集成电路复习提纲2015

1、集成电路原理及应用集成电路原理及应用1集成运放的基础知识集成运放的基础知识2模拟集成电路的线性应用模拟集成电路的线性应用3模拟集成电路的非线性应用模拟集成电路的非线性应用4集成变换器及其应用集成变换器及其应用6集成有源滤波器集成有源滤波器第第1 1章集成运放的基础知识章集成运放的基础知识1.1集成运放的基本组成电路集成运放的基本组成电路1.2集成运放的基本构成和表示符号集成运放的基本构成和表示符号1.3集成运放的主要参数和分类集成运放的主要参数和分类1.4集成运放的等效模型集成运放的等效模型1.5实际运放与理想运放的误差实际运放与理想运放的误差1.1集成运放的基本组成电路集成运放的基本组成电路

2、集成电路简称集成电路简称 IC ( (Integrated Circuit) )集成运放（集成运放（OP）:实质上是高增益的多级直接耦合实质上是高增益的多级直接耦合放大电路。放大电路。单元电路：差动输入、恒流源、有源负载、双端单元电路：差动输入、恒流源、有源负载、双端变单端、直流电平位移、互补推挽输出电路变单端、直流电平位移、互补推挽输出电路一、差动输入电路一、差动输入电路特点：对称性特点：对称性能放大差模信号、抑制共模信号。能放大差模信号、抑制共模信号。整个运放的失调主要来源于差动放大电路的失调。整个运放的失调主要来源于差动放大电路的失调。什么是失调电压和失调电流什么是失调电压和失调电流?+

3、_VCCuuci1i2TT12RcRCCVuo1 uo2Re二、恒流源电路二、恒流源电路作用：恒流偏置和有源负载作用：恒流偏置和有源负载分类：分类：镜像、改进型、多路输出型镜像、改进型、多路输出型电路结构特点电路结构特点因为恒流源小直流电阻小、交流电阻大，所以可以构成有源负载因为恒流源小直流电阻小、交流电阻大，所以可以构成有源负载+VCCRIR+VT2VT1IOIB2IB12IBIC2UBE2UBE1+VCCRIR+VT2VT1IOIB2IB1IC2UBE2UBE1VT3IB3+VCCRIR+VT2VT1IOIB2IB1IC2UBE2UBE1VT3IB3R2R1恒流源也可完成双端到单端的变换恒

4、流源也可完成双端到单端的变换+u-u_ou+ic2c1iCCVVEEui1i2u2icRLT12TT34T三、双端到单端的变换三、双端到单端的变换四、电平位移电路四、电平位移电路集电极电位将逐级升高，需插入直流电平位移电路集电极电位将逐级升高，需插入直流电平位移电路方法：方法：采用恒流源完成电平位移采用恒流源完成电平位移利用利用PNP管完成电平位移管完成电平位移五、输出电路五、输出电路对运放输出级的主要要求：对运放输出级的主要要求：输入电阻高，输出电阻小输入电阻高，输出电阻小有一定的输出功率有一定的输出功率效率尽可能高效率尽可能高有过流和过压保护措施有过流和过压保护措施电路形式电路形式：互补对

5、称式：互补对称式 射极跟随器电路射极跟随器电路第二节、集成运放的基本构成和表示符号第二节、集成运放的基本构成和表示符号输入级输入级中间级中间级输出级输出级偏置电路偏置电路u+u-uoA符号符号反相输入端反相输入端同相输入端同相输入端输出端输出端VVVo+A+-uuu第三节集成运放的主要参数和分类第三节集成运放的主要参数和分类直流参数直流参数输入失调电压输入失调电压 UOS输入失调电压温漂输入失调电压温漂输入失调电流输入失调电流 IOS输入失调电流温漂输入失调电流温漂 IOS开环差模电压增益开环差模电压增益 Aod 输入偏置电流输入偏置电流 IIB共模抑制比共模抑制比CMRR最大共模输入电压最大

