，两管的衬底与它本身的源短接，VBS＝0；另外，两管的栅短接，输入信号Vi同时作用在两管上。因为两管的沟道不同，所以两管的电流方向相反，因此放大器的输出电流为两管电流之和。在电路参数相同时，CMOS互补放大器的电压增益是固定栅式CMOS放大器电压增益的两倍，而两者的输出电阻相同；但固定栅式CMOS放大器的偏置要求比较简单。
12.3 偏置电压源和基准电压源电路
在集成电路内部经常需要高质量的内部稳压源，以提供稳定的偏置电压或作为基准电压。一般要求这些电压源的直流输出电平较稳定，而且这个直流电平应该对电源电压和温度不敏感。在集成电路中，与电源电压无关的常用标准电压有以下三类：
(1)BE结二极管的正向压降VBE，VBE=0.6～0.8V，它的温度系数-2mV／℃； (2)由NPN管反向击穿BE结构成的齐纳二极管的击穿电压Vz，Vz＝6～9V，它的温度系数+2mV／℃ ； (3)等效热电压Vt＝26mV，温度系数+0.086mV／℃。这三种标准电压的温度系数有正、有负。利用 VBE和 Vz，Vt的温度系数符号相反以及集成电路中元器件间匹配和温度跟踪较好的特点，将这三种标准电压加以不同的组合，可望得到不同的对电源电压和温度不敏感的电压源和基准电压。
12.2 恒流源电路
二、PNP恒流源
在双极模拟集成电路中，一般选用NPN管作为放大器件，它需要互补的PNP管作为有源负载以增加增益，所以PNP恒流源在双极模拟电路中得到广泛的应用。各种NPN恒流源都可化为PNP恒流源，只要以PNP管代替NPN管并改变电源接法和电流的方向。
由于横向PNP管容易做成共基极多发射极多集电极结构，而且各集电极的电流比，精确地决定于各集电极对应的有效发射区周长之比。这正符合恒流源设计的要求，给电路设计带来很多方便，且可节省隔离岛的数目，减小管芯的面积。
2、共集、共射单元
3、复合PNP管在双极模拟集成电路中有时要用到PNP管，但一般横向PNP管的电流增益较小，在需要较大电流增益的PNP 管时，可用复合PNP管。它是由一个横向PNP管和NPN管组合而成，I0为偏置恒流源。
在电路版图中，它需要两个独立的隔离区。
二、MOS管放大级 1．MOS源跟随器
Q1、Q2管的集电极短接在一起，Q1的发射极与Q2的基极连接在一起，用恒流源I0(或用偏置电阻)来设定管子的静态工作点。在版图设计时，由于两个管子的集电极是短接的，所以可以共用一个隔离岛。
复合管的输入电阻复合管的等效直流电流增益复合管的低频小信号电流增益复合管的等效跨导
复合管的等效输出电阻达林顿管的显著特点是输入电阻高，电流增益大，所以在集成电路中得到广泛的应用，但它的跨导和输出电阻比单管小，且芯片面积增大。
一、双极型三管能隙基准源
Vg0＝1.205V，是温度为0K时的硅外推能隙电压；n为常数，其值与晶体管的制作工艺有关。在选定参考温度T0后，只要适当设计R2/R3和J1/J2，即可使在该温度下基准电压的温度系数接近零。由于这种温度系数为零的基准电压，利用等效热电压Vt的正温度系数和其值接近于材料的能隙电压 VBE的负温度系数相互补偿，可使输 V ，所以称为能隙基准源。 go 出基准电压的温度系数接近为零。
若将CMOS放大器的电压增益和输出电阻与E/E MOS放大器、E/D MOS放大器的电压增益和输出电阻相比较，可以看出，由于在一般情况下， gds比gm和gmb小一两个数量级，因而在相同的工作电流条件下，CMOS放大器的电压增益远高于 E/E，E/D放大器，通常可达50～60dB，其输出电阻也比E/E、E/D放大器的输出电阻高；而且 CMOS放大器有两种性能接近的互补管子，所以可以使许多模拟电路简化。由于以上这些特点，因此CMOS放大器被广泛地应用于MOS模拟大规模集成电路中。其缺点是工艺复杂、占用管芯面积较大。
当需要较高的基准电压时，可在三管能隙基准源的输出基准电压上再叠加VBE和增加电阻比值，以实现接近 5V的输出基准电压。