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目 录1

第一章双极型集成电路简介1

1.1半导体集成电路技术简史1

1.2半导体集成电路的种类5

1.3双极型半导体集成电路的基本制造过程7

1.3.1典型的双极型集成电路工艺8

1.3.2双极型集成电路中元件的形成过程和元件的结构11

1.4典型的集成NPN管举例17

1.5集成电路的封装和热阻22

1.5.1集成电路的封装22

1.5.2集成电路的热阻24

第二章双极型集成晶体管及其寄生效应28

2.1理想的PN结二极管模型28

2.2.1理想的四层结构晶体管31

2.2理想本征晶体管的埃伯斯－莫尔模型31

2.2.2四层结构晶体管的埃伯斯－莫尔模型32

2.3集成晶体管的有源寄生效应37

2 3.1 NPN管工作在正向工作区时38

2.3.2 NPN管工作于截止区时38

2.3.3 NPN管工作于反向工作区时39

2.3.4 NPN管工作于饱和区时40

2.3.5降低寄生PNP管影响的办法41

2.4集成晶体管中的无源寄生效应42

2.4.1集成晶体管中的寄生电阻44

2.4.2集成晶体管中的寄生电容53

2.5双极型集成晶体管的小信号模型及特征频率fT66

2.6超βNPN晶体管70

2.7集成电路中的PNP管72

2.7.1横向PNP管72

2.7 2衬底PNP管83

2.7.3自由集电极纵向PNP管87

2.8集成二极管88

2.8.1一般集成二极管88

2.8.2集成齐纳管及次表面齐纳管89

2.9 肖特基势垒二极管（SBD）和SBD钳位晶体管（SCT）92

2.9.1肖特基势垒二极管（SBD）92

2.9.2 SBD和一般硅PN结二极管的差别93

2.9.3 SBD钳位晶体管（SCT）94

2.9.4 SBD和SBD钳位晶体管的等效电路95

2.9.5 SBD钳位所带来的问题98

2.9.6 SBD和SCT的设计99

2.10集成JFET101

2.10.1 JFET的伏安特性101

2.10.2集成JFET的小信号等效电路105

2.10.3集成JFET的设计107

第三章集成电路中的无源元件117

3.1基区扩散电阻器117

3.1.1基区扩散电阻的结构和设计118

3.1.2基区扩散电阻的公差124

3.1.3扩散电阻的功耗限制125

3.1.4扩散电阻的温度系数TCR127

3.1.5基区扩散电阻的等效电路、频率特性及偏置效应128

3.2其它常用集成电阻器130

3.2.1发射区（磷）扩散电阻130

3.2.2隐埋层电阻133

3.2.3基区沟道电阻133

3.2.4外延层电阻和外延层沟道电阻135

3.2.5离子注入电阻137

3.2.6薄膜电阻138

3.3集成电容器140

3.3.2 MOS电容器141

3.4互连144

3.4.1金属条互连144

3.4.2交叉连线148

第四章集成电路的版图设计151

4.1集成电路设计的一般程序151

4.3.3最小图形间距的估算152

4.2掩模对准容差和最小图形尺寸154

4.2.1掩模对准容差154

4.2.2最小图形尺寸156

4.3最小图形间距156

4.3.1隐埋层扩散158

4.3.2隔离扩散160

4.4最小面积晶体管168

4.5关于集成NPN管几个参数的设计考虑170

4.5.1击穿电压170

4.5.2电流增益和电流容量173

4.6集成电路布线的一般规则174

4.7其它隔离方法的集成晶体管结构176

4.7.1其它PN结隔离177

4.7.2全介质隔离179

4.7.3 PN结介质混合隔离181

第五章模拟集成电路中的基本单元电路187

5.1单管放天级188

5.1.1共射（CE）放大器188

5.1.2射极跟随器192

5.1.3带射极负反馈电阻的共射放大器196

5.1.4共基（CB）放大器200

5.2复合器件及双管放大级205

5.2.1达林顿管和CC-CE级206

5.2.2复合PNP管211

5.2.3钳位式复合PNP管213

5.2.4共射－共基（CE-CB）单元215

5.2.5共集－共基（CC-CB）单元218

5.3恒流源电路221

