線性集成電路

以放大器為基礎(chǔ)的一種集成電路。由于處理的信息都涉及到連續(xù)變化的物理量(模擬量)，人們也把這種電路稱為模擬集成電路。

與分立元件電路相比，集成電路在設(shè)計上具有若干有利條件。由于所有器件是在一個很小的芯片上同時制造出來，其特性十分一致，而且元件參數(shù)具有高的比例精度。線性電路通常需要在一個電路中使用不同類型的器件，因而難以集成，初期發(fā)展緩慢。1964年，制成橫向PNP晶體管,對線性集成電路的發(fā)展起了重要的作用。這是用一個環(huán)狀的P型擴(kuò)散區(qū)作集電極,用環(huán)中另一個P型擴(kuò)散。

區(qū)作發(fā)射極。這種結(jié)構(gòu)能與標(biāo)準(zhǔn)的NPN晶體管同時制造，為實現(xiàn)雙極型互補電路創(chuàng)造了條件。1966年，第一個高性能的通用運算放大器問世。它在電路中應(yīng)用靈活,體積很小,促進(jìn)了電子學(xué)的迅速發(fā)展。60年代后期，各種線性電路獲得廣泛應(yīng)用。70年代，各種高精度的數(shù)-模和模-數(shù)轉(zhuǎn)換器成為數(shù)字技術(shù)和微處理機(jī)在信息處理、過程控制等領(lǐng)域里推廣應(yīng)用的關(guān)鍵器件。線性電路方面的一個新進(jìn)展是采用 MOS工藝制造音頻濾波器。其原理是開關(guān)電容法，即用開關(guān)將電容器交替接至電路中不同的電壓節(jié)點來傳輸電荷，從而產(chǎn)生等效電阻。這種技術(shù)特別適用于 MOS工藝(見開關(guān)電容濾波器)。另一方面,由于應(yīng)用模擬采樣技術(shù),采用 MOS工藝已能制出高穩(wěn)定度的運算放大器和高精度的數(shù)-模與模-數(shù)轉(zhuǎn)換器。這兩種技術(shù)的結(jié)合,為模擬信息處理和通信設(shè)備分系統(tǒng)的大規(guī)模集成技術(shù)開 辟了廣闊的前景。

大多數(shù)線性集成電路采用標(biāo)準(zhǔn)雙極型工藝制造。為獲得高性能電路，有時在標(biāo)準(zhǔn)工藝基礎(chǔ)上作某些修改或采取附加的制造工序，以便在同一芯片上制作不同性能的各種元件和器件。雙極-場效應(yīng)相容技術(shù) 在雙極型芯片上制作高性能結(jié)型場效應(yīng)晶體管的技術(shù)。當(dāng)芯片上NPN管形成后,分別用兩次離子注入技術(shù)摻雜形成低濃度P-型溝道和高濃度N+型柵區(qū)。

具有對稱結(jié)構(gòu)(圖8)。晶體管對Q1與Q2特性一致,稱為差分對。由于采用恒流源偏置，若基極電流可忽略不計，則集電極電流與之和等于I0,與輸入電壓U1、U2無關(guān),輸入電壓只改變偏置電流 I0在Q1與Q2中的分配情況。與之差對輸入差動電壓U1- U2的關(guān)系由下式給出： 這線性集成電路是正切函數(shù)。當(dāng)驅(qū)動信號很小時(|U1-U2|< 運放是運算放大器的簡稱。在實際電路中，通常結(jié)合反饋網(wǎng)絡(luò)共同組成某種功能模塊。由于早期應(yīng)用于模擬計算機(jī)中，用以實現(xiàn)數(shù)學(xué)運算，故得名“運算放大器”，此名稱一直延續(xù)至今。運放是一個從功能的角度命名的電路單元，可以由分立的器件實現(xiàn)，也可以實現(xiàn)在半導(dǎo)體芯片當(dāng)中。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，如今絕大部分的運放是以單片的形式存在?，F(xiàn)今運放的種類繁多，廣泛應(yīng)用于幾乎所有的行業(yè)當(dāng)中。

它能接受兩個模擬信號的輸入并產(chǎn)生與其乘積成比例的輸出信號。圖10為蓋爾伯特乘法器，核心部分是由Q5～Q8組成的交叉連接的兩對差動晶體管。利用上式可導(dǎo)出電壓U2=2RcIytanh(墹U/2UT)。 二極管 D1與 D2用來產(chǎn)生反雙曲正切 函數(shù)。信號電流Ix與Iy由電壓-電流轉(zhuǎn)換電路產(chǎn)生。如果電阻Rx與Ry足夠大,則。因此,U2正比于輸入電壓Ux與Uy的乘積 蓋爾伯特乘法器允許輸入電壓具有正或負(fù)的極性，因而通常稱為四象限乘法器。它可與運算放大器結(jié)合完成乘法和除法、平方和開方運算，還可用于相位檢測、倍頻和增益控制。