Catalogo dei Corsi di studio

Il corso intende fornire le conoscenze generali di un sistema elettronico inteso come sistema di elaborazione di informazioni, focalizzando l’attenzione sul concetto di guadagno per i vari tipi di amplificatori, sul funzionamento dei transistor bipolari e sui generatori di forme d’onda.
Il corso intende inoltre approfondire le conoscenze di un sistema elettronico, focalizzando l’attenzione sul concetto di controreazione per i vari tipi di amplificatori, sul funzionamento dei transistor mosfet e sui limiti dovuti a banda passante, potenza e rumore per circuiti analogici e digitali.

Programma

Introduzione (4 h)
Introduzione al corso. Generalità sui segnali. Leggi di Ohm e Kirkhoff. Partitore di tensione e di corrente. Generatori controllati. Esercizi sui generatori controllati. Teoremi di Thevenin e Norton. (4h)

Amplificatori (8 h)
Amplificatori: generalità, simbolo circuitale, bilancio energetico, caratteristica di trasferimento, saturazione, non linearità, punto di lavoro. Guadagno. Rappresentazione circuitale degli amplificatori di tensione, corrente, transimpedenza e transconduttanza come reti due porte.
Risposta in frequenza degli amplificatori: generalità. Filtro passa basso e passa alto RC passivo a singolo polo: calcolo del diagramma di Bode dell’ampiezza e della fase. Esempio di un amplificatore di tensione (rappresentato come rete due porte) passa basso e di un amplificatore di transconduttanza passa alto.
Risposta al gradino e all’impulso di un filtro passa basso STC. Risposta al gradino e all’impulso di un filtro passa-alto a STC.

Amplificatori operazionali (10 h)
Amplificatori operazionali ideali. Introduzione alla controreazione. Configurazione invertente e non invertente. Calcolo del guadagno con il metodo della controreazione o con l’uguaglianza delle tensioni al morsetto invertente e non invertente. Effetto del guadagno ad anello aperto finito sul guadagno e resistenza di ingresso della configurazione invertente e non invertente. Effetto della banda finita sulla funzione di trasferimento dell’op-amp in configurazione non invertente. Costanza del prodotto banda-guadagno. Sommatore. Amplificatore differenziale. Amplificatore per strumentazione.
Amplificatore operazionale come circuito integratore e derivatore ideale e reale.
Non idealità dell’amplificatore operazionale: tensione di offset, correnti di polarizzazione e di offset;slew rate, CMRR. Esercizi.


Diodi (8 h)
Introduzione all’elettronica dello stato solido:metalli, ossidi e semiconduttori. Silicio cristallino intrinseco, di tipo n e di tipo p. Livello di Fermi in semiconduttori intrinseco, p ed n. Equazione della corrente di deriva e di diffusione. Giunzione p-n: struttura a bande, funzionamento in diretta e inversa, equazione della corrente. Corrente di saturazione inversa. Diodo: simbolo circuitale. Risoluzione di circuiti contenenti diodi con il metodo grafico. Modello a stati del diodo. Limitatori di tensione. Modello per piccoli segnali del diodo. Diodo Zener: funzionamento e simbolo circuitale. Alimentatore in continua: rettificatore a diodi, ponte di diodi, filtro RC, ripple, stabilizzatore di tensione con Zener. Super diodo. Esercizi.

BJT (20 h)
Transistor bipolari a giunzione (BJT): struttura, funzionamento ed equazione delle correnti. Modello di Ebers-Moll. Caratteristiche di ingresso e di uscita. Effetto Early. Risoluzione di circuiti contenenti BJT: metodo grafico, metodo degli stati. Modello per grandi segnali del BJT in zona attiva, di interdizione e di saturazione. Circuiti di polarizzazione dei BJT: singola e doppia alimentazione, con resistenza di emettitore. Circuito di polarizzazione del BJT con generatore di corrente. Il transistor BJT come amplificatori. Modello per piccoli segnali. Condensatori di blocco e di bypass. Retta di carico statica e dinamica. Esercizi.
Configurazione universale dei BJT come amplificatori. Amplificatore a emettitore comune semplice e con resistenza di degenerazione.Continuazione dell’amplificatore ad emettitore comune con resistenza di degenerazione. Amplificatore a collettore comune e a base comune. Esercizi.
Generatori di corrente: semplice, di Widlar. Confronto tra progetto di uno specchio di corrente semplice e uno di Widlar. Specchio di corrente asimmetrico. Polarizzazione nei circuiti integrati con specchi di corrente. Esercizi.
Cella differenziale: funzionamento per grandi segnali. Segnale di ingresso differenziale e di modo comune. Guadagno differenziale e di modo comune con il metodo del mezzo circuito. CMRR. Struttura interna dell’op-amp: cella differenziale, emettitore comune, collettore comune. Cella differenziale con carico attivo. Cella differenziale con ingresso asimmetrico. Esercizi.