5.3.1基本恒流源电路221

5.3.2改进型的基本恒流源223

5.3.3比例恒流源电路225

5.3.4精密匹配电流镜227

5.3.5小电流恒流源（Widlar恒流源）电路230

5.3.6补偿恒流源（Wilson恒流源）电路233

5.3 7 CE-CB恒流源235

5.3.8 PNP管恒流源电路236

5.3.9 JFET恒流源电路237

5.4偏置电压源和基准电压源电路238

5.4.1简单齐纳管电压源240

5.4.2正向二极管串联电压源241

5.4.3 VBE倍增电路241

5.4.4小电压恒压源243

5.4.5温度补偿齐纳管基准电压源244

5.4.6三管能隙基准源247

5.4.7复合式能隙基准源251

5.4.8两管能隙基准源252

5.5射耦对差分放大器254

5.5.1小信号放大特性255

5.5.2直流传输特性262

5.5.3输入失调和失调的温度系数267

5.5.4共模抑制比KCMR273

5.6 JFET源耦对差分放大器277

5.6.1小信号参数278

5.6.2输入失调电压VIc279

5.6.3失调电压温度系数αvIo280

5.7有源负载放大级281

5.8.1射极跟随器电平位移电路284

5.8.2简单恒压源电平位移电路285

5.8.3恒流源－电阻电平位移电路287

5.8.4 PNP管电平位移电路287

5.9输出级电路288

5.9.1射极输出器输出级289

5.9.2互补推挽输出级292

5.9.3输出过流保护电路296

5.10模拟乘法器299

5.10.1射耦对简单乘法器——二象限乘法器299

5.10.2双差分模拟乘法器300

第六章运算放大器309

6.1引言309

6.2运算放大器的主要技术指标310

6.2.1输入特性311

6.2.2传输特性312

6.2.4频率特性313

6.2.3输出特性313

6.2.5电源特性316

6.3运算放大器的基本应用316

6.3.1两条基本的近似假定317

6.3.2反相放大器318

6.3.3同相放大器和电压跟随器319

6.3.4差分放大器和减法器320

6.3.5加法器322

6.3.6积分器和微分器322

6.3.7.对数放大器和指数放大器323

6.4实际运算放大器参数引起的计算误差325

6.4.1 AvD、RID为有限值和存在IIB、IIo、VIo所引起的V0计算误差325

6.4.2输出电阻Ro≠0，负载电阻RL≠∞的影响328

6.4.3同相放大器的误差及共模抑制比为有限值的影响329

6.5运放的输入级330

6.5.1电阻负载射耦对差分输入级332

6.5.2有源负载互补复合管差分输入级333

6.5.3达林顿管差分输入级338

6.5.4自举式输入级342

6.5.5 FET源耦对差分输入级346

6.6运算放大器的直流和低频增益348

6.6.1增益349

6.6.2热反馈对增益的影响350

6.7运放的频率补偿354

6.8运放的小信号频率响应357

6.9运放的转换速率和全功率带宽359

6.10运算放大器的分类361

6.11通用集成运算放大器举例364

6.11.1 709型通用运放电路简介364

6.11.2741型通用运放电路分析368

6.11.3 108型通用运放电路介绍377

6.12.1内调平衡式高精度运放378

6.12高精度运算放大器378

5.8电平位移电路384

6.12.2斩波稳零运算放大器388

6.1 3.1运放频率特性参数间的关系393

6.13高速运算放大器393

6.13.2提高运放速度的措施395

6.13.3典型高速运算放大器介绍400

6.14其它特殊运算放大器403

6.14.1 FET输入运算放大器403

6.14.2低功耗运算放大器406

6.14.3程控运算放大器408

6.14.4跨导运算放大器409

6.14.5电流型运算放大器410

第七章集成稳压器417

7.1集成稳压器的基本结构417

7.2集成稳压器的主要参数418

7.3集成稳压器的主要组成部分420

7.3.1基准电压源420

7.3.2误差放大器421

7.3.3调整管421

7.3.4取样电阻424

7.3.5启动电路424

