集成电路.docx

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集成电路

第一章

1、集成运放的基本结构

输入级：

要求失调及漂移小、输入电阻高。

一般是由BJT（双极面结型晶体管）、JEFT、或

MOSFET组成的差分式放大电路,利用其对称性以提高整个电路的共模抑制比和其

他方面的性能。

电压放大级（中间级）：

要求电压增益高。

它由一级或多级放大电路组成，集成运放的放大倍数主要由该级提供。

输出级：

除了要有较大的额定输出电压和电流以外，还要求输出电阻小。

一般由电压跟随器

或互补式射极输出器组成，以降低输出电阻，提高带负载能力。

偏置电路：

为各级提供合适工作电流。

大量采用小电流恒流源。

2、集成运放的主要参数及其物理含义

集成运放的特性参数包括直流特性参数和交流特性参数

----集成运放的主要直流参数

1）输入失调电压UOS（一般为mV数量级）

在室温（25℃）及标准电源电压下，输入电压为零时，为使集成运放的输出电压为零，在输入端加的补偿电压叫做输入失调电压。

2）输入偏置电流B

指集成运放输入电压为零，输出电压也为零时，两个输入端静态电流的平均值。

两输入端偏置电流分别记为B+、B-，则

3）输入失调电流OS

指当输出电压为零时流入放大器两输入端的静态基极电流之差，即OS=|B+-B-|。

4）温度漂移系数

由输入失调电压和输入失调电流随温度的漂移引起

（1）输入失调电压的温度漂移系数UOS/T

在一定的温度变化范围内，输入失调电压的变化与温度变化的比值定义为输入失调电压的温度漂移系数。

一般运放为10-20μV/℃，高精度、低漂移型运放在1μV/℃以下。

（2）输入失调电流的温度漂移系数IOS/T

在一定的温度变化范围内，输入失调电流的变化与温度变化的比值定义为输入失调电流的温度漂移系数。

5）最大差模输入电压UidM

指集成运放两输入端所允许加的最大电压值差。

当差模输入电压超过此值时，运放输入级三极管将被反向击穿。

6）最大共模输入电压UicM

指运放的共模抑制特性显著变坏时的共模输入电压，有时将在规定的共模输入电压值下共模抑制比下降6dB时所加的共模输入电压作为最大共模输入电压。

7）最大输出电流oM

指运放所能输出的正向或负向的峰值电流。

8）输出峰-峰电压UoPP

指在特定的负载条件下，运放所能输出的最大电压幅度。

9）差模开环直流电压增益Aud

指集成运放接入规定的负载、无负反馈且工作在线性区时，差模电压输入后，其输出电压变化ΔUo与差模输入电压变化ΔUid的比值，称为差模开环电压增益，即

差模开环电压增益一般用分贝为单位，可表示为

10）共模电压增益Auc

共模电压输入时，集成运放输出电压的变化ΔUo与共模输入电压变化ΔUic的比值，即

11）共模抑制比CMRR

指集成运放工作在线性区时，其差模电压增益Aud与共模电压增益Auc之比，即

若以分贝为单位，可表示为

12）电源电压抑制比PSRR

集成运放工作在线性区时，输入失调电压随电源电压改变的变化率，称为电源电压抑制比，表示为

式中，ΔUS为电源电压的波动ΔUCC或ΔUEE。

电源电压抑制比用分贝为单位，可表示为

-----集成运放的主要交流参数

1）开环带宽BW

集成运放的开环电压增益下降3dB（或直流增益的0.707倍）时所对应的信号频率。

2）单位增益带宽GW

集成运放在闭环增益为1倍状态下，当用正弦小信号驱动时，其闭环增益下降至0.707倍时的频率。

3）转换速率（或电压摆率）SR

在额定负载条件下，当输入阶跃大信号时，集成运放输出电压对时间的最大变化速率，称为转换速率，即

4）全功率带宽BWP

