Programma del Corso di Elettronica (per allievi elettrici) A.A. 2000/2001 Paolo Mattavelli Testo di riferimento: "Circuiti per la Microelettronica", Sedra/Smith, Edizioni Ingegneria 2000
Capitolo 1:
tutto; appendici B e D
Capitolo 2:
tutto, escluso il paragrafo 2.8. (aggiungere paragrafo 12.4)
Capitolo 3:
tutto. La parte riguardante i paragrafi 3.8-3.12 deve essere integrata dagli appunti a lezione o dai testi consigliati per la consultazione (vedi sotto).
Capitolo 4
Tutto. (per specchi di corrente aggiungere paragrafo 6.4 fino a pag. 432)
Capitolo 5
5.1-5.8. Per 5.9 solo pg 361-362. Saltare 5.10 e 5.11
Capitolo 6
Solo 6.1 e 6.2. Per 6.4 fino a pag. 432. Integrazione con appunti a lezione.
Capitolo 7
Tutto
Capitolo 9
9.1-9.6. Leggere 9.7-9.9.
Capitolo 13
Tutto
Testi consigliati:
Richard C. Jaeger, Microelettronica, Mc Graw Hill (ISBN 88-386-0758-3)
Jacob Millman, Arvin Grabel, Microelectronics, second edition, Mc Graw Hill (ISBN 0-07100596-X)
Programma:
Introduzione agli amplificatori lineari. Cenni sulle rappresentazioni di un quadripolo lineare: a parametri g, h, y, z. Concetto di polarizzazione di un dispositivo amplificatore elementare non lineare. Amplificatore ideale di tensione e di corrente. Amplificatori di transconduttanza e
transresistenza. Resistenze di ingresso e di uscita.
Introduzione agli amplificatori differenziali e operazionali. Caratteristiche degli amplificatori operazionali ideali. Amplificatore invertente: calcolo del guadagno e delle resistenze di ingresso e di uscita. Amplificatore non invertente: calcolo del guadagno e delle resistenze di ingresso e di uscita. Applicazioni degli amplificatori operazionali: sommatore, integratore e circuito passabasso. Amplificatore differenziale. Amplificatore da strumentazione. Convertitori tensione/corrente e corrente/tensione. Risposta in frequenza degli amplificatori operazionali: stabilità, limite di banda passante, compensazione a polo dominante e compensazione polo-zero. Dipendenza della tensione di uscita di un amplificatore operazionale dalla componente di tensione di ingresso di modo comune: definizione di CMRR. Effetto del CMRR sul guadagno di tensione di un inseguitore. Definizioni di tensione di offset, correnti di bias e di offset e loro effetto nello schema dell'amplificatore invertente. Amplificatore operazione reale: Limitazione di corrente di uscita e di Slew Rate. Cenni sul comportamento degli amplificatori operazionali con retroazione positiva. Trigger di Schmitt.
I Diodi: caratteristiche ai morsetti. Modello del diodo ai piccoli e ai grandi segnali. Funzionamento nella regione di breakdown. Regolatori di tensione. Raddrizzatori con carico resistivo. Raddrizzatori con filtro capacitivo. Circuiti di clipping e loro applicazioni
Analisi della conducibilità di un semiconduttore intrinseco: rappresentazione mediante legame covalente e a bande di energia. Calcolo della corrente di deriva. Drogaggio dei semiconduttori di tipo n e di tipo p: calcolo delle concentrazioni dei maggioritari e dei minoritari. Corrente di diffusione. Esempio di semiconduttore con concentrazione non uniforme: calcolo del potenziale di contatto. Analisi della giunzione p-n: calcolo del campo elettrico e della larghezza della zona di svuotamento. Polarizzazione diretta e inversa: legge della giunzione e analisi del profilo di concentrazione dei portatori minoritari. Capacità di transizione e di diffusione. Tensione di breakdown: moltiplicazione a valanga e effetto zener. . Il diodo in commutazione: tempo di immagazzinamento (storage time) e tempo di recupero inverso (reverse recovery time). Generalità sul diodo Schottky. Cenni al funzionamento delle celle solari e dei diodi emettitori di luce (LED).
Introduzione al transistor bipolare a giunzione (BJT). Principi di funzionamento. Modello di Ebers-Moll del transistor bipolare. Definizione dei possibili modi di funzionamento del BJT e espressioni approssimate relative. Caratteristiche di uscita ad emettitore comune. Transcaratteristica. Calcolo della transconduttanza in zona attiva diretta. Polarizzazione di BJT. Retta di carico statica e dinamica. Polarizzazione con quattro resistenze: effetto stabilizzante della resistenza di emettitore. Circuito di polarizzazione con resistenza tra base e collettore. Specchio di corrente. Commutazione del BJT.
