集成電路原理與應(yīng)用復(fù)習(xí)總結(jié).pdf

1 第一章 集成運(yùn)放的基礎(chǔ)知識(shí) 1 集成運(yùn)放是一種高增益直接耦合放大器 2 跨導(dǎo)的計(jì)算 晶體管 雙極型差動(dòng)放大器 1 2 1 2 1 2 0 即 差動(dòng)放大器差動(dòng)輸入時(shí) 3 差動(dòng)放大器輸出電壓不平衡的原因 輸入級(jí)的失調(diào)是整個(gè)運(yùn)放輸入失調(diào)的主要來源 VT1 VT2的UBE相同時(shí) 它們的射極電流不相等 VT1 VT2的集電極電阻 1 2不匹配 VT1 VT2的電流增益 1 2不匹配 4 恒流源電路 鏡像恒流源 0 1 1 2 輸出電流近似等于參考電流 改進(jìn)型鏡像恒流電路 a 減小 對 0的影響的恒流源 1 1 2 1 1 3 b 0與 不同比例的恒流源 2 1 多路輸出的恒流源 5 雙端變單端電路其內(nèi)部必定有一個(gè)差動(dòng)放大電路差動(dòng)放大電路 6 集成運(yùn)放的基本構(gòu)成 輸入級(jí)輸入級(jí) 中間級(jí)中間級(jí) 輸出級(jí)輸出級(jí)和各級(jí)的偏置電路偏置電路 輸入級(jí) 差動(dòng)放大電路 中間級(jí) 電平位移電路 輸出級(jí) 互補(bǔ)推挽輸出放大電路 偏置電路 電流源電路 7 集成運(yùn)放的引出端類別有輸入端輸入端 輸出端輸出端 電源端電源端 調(diào)零端調(diào)零端和相位補(bǔ)償端相位補(bǔ)償端五類 8 為提高集成運(yùn)放的放大倍數(shù) 集成運(yùn)放的中間級(jí)多采用共集放大電路共集放大電路 9 理想集成運(yùn)放的基本條件 差模電壓增益為無限大 即 輸入電阻為無限大 即 輸出電阻為零 共模抑制比為無限大 即 轉(zhuǎn)換速率為無限大 即SR 具有無限寬的頻帶 失調(diào)電壓 失調(diào)電流及其溫漂均為零 干擾和噪聲均為零 10 理想集成運(yùn)放的兩個(gè)重要特性 虛短虛短和虛斷虛斷 但集成運(yùn)放必須工作于線性狀態(tài)線性狀態(tài)時(shí) 2 11 閉環(huán)自激振蕩 運(yùn)放電路不能正常工作 產(chǎn)生的條件 Ad s F s 1或Ad j F j 1 即 A F 1且 0 F 2n n 0 1 2 12 閉環(huán)穩(wěn)定性判據(jù) A F 1時(shí) 相移 相移 時(shí) A F 0 時(shí) 1導(dǎo)通 2截止 這時(shí) 0 當(dāng) 0 集成 運(yùn)放通過 2和 2構(gòu)成閉環(huán) 輸出電壓為 2 1 2 1 a 理想二極管檢波電路的輸入 輸出特性曲線 b 輸入電壓 輸出電壓的波形圖 4 絕對值檢波電路工作原理分析方法 反向型絕對值檢波電路 當(dāng) 0 時(shí) 1導(dǎo)通 2截止 由 0 得 0 得輸出電壓為 i 2 5 o u R R u 0 當(dāng) 0 時(shí) 1截止 2導(dǎo)通 6 得輸出電壓為 3 1 5 2 5 4 5 2 5 4 3 1 5 2 3 1 4 1 2 4 當(dāng)滿足電阻匹配條件 2 3 2 1 4時(shí) 不論輸入電壓 極性如何 總為正值 即 5 2 當(dāng)取 5 2時(shí) 正向型絕對值檢波器 解 0時(shí) 2導(dǎo)通 1截止 對 1 對 2 故流過 2的電流為零 故 當(dāng) 0 時(shí) 2截止 1導(dǎo)通 對 1 1 1 2 1 對 2 1 1 2 此時(shí) 1 2 2 2 2 1 1 當(dāng) 1 2 2 2 2 1 1 1 時(shí) 完成全波整流功能 由于為同相輸入 故該電路輸入電 阻較高 5 限幅器 二極管并聯(lián)式限幅器及其傳輸特性 二極管串聯(lián)式限幅器及其傳輸特性 二極管區(qū)間限幅器及其傳輸特性 7 線性檢波限幅器及其傳輸特性 例 3 1 