模拟电路设计

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单晶硅锭

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查看: 95回复: 0 发表于 2019-9-27 13:53:31   只看该作者
集成电路
集成电路是指半导体集成电路,即以半导体材料为基片,将至少有一个是有源元件的两个以上元件和部分或全部互连线路集成在基片之中或基片之上,以执行某种电子功能的中间产品或最终产品。
Integrated Circuit, 通常简称IC,是指将很多微电子器件集成在芯片上的一种高级微电子器件。
通常使用硅为基础材料,在上面通过扩散或渗透技术形成N型和P型半导体及P-N结。实验室中也有以砷化镓(GaAs)为基材的芯片,性能远超硅芯片,但是不易量产,价格过高。将各种电路组件(如电晶体和电阻)聚集于矽晶体或半导体芯片上的装置。集成电路乃是以其所包含的电子组件数目来分类,缩写是IC。也称为chip。
集成电路三大类:模拟集成电路、数字集成电路、模拟数字混合集成电路。

一、模拟电路的设计

模拟电路设计的主要任务是设计电压放大器和功率放大器,且重点是电压放大器的设计,难点是微弱信号精密放大与高频信号放大。

集成运算放大器分:通用型运放和专用型运放。
    其中:
           通用型运放—直流性能较好、种类多、满足许多领域要求、便宜、用途广,分单运放、双运放、四运放;
           专用型运放—性能技术指标特别,满足特殊应用场合,如低功耗型、高精度型、高输入阻抗型、高速宽带型、高压型、电流型、程控型、跨导型、斩波稳零型等。

二、集成运算放大器的基本结构
集成运算放大器(operational amplifier)是电压放大倍数很大、输入电阻很大、输出电阻很小且用于模拟计算机中实现数学运算功能的多级直接耦合放大电路。

三、运算放大器的主要技术指标
     1、开环差模电压增益Aod—指运放在无外加反馈情况下的直流差模增益,单位dB。是决定运放精度的重要因素,理想运放Aod为∞ ,一般Aod约100 dB ,高的可达140 dB。
     2、输入失调电压UIO—使输出电压为0时输入端所需要的补偿电压。表征了输入级差分对管失配的程度,也反映了一定程度上温漂的大小。高质量运放UIO在1mV以下。
     3、输入失调电流IIO—是指输出电压为0时两个输入端偏置电流之差,反映了差分对管输入电流不对称情况。高质量运放IIO低于1nA。

     4、差模输入电阻rid—是差模输入电压UId与相应的输入电流IId的变化量之比,用以衡量集成运放向信号源索取电流的大小。一般rid为几MΩ,场效应管输入级rid可达106 MΩ。
     5、共模抑制比KCMR——是开环差模电压增益与开环共模电压增益之比,单位dB。用以衡量集成运放抑制温漂的能力。
     6、输入失调电压温漂—表示失调电压在规定工作范围内的温度系数,是衡量运放温漂的重要指标。一般运放为10~20μV/˚C,高质量的低于0.5μV/˚C。
     7、输入失调电流温漂—表示输入失调电流的温度系数,一般运放为几μA/˚C,高质量的几十pA/˚C。
     8、输入偏置电流IIB—是当输出电压为0时两个输入端偏置电流的平均值,是衡量差分对管输入电流绝对值大小的指标,取决于集成运放输入级静态集电极电流以及输入级放大管的β值。             一般输入偏置电流愈大其失调电流愈大,BJT型运放IIB约1 μ A以下,FET型运放IIB在1nA以下。
     9、最大共模输入电压UIcm—表示运放输入端所能承受的最大共模电压。
     10、最大差模输入电压UIdm—表示运放反相输入端与同相输入端之间能承受的最大电压。超过限度会使输入级差分对管的某一个管子的发射结击穿。
     11、-3dB带宽fH—表示Aod下降3dB时的频率,一般运放fH值在几kHz以下。
     12、单位增益带宽BWG—指Aod降至0时的频率,即此时开环差模电压放大倍数为1。
     13、转换速率SR—在额定负载下输入一个大幅度的阶跃信号时输出电压的最大变化率。

四、运算放大器的选择方法——高性价比
从满足电气性能上考虑:
     1、若无特殊要求,选用通用型运放(若电路中包含多个运放,应优先选用多运放芯片);如:LM101、LM124、LM148、LM224、LM324、LM747、μA741、 μA748、 μP151等
     2、对于低能源系统可选用低功耗集成运放,一般在mW级别,可电池供电;这类运放多为MOS型运放,如μPC153、 μPC253、 ICL7641、CA3708等。
     3、在精密测量(如微弱信号检测、精密模拟计算、仪表放大器、高增益直流放大等)放大电路中要求温漂小、噪声低,可选用低漂移低噪声运放,如OP07、OP09、OP11、OP27、                  OP37、 μA725、MAX7650等。
     4、若系统要求具有高输入阻抗(如采样/保持电路、积分器、峰值检波、测量放大器)可选用高阻抗集成运放(输入电阻在10~106MΩ,偏置电流pA数量级,输入级采用JFET、                       MOSFET),如μA711 、μA774、LF351/347/441/442/444、OP15/16/17 。
     5、若系统工作频率要求很高(如高速采样保持、精密比较器、A/D、D/A、高频振荡及信号发生器、锁相环电路)可选用高速及宽带集成运放(转换速率高、频率特性好、单位增益带宽             达10MHz即具有高的带宽),如μA751 /772、LM318、MC1520等 。
     6、若系统要求高输出电压(如大功率输出电路的电压放大、高电压幅值的信号发生器等)可选用高压型运放(注:考虑必要的保护),如:LM143、MC1536、BG315等。
     7、如跨导运放、程控运放、电流型运放等视实际情况而定。







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