7.3.6保护电路427

7.4一般通用集成稳压器（W723）431

7.5三端固定输出电压式集成稳压器（W7800）436

3.3.1 PN结电容器440

7.6三端输出电压可调式集成稳压器（W138）441

7.7集成高精度电压基准源445

第八章晶体管－晶体管逻辑（TTL）电路450

8.1双极型逻辑电路的简单回顾450

8.2一般TTL与非门电路450

8.2.1四管单元与非门电路453

8.2.2五管单元与非门电路457

8.2.3六管单元STTL与非门电路458

8.3低功耗肖特基TTL（LSTTL）电路459

8.3.1电路的基本结构460

8.3.2工作原理和直流工作点461

8.3.3电压传输特性466

8.3.4静态参数468

8.3.5瞬态特性474

8.4.1非门、与门、或门及或非门485

8.4 LSTTL门电路的逻辑扩展485

8.4.2异或门487

8.4.3集电极开路（OC）门和三态（3S）门489

8.5 ASTTL和ALSTTL电路492

8.5.1 54/74系列ASTTL和ALSTTL电路492

8.5.2第二代LSTTL门（LS 2TTL）电路496

8.5.3 FAST系列三级结构基本门496

8.6 LSTTL电路的温度特性497

8.6.1 R、VF、βF的温度特性497

8.6.2 LSTTL电路参数的温度特性502

8.7 LSTTL电路的版图设计503

8.7.1隔离区的划分和基本设计条件504

8.7.2各单元的图形设计505

8.8中、大规模集成电路中的简化逻辑门512

8.8.1简化与非门513

8.8.2单管逻辑门514

8.8.3简化的LSTTL电路520

8.9.1门阵列一般介绍521

8.9 LSTTL门阵列521

8.9.2 LSTTL门阵列内的基本门523

8.10集成触发器526

8.10.1前沿触发D触发器527

8.10.2后沿触发集成J-K触发器529

8.10.3简化集成触发器电路531

第九章集成注入逻辑（I2L）电路535

9.1 L2L电路的基本结构535

9.2 I2L电路的工作原理537

9.2.1当前级的输出为“1”态时537

9.2.2当前级的输出为“0”态时539

9.3 I2L电路分析539

9.3.1 I2L电路能正常工作的必要条件539

10.5 ECL电路的设计特点539

9.3.2负载能力541

9.3.3电压传输特性和抗干扰能力542

9.3.4 I2L电路的功耗延迟积543

9.4.1 I2L电路的基本逻辑单元545

9.4 I2L电路的基本逻辑单元和逻辑组合545

9.4.2线与非单元546

9.5 I2L电路的工艺和版图设计549

9.5.1常规I2L电路工艺类型549

9.4.3并合晶体管与非门549

9.5.2 I2L电路的版图设计552

9.6改进的I2L电路556

9.6.1离子注入I2L556

9.6.2等平面隔离I2L557

9.6.3自对准多晶硅工艺I2L558

9.6.4肖特基晶体管逻辑（STL）559

9 6.5集成肖特基逻辑（ISL）560

9.6.6适合于VLSI的双极型数字电路562

第十章发射极耦合逻辑（ECL）电路565

10.1 ECL门电路的工作原理566

10.1.1射极耦合电流开关567

10.1.2射极输出器568

10.1.3参考电压源和VoH、VoL、VBB的温度系数569

10.2 ECL门电路的静态特性571

10.2.1电压传输特性571

10.2.2主要直流参数573

10.3 ECL电路的瞬态特性579

10.4 ECL电路的逻辑扩展584

10.4.1输出端线或功能585

10.4.2电流开关集电极点与功能585

10.4.3串级门——电流导引法形成与／与非门586

10.5.1晶体管的设计589

10.5.2电阻设计591

10.6全补偿ECL电路和EFL电路593

10.6.1 F100K全补偿ECL电路593

10.6.2射极功能逻辑（EFL）电路596

附录一常用物理常数及一些单位换算599

附录二300K下硅和二氧化硅、氮化硅的重要性质600

附录三 半导体集成电路型号命名法601

附录四布尔代数恒等式603