Introduzione all'analisi ai piccoli segnali di amplificatori monostadio a BJT. Condensatori di bypass e di blocco. Amplificatore ad emettitore comune: calcolo del guadagno e delle resistenze di ingresso e di uscita. Limiti di guadagno e fattore di amplificazione. Amplificatore ad emettitore comune con resistenza di emettitore: calcolo del guadagno di tensione e di corrente e delle resistenze di ingresso e di uscita. Effetto della resistenza di emettitore. Analisi dell'amplificatore a collettore comune. Concetto di adattatore di impedenza.
Schema di base di un transistor MOSFET: analisi del comportamento a bassi valori della tensione drain-source (zona di funzionamento lineare). Funzionamento del MOSFET in zona di saturazione: effetto di modulazione di lunghezza del canale. Caratteristiche di trasferimento e di uscita. Schemi di polarizzazione a quattro resistenze. Modelli ai piccoli segnali del Mosfet. MOSFET a svuotamento. Carichi attivi. Analisi del JFET: caratteristiche di uscita e transcaratteristica. Equazioni descrittive in zona lineare e di saturazione. Modello ai piccoli
segnali del JFET. Amplificatori monostadio a Mosfet. Tecnologie di fabbricazione di componenti e circuiti integrati.
Amplificatore differenziale. Transcaratteristica ai grandi segnali. Calcolo del guadagno di modo differenziale, calcolo del guadagno di modo comune. Calcolo del CMRR.
Amplificatori multistadio: esempio di accoppiamento in AC e in DC. L'analisi ai piccoli segnali di un amplificatore multistadio. Amplificatore cascode: analisi ai piccoli segnali. La configurazione darlington.
Risposta in frequenza degli amplificatori a larga banda. Analisi in bassa frequenza di uno stadio a source comune. Metodo delle costanti di tempo di cortocircuito per la stima della frequenza di taglio inferiore nell'ipotesi di esistenza di un polo dominante. Esempio di applicazione alla configurazione emettitore comune. Modello ai piccoli segnali del transistor bipolare in alta frequenza. Definizione e calcolo della frequenza di transizione. Metodo delle costanti di tempo di circuito aperto per la stima della frequenza di taglio superiore nell'ipotesi di esistenza di un polo dominante.Metodo delle costanti di tempo. Esempio di calcolo della frequenza di taglio inferiore per l'emettitore comune. Stima della frequenza di taglio superiore negli stadi amplificatori a emettitore comune. Teorema di Miller. Comportamento in alta frequenza dell'amplificatore cascode
Amplificatori di potenza. Analisi degli amplificatori in classe A ed in classe B: stadio pushpull complementare (ad inseguitore). Calcolo del rendimento e della massima dissipazione dei transistor. Analisi della classe AB. Schemi per la classe AB. . Analisi termica in condizioni stazionarie: dimensionamento del dissipatore. Cenni sull'evoluzione degli amplificatori lineari.
Alimentatori Stabilizzati lineari. Principi di funzionamento e descrizione di alcuni schemi. Cenni sugli alimentatori a commutazione.
Principi di elettronica digitale. Transcaratteristica di un invertitore di tensione: margini di rumore. Esempi di logiche AND, OR a diodi. Invertitori in tecnologia NMOS con carico attivo in saturazione ed in zona lineare. Invertitori in tecnologia NMOS con carico a svuotamento. Invertitori CMOS. Cenni sulle logiche DTL, TTL e ECL. Analisi del flip-flop S-R. Flip-flop J-K master-slave. Flip-flop di tipo D e T. Contatori asincroni. Multivibratori con porte logiche. Strutture delle memorie RAM e ROM.
Argomento
cuiti non lineari a diodi. Esempi di calcolo di transcaratteristiche. Circuiti con diodi zener. Modello per grandi segnali del dio er.. Esempio di dimensionamento di un ponte a diodi con filtro capacitivo.
drizzatore di precisione con amplificatore operazionale. Esempi di polarizzazione di transistor bipolari (regione attiva e di razione).
stività
colo del punto di riposo, del guadagno di tensione, di corrente, delle resistenze di ingresso e di uscita di uno stadio CE. Anali e AC di uno stadio CC con circuito bootstrap.
- questionario per gli studenti)
dio di amplificatori multistadio. Tecniche di analisi e scomposizione. Esempio del cascode. Esempio di amplificatore a doppi io a BJT: CER+CC.
