第6章 半导体集成电路 6.1 概 述 半导体集成电路的概念 1．集成电路的定义

Presentation on theme: "第6章 半导体集成电路 6.1 概 述 半导体集成电路的概念 1．集成电路的定义"— Presentation transcript:

1 第6章 半导体集成电路 6.1 概 述 6.1.1 半导体集成电路的概念 1．集成电路的定义
6.1 概 述 半导体集成电路的概念 1．集成电路的定义 集成电路是将电阻、电容、二极管、三极管经过半导体工艺或薄、厚膜工艺制作在同一硅片上，并按某种电路形式互连起来，制成具有一定功能的电路。 2．集成电路的特点 同分立元器件相比，集成电路具有体积小，重量轻，功耗低，性能好，可靠性高，成本低等特点，是目前电子产品和设备小型、便携式所必需的。

2 6.1.2 集成电路的分类 集成电路种类繁多，品种各异，可按不同方式进行分类。 1．按照制造工艺分类
集成电路的分类 集成电路种类繁多，品种各异，可按不同方式进行分类。 1．按照制造工艺分类 集成电路按其制造工艺可分为半导体集成电路，薄膜集成电路，厚膜集成电路和混合集成电路。

3 用平面工艺（氧化、光刻、扩散、外延）在半导体晶片上制成的集成电路称为半导体集成电路，也称为单片集成电路。
用薄膜工艺（真空蒸发、溅射）将电阻、电容等无源元件及相互连线制作在同一块绝缘衬底上，再焊接上晶体管管芯，使其具有一定功能的电路，称为薄膜集成电路。 用厚膜工艺（丝网印刷、烧结）将电阻、电容等无源元件及相互连线制作在同一块绝缘衬底上，再焊接上晶体管管芯，使其具有一定功能的电路，称为厚膜集成电路。

4

5 2．按照有源器件分类 集成电路按有源器件可分为双极型集成电路、MOS型集成电路和双极-MOS（BIMOS）型集成电路等。
双极型集成电路是在半导体基片（硅或锗材料）上，利用双极型晶体管构成的集成电路，其内部工作时由空穴和自由电子两种载流子进行导电。 MOS型集成电路只有空穴或自由电子一种载流子导电。它又可分为NMOS型集成电路、PMOS型集成电路和CMOS型集成电路三种。 NMOS型集成电路是由N沟道的MOS器件构成。 PMOS型集成电路是由P沟道的MOS器件构成。

6 CMOS型集成电路则是指由N沟道和P沟道MOS器件构成的互补形式的电路。
双极型-MOS型集成电路（BIMOS）是双极型晶体管和MOS电路混合构成的集成电路。一般前者作为输出级，后者作为输入级。双极型电路驱动能力强，但功耗较大，MOS电路则相反，双极型-MOS型集成电路兼有二者的优点。

7 3．按照集成度分类 集成电路按其集成度可分为小规模集成电路，中规模集成电路，大规模集成电路，超大规模集成电路和极大规模集成电路
2004年Inter公司CPU集成度 1亿2500万 /112mm2 =111.6万/mm2

8 4．按照应用领域分类 集成电路按照应用领域可分为军用品、民用品（又称商用）和工业用品三大类。
由于军用品主要用在军事、航空、航天等领域，使用环境恶劣，装置密度高，对集成电路的可靠性要求极高，对价格的要求不太苛求。 由于民用品主要用在人们的日常生活中，使用条件较好，只要能够满足一定的性能指标要求即可。但对价格要求较高，最大限度地追求高的性能价格比。这是产品能否占领市场的重要条件之一。 工业用品介于二者之间。

9 5．按照功能分类 集成电路按功能的分类。 半导体集成电路 数字电路 模拟电路 接口电路 特殊电路 TTL电路 HTL电路 ECL电路
CMOS电路 存储器 微型机电路 运算放大器 稳压器 音响电路 电视电路 非线性电路 电平转换器 电压比较器 线驱动接收器 外围驱动器 通信电路 机电仪电路 消费类电路 传感器

10 6.1.3 集成电路的封装及引脚识别 1．集成电路的封装 （1）金属封装 常用集成电路的封装材料有金属、陶瓷、塑料三种。
集成电路的封装及引脚识别 1．集成电路的封装 常用集成电路的封装材料有金属、陶瓷、塑料三种。 （1）金属封装 金属封装散热性能好，可靠性高，但安装和使用不方便，成本高。一般高精度集成电路或大功率集成电路均以此形式封装。根据国标规定，金属封装有金属园形和菱形两种。

11 1．集成电路的封装 （2）陶瓷封装 （3）塑料封装 陶瓷封装散热性差，但体积小，成本低。一般分扁平型和双列直插两种。
塑料封装工艺简单，成本低，但散热性能较差。应用最广，适用于小功率器件，分扁平和双列直插两种。 中功率器件有时也采用塑料封装，但为了限制温升，有利散热，通常都在塑料封装的同时加装金属板，以利于固定散热片。

12 2．封装外形及引脚识别 封装形式最多的是圆顶形、扁平形及双列直插形。 圆顶形金属壳封装多为8脚，10脚，12脚。
菱形金属壳封装多为3脚，4脚。 扁平形陶瓷封装多为14脚，16脚。 单列直插式塑料封装多为9脚，10脚，12脚，14脚，16脚。 双列直插式陶瓷封装多为8脚，12脚，14脚，16脚，24脚。 双列直插式塑料封装多为8脚，12脚，14脚，16脚，24脚，42脚，48脚。 集成电路的引出脚数目虽然很多，但引出脚的排列顺序具有一定的规律。在使用集成电路时，可按排列规律正确识别集成电路的引出脚。

13 （1）圆顶封装的集成电路 对于圆顶封装的集成电路（一般为圆形和菱形金属外壳封装），在识别引脚时，应先将集成电路的引出脚朝上，找出其标记。常见的定位标记有锁口突耳、定位孔及引脚不均匀排列等。引出脚的顺序由定位标记对应的引脚开始，按顺时针方向依次数为引脚①，②，③，④ ……。

