模拟电路课件 北航自动化 Unit2

1、上机课安排上机课安排( (第第4 4、5 5周周4 4段新主楼段新主楼F F座座535535机房）机房）周一周一周三周三周四周四周五周五周六周六周日周日上午8:00-12:00172117221732（13周）周）17311712（12周）周）下午2:00-6:001521（13周）周）晚上6:00-10:001522（12周）周）1711&1741（12周周和和13周）周）1522（12周）周）元元件件线形元件线形元件: 电阻、电容、电感、恒流（压）源等电阻、电容、电感、恒流（压）源等非线性元件：二极管、三极管、非线性元件：二极管、三极管、MOS管等管等元件元件模型模型物理模型物理模

2、型: 分析元件内部物理特性上构造模型分析元件内部物理特性上构造模型,电电阻、电容等阻、电容等宏模型宏模型: 元件的输入元件的输入/输出外特性参数来构造模型，输出外特性参数来构造模型，运放等运放等n 集成电路中的电阻分为 ：l 无源电阻 通常是合金材料或采用掺杂半导体制作的电阻 l 有源电阻 将晶体管进行适当的连接和偏置，利用晶体管的不同的工作区所表现出来的不同的电阻特性来做电阻。 无源电阻图形尺寸的计算方块电阻的几何图形 hWLR 材料最小值典型值最大值互连金属0.050.070.1顶层金属0.030.040.05多晶硅152030硅-金属氧化物236扩散层1025100硅氧化物扩散2410N

3、阱（或P阱）1k2k5k 0.5-1.0m MOS工艺中作为导电层的典型的薄层电阻阻值单位:/口有源电阻有源电阻的几种形式： 电容n 在集成电路中，有多种电容结构：l 金属-绝缘体-金属(MIM)结构l 多晶硅/金属-绝缘体-多晶硅结构l 金属叉指结构l 利用二极管和三极管的结电容l MOS电容 集总电感可以有下列两种形式：单匝线圈多匝螺旋型线圈 多匝直角型线圈 二极管等效电路模型 端电压V与结电压VD的关系是： SDDRIVV1DSDtVnVeII其中 高频下：势垒电容Cj：扩散电容Cd：mVVCC0Dj0j1tTTVnIdVdIdVdQCDDDDd 二极管在反向偏压很大时会发生击穿。专门设

4、计在击穿状态下工作的二极管称为齐纳二极管。但二极管的电流电压方程没有预示这种击穿，实际电路设计中需借助SPICE等模拟工具来大致确定击穿电压值。参 数 名公式中符号SPICE中符号单 位SPICE中默认值饱和电流ISISA1.0E-14发射系数nN-1串联体电阻RSRS0渡越时间TTTSec0零偏势垒电容Cj0CJ0F0梯度因子mM-0.5PN结内建势垒V0VJV1二极管模型参数对照表 S2n4RkTAIn 闪烁（1/f）噪声和散粒噪声 ：DD2n21IqfIKFIAFKF和AF是噪声系数 虽然NPN晶体管常被设想为在两个N沟层之间夹着一个P型区的对称型三层结构。但与MOS器件不同的是：集电区

5、与发射区这两个电极不能互换。注意：注意：双极型晶体管双极型晶体管EM直流模型直流模型EM小信号等效电路 gmF：正向区跨导r：输入电阻r0：输出电阻gmR：反向区跨导r：集电极-基极电阻C ：基极-集电极电容CCS ：集电极-衬底电容C：发-基极等效电容jebCCC双极型晶体管的双极型晶体管的GP模型模型 v GP模型对EM2模型作了以下几方面的改进 ：（1）直流特性 反映了基区宽度调制效应，改善了输出电导、电流增益和特征频率。反映了共射极电流放大倍数随电流和电压的变化 。（2）交流特性 考虑了正向渡越时间F随集电极电流IC的变化，解决了在大注入条件下由于基区展宽效应使特征频率fT和IC成反比

6、的特性 。（3）考虑了大注入效应，改善了高电平下的伏安特性 （4）考虑了模型参数和温度的关系 （5）根据横向和纵向双极晶体管的不同，考虑了外延层电荷存储引起的准饱和效应 。 GP直流模型 GP小信号模型 BSIM3V3模型模型 BSIM（Berkeley short-channel IGFET model）3V3模型是1995年10月31日由UC-Berkely推出的专门为短沟道MOS场效应晶体管而开发的模型。在BSIM3模型中考虑了下列效应：（1）短沟和窄沟对阈值电压的影响；（6）漏感应引起位垒下降；（2）横向和纵向的非均匀掺杂； （7）沟道长度调制效应；（3）垂直场引起的载流子迁移率下降（

7、8）衬底电流引起的体效应，（4）体效应； （9）次开启导电问题；（5）载流子速度饱和效应； （10）漏源寄生电阻。首字母首字母电路元器件电路元器件首字母首字母电路元器件电路元器件B砷化镓场效应管L电感C电容MMOS场效应晶体管D二极管Q双极型晶体管E电压控制电压源R电阻F电流控制电流源S电压控制开关G电压控制电流源T传输线H电流控制电压源V独立电压源I独立电流源W电流控制开关J结型场效应晶体管X子电路K互感（耦合系数）012电路输入可仿真的电路EDA平台Source Basic Diode Transistor Analog TTL CMOS Miscellaneous digital Mix

8、ed Indicator Miscellaneous RF Electromechanical 无芯线圈非线性变压器变压器可变上拉电阻电阻箱电位计继电器连接器插座SIP单列直插DIP双列直插电流控制开关单刀双掷单刀单掷时间延迟齐纳管肖特基管两端双向稳压管三端双向稳压管变容管Full-wave bridgeSilicon-Controlled Rectifier双极结型管达林顿管3端耗尽型NMOS管3端增强型NMOS管N型JFETN型功率MOS管热敏管功率MOS比较器单结晶体管 运算放大器比较放大器多段放大器特殊功能放大器晶体管-晶体管逻辑集成电路高速双堆栈多层管线寄存器音频解码32位DSP“1”时，探头显示彩色左边高位，右边低位 显示“9”应接为1001ABCDEFG光耦合真空管保险丝电压校准器电压参考电压抑制步进递减转换器步进递增转换器递增递减转换有损耗传输线无损传输线类型1滤波器MOS管驱动混合能源PWN控制网络混合网络RF电容RF电感RF双极结型NPN管RF3端耗尽型NMOS管隧道二级管条线敏感开关按钮开关定时接触器继电器线性变压器保护装置输出装置激活电路进行功能仿真仿真仪器 万用表函数发生器瓦特表示波器四通道示波器波特仪频率计数字发生器逻辑分析仪逻辑转换仪IV分析仪失真分析仪频谱分析仪网络分析