Т. М. АГАХАНЯН
ИНТЕГРАЛЬНЫЕ
МИКРОСХЕМЫ
Допущено Министерством высшего и
среднего специального образования
СССР в качестве учебного пособия
для студентов высших технических
учебных заведений
МОСКВА ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ 1983

ББК 32.844.1 Scan+DjVu: AlVaKo 10/12/2019
A23
УДК 621.3.049.77(075.8)
Рецензенты: Кафедра интегральных полупроводниковых
схем Московского института электронной техники; В. А.
Горохов
Агаханян Т. М.
А23 Интегральные микросхемы: Учеб. пособие для
вузов.—М.: Энергоатомиздат, 1983.—464 с, ил.
В пер.: 1 р. 20 к.
Рассмотрены особенности монолитных и гибридных интегральных микросхем
(1$МС) и их элементов Дано описание основных ячеек аналоговых ИМС
(повторителей напряжения, усилителей низкой частоты, видеоусилителей и др). Подробно
рассмотрены операционные усилители общего и специального назначения
Рассмотрены основные типы цифровых ИМС на биполярных и униполярных транзисторах
и построенные на их основе триггерные системы Дано описание интегральных
компараторов напряжений. Приведены монолитные и гибридные релаксационные
ИМС.
Для студентов вузов и аспирантов, специализирующихся по радиоэлектронике,
приборостроению, автоматике, вычислительной технике
А 2403000000-320 1?9^3 ББК 32.844.1
051(01)-83 6Ф0.3
© Энергоатомиздат, 1983

ПРЕДИСЛОВИЕ
В настоящее время интегральные микросхемы (ИМС)
широко применяются в радиоэлектронной аппаратуре, в
вычислительных устройствах, устройствах автоматики и т. д. Для
изучения различных аспектов микроэлектроники, в частности,
особенностей интегральной схемотехники в вузах страны
разработаны и читаются специальные курсы по основам
микроэлектроники. В ряде вузов ИМС изучаются в курсах
«Электронные усилители», «Импульсная техника», «Радиотехника»
и т. д. Между тем в учебной литературе вопросы применения
ИМС в электронных устройствах, особенности интегральной
схемотехники освещены слабо. Это объясняется-тем, что
имеющиеся учебные пособия рассчитаны прежде всего на студентов,
обучающихся по специальностям «Полупроводники и
микроэлектронные приборы» (0629); «Конструирование и
производство радиоаппаратуры» (0705). Студенты, обучающиеся по
таким специальностям, как 0606; 0608; 0612; 0642; 0645; 0648;
0701; 0703; 0704, должны знать особенности ИМС с точки
зрения их применения в электронных устройствах различного
назначения, уметь проектировать эти устройства на основе
современной элементной базы электронной техники. Данное учебное
пособие может послужить надежным подспорьем для
основательного изучения ИМС и их применения в электронных
устройствах.
Учебное пособие состоит из трех частей. В ч. 1
рассматриваются особенности и возможности интегральной технологии;
новейшие модификации технологии, позволяющие улучшить
характеристики ИМС; транзисторные структуры,
представляющие собой основной элемент ИМС; модели интегральных
элементов, устанавливающие связь их электрических параметров
с электрофизическими характеристиками полупроводника
и геометрическими размерами структуры.
В ч. 2 рассматриваются аналоговые ИМС, широко
применяемые в автоматике, технике связи, электронных приборах
различного назначения для усиления, преобразования и
обработки сигналов, изменяющихся по закону непрерывной
функции; анализируются элементарные ячейки, являющиеся базовы-
3