14 （2）单列直插式集成电路 单列直插式集成电路，识别其引脚时应使引脚向下，面对型号或定位标记，自定位标记对应一侧的第一只引脚数起，依次为①，②，③，④……。此类集成电路上的定位标记一般为色点、凹坑、小孔、线条、色带、缺角等。

15 有些厂家生产的集成电路，本是同一种芯片，为了便于在印制电路板上灵活安装，其引脚排列顺序对称相反。一种按常规排列，即由左向右，另一种则由右向左。对此类集成电路若封装上有识别标记，可按上述规律分清其近脚顺序。但也有少数器件上没有引脚识别标记，这时应从其型号上加以区别。若其型号后缀中有一字母R，则表明其引脚顺序为从右到左反向排列。 还有个别集成电路，设计时尾部引出脚为非等距排列，作为标记。可按此特点来识别引脚顺序。

16 3）双列直插式集成电路 双列直插式集成电路，识别其引脚时，若引脚向下，即其型号、商标向上，定位标记在左边，则从左下角第1只引脚开始，按逆时针方向，依次为①、②、③、④……。若引脚朝上，即其型号、商标朝下，定位标志位于左边，则应从左上角第1只引脚开始，按顺时针方向，依次为 ①、②、③、④……。另外，也有个别型号的集成电路引脚，在其对应位置上有缺角（即无此输出脚），对这种型号的集成电路，其引脚编号顺序不受影响。

17 3）双列直插式集成电路 对于某些软封装类的集成电路，其引脚直接与印刷电路相结合。 对于四列扁平封装的微处理器集成电路。

18 6.2 半导体集成电路型号命名 一、中国半导体集成电路型号命名
6.2 半导体集成电路型号命名 一、中国半导体集成电路型号命名 中国半导体集成电路型号命名方法由国家标准《半导体集成电路型号命名方法》（GB ）规定。该标准于1990年4月1日开始实施，取代了原国家标准（GB ）和四机部标准（SJ611-77）。

19 一、中国半导体集成电路型号命 名 根据国家标准规定，集成电路由五部分组成 第0部分：用字母C表示器件符合国家标准
一、中国半导体集成电路型号命 名 根据国家标准规定，集成电路由五部分组成 第0部分：用字母C表示器件符合国家标准 第一部分：用字母表示器件类型， 第二部分：用阿拉伯数字和字符表示器件的系列和品种代号 第三部分：用字母表示器件的工作温度范围， 第四部分：用字母表示器件封装形式，

20 6.3 各类集成电路的性能比较 TTL集成电路 TTL集成电路的全名称 是晶体管—晶体管逻 辑集成电路。它由 NPN或PNP型晶体管 组成。

21 1．TTL集成电路的分类 （1） 国际通用标准TTL集成电路的分类 54/74系列TTL数字逻辑集成电路一般分为六大 类：
54／74XX：标准TTL电路系列 54／74SXX：肖特基TLL电路系列 54／74HXX：高速TTL电路系列 54／74LSXX：低功耗肖特基TTL电路系列 54／74ASXX：先进肖特基TTL电路系列 54／74ALSXX：先进低功耗肖特基TTL电路系 列

22 （2） 国产TTL电路分类 T1000：标准系列，相当于国际54／75系列 T2000：高速系列，相当于国际54／74H高速系 列
T3000：肖特基系列，相当于国际54／74S肖特 基系列 T4000：低功耗肖特基系列，相当于国际54／ 74LS低功耗肖特基系列 T000可分为T000中速系列和T000高速系列 T000中速系列的性能类同于T1000系列 T000高速系列的性能类同于T2000系列

23 CMOS集成电路 CMOS集成电路于1968发展成商品化 产品。CMOS集成电路是互补对称金属 氧化物半导体,其基本逻辑单元由增强 型PMOS晶体管和增强型NMOS晶体管 按互补对称形式连接而成，静态功耗很 小。

24 CMOS与非门 VDD T1 T2 T3 T4 B A Y A B T1 T2 T3 T4 Y 导通 导通 截止 截止 导通 截止 导通 截止 截止 导通 截止 导通 截止 截止 导通 导通 0

25 3．CMOS集成电路的特点 （1）微功耗 CMOS集成电路的静态功耗极小，如电源电压VDD=5V时的静态功耗，各种门电路品种小于2.5~5μW，缓冲器和触发器类小于5~20μW，中规模集成电路小于25~100μW。 （2）工作电压范围宽 国产CMOS集成电路按工作电压范围分为两个系列，即3~18V的CC4000系列和7~15V的C000系列。 （3）抗干扰能力强 抗干扰能力又称为噪声容限。当CMOS电路工作电压提高到10V时，其噪声容限在数字逻辑电路中是最高的。

26 （4）输出逻辑摆幅大 CMOS电路输出逻辑摆幅近似为电源电压。 （5）输入阻抗高 CMOS电路的输入阻抗大于108Ω，一般为 1010Ω。 （6）扇出能力强 扇出能力是用电路输出端所能带动的输入端数 目来表示的，CMOS电路的输入和输出阻抗相 差很大，其扇出能力大于50。 （7）输入电容小 CMOS电路的输入电容不大于5pF。

27 ECL集成电路 1．ECL集成电路的概 念 ECL集成电路为发 射极耦合逻辑集成 电路，是一种非饱 和型数字逻辑电路。 它是各种逻辑电路 中速度最快的电路 形式。

28 2．ECL集成电路的特点 （1）速度快 ECL基本门电路的典型传输延迟时间为ns数量级，其触发器和计数器的工作频率也在1GHz的范围。
（2）逻辑功能强 ECL电路能消除一般逻辑电路中为产生互补逻辑功能而设置的反相器所增加的时间延迟，提高了系统的速度。 （3）扇出能力强 ECL电路的输入阻抗高（约10kΩ），输出阻抗低（约7Ω），故扇出能力强。 （4）噪声低，便于数据传输