分析下圖所示理想二極管檢波電路 畫出其輸入 輸出特性曲線 并說明它與普通 二極管檢波電路相比具有什么優(yōu)點(diǎn) 解 解 0 時(shí) 2截止 1導(dǎo)通 此時(shí) 2 構(gòu)成反相比例放大器 6 二極管函數(shù)變換器的設(shè)計(jì)步驟 用折線段來逼近已知函數(shù) 由函數(shù)關(guān)系表達(dá)式 確定每段折線的轉(zhuǎn)折電壓和折線的頻率 根據(jù)對轉(zhuǎn)折電壓和斜率的要求設(shè)計(jì)每個(gè)線性檢波器電路的參數(shù) 7 電壓比較器的輸出結(jié)果是數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào) 它是一種模擬模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)之間信號(hào)和數(shù)字信號(hào)之間的接口電路 基本 功能是實(shí)現(xiàn)兩個(gè)模擬電壓之間的電平的比較實(shí)現(xiàn)兩個(gè)模擬電壓之間的電平的比較 8 單限電壓比較器 上行特性 下行特性 9 遲滯電壓比較器具有兩個(gè)門限電位 數(shù)值大的叫上門限電位 數(shù)值小的叫下門限電位 具有下行特性的遲滯電壓比較器及其傳輸特性 具有上行特性的遲滯電壓比較器及其傳輸特性 第四章 集成變換器及其應(yīng)用 1 阻抗變換器 負(fù)阻抗變換器負(fù)阻抗變換器 阻抗模擬變換器阻抗模擬變換器 電容倍增器電容倍增器 8 例 4 1 求下圖所示電路的輸入阻抗 假定圖中的集成運(yùn)放 滿足理想條件 解 又 1 oi i oos UUUUU I RSCR io UU 則 0 0 os i oss RSCR R UU RSCR RR 將上式代入 則 0 1 i ii soss UU IU RRSCR RR 因此 0 1 1 0 0 0 01 0 0 i ioss i U ZRS C R RRj I 例 4 2 求下圖所示電路的輸入阻抗 假定圖中的集成運(yùn)放滿足理想條件 解 整體有 SC I UU i oi12 對 2 A有 122 2 21 0 oo oo UaU Ra U R U 對 1 A有 io ioi UaU aR UU R U 11 1 1 1 以上各式聯(lián)立得 Caaj I U i i 21 1 1 例 4 3 求下圖所示電路的輸入阻抗 并說明其性質(zhì) 假定圖中的集成運(yùn)放滿足理想條件 解 對于 A1有 i OUUU1 對于 A 2有 o o UR R U 2 1 1 則 Uo i U R R 1 2 整體有 SC I UU i oi1 聯(lián)立整理得 1 2 1 2 1 1 1 1 R R cj R R SC I U Z i i ie 則該電路輸入端等效為一電容 等效的電容值為 1 2 1 R R CC o o o i i i i SC UU R U U I U Z 1 9 該電路為電容倍增器 通過改變 1 2 R R 的值 以及 C 的大小 可得到任意大小的電容值 2 連續(xù)性變換器 阻抗變換器 U I I U 周期性變換器 U F F U A D D A 3 U I 輸出負(fù)載中的電流正比于輸入電壓的運(yùn)放電路 I U 輸出負(fù)載中的電壓正比于輸入電流的運(yùn)放電路 U F 輸出負(fù)載中的頻率正比于輸入電壓的運(yùn)放電路 I U 輸出負(fù)載中的電壓正比于輸入頻率的運(yùn)放電路 4 U F 和 F U 變換器適用于遙控系統(tǒng) 干擾較大的場合和遠(yuǎn)距離傳輸?shù)确矫?5 一個(gè) n 位的 D A 轉(zhuǎn)換器所能分辨的最小電壓增量為滿量程值的 倍 第五章 集成信號(hào)發(fā)生器 1 由集成運(yùn)放構(gòu)成的方波和三角波發(fā)生器 第一級(jí) 1組成遲滯電壓比較器 輸 出電壓 1為對稱的方波信號(hào) 第二級(jí) 2組成積分器 輸出電壓 