在额定负载条件下，集成运放闭环增益为1倍时，当输入正弦大信号时，使运放输出电压幅度达到最大的信号频率，即为全功率带宽BWP。

SR、BWP及运放输出峰值电压Uop之间存在近似关系：

5）建立时间tS

集成运放闭环增益为1倍时，在一定负载条件下，当输入阶跃大信号后，运放输出电压达到某一特定值的范围时所需的时间，即为建立时间。

6）等效输入噪声电压

屏蔽良好、无信号输入的集成运放，在其输出端产生的交流无规则干扰电压，称为集成运放的输出噪声电压；换算到输入端时称为等效输入噪声电压。

普通集成运放输入噪声电压的有效值约为10-20μV。

7）差模输入阻抗Zid

集成运放工作在线性区时，两输入端的电压变化量与对应输入电流变化量之比，有时简称输入阻抗。

低频时仅指输入电阻Rid，手册中给出的数据均指输入电阻。

8）共模输入阻抗Zic

集成运放工作在共模信号时，共模输入电压的变化量与对应输入电流变化量之比，称为共模输入阻抗，低频时表现为共模输入电阻。

集成运放的共模输入电阻远高于差模输入电阻。

9）输出阻抗Zo

集成运放工作在线性区时，在其输出端加信号电压后，该电压变化量与对应的电流变化量之比，称为输出阻抗。

低频时即为输出电阻。

3、负反馈在放大电路中的运用、增益、带宽、输入电阻、输出电阻

负反馈是改善放大电路性能的重要技术措施，广泛应用于放大电路和反馈控制系统之中。

----负反馈对增益的影响

引入深度负反馈后，放大电路的增益由反馈网络决定，与基本放大电路无关。

有反馈时增益的稳定性比无反馈时提高了（1+AF）倍

-----负反馈对通频带的影响

加了负反馈之后，放大器的通频带变宽，但放大器的增益减小。

即增益与通频带之积为常数。

----负反馈对输入电阻的影响

负反馈对输入电阻的影响与反馈加入的方式有关，即与串联或并联反馈有关，而与电压或电流反馈无关。

1.串联负反馈使输入电阻增加

2.并联负反馈使输入电阻减小

----负反馈对输出电阻的影响

（1）电压负反馈使输出电阻减小

（2）电流负反馈使输出电阻增加

4、恒流源的关系式推导

威尔逊电流源如图2.1-5所示，图中V1、V2、V3管特性完全相同。

电路中V3管的作用与稳定静态工作点电路中的射极电阻Re相同，使IC２高度稳定。

这种电流源的输出电流基本上等于参考电流，对β值不是很敏感。

图2.1-5威尔逊电流源

由图2.1-5可得

98.36%

第二章

1、同相输入放大器特点是的输入电阻高，输出电阻低。

2、积分电路的基本结构：

其输出电压为输入电压对时间的积分，且相位相反。

积分电路具有波形变换作用，可将矩形波变成三角波输出。

3、微分电路的基本结构：

将积分电路中的Ｒ和Ｃ互换，就可得到微分（运算）电路。

微分电路的波形变换作用可将矩形波变成尖脉冲输出。

4、如图所示电路，求出其输出电压与输入电压的表达式（或电路增益）和输入电阻并简述该电路完成的功能。

解：

运放Ａ1构成反相比例放大器

（1）

（2）

而

（3）功能：

提高电路的输入电阻

第3章模拟集成电路的非线性应用

一、整流电路

1、半波整流电路

（3）精密半波整流电路正常工作的条件：

a.运放的输出电压大于二极管的正向电压。

即D1和D2总是一个导通，另一个截止，这样电路就能正常检波。

b.电路所要求的最小输入电压峰值为

，其中，UD为二极管的正向电压，

。

思考题：

如何获得正半波极性的输入信号？

答：

二极管反向，其工作原理与上基本相同。

2、全波整流电路

（2）工作原理：

图中A1构成半波整流电路，在R1＝RF1的条件下，有：

*

已知在R1＝RF1的条件下，有*式，若R12＝RF2且R11=0.5RF2，当ui<0时，u1=0，于是uo=-ui；当ui>0时，uo=-2u1-ui=2ui-ui=ui，则uo=|ui|。