29 3．ECL集成电路的应用 ECL集成电路在高速信息系统中应用广泛。

30 6.3.4 三种集成电路的性能比较 TTL、CMOS、ECL等各种集成电路的性能 比较见表。

31 6.3.5 集成电路的使用注意及代换 1．集成电路的使用注意
集成电路的使用注意及代换 1．集成电路的使用注意 集成电路是一种结构复杂，功能多，体积小， 价格贵，安装与拆卸比较麻烦，而且容易损坏 的电子器件。因此，在选购和使用过程中，一 定要按照要求仔细操作，切莫造成不必要的损 失。

32 （1）TTL集成电路的使用注意 ① TTL电路的输出端不允许直接接地或直 接接电源，否则，易烧坏集成电路。

33 ④ TTL电路多余的输入端悬空时，相当于 逻辑“1”状态，但为了逻辑功能稳定可靠， 与门和与非门的多余输入端最好接到电源 上或并联使用。
不用的电路输出端则应悬空。如果将其接 电源或接地，集成电路将损坏。

34 （2）CMOS集成电路的使用注意 ① CMOS电路对电源电压要求不严格，但正负极决不允 许接反。否则，极易造成损坏。

35 2．集成电路的代换 集成电路的系列多达几十甚至几百多种， 其型号更是不可胜数。在这品种繁多的集 成电路中，既有不同厂家自行设计生产的 同一功能的集成电路，也有仿制产品及组 装产品，还有改进型产品等。因此，集成 电路的代换异常复杂。

36 时基电路 时基电路的概念 555时基电路是由美国SiGnetics公司于1972年推 出并投放市场，其目的是为了取代体积大、定时 精度差的热延迟继电器等机械式延迟器。但555 时基电路在人们使用过程中，用途不断得到开发， 被大量用于工业控制、仪器仪表等领域，取得了 大大超出原设计思想的应用成果。555时基电路 得到广泛应用。

37 1．555的含义 一般的集成电路型号中的数字仅是一种编 号，可是555时基电路的三个5却有具体的 含义，它们代表基准电压电路是由三个5kΩ 电阻组成，且要求它们严格相等。

38 2．555时基电路的特点 （1）555时基电路在电路结构上是由模拟 电路和数字电路组合而成。它将模拟功能 与逻辑功能兼容为一体，能够产生精确的 时间延迟和振荡，拓宽了模拟集成电路的 应用范围。 （2）555时基电路采用了单电源供电。双 极型555的电压范围为4.5V~15V， CMOS555的电压范围为3V~18V。这样， 它就可以和模拟运算放大器和TTL或CMOS 数字电路共用一个电源。

39 （3）555时基电路可独立构成一个定时器， 且定时精度高。
（4）555时基电路的最大输出电流达 200mA，带负载能力强，可直接驱动小电 机、喇叭、继电器等负载。

40 时基电路的封装 555时基电路的封装外形一般有两种形式， 一种是8脚园形TO-99型。另一种是8脚双列 直插DIP-8式。556双时基集成块内含两个 相同的时基电路，称为双555，基封装形式 为双列直插14脚，即DIP-14式。

41 555时基电路，管脚功能： 1脚为电源负端（地端）和公共端（VSS或GND）。 在通常情况下与地相连，该端的电位应比其它管 脚的电位都低。
2脚为触发端或称置位端（S）。当该端电压低于 VDD/3时，可使触发器处于置位状态，即输出端处 于逻辑“1”电平。该端允许外加电压范围为 0~VDD。 3脚为输出端（VO），电路连接负载端。通常该 脚为低电平“0”，在定时期间为高电平“1”。

42 555时基电路，管脚功能： 4脚为复位端（MR）。当该端外加电压低于0.4V， 即为逻辑“0”电平时，定时过程中断。不论R、S 端处于何种电平，电路均处于复位状态，即输出 为低电平“0”。该端允许外加电压范围为0~VDD。 不用时，应与VDD相连。 5脚为控制电压端（Vc）。该端与2VDD/3分压点 相连，若在此端加入外部电压，可改变集成电路 内部两个比较器的比较基准电压，从而控制电路 的翻转门限，以改变产生脉冲宽度或频率。当不 用时，应将该端接一只0.01μF的电容器到地。

43 555时基电路，管脚功能： 6脚为阀值电压端（R）。其阀值电平为2VDD/3时， 即当该端电压大于2VDD/3时，可使触发器复位， 即输出端处于逻辑“0”电平。该端允许外加电压 范围为0~VDD。 7脚为放电端（DIS）。该端与放电管相连，放电 管为发射极接地开关控制器，用作定时电容的放 电。 8脚为电源正端（VDD）。双极型555外接4.5~15V， CMOS型可外接3~18V电源，一般来说，电路的 定时精度受电源电压的影响极小。

44 时基电路的工作原理 555时基电路的原理框图，555电路内含两个比较器A1 和A2、一个触发器、一个驱动器和一个放电晶体管。 两个比较器分别被电阻R1、R2、R3构成的分压器设定 的2VDD/3、VDD/3参考电压所限定。 - + 电源 8 阈值 6 控制 5 触发 2 放电 7 地 3 输出 4 强制 复位

45 时基电路的主要参数 双极型555时基电路和CMOS555时基电路 由于其生产工艺不同，故其电性能、参数 指标有较大差别。

46 6.4.5 双极型和CMOS型555时基电路 的性能比较 1．双极型和CMOS型555时基电路的共 同点
（2）二者均使用单一电源，适应电压范 围大，可与TTL、HTL、CMOS型数字逻 辑电路等共用电源。

47 （3）555时基电路输出的为全电源电平， 可与TTL、CMOS型等电路直接接口。
（4）电源电压变化时对振荡频率和定时精 度的影响小，对定时精度的影响仅为0.05％ V，且温度稳定性好，温度漂移不高于 50ppm/℃（即0.005％/℃）。

48 2．双极型和CMOS型555时基电路 的不同点 （1）CMOS型555时基电路的功耗仅为双极型的 几十分之一，静态电流仅为300μA，为微功耗电 路。 （2）CMOS型555时基电路的电源电压可低至 2~3V，各输入功能端电流均为pA（微微安）级。 （3）CMOS型555时基电路的输出脉冲上升沿和 下降沿比双极型的要陡峭，转换时间要短。