MOSFET(10 h)
Transistore MOSFET a canale n ad arricchimento: struttura, principio di funzionamento, equazioni della corrente. Regioni di triodo, pinch-off e interdizione: circuiti per grandi segnali. Caratteristiche di uscita Id-VDS e transcaratteristica Id-VGS in regione di pinch-off. Transistore MOSFET a canale p ad arricchimento. Circuiti di polarizzazione del MOS ed esercizi. Il transistore MOS come amplificatore. Circuito per piccoli segnali del MOSFET. Calcolo dei guadagni e delle resistenze di ingresso e di uscita nelle configurazioni a source, drain e gate comune. Specchio di corrente semplice a MOS. Cella differenziale a MOS. Esercizi.
Transcaratteristica del source comune. Amplificatori NMOS con carico attivo ad arricchimento. Effetto body. Amplificatori CMOS: struttura fisica e rappresentazione circuitale, specchio di corrente semplice, transcaratteristica, guadagno per piccoli segnali. Invertitore CMOS: transcaratteristica e guadagno per piccoli segnali. Esercizi.

Risposta in frequenza (10 h)
Generalità sulla risposta in frequenza degli amplificatori. Metodo delle costanti di tempo. Risposta in bassa frequenza del source comune e emettitore comune. Risposta in alta frequenza degli amplificatori. Metodo delle costanti di tempo. Modello in alta frequenza del MOSFET e del BJT. Risposta in alta frequenza del source comune e dell’emettitore comune. Effetto Miller. Calcolo delle frequenza di transizione del MOSFET. e del BJT. Risposta in alta frequenza del base comune e del collettore comune. Amplificatori a larga banda: CC-CE, cascode. Esercizi.

Funzioni elettroniche speciali (4 h)
Operazioni analogiche tramite op-amp: logaritmi, radici quadrate. Comparatori realizzati tramite operazionali. Rettificatori di precisione: superdiodo.
Generatori di forme d’onda non sinusoidali: trigger di Smith in configurazione invertente e non-invertente, multivibratore astabile. Multivibratore monostabile.

Elettronica digitale (16 h)
Introduzione all’elettronica digitale. Sistema di numerazione binario. Invertitore ideale e non-ideale: caratteristiche di trasferimento. Parametri caratteristici: margini di rumore, potenza dissipata, tempi di propagazione, tempi di salita e discesa, PDP.
Cenni sull’algebra booleana e sul sistema di numerazione binario. Sintesi di funzioni logiche tramite MINTERM.
Invertitore CMOS: caratteristica di trasferimento, calcolo dei margini di rumore, della potenza dissipata per ingressi istantanei e del tempo di propagazione. Caratteristica dell’invertitore CMOS in funzione del rapporto tra tensione di alimentazione e tensione di soglia. Porte NAND e NOR: tabelle di verità e loro realizzazione in tecnologia CMOS.
Circuiti combinatori: decodificatore, multiplexer e demultiplexer. Sommatore: half adder, full adder.
Macchine sequenziali: asincrone, sincrone e master-slave. Latch, flip-flop SR. Flip-flop JK, Master-slave, T, D. Contatori asincroni.

Conversione A/D e D/A (2 h)
Conversione A/D: principi generali. Sample Hold. Pass-transistor. Convertitori A/D: flash e a doppia rampa. Convertitori D/A: a scala R-2R.

Testi adottati

S. Sedra, K. Smith, “Circuiti per la Microelettronica”, Edizioni Ingegneria 2000

Prerequisiti

Fondamenti di elettrotecnica e di fisica II.

Modalità di svolgimento

Le lezioni e le esercitazioni si svolgono in modalità mista.

Modalità di frequenza

La frequenza non è obbligatoria ma è fortemente consigliata.

Modalità di valutazione

La prova scritta consiste in una serie di esercizi atti a verificare il grado di conoscenza degli argomenti del corso.
La prova orale consiste in una o più domande atte a verificare la capacità dello studente di collegare le varie parti del programma.

Data inizio prenotazione	Data fine prenotazione	Data appello
27/12/2022	10/01/2023	16/01/2023
24/01/2023	12/02/2023	16/02/2023
27/02/2023	06/03/2023	11/03/2023
20/05/2023	04/06/2023	13/06/2023
25/06/2023	10/07/2023	17/07/2023
25/08/2023	06/09/2023	15/09/2023
25/09/2023	10/10/2023	14/10/2023
27/12/2023	05/01/2024	11/01/2024