2、迟滞电压比较器：

[例题]电路如图所示,Uo（sat）=±6V，UR=5V，RF=20kW，R2=10kW，求上、下门限电压。

解：

对于图

（1）：

上门限电压

下门限电压

对于图

（2）：

3、窗口电压比较器

[例题]运放A1、A2组成如图所示电路。

已知Ａ１、Ａ2的输出uomax=5Ｖ，uomin=0Ｖ，U1=3Ｖ，U2=6Ｖ，ＶＤ１、ＶＤ2为二极管正向导通电压，可忽略不计。

作出电路的传输特性曲线。

[解]从电路中可以看出：

只要uo1、uo2中任有一个为高电平，输出uo即为高电平；只有uo1、uo2均为低电平，输出uo才为低电平。

具体分析如下：



（1）ui＜U1=3Ｖ时，uo1=uomax=5Ｖ，uo2=uomin=0Ｖ，输出uo=uomax=5Ｖ。



（2）ui＞U2=6Ｖ时，u01=uomin=0Ｖ，u02=uomax=5Ｖ，输出uo=uomax=5Ｖ。



（3）3Ｖ＜ui＜6Ｖ时，uo1=uomin=0，u02=uomin=0Ｖ，输出uo=uomin=0Ｖ。



由此可得该电路的传输特性如图3.6（b）所示。

显然，只有当ui取值介于3~6Ｖ间时，电路输出uo为零；否则，电路输出uo为高电平5Ｖ。

故该电路是一种窗口电压比较器。

第5章

例1电路如图所示，图中运放A和二极管D1、D2都是理想器件,稳压管DZ的稳压值为UZ。

试证明调节电位器RW改变矩形波占空比时，周期T将保持不变。

解由题意，画出uO和uC的波形图。

波形图：

当uO=UZ时，uO通过D1对电容充电

当uO=-UZ时，电容通过D2放电

振荡周期为常数

可见，在改变RW滑动端位置时，T保持不变。

1．频率合成技术包括传统的直接频率合成（DS），锁相环间接频率合成（PLL）和直接数字频率合成（DDFS或DDS）.

2．锁相环是一种反馈控制电路，其特点是：

利用外部输入的参考信号控制环路内部信号的频率和相位。

3．锁相环通常由鉴相器（PD），环路滤波器（LF）和压控振荡器（VCO）3个部分组成。

4．直接数字频率合成（DDS）的基本参数计算

①频率控制字M取最小值1时，每

个时钟周期输出一个周期的正弦波，所以此时有

，其中

为输出信号的频率；

为时钟频率；N为累加器的位数。

②频率控制字是M时，每

个时钟周期输出一个周期的正弦波，所以此时有

由此可以得出：

输出信号的最小频率（分辨率）：

fomin=

输出信号的最大频率fomax=

DAC每信号周期输出的最少点数k=

第六章

1、滤波器的分类（按通频带分）：

低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器和全通滤波器。

2、全通滤波器的移相特性

全通滤波器的幅频特性是平行于频率轴的直线，所以它对频率没有选择性。

主要利用其相位频率特性，作为相位校正电路或相位均衡电路。

如图所示，是一个一阶全通滤波器或移相器，其传递函数为

辐频特性及相频特性如图所示

3、带通滤波器带宽与中心频率的关系：

由式可知带宽BW越窄，品质因数Q越高。

4、高阶滤波器对品质因数的影响：

5、开关电容滤波器：

（1）RC积分器的时间常数为RC，而开关电容积分器的时间常数为

可见，开关电容积分器的时常数取决于时钟频率fc和电容比（C2/C1）。

（2）开关电容滤波器与RC滤波器相比较有哪些优点？

答：

开关电容滤波器品质因数高，通带平坦，传输函数是由时钟频率和电容比决定，因此，开关电容滤波器无论精度、稳定性、体积及调整方便程度等都优于有源RC滤波器和无源滤波器。