49 （4）CMOS型555时基电路在传输过渡时 间里产生的尖峰电流小，仅2~3mA，而双 极型555时基电路的尖峰电流高达 300~400mA。

50 时基电路的应用 555时基电路大量应用于电子控制、电子检 测、仪器仪表、家用电器、音响报警、电 子玩具等诸多方面。可用作振荡器、脉冲 发生器、延时发生器、定时器、方波发生 器、单稳态触发振荡器、双稳态多谐振荡 器、自由多谐振荡器、锯齿波产生器、脉 宽调制器、脉位调制器等许多资料都进行 了详细介绍。

51

52 6.5 集成运算放大器 6.5.1 集成运算放大器的概念 1．集成运算放大器的定义
6.5 集成运算放大器 集成运算放大器的概念 1．集成运算放大器的定义 集成运算放大器（简称集成运放或运放）是由 制作在一块硅片上的、完整的、直接耦合的多 级放大电路而组成的高增益放大器。由于它在 发展初期，主要用于模拟运算，如进行加法、 减法、积分和微分等各种数学运算，故称为运 算放大器。目前，运算放大器的应用已远远超 出了数学运算的范围，而渗透到了电子学的各 个方面。如信号处理、电源稳压、有源滤波、 信号产生、模数转换和数模转换等。

53 2．集成运算放大器的组成 集成运算放大器一般由输入级、中间级、 输出级和偏置电路四部分组成。 输入级 中间级 输出级 偏置电路

54 输入级的作用要提供与输出级同相、反相 关系的两个输入端，同时能有效地抑制零 点漂移，有较高的输入电阻并具有一定的 放大倍数。因此，大多采用带恒流源的差 动放大电路。
中间级要有足够高的电压放大倍数，是运 算放大器开环增益的主要提供者。大多采 用多级带有源负载的共射级基本放大电路 或复合管共射电路。

55 输出级要给负载提供一定的输出电压和输 出电流。为提供带载能力，大多采用射极 跟随器或互补对称输出电路。
偏置电路给各级提供偏置电流，由电流源 电路构成。 另外，电路还包括一些其它的辅助环节。 如电平移动电路、过载保护电路等。

56 3．集成运算放大器的符号 集成运算放大器的符号表示见图。它由两 个输入端和一个输出端。两个输入端分别 称为同相输入端和反向输入端。 + _

57 6.5.2 集成运算放大器的分类 集成运算放大器的种类很多，目前尚无统 一的划分标准，一般根据其用途的不同可以 分为以几种。
集成运算放大器的分类 集成运算放大器的种类很多，目前尚无统 一的划分标准，一般根据其用途的不同可以 分为以几种。 1．通用型集成运算放大器 通用型集成运算放大器的性能指标适合于一般 性的使用，重点强调性能价格比，各项技术参 数较为均衡。其产品数量大，应用范围广，价 格便宜。目前使用最多的是LM741系列、 RC4558系列、LM324系列、TL081系列、 TL082系列以及TL084系列等。

58 2．低功耗型集成运算放大器 低功耗型集成运算放大器重点强调的是静态功耗 要小。其特点为：
低功耗型集成运算放大器重点强调的是静态功耗 要小。其特点为： （1）静态功耗通常比通用型集成运算放大器低 1~2个数量级。 （2）既可以在很低的电源电压下工作，如电池供 电场合，也可以在标准电源范围内工作。 （3）在很低的电源电压下工作时，不仅其静态功 耗低，而且能保证具有良好的电性能，克服了通 用型集成运算放大器在低电源电压下性能变坏的 缺点。

59 3．高精度型集成运算放大器 高精度型集成运算放大器重点强调的是温 度系数、噪声、电压增益和共模抑制比， 要求输入失调电压和输入失调电流随温度、 时间、电源电压的变化漂移要很小，而电 压增益和共模抑制比要高。故有时也将高 精度集成运算放大器称为低漂移集成运算 放大器和低噪声集成运算放大器。

60 4．高速型集成运算放大器 高速型运算放大器的主要电参数是指交流 电参数，如单位增益带宽、开环带宽、转 换速率、功率带宽以及建立时间等。其转 换速率都在几百伏/微妙以上，仅少数在 50V/μs左右，有的可达到1000V/μs以上。

61 5．宽带型集成运算放大器 宽带型集成运算放大器同高速集成运算放 大器有相类似的电特性。只不过是后者对 速度要求较严，前者对带宽要求较严。

62 6．高压型集成运算放大器 高压型集成运算放大器重点强调的是高电 源电压、大动态范围和功耗。即高压型集 成运算放大器是为解决高输出电压或高输 出功率的要求而专门设计的。其允许的供 电电压一般在±30V以上，输出峰峰电压也 在±30V左右或以上。采用场效应管作为输 入级可将耐压提高到150V、240V，甚至 300V。

63 7．高阻型集成运算放大器 高阻型集成运算放大器的输入电阻要求在 Ω左右。它一般有两种结构。一种是由 结型场效应晶体管（JFET）作为差分输入 级的集成运算放大器，另一种是由MOS场 效应晶体管（MOSFET）和双极型晶体管 （BJT）构成的单片相容的集成运算放大器。 此外也还有全集成运算放大器（包含 NMOS、PMOS、CMOS）。

64 8．功率型集成运算放大器 功率型集成运算放大器的允许供电电压较 高，输出电流较大。

65 9．跨导型集成运算放大器 跨导型集成运算放大器的主要功能是将输 入电压转换为电流输出，并通过外加偏置 电压控制集成运算放大器的工作电流，从 而可以使其工作电流可以在较大的范围内 变化。

66 10．程控型集成运算放大器 程控型集成运算放大器大多属于低功耗集 成运算放大器，即可在低电源电压下工作， 也可在标准电源电压下工作，其电源电压 的变化范围为±1.5~±22V左右。通过外接 程控偏置电阻可实现电压增益、增益带宽 乘积、转换速率、电源电流、输入偏置电 流、输入失调电压和输入失调电流的程控， 以适应具体电路环境的要求。

