Corso di ELETTRONICA

Corso di ELETTRONICA I (Prof. G. Meneghesso, G. Spiazzi)

per allievi Elettronici e delle Telecomunicazioni - A.A. 2001-2002

Testi consigliati:

Appunti dalle lezioni

Richard C. Jaeger, Microelettronica, Mc Graw Hill (ISBN 88-386-0758-3)

Jacob Millman, Arvin Grabel, Microelectronics, second edition, Mc Graw Hill (ISBN 0-07-100596-X)

Indirizzi

Modalità di esame

Argomenti svolti a lezione

1^a lezione (04/03/2001):

Introduzione del corso: illustrazione modalità di esame e contenuti del corso. Introduzione agli amplificatori lineari. Condizioni di non distorsione di ampiezza e di fase. Concetto di amplificazione selettiva: filtri passa basso, passa alto, passa banda ed escludi banda. Rappresentazioni di un quadripolo lineare: a parametri g, h, y, z.

Capitolo 11

Paragrafi: 1,2,4

(Esercizio #1)

2^a lezione (05/03/2001):

Concetto di polarizzazione di un dispositivo amplificatore elementare non lineare e di massima escursione dei segnali di ingresso e di uscita. Amplificatori unidirezionali. Amplificatori di corrente. Amplificatori di tensione e di corrente ideali. 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. Circuito sommatore.

Capitolo 11	Paragrafi: 3,5
Capitolo 12	Paragrafi: 1,2

1^a Esercitazione (06/03/2001):

Richiami dei teoremi di Thevenin e Norton. Calcolo del guadagno di un amplificatore a collettore comune mediante teorema di Thevenin. Calcolo della resistenza di ingresso di un E.C. con resistenza in retroazione tra base e collettore. Calcolo della resistenza di uscita di un amplificatore E.C. con modello a parametri ibridi completo. Esempio di rappresentazione di doppi bipoli lineari con parametri [g]. (Principio di Sovrapposizione degli Effetti)

3^a lezione (11/03/2001):

Amplificatore differenziale con amplificatore operazionale ideale. Analisi del guadagno, della resistenza di ingresso e della resistenza di uscita di un amplificatore in configurazione non invertente nell'ipotesi di guadagno finito dell'amplificatore operazionale, di resistenza di ingresso finita e di resistenza di uscita non nulla rispettivamente. Stessa analisi per l'amplificatore in configurazione invertente (senza passaggi intermedi). Definizione di segnale di modo differenziale e di modo comune. Definizione di Rapporto di Reiezione di Modo Comune (CMRR). Effetto del CMRR finito sul guadagno di un inseguitore di tensione.

Capitolo 12

Paragrafi: 3,5

(Esercizio #2)

4^a lezione (12/03/2001):

Resistenze di ingresso di modo differenziale e comune. Definizioni di tensione di offset, correnti di bias e di offset e loro effetto nello schema dell'amplificatore invertente e non invertente. Limitazione di tensione e di corrente di uscita. Utilizzo dell'amplificatore operazionale come comparatore: aumento del guadagno mediante l'uso della retroazione positiva. Trigger di Schmitt.

Capitolo 12

Paragrafi: 5,12

(Esercizio #3)

2^a Esercitazione (13/03/2001):

Utilizzo di elementi reattivi negli amplificatori invertente e non invertente: funzioni di trasferimento. Regole per il tracciamento del diagramma di Bode. Esempio di un filtro passa-basso realizzato con un amplificatore operazionale in configurazione invertente. Esempio di una rete polo-zero realizzata con un amplificatore operazionale in configurazione non invertente. Integratore.

5^a lezione (12/03/2001):

Analisi del trigger di Schmitt non invertente con tensione di riferimento: esempio di utilizzo. Risposta in frequenza di un amplificatore operazionale ideale: larghezza di banda e prodotto guadagno-larghezza di banda. Banda passante di un amplificatore in configurazione non invertente e invertente. Definizione di Slew-rate e di massima frequenza a piena potenza.

