集成电路论文

模拟集成电路

模拟集成电路设计与应用综述

系 、 部：学生姓名：指导教师：专 业：班 级：完成时间： 电气与信息工程系 田 艳 彬 李祖林 职称 教授 电子信息工程 电子0801 2011/11/25

模拟集成电路设计与应用综述

摘 要

近年来，随着集成电路工艺技术的进步，整个电子系统可以集成在一个芯片上。这些变化改变了模拟电路在电子系统中的作用，并且影响着模拟集成电路的发展。随着信息技术及其产业的迅速发展，当今社会进入到了一个崭新的信息化时代。微电子技术是信息技术的核心技术，模拟集成电路又是微电子技术的核心技术之一，因而模拟集成电路成为信息时代的重要技术领域。已广泛应用于信号放大、频率变换、模拟运算、计算机接口、自动控制、卫星通信等领域。

关键词： 模拟集成电路；微电子技术； 信号放大 ；频率变换

ABSTRACT

In recent years, along with the integrated circuit technology progress, the entire electronic system can be integrated on a chip. These changes alter the analog circuits in electronic system, and affects the development of analog integrated circuit. With the development of information technology and the rapid development of industry, today's society has entered into a brand-new information age. Microelectronics technology is the core of IT technology, analog integrated circuit and microelectronic technology is one of the core technology of analog integrated circuits, and become the important technology in the field of. Has been widely applied in signal amplification, frequency conversion, analog computation, computer interface, automatic control, satellite communications and other fields.

Key words: analog integrated circuit; Microelectronics ；signal amplification ；frequency conversion

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引 言

集成电路是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构；其中所有元件在结构上已组成一个整体，这样，整个电路的体积大大缩小，且引出线和焊接点的数目也大为减少，从而使电子元件向着微小型化、低功耗和高可靠性方面迈进了一大步。

集成电路具有体积小，重量轻，引出线和焊接点少，寿命长，可靠性高，性能好等优点，同时成本低，便于大规模生产。它不仅在工、民用电子设备如收录机、电视机、计算机等方面得到广泛的应用，同时在军事、通讯、遥控等方面也得到广泛的应用。

集成电路按其功能、结构的不同，可以分为模拟集成电路、数字集成电路和数/模混合集成电路三大类。

模拟集成电路又称线性电路,用来产生、放大和处理各种模拟信号（指幅度随时间边疆变化的信号。例如半导体收音机的音频信号、录放机的磁带信号等），其输入信号和输出信号成比例关系。

下面就我所学的和了解到的知识简单的介绍一下模拟集成电路555定时器的设计与应用。

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一、模拟集成电路555定时器的简介

555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双

极性工艺制作的称为 555，用 CMOS 工艺制作的称为 7555，是美国Signetics公司1972年研制的用于取代机械式定时器的中规模集成电路，因输入端设计有三个5kΩ的电阻而得名。此电路后来竟风靡世界。555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555时基电路是一种将模拟功能与逻辑功能巧妙地结合在同一硅片上的组合集成电路。

二、集成电路555定时电路的组成

555集成定时器由五个部分组成：

（1）由三个阻值为5kΩ的电阻组成的分压器； （2）两个电压比较器C1和C2： v+＞v－，vo=1； v+＜v－，vo=0。 （3）基本RS触发器； （4）放电三极管T及缓冲器G

图1 555 定时器的内部单元组成框图和外引脚排列图

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它的各个引脚功能如下：

1脚：GND(或Vss)外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。 8脚：VCC(或VDD)外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5～16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3～18V。一般用5V。 3脚：OUT（或Vo）输出端。 2脚：TR低触发端。 6脚：TH高触发端。

4脚：R是直接清零端。当R端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TR、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。 5脚：CO(或VC)为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。

7脚：D放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。电阻分压器由三个5kΩ的等值电阻串联而成。电阻分压器为比较器C1、C2提供参考电压，比较器C1的参考电压为2/3Vcc，加在同相输入端，比较器C2的参考电压为1/3Vcc，加在反相输入端。比较器由两个结构相同的集成运放C1、C2组成。高电平触发信号加在C1的反相输入端，与同相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本RS触发器R端的输入信号；低电平触发信号加在C2的同相输入端，与反相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本RS触发器S端的输入信号。基本RS触发器的输出状态受比较器C1、C2的输出端控制。

三、集成电路555定时电路的工作原理

由555 定时器的内部电路图可知，它的功能主要由两个比较器决定当5

21VccVcc脚悬空时，比较器C1和C2的比较电压分别为3和3

21VccVcc33（1）当vI1>，vI2>时，比较器 C1输出低电平，C2输出高电平，

基本RS触发器被置0，放电三极管T导通，输出端vO为低电平。

21VccVcc（2）当vI1<3，vI2<3时，比较器 C1输出高电平，C2输出低电平，

基本RS触发器被置1，放电三极管T截止，输出端vO为高电平。

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21VccVcc33（3）当vI1<，vI2>时，比较器 C1输出高电平，C2也输出高电

平，即基本RS触发器R=1，S=1，触发器状态不变，电路亦保持原状态不

变。

2Vcc3由于阈值输入端(vI1) 为高电平（>）时，定时器输出低电平，因此

也将该端称为高触发端（TH）。

1Vcc因为触发输入端(vI2)为低电平（<3）时，定时器输出高电平，因此

也将该端称为低触发端（TL）。

如果在电压控制端（5脚）施加一个外加电压（其值在0～VCC之间），比较器的参考电压将发生变化，电路相应的阈值、触发电平也将随之变化，并进而影响电路的工作状态。

另外，RD为复位输入端，当RD为低电平时，不管其他输入端的状态如何，输出vo为低电平，即RD的控制级别最高。正常工作时，一般应将其接高电平。其功能如下表1所示：

四、555时基电路的设计与应用

由555时基电路构成常见的最基本的典型应用电路有：单稳态触发电路、

双稳态触发电路、无稳态电路，而用这3种方式中的1种或多种组合起来可以组成各种实用的电子电路，如定时器、分频器、脉冲信号发生器、元件参数和电路检测电路、玩具游戏机电路、音响告警电路、电源交换电路、频率变换电路、自动控制电路等。 下面就简单的介绍三种由555时基电路构成的应用。