67 11．电流型集成运算放大器 电流型集成运算放大器也称为诺顿放大器， 其主要特点是电流差动输入，而不象大多 数集成运算放大器那样，采用电压差动输 入。电流型集成运算放大器电源电压变化 范围宽，且单电源和双电源均可稳定工作， 比一般的通用型集成运算放大器输入偏置 电流要小，频带要宽，输出幅度要大。其 应用也较广泛，可用于视频放大，有源滤 波、波形生成等场合。 此外，集成运算放大器还有程控型、电压 跟随型等多种。

68 6.5.3 集成运算放大器的主要参 数 为了表征集成运算放大器在各个方面的性能 指标，常用以下几种参数。 1．开环电压增益 Aod
集成运算放大器的主要参 数 为了表征集成运算放大器在各个方面的性能 指标，常用以下几种参数。 1．开环电压增益 Aod 在标称电源电压和规定负载电阻下，（通常规 定负载电阻为2k），集成运算放大器在开环 （无外加反馈回路）状态下，输出电压变化与 输入差模电压变化之比（称为差模电压放大倍 数），称为开环电压增益。它反映了集成运算 放大器的放大能力。性能较好的集成运放的Aod 可达140dB, 理想集成运放为无穷。

69 2．静态功耗Po 3．共模抑制比KCMR 4．差模输入电阻rid
集成运算放大器在标称电源电压下，输入信号为零 且不接负载电阻时的功耗值，称为静态功耗。 3．共模抑制比KCMR 集成运算放大器差模电压增益与共模电压增益之比， 称为共模抑制比，常用分贝数表示。性能好的运放 其共模抑制比可达到120 dB以上，理想运放趋于无 穷大。 4．差模输入电阻rid 集成运算放大器开环时，差模输入电压的变化与对 应的输入电流的变化之比，称为差模输入电阻。性 能好的运放rid在1MΩ 以上，理想的rid 为无穷大。

70 5．输入失调电压UIo 6．输入失调电压的温漂dUIo/dT 7．输入失调电流 IIo
在标称电源电压下，为使集成运算放大器输出电压 为零，需要在输入端加一直流补偿电压。此外加的 补偿电压称为输入失调电压。它是反映差分放大器 对称程度的一个参数。 6．输入失调电压的温漂dUIo/dT 在规定的环境温度范围内，单位温度变换所引起的 输入失调电压的变化量，称为输入失调电压的温漂 （或称为输入失调电压的温度系数）。其数值越小， 表示运放的温漂越小。 7．输入失调电流 IIo 在标称电源电压下，以理想恒流源驱动集成运算放 大器的两个输入端，使输出电压为零的两个输入电 流之差称为输入失调电流。它是衡量差分放大输入 对管输入电流对称性的参数。IIo越小，表明差分对 管β的对称性越好。

71 8．输入失调电流的温漂dIIo/dT 9．输入偏置电流Io 10．输入偏置电流的温漂dIo/dT
在规定的温度范围内，单位温度变化所引起的输入 失调电流的变化率，称为输入失调电流的温漂（或 称为输入失调电流的温度系数）。其数值越小愈好。 9．输入偏置电流Io 在标称电源电压下，以理想恒流源驱动集成运算放 大器的两个输入端，使输出电压为零的两个输入电 流的平均值称为输入偏置电流。 10．输入偏置电流的温漂dIo/dT 在规定的温度范围内，单位温度变化所引起的输入 偏置电流的变化率，称为输入偏置电流的温漂（或 称为输入偏置电流的温度系数）。其数值越小愈好。

72 11．最大差模输入电压UIDM 12．开环输出电阻ros 13．最大输出电流Iom
集成运算放大器两输入端所能承受的最大反向电压， 称为最大差模输入电压。 12．开环输出电阻ros 集成运算放大器在开环工作时，外加输出电压变化 与对应的输出电流变化之比，称为开环输出电阻。 即其输出级的输出电阻。 13．最大输出电流Iom 在最大输出峰—峰电压下，集成运算放大器所能提 供的最大输出电流。

73 14．输出短路电流Ios 15．输出峰—峰电压Uopp 16．开环带宽fBW
同相输入端在施加规定的直流电压下，输出端对地 短路时的直流输出电流。 15．输出峰—峰电压Uopp 在不出现削波或明显的非线性畸变条件下，在额定 输出电流及标称电源电压下的最大峰—峰输出电压。 16．开环带宽fBW 在开环幅频特性上，开环电压增益下降3dB所对应 的频率。

74 17．单位增益带宽 18．最大共模输入电压UICM 19．共模输入电阻 在开环幅频特性上，开环电压增益下降到1（0dB） 所对应的频率。
集成运算放大器两输入端输入共模电压为UCM，当 UCM增加到使其共模抑制比下降6dB时的值，称为 最大共模输入电压。 19．共模输入电阻 集成运算放大器每一个输入端对地的电阻值称为共 模输入电阻。由于共模输入电阻远远大于差模输入 电阻，故通常不予考虑。即常说的输入电阻均指差 模输入电阻。

75 20．等效输入噪声电压 21．输出电压转换速率 22．建立时间 输出端的噪声电压在输入端的等效值。
输入端在施加规定的大信号阶跃脉冲电压时， 输出电压随时间的最大变换率称为转换速率。 它反映集成运算放大器在大信号输入条件下 的瞬态特性。 22．建立时间 从输入端施加规定的大信号阶跃脉冲至输出 电压达到规定的精度数值所需要的时间，称 为建立时间。

76 23．上升时间 从输入端在施加规定的小信号阶跃脉冲电压时，输 出电压从满幅度的0.1上升到0.9时所需要的时间， 称为上升时间。 24．延迟时间 从输入端在施加规定的小信号阶跃脉冲电压至输出 电压达到满幅度的0.1时所需要的时间，称为延迟时 间。 25．下降时间 从输入端在施加规定的小信号阶跃脉冲电压时，输 出电压从满幅度的0.9下降到0.1时所需要的时间， 称为下降时间。