為三角波信號(hào) 2 由 ICL8038 構(gòu)成的集成函數(shù)發(fā)生器 3 頻率合成技術(shù)包括傳統(tǒng)的直接頻率合成 DS 鎖相環(huán)間接頻率合成 PLL 和直接數(shù)字頻 率合成 DDFS 或 DDS 4 鎖相環(huán)組成的原理框圖 鑒相器鑒相器 PD 環(huán)路濾波器環(huán)路濾波器 LF 壓控振蕩器壓控振蕩器 VCO 第六章 集成有源濾波器 1 濾波器的分類 信號(hào)處理方式 模擬濾波器和數(shù)字濾波器 通頻帶 低通濾波器 高通濾波器 帶通濾波器 帶阻濾波器 2 帶通濾波器 通過某一段內(nèi)的信號(hào) 抑制此外頻段的信號(hào) 寬帶濾波器通常可用一個(gè)低通 濾波器和高通濾波器級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn) 其聯(lián)接方式為串串聯(lián)聯(lián) 3 常用一階 二階濾波器的傳遞函數(shù)和幅頻特性 10 例 6 1 設(shè)計(jì)一個(gè)四階巴特沃斯低通濾波器 要求截止頻率為 c 1kHz 解 用兩個(gè)二階巴特沃茲低通濾波器構(gòu)成一 個(gè)四階巴特沃茲低通濾波器 其傳遞函數(shù)為 為了簡化計(jì)算 其參數(shù)滿足條件 1 2 C 1 2 R 由 選取 C 0 1 F 可算得 R 1 6k 查表可知四階巴特沃斯低通濾波器的兩個(gè)阻尼系數(shù)阻尼系數(shù)為 由此算得兩個(gè)零頻增益零頻增益為 則傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)為 可選兩個(gè)二階巴特沃茲低通濾波器級(jí)聯(lián)組成 第一級(jí)增益為 若選取 1 12 35K 則 1 10k 第二級(jí)增益為 若選取 2 15 2K 則 1 100k 4 傳遞函數(shù)的幅度近似 最平幅度近似 泰勒近似 等波紋近似 切比雪夫近似 11 5 低通濾波器的分析 一階低通 二階低通 參數(shù)之間的關(guān)系 1 RC 3 0 6 無限增益多反饋環(huán)型帶通濾波器 7 SC 電阻的優(yōu)點(diǎn) SC 電阻占用的芯片面積小 并聯(lián)型開關(guān)電容的功耗小 MOS 電容的溫度系數(shù)和電壓系數(shù)小 穩(wěn)定性好 時(shí)間常數(shù)僅與電容比值有關(guān) 而與它們各自的絕對誤差無關(guān) 例 6 2 設(shè)計(jì)一個(gè)寬帶濾波器 要求下限截止頻率 400Hz 上限截止頻率 2kHz 通帶 增益為 4 求品質(zhì)因數(shù) Q 解 根據(jù)通帶增益為 4 如取 01 02 2 則 1 2 1 2 如選以上電阻均為 10k 由 1 2 2 2 如取 2 0 01 F 則得 2 39 8k 由 1 2 3 3 如取 3 0 01 F 則得 3 7 9k 0 2000 400 894 4Hz Q 0 894 4 2000 400 0 56 例 6 3 如圖所示 當(dāng)分別取如下兩組參數(shù)時(shí) 試分別求出該電路的 G0 n 等參數(shù) 1 R1 R 2 24k C1 940pF C2 470pF R 2 R1 7 3k R 2 39 4k C1 C2 0 047 F R 4k Rf 20k 12 解 由電路得 22 11 12 11 11 22 2121 1 1 1 CR CR G CR CR CR CR CCRR W R R G on f o 則當(dāng)取 參數(shù)時(shí) 1 o G 4 112 107 62 1 2 1 1 2 3 21 2 1 C C G C C srad CCR W o n 當(dāng)取 參數(shù)時(shí) 6 4 20 1 o G 106 1254 1 3 2121 srad CCRR Wn 6 01 2 1 2 1 1 2 R R G R R R R o 第七章 集成