Ingegneria dell'Energia Elettrica

Generalità. Informazione e segnali. Segnali analogici e digitali. Rumore. Struttura di base di un sistema elettronico. Rappresentazione dei segnali nel dominio del tempo e nel dominio della frequenza. Leggi di Kirchoff. Teorema di Thevenin. Teorema di Norton. Teorema di sovrapposizione degli effetti. Generatori controllati. Reti due porte. Funzione di trasferimento e risposta impulsiva. Banda passante. Filtri. Diagrammi di Bode. Concetto di amplificazione di un segnale. Simboli circuitali dell'amplificatore. Caratteristica di trasferimento. Guadagno di tensione. Guadagno di corrente. Guadagno di potenza. Espressione del guadagno in decibel. Alimentazioni negli amplificatori. Caratteristica di trasferimento non lineare e saturazione dell'amplificatore. Amplificatore composto da più stadi in cascata. Modelli circuitali per gli amplificatori: amplificatori di tensione, di corrente, di transconduttanza e di transresistenza. Amplificatori differenziali: amplificazione differenza, amplificazione di modo comune, Rapporto di reiezione di modo comune (CMRR). Amplificatore operazionale ideale. Configurazione invertente, configurazione non invertente, inseguitore di tensione a guadagno unitario. Amplificatore differenziale. Amplificatore differenziale per strumentazione. Sommatore. Integratore, derivatore. Amplificatore logaritmico ed esponenziale. Amplificatore operazionale reale in continua: tensione di offset e correnti di polarizzazione. Risposta in frequenza dell'amplificatore. Proprietà della controreazione negativa. Guadagno e risposta in frequenza di un amplificatore controreazionato. Il problema della stabilità: margine di fase e di guadagno. Comparatore invertente e non invertente. Comparatore con isteresi, trigger di Schmitt. Generatore di onda quadra, triangolare e di impulsi. Metodi grafici per l'analisi di circuiti. Retta di carico. Studio grafico in presenza di carico non lineare. Studio grafico di circuiti in presenza di segnali variabili nel tempo. Il diodo ideale. Il diodo reale: caratteristica I-V. Modello lineare a tratti. Modello a tensione costante. Funzionamento nella regione di breakdown: diodi zener. Regolatore di tensione con zener. Raddrizzatore a singola semionda, a doppia semionda, a ponte. Raddrizzatore con condensatore di filtro. Circuiti limitatori. Rivelatore di picco. Commutazione del diodo. Protezione di circuiti induttivi. Materiali per l'elettronica, semiconduttori intrinseci ed estrinseci, drogaggio di un semiconduttore di tipo n e di tipo p, cariche maggioritarie e minoritarie, donori e accettori. Corrente di diffusione e corrente di deriva. La giunzione pn a circuito aperto, in polarizzazione diretta e in polarizzazione inversa. Capacità di giunzione. Transistori a effetto di campo e bipolari. Simboli circuitali. Caratteristiche di uscita e di ingresso. Analisi grafica di circuiti a transistori. Funzionamento del MOSFET ad arricchimento canale n (NMOS). Simboli circuitali. Caratteristiche corrente-tensione. Determinazione grafica ed analitica del punto di lavoro e della caratteristica di trasferimento. Punto di polarizzazione e dinamica del segnale. Polarizzazione a VGS constante, con resistenza di source, mediante generatore di corrente. Funzionamento come amplificatore: modello per piccoli segnali a -ibrido. Configurazioni di amplificatori a singolo stadio: amplificatore a source comune, drain comune, a gate comune. Amplificatore a source comune con resistore di source. MOSFET ad arricchimento a canale p (PMOS). MOSFET a svuotamento. Invertitore CMOS. Funzionamento del MOSFET come interruttore, resistenza di uscita finita in saturazione. Struttura del MOSFET. Formazione del canale. Saturazione. Modulazione della lunghezza del canale. Body effect. Transistori bipolari a giunzione (BJT) npn e pnp. Simboli circuitali. Modi di funzionamento: in regione attiva diretta, in saturazione e in interdizione. Caratteristiche corrente-tensione. Effetto Early. Funzionamento del BJT per grandi segnali. Circuiti in continua. Il BJT come amplificatore: modello per piccoli segnali a -ibrido. Configurazioni di amplificatori a singolo stadio: a emettitore comune, a collettore comune, a base comune, a emettitore comune con resistore di emettitore. Polarizzazione con singola alimentazione, polarizzazione con doppia alimentazione, polarizzazione con resistenza di source, polarizzazione con resistore di retroazione tra collettore e base, polarizzazione con generatore di corrente. Circuiti a due transistor: cella differenziale, darlington, cascode. Il BJT come interruttore: tempi di scatto e dissipazione di potenza in saturazione. Struttura del BJT. Fenomeni fisici alla base del funzionamento. Saturazione del BJT. Funzionamento di diodi e transistor in regime di commutazione. Richiami di aritmetica binaria. Porte logiche elementari, tabella della verità, latch, flip-flop SR, JK, D, T. Sintesi di funzioni logiche su base And-Or-Inverter. Decoder, multiplexer, sommatori. Shift register. Contatori. Sommatore seriale. Memorie. Struttura di un microprocessore. Campionamento e quantizzazione. Convertitori D/A a resistori pesati e a scala. Conversione D/A mediante PWM. Convertitori A/D a comparatori, a conteggio, ad approssimazioni successive, ad inseguimento, delta-sigma. Codifiche differenziali.

Corsi di base di Fisica e Chimica. Prepedeuticità del corso Eletrotecnica 1.

SEDRA-SMITH Circuiti per la microelettronica

In presenza

Esame scritto + discussione orale

Didattica frontale alla lavagna