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1、单稳态电路

单稳态触发器只有一个稳态状态。在未加触发信号之前，触发器处于稳定状态，经

触发后，触发器由稳定状态翻转为暂稳状态，暂稳状态保持一段时间后，又会自动翻转回原来的稳定状态。单稳态触发器一般用于延时和脉冲整形电路。

单稳态触发器电路的构成形式很多。图2(a)所示为用555定时器构成的单稳态触发器，R、C为外接元件，触发脉冲u1由2端输入。5端不用时一般通过0.01uF电容接地，以防干扰。下面对照图2(b)进行分析。

a b

图2 单稳态触发器

(1) 稳态 接通电源后，

经R给电容C充电，当uc上升到大于

时，基本RS触发器

，若不加

复位，输出u0=0。同时，晶体管T导通，使电容C放电。此后uc<触发信号，即u1>(2) 暂稳态

，则u0保持0状态。电路将一直处于这一稳定状态。

在t=t1瞬间，2端输入一个负脉冲，即u1<，基本RS触发器置1，输出为高电平，并使晶体管T截止，电路进入暂稳态。此后，电源又经R向C充电，充电时间常数=RC，电容的电压 按指数规律上升。 在t=t2时刻，触发负脉冲消失(u1>)，若uc，则

=1，

=1，基本

在t=t3时刻，当uc上升略高于时，=0，=1，基本RS触发器复位，输出u0=0，回到初始稳态。同时，晶体管T导通，电容C通过T迅速放电直至uc为0。这时

=1，

=1，电路为下次翻转做好了准备。

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输出脉冲宽度tp为暂稳态的持续时间，即电容C的电压从0充至时间。由

=

(1-)得

由上式可知：

所需的

① 改变R、C的值，可改变输出脉冲宽度，从而可以用于定时控制。 ② 在R、C的值一定时，输出脉冲的幅度和宽度是一定的，利用这一特性可对边沿不陡、幅度不齐的波形进行整形。

2、多谐振荡器——产生矩形脉冲波的自激振荡器

在数字电路中,常常需要一种不需外加触发脉冲就能够产生具有一定频率和幅度的矩形波的电路。由于矩形波中除基波外,还含有丰富的高次谐波成分,因此我们称这种电路为多谐振荡器。它常常用作脉冲信号源。多谐振荡器没有稳态,只具有两个暂稳态,在自身因素的作用下,电路就在两个暂稳态之间来回转换。它的电路组成及其工作原理：

R1 R2 VCC 8 4 7 3 6 555 2 5 1 (a) 电路 0.01μF 2VCC/3 VCC/3 0 t uc uo uc C uo 0 tP1 tP2 (b) 工作波形 t 图3 用555定时器构成的多谐振荡器

如图3所示 为555定时器构成的多谐振荡器，接通VCC后，VCC经R1和R2对C充电。当uc上升到2VCC/3时，uo=0，T导通，C通过R2和T放电，uc下降。当uc下降到VCC/3时，uo又由0变为1，T截止，VCC又经R1和R2对C充电。如此重复上述过程，在输出端uo产生了连续的矩形脉冲。

振荡频率的估算和占空比可调电路 电容C充电时间：tw10.7(R1R2)C

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电容C放电时间：tw20.7R2C 电路谐撼振频率f的估算： 振荡周期为：

T0.7(R12R2)C

f111.43T0.7(R12R2)(R12R2)C

振荡频率为：

D占空比D：

tw10.7(R1R2)CRR21T0.7(R12R2)R12R2

3、模拟声响发生器

图4是由两个多谐振荡器构成的模拟声响发生器。左侧振荡器Ⅰ的振荡频率较低（整定元件为RA1、RB1、C1）比如2Hz；右侧的振荡器Ⅱ的振荡频率较高（整定元件为RA2、RB2、C2）比如为1kHz。由于低频振荡器Ⅰ的输出端3接到高频振荡器Ⅱ的复位端4，故当振荡器Ⅰ的输出电压uo1为高电平时，振荡器Ⅱ就振荡；当uo1为低电平时，振荡器Ⅱ停止振荡，从而使扬声器便发出间歇声响。

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总 结

这次论文的完成不仅是对所学过的基础理论和专业知识进行一次全面、系统地回顾和总结，而且也是对自己能力的一种提高。在本次论文中，我遇到了很多的困难，通过查阅大量有关资料和自学，但更多的是得到李祖林教授的帮助和指导才得以顺利解决。并使我明白了原来自己的知识还比较欠缺，不够全面。学习是一个长期积累的过程，我应在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。

由于自己水平有限，论文中难免有疏漏不足之处、还望老师指点、修正并提出宝贵意见，使本论文更加完善。在此表示衷心的感谢。

参考文献

[1]陆秀令，韩清涛.模拟电子技术.北京:北京大学出版社，2008

[2]谢自美.电子线路设计•实验▪测试（第三版）.武汉：华中科技大学出版社，2006

[3]吴运昌．模拟集成电路原理与应用.广州： 华南理工大学出版社，1995 [4]姚福安.电子电路设计与实践.山东：山东科学技术出版社，2001 [5]百度百科.555定时器： http://baike.baidu.com/view/1102178.htm.

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