6、共模输入电压 UICM最大差模输入电压最大差模输入电压 UIDM交流参数交流参数开环带宽开环带宽 BW 单位增益带宽单位增益带宽 GW(或或BWG) 转换速率转换速率 SR 全功率带宽全功率带宽BWp集成运放的分类集成运放的分类主要关心每种运放适合于那些应用场所主要关心每种运放适合于那些应用场所主要关心前主要关心前5种运放。种运放。第四节第四节 集成运放的等效模型集成运放的等效模型主要关心理想运放的等效模型主要关心理想运放的等效模型1、理想运放的基本条件、理想运放的基本条件2、理想运放的两个基本特性、理想运放的两个基本特性引起运放闭环工作不稳定的其他因素引起运放闭环工作不稳定的其他因素（1）

7、没有按照使用说明推荐的相位校正电路和参数值进行校正；没有按照使用说明推荐的相位校正电路和参数值进行校正；（2） 电源退耦不好电源退耦不好（3）电路连接时的分布电容影响）电路连接时的分布电容影响（4）集成运放负载电容太大。）集成运放负载电容太大。（5）集成运放同相输入端接地电阻大）集成运放同相输入端接地电阻大（6）寄生电容的影响）寄生电容的影响第二章第二章 模拟集成电路的线形应用模拟集成电路的线形应用反相放大电路反相放大电路基本型反相放大器基本型反相放大器T型反馈电路型反馈电路自举电路反相放大器自举电路反相放大器一、基本型反相放大器一、基本型反相放大器R2R3i212RRAFRie = R1输入

8、电阻较小输入电阻较小uIC = 0，CMRR的要求低的要求低,可忽略可忽略二、二、 T型反馈电路型反馈电路反相放大器反相放大器uo+R3R1Rf1Rf2Rf3uiA3 i4 i1 i2 i4 iM)(1321211fffffFRRRRRRA基本型同相放大器基本型同相放大器uiR2R3i211RRAF2平衡电阻：平衡电阻：R3 = R1 / R 2Rie = 输入阻抗高输入阻抗高+RRuiAuo+uiAuoAF = 1同相跟随器同相跟随器 差动放大器差动放大器+AuoR1R4ui1ui2R2R3uo = R2 /R1( uI2 uI1 )当当R3 = R1， R4 = R 2时时缺点：输入阻抗较

9、低缺点：输入阻抗较低+A2uoR1ui2mR2+A1uo1ui1mR1R2Rp1Rp2高输入阻抗的差动放大器高输入阻抗的差动放大器实用高输入阻抗的差动放大器实用高输入阻抗的差动放大器图图2-1-13i1o11ummu)(+A2uoR1ui2mR2+A1uo1ui1mR1R2Rp1Rp2应用应用:叠加原理叠加原理)()(i1i2i22o111uumuRmmuuoRie = 反相加法器反相加法器RPFRRRRRP/321)(I3I2I11FOuuuRRu 也可用叠加原理分析！也可用叠加原理分析！积分和微分电路积分和微分电路+Auo1RRuiC+ uC积分电路积分电路+Auo2RRuiC微分电路微分

10、电路 oiF11od10tutuCRuCtttuCRuddi1F2o积分电路作用：积分电路作用：1、可完成方波、可完成方波-三角波的变换三角波的变换2、可完成延时、可完成延时将方波电压转换成尖顶波波电压将方波电压转换成尖顶波波电压微分电路作用微分电路作用改进型的一次积分电路改进型的一次积分电路(常用常用)+AuoRuiCRfRpC1)(/)(1f1f1f1111sRCCsRCsRsCRsCRsG1）让积分器稳定工作）让积分器稳定工作,接入反馈电阻接入反馈电阻Rf2）C1有效抑制低频干扰信号的增益有效抑制低频干扰信号的增益1.改进型的微分电路改进型的微分电路(常用常用)+AuoR1uiCfRRp

11、C基本反相微分器高频干扰大，且工作很不稳定，容易自基本反相微分器高频干扰大，且工作很不稳定，容易自激。必须在输入端串入激。必须在输入端串入R1防止高频自激，并接反馈电容防止高频自激，并接反馈电容Cf减小不必要的高频增益减小不必要的高频增益)(/)(CsRsRCsRCsCRsCRsG1f1f1111sRCsG)(ui1+R2+uo2uo1R6R6R4R4+R2R1ui2+A2A1A3 12i1i212o1o2RuuRRuu )(2o1o46ouuRRu )21 (12462i1ioiofRRRRuuuuuAu uoui1+R2+uo2uo1R6R6R4R4+R2R1ui2+A2A1A3 +)(2