ми при построении аналоговых ИМС; дается описание
апериодических и избирательных усилителей, выпускаемых
в виде ИМС. Значительное внимание уделено описанию и
сравнению интегральных операционных усилителей, а также
вопросам их применения в радиоэлектронной аппаратуре.
В ч. 3 описываются цифровые и нелинейные импульсные
ИМС, предназначенные для преобразования, обработки,
формирования и генерирования импульсных сигналов,
изменяющихся по закону дискретной функции. Анализируются
электронные ключи и логические элементы на биполярных
и МДП'Транзисторах. Приведенные схемы замещения
позволяют проанализировать поведение базовых элементов ИМС на
различных этапах переходного процесса, установить влияние
отдельных элементов на длительность переключения и
определить влияние паразитных транзисторов, свойственных
интегральным структурам. Математические соотношения,
описывающие статические и динамические характеристики
логических элементов, представляют собой основу для составления
макромоделей базовых элементов. В гл. 8 рассматриваются
возможности применения интегральных логических элементов,
для построения триггерных систем, которые наряду с
логическими элементами составляют основу больших интегральных
схем (БИС) и современных цифровых автоматов. В гл. 9
описываются интегральные компараторы напряжений, широко
применяемые в различных электронных устройствах. В гл. 10
рассматриваются вопросы формирования и генерирования
импульсов на ИМС, приводятся конкретные схемы
мультивибраторов, одковибраторов и ограничителей, структурные схемы
формирователей коротких импульсов и расширителей.
В учебном пособии в достаточной степени отражены
современные достижения интегральной схемотехники, широко
используются материалы периодической литературы, а также
результаты научных работ в области интегральной схемотехники,
выполненных на кафедре электроники МИФИ.
Считаю своим приятным долгом выразить искреннюю
признательность рецензентам учебного пособия чл.-кор. АН СССР
проф. К, А. Валиеву, проф. В. А. Горохову и доц. А. А. Орли-
ковскому за ту неоценимую помощь, которую они оказали при
подготовке работы к печати.
Т. М. Агаханян

Л1 и Л2, является неустойчивым, поэтому не требуется
принимать специальных мер, чтобы вывести схему из этого
состояния. Состояния, когда один из инверторов открыт, а другой
закрыт, являются временно устойчивыми, являющимися
нормальным режимом работы схемы;
В схеме на рис. 10.25,6 при помощи логических элементов
Лз и Л\ предотвращается срыв автоколебаний, который может
возникнуть в случае, если одновременно оказались бы
открытыми и насыщенными инверторы Л\ и Л2. Тогда на выходе Лз
установится высокий потенциал, отпирающий инвертор Л*
и тем самым понижающий входной потенциал логических
элементов Л\ и Лъ При этом один из этих инверторов, выходя из
насыщения раньше другого, обеспечивает самовозбуждение
схемы. Все остальные состояния схемы не представляют
опасности для срыва автоколебаний. При работе в
автоколебательном режиме на выходе Лз устанавливается низкий потенциал,
•запирающий инвертор Л\ и обеспечивающий нормальный
режим работы схемы.
Релаксационные устройства строятся также на основе
стандартных интегральных триггеров. На цифровых ИМС можно
построить более сложные релаксационные устройства с
программированием их работы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Агаханян Т. М. Основы транзисторной электроники. - М.:
Энергия, 1974. - 256 с.
2. Агаханян Т. М., Плеханов С. П. Интегральные триггеры
устройств автоматики. — М.: Машиностроение, 1978. — 368 с.
Зг Алексенко А. Г. Основы микросхемотехники. — М.: Советское
радио, 1977. — 404 с.
4. Аналоговые и цифровые интегральные схемы/Под ред. С. В.
Якубовского.- М: Советское радио, 1979.-334 с.
5. Валиев К. А., Кармазшгскнй А. Н., Королев М. А. Цифровые
интегральные схемы на МДП-транзисторах. — М.: Советское радио,
1971.-384 с.
6. Гребен А. Б. Проектирование аналоговых интегральных схем:
Пер. с англ.— М.: Энергия, 1976.— 256 с.
7. Грем Дж., Тобн Дж., Хьюлсмаи Л. Проектирование и
применение операционных усилителей: Пер. с англ. — М.: Мир, 1974.— 510 с.
8. Интегральные схемы на МДП-приборах: Пер. с англ. /Под ред.
А. Н. Кармазинского. — М.: Мир, 1975.— 512 с.
9. Справочник по интегральным микросхемам /Под ред. Б. В. Та-
рабрина.—М.: Энергия, 1980.-816 с.
10. Степаненко И. П. Основы микроэлектроники. — М.: Советское
радио, 1980.-423 с.
11. Шил о В. Л. Линейные интегральные схемы в радиоэлектронной
аппаратуре.- М.: Советское радио, 1979.—366 с.
460