Capitolo 12

Paragrafi: 6,7,12

(Esercizio #4) (Esercizio #5)

6^a lezione (13/03/2001):

Modello a bande di energia del silicio: banda di valenza e di conduzione. Differenze tra isolanti, semiconduttori e conduttori. Modello del legame covalente. Semiconduttori intrinseci: calcolo della conducibilità (mediante il calcolo della corrente di deriva). Drogaggio dei semiconduttori di tipo n e di tipo p: calcolo delle concentrazioni dei maggioritari e dei minoritari.

Capitolo 2

Paragrafi: 1-8

(Esercizio #6)

3^a Esercitazione (14/03/2001):

Amplificatore differenziale per strumentazione. Esercizio sulla determinazione della funzione di trasferimento e tracciamento del diagramma di Bode. Analisi del convertitore digitale-analogico a resistenze pesate. Effetto della tensione di offset e delle correnti di bias.

7^a lezione (19/03/2001):

Corrente di diffusione. Generalità sulla giunzione p-n. Analisi della giunzione p-n: calcolo del campo elettrico, del potenziale di contatto e della larghezza della zona di svuotamento. Polarizzazione inversa: calcolo della capacità di transizione. Tensione di breakdown: moltiplicazione a valanga e effetto zener. Coefficiente di temperatura della tensione di breakdown.

Capitolo 2	Paragrafo: 9
Capitolo 3	Paragrafi: 1,4,6,7

8^a lezione (20/03/2001):

Giunzione p-n polarizzata direttamente: calcolo della corrente nel diodo. Caratteristica corrente-tensione del diodo. Calcolo della carica immagazzinata e della capacità di diffusione. Coefficiente di temperatura della tensione del diodo e della corrente di saturazione inversa. Il diodo in commutazione: analisi del recupero inverso (tempo di immagazzinamento - Storage Time)

Capitolo 3

Paragrafi: 4,5,7,18

4^a Esercitazione (21/03/2001):

Richiamo della caratteristica tensione-corrente del diodo. Modelli lineari a tratti per grandi segnali: ideale, a caduta di tensione costante e a resistenza-batteria. Metodo di risoluzione per circuiti contenenti diodi. Esempio di semplice circuito con diodo risolto con i diversi modelli dello stesso. Circuiti tosatori (clipping) e di aggancio (clamping). Esercizio proposto per casa.

9^a lezione (26/03/2001):

Analisi del circuito raddrizzatore ad una semionda con carico resistivo e con filtro R-C. Derivazioni di espressioni approssimate per il calcolo della tensione media di uscita, dell'ondulazione di tensione, e per il dimensionamento del diodo (corrente di picco). Raddrizzatori ad onda intera con trasformatore a presa centrale e a ponte di Graetz. Confronto tra le diverse soluzioni.

Capitolo 3

Paragrafi: 12-15

(Esercizio #7)

10^a lezione (27/03/2001): saltata per assenza docente

5^a Esercitazione (28/03/2001):

Modello lineare a tratti per grandi segnali del diodo zener. Esercizio con diodo zener (derivazione transcaratteristica). Esercizio con due diodi (derivazione transcaratteristica).

11^a lezione (02/04/2001):

Cenni ai fotorivelatori, celle solari e diodi emettitori di luce (LED). Cenni al diodo Schottky e al contatto ohmico. Struttura del transistor bipolare a giunzione (BJT). Derivazione delle correnti di emettitore e di collettore nell'ipotesi di assenza di ricombinazione in base. Guadagni di correnti diretti a base comune e ad emettitore comune

Capitolo 3	Paragrafi: 8,19
Capitolo 5		Paragrafi: 1,2

12^a lezione (03/04/2001):

Richiamo delle correnti del transistor. Fattore di trasporto in Base e considerazioni sui guadagni di corrente. Modello circuitale del trasporto. Analisi delle zone di funzionamento: interdizione, saturazione (calcolo della V_CESat), zona attiva diretta. Caratteristiche di uscita ad emettitore comune e a base comune. Caratteristica di trasferimento. Effetto Early: modulazione della larghezza della base.

Capitolo 5

Paragrafi: 3-6,8,9,11,12

6^a Esercitazione (04/04/2001):

Modello ai piccoli segnali del diodo con esempio di applicazione. Progetto di un regolatore con diodo zener: calcolo della stabilizzazione di tensione. Calcolo della transcaratteristica di un circuito con amplificatore operazionale e diodo zener ideali. Proposto un esercizio con tre diodi.