77 26．脉动时间 从输入端在施加规定的小信号阶跃脉冲电压时，输 出电压从满幅度的0.9到规定幅度所需要的时间，称 为脉动时间。 27．电源电压抑制比 由集成运算放大器供电电源电压变化产生的输入失 调电压变化值与电源电压变化值之比，称为电源电 压抑制比。它描述了集成运算放大器对电源电压变 化的抑制能力。 28．电源电流 当集成运算放大器输出端无负载且输出电压为电源 电压的一半时，从电源电压流出的电流之和，称为 电源电流，

78 6.5.4 集成运算放大器的应用 1．反相放大器 - 反相放大器电路。 Zf为反馈阻抗， Zs为输入阻抗。 反相放大器的闭环电压 增益为：
集成运算放大器的应用 1．反相放大器 反相放大器电路。 Zf为反馈阻抗， Zs为输入阻抗。 反相放大器的闭环电压 增益为： Zf VS ZS - + VO

79 2．同相放大器 同相放大器电路。图中， Zf为反馈阻抗，Zs为输 入阻抗。 同相放大器的闭环电压 增益为： Zf ZS VO - + VS

80 3．电压跟随器 电压跟随器电路如图所示。电压跟随器 实际上就是当反馈电阻为零、输入电阻 为无穷大、闭环电压增益为1时的同相放 大器。因此，电压跟随器具有同相放大 器的所有特点，即闭环输入电阻大、输 出电阻小、易受共模抑制比的影响等 - + VO VS

81 4.加法器 当 Z1=Z2=Z3 时： 当 Z1=Z2=Z3=Zf 时： V1 Z1 Zf V2 Z2 V3 Z3 - + VO

82 五、集成运算放大器的选用 集成运算放大器的种类很多，使用时应该注意以 下几个方面。
集成运算放大器的种类很多，使用时应该注意以 下几个方面。 （1）如果电路没有特殊的要求，要尽量使用通用 型集成运算放大器。既可降低成本，又能保证货 源。另外，当一个电路中要求具有多个运放时， 可选择多运放的型号。如将四个运放封装在一起 的集成运算放大器。 （2）当工作环境有冲击电压和电流出现或在实验 调试时，应尽量选择带有过压、过流、过热保护 的型号，以避免意外事故发生，损坏器件。如果 运放内部不具备上述措施时，可外接。

83 （3）不能盲目追求运放的指标先进。因为尽 善尽美是不存在的，集成运算放大器有的指标 好是以其他指标较差或一般为代价的。如低功 耗集成运算放大器，其转换速率较低。场效应 管作为输入级的运放，虽然其输入电阻高，但 失调电压较大。各类运放各有特点，应根据需 要合理选择使用。 （4）要注意在系统中各单元之间的电压配合 问题。如运放的输出接到数字电路，则应按照 数字电路的输入逻辑电平选择供电电压以及能 适应供电电压的运放型号，或在它们之间加电 平转换电路。

84 （5）要注意集成运算放大器的性能指标是 在特定条件下测出来的，如果使用条件与 规定的不一致将影响指标的准确性。
（6）在弱信号条件下使用集成运算放大器 时，应注意温漂、失调等指标。同时，还 要注意噪声系数不能太大。

85 6.5.6 集成运算放大器使用注意 事项 - - 1．输入失调电压的调零
集成运算放大器使用注意 事项 1．输入失调电压的调零 为了提高集成运算放大器的运算精度，除了选用高性能的集 成运算放大器以外，还必须对输入失调电压进行补偿，以抵 消输入失调电压引入的误差。 失调电压调零电路如图所示。 - + 100k 1k V1 VO 10k 调零电阻 -15V 100k V1 1k - + VO 1k 25k 调零电阻 -15V

86 输入失调电压的调零是将输入信号接地， 调整调零电阻，使得输出为零。由于集 成运算放大器的种类繁多，其调零电阻 的取值及中点电压也不相同。故在实际 调零时应根据具体集成运算放大器来进 行。
对于不具备调零端子 的集成运算放大器， 可采用图所示的 调零电路。 - + V1 VO 100k 1k -15V +15V

87 2．输入偏置电流的补偿 失调电压除了由输入失调电压引起外，输 入偏置电流也会引起失调。如果在集成运 算放大器的输入端接有电阻，输入偏置电 流便会在电阻上产生压降，其作用相当于 失调电压。集成运算放大器输入端的电阻 越小，偏置电流的影响就越小。 由于输入偏置电流所产生的失调电压与输 入失调电压的效果相同。因此，可以采用 失调电压的调零电路对输入偏置电流进行 补偿。

88 3．输入失调电流的补偿 输入失调电流为两个输入偏置电流之差。故希望集成运算放大器的同相输入电路与反相输入电路的对称性要好，以便使两个输入端的偏置电流尽可能相同。只要使集成运算放大器两输入端的电阻相等，则可减小由输入失调电流所产生的失调误差。 如图所示，为加有输入 失调电流补偿的反相放大器 在反相端，1M电阻和1M 电阻的并联值为500k故同相 端的平衡电阻准确值应为 500k，现电路中取为470k。 VO - + 1M V1 470k 调零电阻 -15V

89 4．集成运算放大器的频率补偿 集成运算放大器在实际应用时，都要加负 反馈，而且负反馈越深，闭环特性越好。 但负反馈较深时，极易产生自激振荡。即 在不加任何信号的情况下，集成运算放大 器输出端有交流信号输出。只要集成运算 放大器产生自激振荡，就不能正常工作。

90 频率补偿技术就是在集成运算放大器的某些信 号点上附加一些电阻、电容等补偿元件，改变 转折点频率，修改集成运算放大器的开环频率 响应，以得到所要求的稳定的闭环性能。
典型的频率补偿技术有简单电容补偿，RC串 联滞后补偿，密勒（Miller）电容补偿，超前 补偿和前馈补偿，单极和双极点相位补偿等技 术。 在实际应用时，究竟选用何种补偿技术，应根 据集成运算放大器的具体型号和具体应用来确 定。