ОГЛАВЛЕН ИЕ
Предисловие 3
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ
ОСОБЕННОСТИ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ И ИХ
ЭЛЕМЕНТОВ 5
Глава первая. Интегральные микросхемы и их элементы 5
1.1. Классификация интегральных микросхем и их
особенности 5
1.2. Биполярные транзисторы 10
1.3. Униполярные транзисторы 19
1.4. Комплементарные структуры биполярных и МДП-тран-
зисторов на одном кристалле 23
1.5. Диоды 25
1.6. Резисторы 25
1.7. Конденсаторы 27
1.8. Пленочные элементы 28
Глава вторая. Модели элементов интегральных микросхем 29
2.1. Особенности моделей элементов интегральных
микросхем 29
2.2. Характеристики физических процессов в транзисторных
структурах 31
23. Физические параметры и дифференциальные уравнения 37
2.4. Модели электронно-дырочного перехода 42
2.5. Транзисторные структуры на биполярных элементах 47
2.6. Униполярные транзисторы 53
2.7. Пассивные элементы 56
2.7.1. Резисторы 56
2.7.2. Конденсаторы 58
2.7.3. Распределенные ЯС-структуры 60
ЧАСТЬ ВТОРАЯ
АНАЛОГОВЫЕ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ МИКРОСХЕМЫ .... 63
Глава третья. Элементы аналоговых интегральных
микросхем 63
3.1. Особенности аналоговых интегральных микросхем 63
3.2. Задание режима по постоянному току и его
стабилизация 65
3.3. Каскады сдвига потенциальных уровней 71
3.4. Составной транзистор 75
3.5. Элементарные каскады 76
3.5.1. Усилительные каскады 77
3.5.2. Повторители напряжения 81
3.5.3. Повторители тока 85
461

3.6. Каскоды . . 87
3.7. Дифференциальные каскады 96
3.8. Выходные каскады . . 122
Глава четвертая. Апериодические и избирательные
усилители ....... . 123
4.1. Повторители напряжения . . . . * 123
4.2. Каскодные усилители . 125
4.3. Дифференциальные усилители ... 126
4.4. Усилители низкой частоты 127
4.5. Импульсные усилители и видеоусилители ... . 128
4.6. Интегральные избирательные усилители 133
4.6.1. Избирательные усилители с навесным
высокодобротным контуром 135
4.6.2. Избирательные усилители с ЯС-фильтрами ... 147
Глава пятая. Интегральные операционные усилители ... 156
5.1. Назначение и основные параметры операционных
усилителей 156
5.2. Интегральные операционные усилители общего
назначения 159
5.3. Интегральные операционные усилители с повышенным
входным сопротивлением 166
5.4. Быстродействующие интегральные операционные
усилители 170
5.5. Интегральные операционные усилители частного
применения 174
5.6. Микромощные интегральные операционные усилители 177
5.7. Применение интегральных операционных усилителей 180
в аналоговых устройствах . .
5.7.1. Обратные связи в ИОУ 180
5.7.2. Усилители постоянных сигналов 184
5.7.3. Увеличение эффективных значений сопротивлений
резисторов и емкостей конденсаторов при
помощи ИОУ 191
5.7.4. Избирательные усилители и активные фильтры 195
5.7.5. Высокостабильные источники опорного
напряжения и стабилизаторы напряжения . . . „ 200
ЧАСТЬ ТРЕТЬЯ
ЦИФРОВЫЕ И НЕЛИНЕЙНЫЕ ИМПУЛЬСНЫЕ
ИНТЕГРАЛЬНЫЕ МИКРОСХЕМЫ . . 203
Глава шестая. Электронные ключи в интегральных
микросхемах . . . 203
6.1. Основные характеристики электронного ключа . . . 203
6.2. Диодные ключи на транзисторных структурах .... 206
6.2.1. Диод, формируемый без эмиттерной диффузии 209
6.2.2. Диод на эмиттерном переходе транзистора при
разомкнутом коллекторе . 212
462