13^a lezione (09/04/2001):

Effetto Early: modifica delle equazioni in zona attiva diretta. Calcolo del tempo di transito diretto in base e capacità di diffusione in regione attiva diretta. Circuito di polarizzazione con due resistenze e con quattro resistenze. Effetto di stabilizzazione del punto di lavoro operato dalla resistenza di emettitore o dalla resistenza tra collettore e base. Criteri sulla scelta del punto di lavoro: considerazioni su massima escursione del segnale (distorsione), potenza dissipata, guadagno ai piccoli segnali.

Capitolo 5

Paragrafi: 7,12,13

(Esercizio #8)

14^a lezione (10/04/2001):

Limiti del transistor bipolare: corrente di collettore massima, massima potenza dissipabile, massima tensione inversa (breakdown per moltiplicazione a valanga o per reach-through). Dimostrazione del fatto che BV_CE0 < BV_CB0. Analisi del transistor in commutazione: tempo di storage. Utilizzo del diodo Schottky tra base e collettore per evitare la saturazione del transistor. Principio di funzionamento del transistor ad effetto di campo MOSFET: calcolo della corrente di drain nel funzionamento in zona lineare. (Esempi BJT: 2N2222, BC337)

Capitolo 4

Paragrafi: 1-4

7^a Esercitazione (11/04/2001):

Esercizio con amplificatore operazionale e due diodi: calcolo della transcaratteristica (compito del 14/07/2000 esercizio E2). Esercizi sulla polarizzazione di transistor bipolari npn e pnp.

(Esercizio #9), (Esercizio #10), (Esercizio #11), (Esercizio #12)

15^a lezione (23/04/2001):

Analisi del MOSFET in zona di saturazione: modulazione di lunghezza di canale. Transcaratteristica. Riepilogo equazioni e zone di funzionamento dei MOSFET a canale N e a canale P. Principio di funzionamento del JFET (Junction Field Effect Transistor): equazioni fondamentali nelle diverse zone di funzionamento. (Esempi: BF245, BSD22, BSS83)

Capitolo 4

Paragrafi: 5-7,9,10,13

16^a lezione (24/04/2001):

Schema di polarizzazione a quattro resistenze per Mosfet. Circuito di autopolarizzazione per JFET. Concetti base degli amplificatori: grandezze continue e alternate. Condensatori di accoppiamento e di bypass. Circuiti semplificati in continua ed in alternata. Modello a parametri ibridi del BJT: derivazione ed esempio relativo al significato di "piccolo segnale".

Capitolo 4	Paragrafi: 11
Capitolo 13	Paragrafi: 1-3,5

8^a Esercitazione (25/04/2001): festa

17^a lezione (30/04/2001): festa giustinianea

18^a lezione (01/05/2001): festa primo maggio

Recupero 10^a lezione (02/05/2001):

amplificatori a singolo stadio in configurazione Collettore Comune (CC), Drain Comune (DC), Base Comune (BC) e Gate Comune (GC). Calcolo dei guadagni di tensione rispetto alla tensione del generatore equivalente, e calcolo delle resistenze di ingresso e di uscita.

Capitolo 14

Paragrafi: 3-4

(Esercizio #13)

Recupero 17^a lezione (04/05/2001):

Modello ai piccoli segnali dei transistor ad effetto di campo. Concetto di piccolo segnale. Analisi delle configurazioni emettitore comune (EC) e source comune (SC). Effetto della resistenza di emettitore R_E sul guadagno di tensione, sulla resistenza di ingresso, sulla resistenza di uscita e sull'ampiezza del segnale di ingresso che mantiene il funzionamento in zona lineare. Massimo guadagno delle due configurazioni.

Capitolo 13	Paragrafi: 6-11
Capitolo 14	Paragrafi: 1,2

19^a lezione (07/05/2001):

Tabelle riassuntive delle caratteristiche degli amplificatori elementari a singolo transistore. Amplificatori multistadio: metodi per il calcolo del guadagno di tensione complessivo. Esempio: doppio stadio C-E/C-D. Calcolo delle impedenze di ingresso e di uscita. Stadi amplificatori accoppiati in continua.