91 5．集成运算放大器的电源滤波 集成运算放大器具有 开环增益高、负反馈 深度深的特点，电源 滤波不好，极容易引 起工作不稳定。因此， 在设计集成运算放大 器的电源供电时，除 了在正负电源处接大 滤波电容外，还需要 在紧靠集成运算放大 器的电源端子上加 0.01~0.1μF 22Ω >1μF 与输入信号线公共的接地点 + _ 0.01~0.1μF 22Ω >1μF

92 6．集成运算放大器的地线布设 集成运算放大器在印刷电路板上布线时， 特别要注意接地问题。如果接地不合理， 必然引起误差，导致集成运算放大器的 闭环稳定性降低。

93 - + 在图的布线中，集成运算放大器的各部分都接 在同一条公共地线上，由于地线上存在着分布 电阻和电感，后级电流在其上产生的压降就会 返回到前级的同相输入端，产生了误差电压， 引入了噪声干扰。

94 在图的布线中，将各级的地线分开，再各自 接到一个公共的接地点上，避免了上述干扰 的产生。
- + - + 在图的布线中，将各级的地线分开，再各自 接到一个公共的接地点上，避免了上述干扰 的产生。

95 7．集成运算放大器的输入、输出保护 （1）异常电压旁路至电源电压 集成运算放大器的输入保护电路见图。保护电路是由
串联电阻Rs和两只二极管D1、D2组成的。D1、D2可选用结 电容小的普通硅二极管。设流过二极管的最大电流为IDM， 输入端异常电压的峰值为VM，则Rs =（VM -15）/ IDM。 例如VM =500V，IDM =50mA， 则可选择Rs=10k。在直流放 大器中，二极管的反向电流 将产生漂移，可采用结型场 效应晶体管接成二极管代替 普通的硅二极管,以减小漂移。 +15V 10k - + +15V D1 VO Rs VS D2 -15V -15V

96 当异常电压大于+15 V，D1导通，相当于降低了集成运算放大器的输出阻抗。当异常电压小于-15 V，D2导通，异常电压被旁路至电源。
输出保护电路是为了防止集成运算放大器的输 出产生异常电压，而损坏输出电路。保护方法 同输入保护一样，用二极管D1、D2将异常电压 旁路，如图所示。 - + 10k VO D1 Ro VS D2 +15V -15V Rs 当异常电压大于+15 V，D1导通，相当于降低了集成运算放大器的输出阻抗。当异常电压小于-15 V，D2导通，异常电压被旁路至电源。

97 （2）稳压二极管限幅器保护 稳压二极管限幅器保护电路如图所示。在集成运算放大器的输入端并接了两个串联的稳压二极管，可对±0.5V以上的异常电压进行限幅，如图所示。如果集成运算放大器所处理的输入信号在±0.1V以下，也可以在输出端并接两个并联的硅二极管，如图所示。 - + R2 VO Rs VS +15V -15V R1 R2 VO D1 Rs VS D2 +15V -15V R1 - +

98 6.6 三端集成稳压器 三端集成稳压器的概念 集成稳压器是从普通分立元件稳压电路的基础上发展 起来的，它是将功率调整管、取样电阻以及基准稳压、 误差放大、启动和保护电路等全部集成在一个芯片上 而形成的。具有体积小，可靠性高，通用性强，使用 方便和成本低等优点。 三端集成稳压器按性能和用途可分为三端固定正输出 稳压器（如7800系列），三端固定负输出稳压器 （如7900系列）、三端可调正输出稳压器和三端可 调负输出稳压器等四种。

99 6.6.2 三端集成稳压器的主要参 数 1．输出电压Uo 2．最小输入输出电压差（Ui-Uo）min
三端集成稳压器的主要参 数 1．输出电压Uo 输出电压是指稳压器的参数符合规定时的输出电 压。对于三端固定稳压器是指标称输出电压，它 为常数。对于三端可调式稳压器，是指输出电压 的调节范围。 2．最小输入输出电压差（Ui-Uo）min 最小输入输出电压差是指维持稳压器正常工作所 必须的输入、输出电压的差值。压差越小，表明 稳压器的效率越高。最小压差和输出电压之和， 即为稳压器要求的最小输入电压。

100 3．最大输入电压Uimax 4．最大输出电流Iomax
最大输入电压是指稳压器安全工作时，允许外加 的最大电压。该参数与稳压器内部元件的击穿电 压有关。 4．最大输出电流Iomax 最大输出电流是指能够保持输出电压不变的最大 输出电流。它取决于主调整管允许通过的最大工 作电流。对于大电流稳压器，需要加装足够的散 热器，使稳压器的壳温不超过+70℃，才能保证 其正常工作。

101 5．最大功耗Pcmax 最大功耗取决于芯片允许的最高结温Tjmax。只要稳压器 芯片没有超过最高结温就不会损坏，故可在给定散热器 的条件下规定最大功耗。稳压器的散热能力越强，它的 芯片结温就越低，所能承受的功耗就越大。 6．电压调整率Sv 电压调整率是指稳压器在负载和环境温度不变时，输入 电压Ui变化所引起的输出电压的相对变化量。它的表达式 为： 它反映了稳压器在输入电压变化时，维持输出电压不变 的能力。

102 7．电流调整率Si 电流调整率是指稳压器在输入电压和环境温 度不变时，由输出电流变化所引起输出电压 的相对变化量。它的表达式为：
电流调整率是指稳压器在输入电压和环境温 度不变时，由输出电流变化所引起输出电压 的相对变化量。它的表达式为： 这一指标还可用输出电阻Ro来表示。它的表 达式为： 它反映了稳压器带负载的能力。

103 8．波纹抑制比SR 波纹抑制比是指稳压器在额定工作的情况下， 输入电压中的交流波纹电压Uir与输出电压中的 波纹电压Ur之比的分贝数。其表达式为： 该指标反映了稳压器对输入端交流波纹电压的 抑制能力。