6.2.3. Диод на коллекторном переходе транзистора при
разомкнутом эмиттере 214
6.2.4. Диод на эмиттерном переходе транзистора с ко-
роткозамкнутым коллектором 216
6.2.5. Диод на коллекторном переходе транзистора
с короткозамкнутым эмиттером 218
6.2.6. Диод на эмиттерном и коллекторном переходах
транзистора, включенных параллельно 219
6.2.7. Сравнение диодных ключей на транзисторных
структурах 221
6.3. Электронные ключи на биполярных транзисторах . . . 226
6.4. Электронные ключи на униполярных транзисторах 238
6.4.1. Транзисторный ключ с нелинейным резистором 238
6.4.2. Транзисторный ключ с квазилинейным
резистором 244
6.4.3. Транзисторный ключ на комплементарных парах 246
Глава седьмая. Логические интегральные микросхемы . . 253
7.1. Классификация логических микросхем и их основные
параметры 253
7.2. Диодно-транзисторные логические микросхемы . , . 260
7.3. Разновидности диодно-транзисторных логических
микросхем 275
7.4. Транзисторно-транзисторные логические микросхемы 278
7.5. Логические микросхемы на переключателях тока с
объединенными эмиттерами 293
7.6. Интегральные инжекционные логические микросхемы 310
7.7. Логические микросхемы на МДП-транзисторах . . . 320
7.7.1. Интегральные микросхемы на транзисторах с
каналами одноименной проводимости 320
7.7.2. Интегральные микросхемы на комплементарных
МДП-транзисторах 346
Глава восьмая. Интегральные триггерные системы . . 351
8.1. Триггерные системы и их классификация . ... 35)
8.2. Триггеры и их основные параметры 360
8.3. Триггерные системы на логических элементах ДТЛ 366
8.4. Триггерные системы на разновидностях логических
элементов ДТЛ 373
8.5. Триггерные системы на логических элементах ТТЛ 376
8.6. Триггерные системы на переключателях тока с
объединенными эмиттерами 385
8.7. Триггерные системы на логических элементах WJ1 391
8.8. Триггерные системы на МДП-транзисторах . . . 394
Глава девятая. Интегральные компараторы напряжении 408
9.1. Назначение и основные параметры компараторов
напряжений 4€8
9.2. Интегральные компараторы напряжений общего
назначения ...... 412
463

9.3. Прецизионные интегральные компараторы напряжений 416
9.4. Быстродействующие интегральные компараторы
напряжений 419
9.5. Применение интегральных компараторов напряжений 423
9.5.1. Пороговые устройства 425
9.5.2. Аналого-цифровые преобразователи 427
9.5.3. Усилители 428
9.5.4. Регуляторы и индикаторы 429
9.5.5. Ключевые стабилизаторы напряжения . .' . . . 430
9.6. Интегральные таймеры 431
Глава десятая. Формирование и генерирование импульсов
на интегральных микросхемах 434
10.1. Ограничители амплитуды сигналов 434
10.2. Формирователи импульсов 440
10.2.1. Формирователи коротких импульсов 441
10.2.2. Расширители импульсов 443
10.3. Релаксационные устройства 444
10.3.1. Монолитные и гибридные релаксационные ИМС 446
10.3.2. Релаксационные устройства на основе
интегральных операционных усилителей, компараторов
напряжений и таймеров 449
10.3.3. Релаксационные устройства на основе
интегральных логических элементов 458
Список литературы 460
Татевос Мамиконович Агаханян
ИНТЕГРАЛЬНЫЕ МИКРОСХЕМЫ
Редактор В. Н. Серов
Редактор издательства А. Н. Гусяцкая
Технический редактор В. В. Хапаеза
Корректор М. Г. Гулина
ИБ № 3298
Сдано в набор 17.05.82. Подписано в печать 10.02.83. Т-05944. Формат
84хЮ8Уз2- Бумага тип. № 3. Гарнитура тайме. Печать высокая. Усл. печ.
л. 24,36. Усл. кр.-отт. 24,36. Уч.-изд. л. 28,3. Тираж 125 000 экз. Заказ 447.
Цена 1 р. 20 к.
Энергоатомиздат, 113114, Москва, М-114, Шлюзовая наб., 10
Ордена Октябрьской Революции, ордена Трудового Красного Знамени
Ленинградское производственно-техническое объединение «Печатный Двор»
имени А. М. Горького Союзполиграфпрома при Государственном комитете
СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли. 197136,
Ленинград, П-136, Чкаловский пр., 15.