12、 2i1i12146ouuRRRRRu 所以所以2.4.2 集成仪器放大器的特性及应用集成仪器放大器的特性及应用INA101有三个品种有三个品种INA101MINA101PINA101G14脚双列直插封装脚双列直插封装10脚金属圆帽封装脚金属圆帽封装第三章第三章 模拟集成电路的非线性应用模拟集成电路的非线性应用VCC_CIRCLEVCC_CIRCLE+-326121212R1R2D1D2RpViV0A1N41481N41481、理想二极管检波电路、理想二极管检波电路 电路的灵敏度高，电路的灵敏度高，非线性失真和误差小非线性失真和误差小精密检波精密检波 理想二极管检波器理想二极管检波器VCC_C

13、IRCLEVCC_CIRCLE+-326121212R1R2D1D2RpViV0A1N41481N4148当当 （正半周）时，（正半周）时，D1导通，导通，D2截止，输出电压截止，输出电压:当当 （负半周）时，（负半周）时，D1截止，截止，D2导通，输出电压导通，输出电压:0iU00U0iUiURRv120VCC_CIRCLEVCC_CIRCLE+-326121212R1R2D1D2RpViV0A1N41481N4148为减小检波死区和零位检测误差，提高稳定性：为减小检波死区和零位检测误差，提高稳定性： 应选择高增益、低失调、低漂移的运放应选择高增益、低失调、低漂移的运放 为获得较宽的工作频率

14、：为获得较宽的工作频率： 应选择增益带宽积和压摆大的运放应选择增益带宽积和压摆大的运放 1. 运放的输出电压大于二运放的输出电压大于二极管的正向电压。极管的正向电压。 即即D1 和和 D2 总是一个导总是一个导通，通，另一个截止，这样另一个截止，这样电路就能正常检波。电路就能正常检波。思考题：思考题：如何获得正半波极性的输入信号？如何获得正半波极性的输入信号？精密半波整流电路正常工作的条件：精密半波整流电路正常工作的条件：2.电路所要求的最小输入电压峰值为电路所要求的最小输入电压峰值为dDAU其中，其中， UD 为二极管的正向电压，为二极管的正向电压，答：二极管反向！答：二极管反向！Auuoi

15、R1Rfuo VD2VD1RL限幅器限幅器特点：特点： 输入信号电压在某一范围内时，电路工作在线性放大状输入信号电压在某一范围内时，电路工作在线性放大状态，具有恒定的放大倍数，输出电压正比于输入电压；态，具有恒定的放大倍数，输出电压正比于输入电压； 输入信号电压超出该范围后，输出电压将保持为某一固输入信号电压超出该范围后，输出电压将保持为某一固定值不变。定值不变。 组成：组成： 集成运放和二极管集成运放和二极管应用：应用： 信号处理、运算，波形产生，过载保护电路信号处理、运算，波形产生，过载保护电路二极管并联式限幅器二极管并联式限幅器二极管串联式限幅器二极管串联式限幅器电压比较器电压比较器电压

16、比较器将一个模拟量输入电压与一个参考电压比较器将一个模拟量输入电压与一个参考电压进行比较，输出只有两种可能的状态：高电平电压进行比较，输出只有两种可能的状态：高电平或低电平。或低电平。比较器中的集成运放一般工作在非线性区；处于比较器中的集成运放一般工作在非线性区；处于开环状态或引入正反馈。开环状态或引入正反馈。输出与输入的关系输出与输入的关系uo=f(ui)是是非线性函数。非线性函数。分类：单限比较器、迟滞比较器及窗口比较器。分类：单限比较器、迟滞比较器及窗口比较器。应用：峰值检波、超限报警、波形变换和发生等。应用：峰值检波、超限报警、波形变换和发生等。 单限电压比较器单限电压比较器1.基本电

17、路和输入基本电路和输入/输出特性输出特性uoui0UoHUoLEmEm为门限电位为门限电位当当ui Em时时 , uo = UoH当当ui Em时时 , uo = UoL 运放处于运放处于开环状态开环状态uuU+i-uuAOREFEm上行特性上行特性OHUCCV 0IuOu理想特性理想特性实际特性实际特性WU不灵敏区不灵敏区电路存在的问题电路存在的问题a.输出电平易受电源波动输出电平易受电源波动的影响。抗干扰能力差的影响。抗干扰能力差b. 电路容易进入深度饱和电路容易进入深度饱和状态，响应速度变慢状态，响应速度变慢c. 不灵敏。不灵敏。解决办法：采用具有迟解决办法：采用具有迟滞传输特性的比较器