Capitolo 14	Paragrafi: 2- 6
Capitolo 15	Paragrafi: 1

20^a lezione (08/05/2001):

Analisi della configurazione Cascode: calcolo del guadagno di tensione, di corrente e resistenze di ingresso e di uscita. Configurazione Darlington: analisi in continua e modello dinamico equivalente ai piccoli segnali. Introduzione allo stadio differenziale: analisi DC ai grandi segnali.

Capitolo 10	Paragrafi: 1
Capitolo 15	Paragrafi: 2-3

(Esercizio #14)

10^a Esercitazione (09/05/2001):

Esercizio d'esame su amplificatori multistadio: cascata C-E/C-D con rete di polarizzazione bootstrap, cascata C-E/C-B/C-S. Calcolo della polarizzazione, dei guadagni, resistenze di ingresso e di uscita.

21^a lezione (14/05/2001):

L'amplificatore differenziale ai piccoli segnali: guadagno di modo differenziale, di modo comune e rapporto di reiezione di modo comune (CMRR). Analisi con il mezzo circuito. Questionario.

22^a lezione (15/05/2001): esame di stato

11^a Esercitazione (16/05/2001):

Esercizio completo triplo stadio: calcolo del punto di lavoro e del guadagno ai piccoli segnali. Esercizio su amplificatore differenziale.

Recupero 18^a lezione (18/05/2001):

Uso di generatori di corrente nell'amplificatore differenziale per aumentare il CMRR. Analisi degli specchi di corrente: versione base, con guadagno, schema di Widlar. Considerazioni generali sullo specchio di corrente di Wilson. Considerazioni generali sull'uso di generatori di corrente al posto delle resistenze di collettore (carichi attivi).

Capitolo 15	Paragrafi: 6
Capitolo 16	Paragrafi: 2-3

23^a lezione (21/05/2001):

Suddivisione della risposta in frequenza di un amplificatore in Bassa Frequenza, Centro Banda e Alta Frequenza. Analisi della risposta in bassa frequenza: effetto del condensatore di accoppiamento e di bypass. Metodo generale approssimato delle costanti di tempo di corto circuito nell'ipotesi di polo dominante. Risposta al gradino e all'onda quadra.

Capitolo 17

Paragrafi: 1-3

24^a lezione (22/05/2001):

Analisi in alta frequenza: metodo delle costanti di tempo di circuito aperto. Analisi dell'emettitore comune in alta frequenza. Effetto Miller. Effetto della resistenza di emettitore in un C-E. Risposta all'onda quadra di un amplificatore a polo dominante.

Capitolo 17

Paragrafi: 4-8

Recupero 22^a lezione (23/05/2001):

Cenni di processi tecnologici per la realizzazione di circuiti integrati: produzione del wafer di silicio, ossidazione, litografia, impiantazione e diffusione di drogante. (FACOLTATIVO)

12^a Esercitazione (24/05/2001):

Esempio di calcolo delle frequenze di taglio inferiore e superiore di un amplificatore doppio stadio (CE-CS). Esercizio: risposta in alta frequenza del Cascode. Esercizio su frequenza di taglio inferiore.

25^a lezione (28/05/2001):

Amplificatori per grandi segnali in classe A in configurazione C-E e C-D: calcolo del rendimento di conversione. Considerazione generali sulla distorsione (definizione di distorsione armonica totale (THD). Amplificatori per grandi segnali in classe B: analisi della configurazione complementare ad inseguitore (Push-pull). Calcolo del rendimento e della potenza dissipata dai transistors. Cenni alla classe AB. Dimensionamento termico.

Capitolo 15

Paragrafo: 5

13^a Esercitazione (29/05/2001):

Soluzione di un compito completo: esercizio su doppio stadio C-S/C-C, su analisi di funzione di trasferimento, e circuito con diodo zener.

26^a Lezione (30/05/2001):

Dimostrazioni pratiche con oscilloscopio: amplificatore singolo stadio a emettitore comune

(Esercizio #15)

AVVISO IMPORTANTE:

L'argomento relativo alla 25^a lezione del 28/05/2001 (amplificatori per grandi segnali) è escluso dal programma SOLO per l'appello orale del giorno 8/06/2001

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Giorgio Spiazzi

Gaudenzio Meneghesso

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