104 9．温度系数α 温度系数是指在所有其它影响量不变以及在额 定工作的情况下，由于环境温度变化所引起的 输出电压的相对变化量。其表达式为：
温度系数是指在所有其它影响量不变以及在额 定工作的情况下，由于环境温度变化所引起的 输出电压的相对变化量。其表达式为： 该指标反映了稳压器在环境温度变化时，维持 输出电压不变的能力。

105 6.6.3 三端固定式集成稳压器 1．三端固定式集成稳压器的分类 （1）按照输出电压的极性分类 （2）按照输出电压的大小分类
三端固定式集成稳压器 1．三端固定式集成稳压器的分类 （1）按照输出电压的极性分类 三端固定式稳压器按其输出电压的极性可分为正压稳 压器（7800系列）和负压稳压器（7900系列）两种。 （2）按照输出电压的大小分类 三端固定式稳压器的输出电压有5V、6V、9V、12V、 15V、18V、24V等几种标称电压。相应地7800系列有 7805、7806、7809、7812、7815、7818、7824七种， 7900系列也有七种，即7905、7906、7909、7912、 7915、7918、7924。

106 （3）按照输出电流的大小分类 （4）按照封装形式分类
三端固定式稳压器的输出电流有0.1A、0.5A、1.5A、3A、 5A等几种。相应地7800系列分为78L00系列（0.1A）、 78M00系列（0.5A）、7800系列（1.5A）、78T00系列 （3A）、78H00系列（5A）五种。7900系列也分为79L00系 列、79M00系列、7900系列三种。 （4）按照封装形式分类 常用三端固定式稳压器的封装形式有 B-3D型。 对于7800系列，1为输入端，2为输出 端，3为公共端。 对于7900系列，1为公共端，2为输出 端，3为输入端。

107 2．三端固定式集成稳压器的原理框图 （1）三端固定式正压稳压器的原理框图
三端固定式正压稳压器的原理框图如图所示，R1和R2分别为 内接取样电阻，制造时通过改变R2的值，便可获得不同的输 出电压。 Ui 输入端 过热保护 过流保护 安全保护 启动电路 基准电路 误差放大 Uo 输出端 R2 R1

108 （2）三端固定式负压稳压器的原理框图 三端固定式负压稳压器的原理框图如图所示，R1和R2为内 接取样电阻，制造时通过改变R2的值，便可获得不同的输 出电压。 输出端 误差放大 基准电路 启动电路 过热保护 过流保护 安全保护 输入端 公共端 R1 R2 Uo Ui

109

110 4 三端固定式集成稳压器的应用 （1）固定正压输出稳压器
4 三端固定式集成稳压器的应用 （1）固定正压输出稳压器 如图所示为固定正压输出稳压器。C1用以改善纹波 电压，C2用以改善负载的瞬态响应，一般输出端不 需要接入大容量电解电容器。 Ui Uo 1 2 W7800 3 C1 C2 0.33µ 0.1µ

111 （2）固定负压输出稳压器 如图所示为固定负压输出稳压器。C1、C2的用途同 图所示相同。 Ui Uo 3 2 W7900 1 C1 C2
0.33µ 0.1µ

112 （3）正负压同时输出的稳压电源 如图所示为一块W7800和一块W7900组成的正、负 电压同时输出的稳压电源。它们共用一组整流电路 和一只滤波电容，而且电路有共同的公共端。 W7800 Ui Uo W7900

113 如图为用两块W7800组成的正、负电压同时输出的稳 压器，它们需要具有两个绕组的变压器、两组整流电 路、两只滤波电容。如果负载跨接在正电压输出端和 负电压输出端之间，则还需接入两只二极管D1、D2， 以便完成电流的通路。 W7800 Ui W7800 Uo

114 （4）提高输出电压的方法 如图所示，R1两端的电压为稳压器的标称电压Uo: 式中：Id为稳压器的静态工作电流，一般为几毫 安
当IR1≥Id时： W7800 Ui Uo R1 0.33µ 0.1µ 1 3 2 R2

115 （5）扩展输出电流的方法 如图所示为扩展输出电流电路。用PNP型大功率管扩展电 流，即T1为大功率管，它可以根据需要扩展的电流最大 值来进行选择。R1的阻值由外接晶体管的Ube和Ib、Ir决定： 扩流后，输出的总电流为： 式中：IR为W7800的输出电流 Ir为外接大功率管的集 电极电流 W7800 Ui Uo R1 0.33µ 0.1µ 1 3 2 T It IR

116 6.6.4 三端可调式集成稳压器 1．三端可调式集成稳压器的分类 （1）按照输出电压极性分类 （2）按照输出电流大小分类
三端可调式集成稳压器 1．三端可调式集成稳压器的分类 （1）按照输出电压极性分类 三端可调式集成稳压器按照输出电压极性可分为正电 压输出稳压器和负电压输出稳压器两种。 （2）按照输出电流大小分类 三端可调式集成稳压器的输出电流有0.5A和1.5A两种。 0.5A的三端可调式集成稳压器有W117M，W217M， W317M，W137M，W237M，W337M等多种。 1.5A可调式集成稳压器有W117、W217、W317、 W137、W237、W337等。

117 2．三端可调式稳压器的原理图 如图为三端可调式集成稳压器的原理框图，其内部的基准电压Uref（约 1.25V）接在误差放大器的同相输入端和稳压器的调整端之间，它由一个 恒流特性非常好的电源供电，提供约50μA的恒定电流，该电流从调整端流 出。内部放大器和偏置电路要求能在2~40的范围内正常工作。 + _ 保护电路 基准 电源 调整极 Ui Uo R 调整端 恒流源

118 4．三端可调式集成稳压器的应用 （1）正电压输出电路 如图所示为正电压输出电路，R1和R2为外接电阻。 W317 Ui 2 Uo 3 1
IQ R2

119 （2）负电压输出电路 如图所示为可调负电压输出电路。 Ui Uo 3 2 W337 1 R1 IQ R2