18、。滞传输特性的比较器。解决办法：输出端加钳位电路解决办法：输出端加钳位电路解决办法：引入正反馈解决办法：引入正反馈2.输入钳位保护和输出钳位单限比较器输入钳位保护和输出钳位单限比较器+AuoREmuiR+V-VRoVD1VD2VDz防止差模输入电防止差模输入电压超过最大差模压超过最大差模输入电压输入电压防止运放深防止运放深度饱和度饱和uoui0UZ-UDEmUZ UZuoRDZURuouiR2+R1+电压传输特性电压传输特性 Uo(sat) +Uo(sat)uiuoOUR迟滞电压比较器迟滞电压比较器反相输入迟滞比较器反相输入迟滞比较器给电路提供双极性参考电平给电路提供双极性参考电平加速输出翻转

19、过程加速输出翻转过程电路引入正反馈电路引入正反馈正反馈的作用正反馈的作用uuu A+R-Zu+DO+fuRZiREFR3R1uuA+R-u+O+fuR4iR3R1一一. 没加参考电压的下行迟滞比较器没加参考电压的下行迟滞比较器分析分析1. 输出电压：输出电压：uo = UZ , UoH = + UZ ,UoL = UZ 2.当当 u+ = u- - 时，输出电压的状态发生跳变。时，输出电压的状态发生跳变。OFuRRRu11uuA+R-u+O+fuR4iR3R1（2）当）当uo =-UZ时，时，3. 两个不同的门限电平两个不同的门限电平（1）当）当uo =+UZ时，时，mHZfEURRRU11m

20、LZfEURRRU11EmH 上门限电平上门限电平EmL 下门限电平下门限电平4.传输特性：传输特性：uuA+R-u+O+fuR4iR3R1uoui0+UZ-UZEmHEmL设设ui , 当当ui EmL时时, uo从从-UZ +UZ这时这时, uo =-UZ , u+= EmL设初始值设初始值: uo =+UZ , u+= EmH设设ui , 当当ui EmH时时, uo从从+UZ -UZ称称Em =EmH - EmL为为回差或门限回差或门限宽度宽度ZFURRR112第第4 4章集成变换器及其应用章集成变换器及其应用4.2.2 精密精密U/I变换器变换器以以XTR110为例为例XTR110可

21、完成电压到电流的变换可完成电压到电流的变换1、XTR110 的性能特点的性能特点2.XTR110的内部结构的内部结构图图4-2-3 XTR110的内部结构图的内部结构图 图图4-2-4 XTR110的基本接法的基本接法3.XTR110的基本接法的基本接法4. 3 U/F变换器和变换器和F/U变换器变换器U/F：输出信号频率正比于输入信号电压的电路；：输出信号频率正比于输入信号电压的电路；F/U：输出信号电压正比于输入信号频率的电路；：输出信号电压正比于输入信号频率的电路； 电压模拟量经电压模拟量经U/F变换成频率信号后，其干扰能力大为增强，变换成频率信号后，其干扰能力大为增强，非常适合远距离传

22、输、遥控系统、干扰较大等方面非常适合远距离传输、遥控系统、干扰较大等方面可分为单片式和模块式；可分为单片式和模块式；单片式可逆，即可作单片式可逆，即可作U/F变换也可作变换也可作F/U变换；变换；模块式不可逆模块式不可逆第六章第六章 集成集成有源滤波有源滤波电路电路滤波器的分类：滤波器的分类：按构成按构成器件分器件分无源滤波器无源滤波器有源滤波器有源滤波器集成有源滤波器的特点集成有源滤波器的特点 体积小、重量轻、成本低体积小、重量轻、成本低无需阻抗匹配无需阻抗匹配可方便制作可调滤波器可方便制作可调滤波器受环境影响小受环境影响小在实现滤波同时，可得到一定的增益在实现滤波同时，可得到一定的增益滤波精度高滤波精度高易于调试易于调试优点优点 缺点缺点 ： 高频段滤波特性差高频段滤波特性差 8C1RRfR2C2R1oUiU)/(10RRGf自然角频率自然角频率若取