6、状态变量滤波器

状态变量滤波器往往可同时实现高通、带通和低通滤波功能，而且由积分器和相加器组成。

由图可知，高通响应通过积分电路后可得到带通响应，带通响应通过积分电路后可得到低通响应。

其中A2、A3组成反相积分器，A1为相加器。

对照图上面的信号流图可知具体的电路形式。

7、试确定如图所示的低通滤波器的电阻和电容值。

要求

=1kHZ,

=2.

解：

已知

=1kHz，先取C=0.01µF,由

=

求R的值，故有

取用标称值R=16k

根据集成运放同相和反相两个输入端直流通路电阻平衡要求，有

又已知

故

标称值无32k

，则R1、RF均可采用两个标称值为22k

和10k

的精密电阻串联来代替。

第7章集成稳压电源

1、计算题：

运算放大器组成的稳压电路如图所示。

图中输入直流电压UI=30V，调整管T的b=25,运算放大器的开环增益为100dB、输出电阻为100W,输入电阻为2MW，稳压管的稳定电压UZ=5.4V，稳压电路的输出电压近似等于9V。

在稳压电路工作正常的情况下，试问：

（1）调整管T的功耗PT和运算放大器的输出电流等于多少？

（2）从电压串联负反馈电路详细分析计算的角度看，该稳压电路的输出电压能否真正等于9V?

如不能，输出电压的精确值等于多少？

（3）在调整管的集电极和基极之间加一只6.8kW的电阻R4（如图中虚线所示），再求运算放大器的输出电流；（4）说明引入电阻R4的优点。

解

（1）调整管功耗

运算放大器的输出电流IAO即为调整管的基极电流IB

（2）由于电路中运放的电压放大倍数是有限值，所以UO只能近似等于9V。

按负反馈电路增益计算方法可得闭环增益

（3）增加电阻R4后，流过R4的电流I4为

运放的输出电流

为

（4）R4接入后减小了运放A的输出电流，从而降低运放的功率损耗。

但是运放A对调整管的基极电流的控制作用则有所削弱。

2、集成稳压器的参数

1）电压调整率SV当输出电流（负载）和环境温度保持不变时，由于输入电压的变化所引起的输出电压的相对变化量。

2）电流调整率SI当输入电压和环境温度保持不变时，由于输出电流的变化所引起的输出电压的相对变化量。

3）输出阻抗ZO在规定的输入电压和输出电流的条件下，在输出端上所测得的交流电压与交流电流之比。

4）输出电压长期稳定性ST当输入电压、输出电流（负载）和环境温度保持不变时，在规定的时间内稳压器输出电压的最大相对变化量。

5）输出电压温漂SP在规定温度范围内，当输入电压和输出电流保持不变时，由于温度的变化所引起的每单位的变化率。

6）纹波抑制比SRR当输入和输出条件保持不变时，输入的纹波电压峰-峰值与输出的纹波电压峰-峰值之比。

7）最大输入电压UIMAX稳压器安全工作时允许外加的最大电压，取决于稳压器中有关晶体管的击穿电压。

8）最小输入输出电压差（UI-UO）使稳压器能正常工作的输入电压与输出电压之间的最小电压差值，与稳压器中调整管的饱和压降有关。

9）输出电压UO稳压器参数复合规定指标时的输出电压，对固定输出稳压器是常数；对于可调式输出稳压器，表示通过选择取样电阻而获得的输出电压范围。

10）最大输出电流IO稳压器尚能保持输出电压不变的最大输出电流。

11）稳压器最大功耗PM稳压器的功耗由内部电路的静态功耗和调整元件上的功耗两部分组成，对于大功率稳压器，主要决定于调整管的功耗。

稳压器允许功耗与调整管结构、稳压器封装及散热等情况有关。

三、78系列型号及含义

第八章

1我国标准规定调幅收音机的中频为465kHz,调频收音机的中频为10.7MHz。

2我国采用pAl制式，标准的pAl制式彩色电视机也称PAL-D彩色电视机，典型的彩色电视机电路主要由公共通道，伴音通道，解码电路，图像重显电路，控制电路和电源电路等部分组成。

