【正文】 第六章 雙極型模擬集成電路 集成化元、器件及其特點 集成差分放大電路 電流模電路 功率輸出級電路 集成運算放大器 第二節(jié) 第一節(jié) 第五節(jié) 第四節(jié) 第三節(jié) 第一節(jié) 集成化元、器件及其特點 一 集成電路工藝簡介 以制造 NPN管的工藝流程為例 氧化 光刻 隱埋層擴散 外延和氧化 隔離擴散 選擇隔離槽 P型硅片 1 平面工藝 2 電路元件制造工藝 基區(qū)擴散 發(fā)射區(qū)擴散 蒸鋁 NPN 選擇基區(qū) 選擇發(fā)射區(qū) 選擇電極 引線窗口 選擇要去 除的鋁層 硅片上的管芯 集成電路的封裝 (a)雙列直插式 (b)圓殼式 二 集成化元、器件 1 NPN晶體管 在 P型硅片襯底上擴散 N＋ 隱埋層，生長 N型外延層，擴散 P型基區(qū)， N ＋ 型發(fā)射區(qū)和集電區(qū) 2 PNP晶體管 從隔離槽 P＋ 上引出集電極，載流子沿晶體管斷面的垂直方向運動 優(yōu)點： 制造方便 基區(qū)較 NPN寬 特征頻率高 輸出電流大 缺點 由于隔離的需要， C極必須接電路電源最低電位 常作射極跟隨器 1)縱向 PNP管 (2)橫向 PNP管 : 發(fā)射極和集電極橫向排列，載流子沿斷面水平運動。 缺點： 由于加工原因，基區(qū)寬度比普通 NPN大 1－ 2個數(shù)量級， ?很小，特征頻率低 優(yōu)點： 因為由輕摻雜的 P型擴散區(qū)和 N型外延區(qū)構成， e結和 c1結反向擊穿電壓高 3 多發(fā)射極管和多集電極管 4 二極管 晶體管制作時，只要開路或短路某一 PN結即得： 5 電阻 : 金屬膜電阻 :溫度特性好 擴散電阻， 按結構分： 基區(qū)電阻 50?－ 100K? ?＝ 177。 20% 發(fā)射區(qū)電阻 1－ 1000 ? （電阻率低） 窄基區(qū)電阻 電阻率高 10－ 1000K ?＝ 177。 20% 雖集成化電阻阻值誤差大，但為同向偏差，匹配誤差?。ㄐ∮?3％） 6 電容 MOS電容： 利用 SiO2保護層作絕緣介質，用金屬板和半導體作電容極板 電容量與氧化物厚度成反比，與極板面積成正比，單位面積電容量不大但漏電較小，擊穿電壓較高 結電容： 由反向 PN結構成，容量與結面積成正比，擊穿電壓低，漏電流大，但單位面積電容值高 集成電路元件平面圖 二 集成化元器件特點 4 集成電路中的寄生參量存在會引起元件間的寄生耦合，影響電路穩(wěn)定，使電路產生寄生振蕩 1 集成電路工藝不能制作 電感 ，超過 100pF的大電容 因占用面積大也不易制作，故集成電路中不采用 阻 容耦合 ，而采用 直接耦合 2 電阻阻值越大占用硅片面積越大，一般 幾十 ?至 幾 十 K?， 盡量用 晶體管 代替電阻電容 3 單個精度不高，受溫度影響大，但同一晶片上相鄰 元件在制作尺寸和溫度上有同向偏差，對稱性好， 故大量采用 差放電路 及放大倍數(shù)取決于電阻比值的 負反饋放大器 第二節(jié) 集成差分放大電路 （一）差分放大電路的組成： 由對稱的兩個基本放大電路通過射極公共電阻 Ree耦合構成 。 一、差分放大電路的工作原理： 對稱 指兩個三極管特性一致、電路參數(shù)相等 Rb1= Rb2 = Rb, Rc1= Rc2 = Rc, ?1= ?2 = ?, rbe1= rbe2 = rbe, IbQ1= IbQ2, IcQ1= IcQ2, Ube1= Ube2, Uc1= Uc2, 信號輸入方式 雙端輸入： 輸入信號接在兩個輸入端間 單端輸入： 輸入信號接在一個輸入端與地間，另一端接地 差放輸出方式 雙端輸出（平衡輸出）： 輸出取自兩個集電極之間 單端輸出（不平衡輸出）： 輸出取自一個集電極與地間 差模信號： 是指在差放兩個輸入端接入兩個幅度相等、極性相反的信號，記為， Uid1 ,Uid2 Uid1 = Uid2 = Uid （二）對差模信號的放大作用 圖 68(a) 雙端輸入雙端輸出差放 Ie1 Ie2 雙端輸入雙端輸出時： iebLfeidohRRhUU????39。UdA)(2 iebididid hRIUr ???)2// / (39。 LcL RRR ? Uo 圖 68（ b）差模輸入等效電路 不論單端輸入還是雙端輸入， rid均為基本放大電路的兩倍 cod Rr 2?雙端輸出時， rod =2Rc//(2 /hoe) 當 1/ hoe Rc時， 1 差模電壓增益 AUd 2 差模輸入電阻 rid 3 差模輸出電阻 rod 共模信號： 是指在差放兩個輸入端接入兩個幅度相等、極性相同的信號， （三）對共模信號的抑制作用 圖 6－ 10（ a）共模電路 Ie1 Ie2 記為： Uic1 ,Uic2 Uic1 = Uic2 = Uic 0)( 21 ????icococicocUcUUUUUAeefeiebcfeicocicocUc RhhRRhUUUUA2)1()(21??????＝單eecUc RRA2)(??單1 共模電壓增益 Auc 雙端輸出時，由于電路對稱， 單端輸出時， 當（ 1+hfe） *2Ree（ Rb+hie）時， 圖 6－ 10 (b)共模輸入等效電路 單端輸出時， 雙端輸出時， eefeiebicicic RhhRIUr 2)1()( 11 ?????單? ? 2/2)1()( 21 eefeiebicicicic RhhRIIrr ??????定義： 差放的差模增益 與共模增益之比值的絕對值 即 CMMR=IAUd/AUcI 或 CMMR（ dB） =20lg IAUd/AUcI 雙端輸出時， CMMR可以認為等于無窮大 單端輸出時 CMMR（ 單） = lAUd(單 )/AUc(單 )l 2 共模輸入電阻 3 共模抑制比 CMRR 動畫 61 輸入 Ui1,