第9章

1.标准型4000B/4500B系列

特点：

工作电源电压范围宽（3～18V），功耗小，速度较低，品种多，价格低廉。

2.TTL电路的一般特性：

（1）电源电压范围

TTL电路的工作电源电压范围很窄。

S、LS、F系列为5.0±5%；AS、ALS系列为5.0±10%

（2）频率特性

TTL电路的工作频率比4000系列的高

（3）TTL电路的电压输出特性

当工作电压为+5V时，输出高电平大于2.4V，输入高电平大于2.0V；输出低电平小于0.4V，输入低电平小于0.8V。

（4）最小输出驱动电流

标准TTL电路为16mA；LS-TTL电路为8mA；S-TTL电路为20mA；ALS-TTL电路为8mA；AS-TTL电路为20mA。

（5）扇出能力

标准TTL电路为40；LS-TTL电路为20；S-TTL电路为50；ALS-TTL电路为20；AS-TTL电路为50。

对于同一功能编号的各系列TTL集成电路，它们的引脚排列与逻辑功能完全相同,但是它们在电路的速度和功耗方面存在着明显的差别。

3.CMOS系列集成电路的一般特性

（1）电源电压范围

电源电压范围为3～18V。

74HC系列约在2～6伏。

（2）功耗

当电源电压VDD=5V时，CMOS电路的静态功耗分别是：

门电路类为2.5~5W；缓冲器和触发器类为5~20uW；中规模集成电路类为25~100W。

（3）输入阻抗

CMOS电路的输入阻抗取决于输入端保护二极管的漏电流，因此输入阻抗极高，可达108~1011Ω以上。

（4）抗干扰能力

因为它们的电源电压允许范围大，因此它们输出高低电平摆幅也大，抗干扰能力就强。

（5）逻辑摆幅

输出的逻辑高电平“1”非常接近电源电压VDD，逻辑低电平“0”接近电源VSS。

（6）扇出能力

在低频工作时，一个输出端可驱动50个以上CMOS器件。

（7）抗辐射能力

CMOS管是多数载流子受控导电器件，射线辐射对多数载流子浓度影响不大。

（8）CMOS集成电路的制造

CMOS集成电路的制造工艺比TTL集成电路的制造工艺简单,占用硅片面积小，适合于制造大规模和超大规模集成电路。

4.集成逻辑门电路

1.常用逻辑门电路（与门，或门，非门。

。

。

）

2.反相器与缓冲器

3.与门和与非门

5.中规模组合逻辑电路

1.编码器

（1）二进制编码器

（2）二－十进制编码器

（3）优先编码器74LS148

2.集成译码器

（1）3线－8线译码器74LS138

（2）数码显示器

（3）七段显示译码器74LS247

3.数字编译码电路MC145030

4.数据选择器

RD

DIR

D1

D2

D3

DIL

GND

VCC

Q0

Q1

Q2

Q3

CP

S1

S0

1

2

3

4

5

6

7

8

16

15

14

13

12

11

10

9

74LS194

D0

6.中规模时序逻辑电路

1.JK触发器

2.D触发器

7.集成移位寄存器

异步清零

当

=0，实现异步清零。

第十章

1.可编程逻辑器件基础

PLD器件由输入控制电路、与阵列、或阵列以及输出控制电路组成。

反馈数据

输

入

·

·

·

输

入

控

制

·

·

·

输

出

与阵列

或阵列

输

出

控

制

图10-1-1PLD的基本结构

2.可编程逻辑器件的分类及特点