Elettronica (136II) – Primavera 2018

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Programma, lezioni, materiali, modalità d’esame

Introduzione

Amplificatori

  • Sistemi a due porte. Circuito equivalente [Video]
  • Classificazione degli amplificatori [Video]
  • Amplificatori in cascata. Effetto sulla funzione di trasferimento [Video]
  • Amplificatore operazionale. Architettura degli amplificatori operazionali. A. O. ideali e non idealità. [Video]
  • Amplificatore invertente. Approssimazione di corto circuito virtuale. Amplificatore non invertente. [Video]
  • Sommatore, derivatore e integratore [Video]
  • Comportamento in frequenza dell’amplificatore. Amplificatore a polo dominante e amplificatore non compensato [Video]
  • Effetto del polo dominante su amplificatore invertente e integratore. [Video]

Materiale:

  • Note prese in diretta dalle lezioni del 2018 [pdf]
  • Piano di studio: Millman, sezioni 10.21, 10.22, 14.1, parte di 14.6(solo correnti e tensioni di offset, corrente di polarizzazione di ingresso)

Filtri

Lezioni tenute dal Prof. Gianluca Fiori

  • Definizione dei filtri ideali passabasso, passabanda, passaalto, elimina banda.
  • Definizione e requisiti di un filtro reale passabasso e passabanda.
  • Funzioni di trasferimento biquadratiche (LP,BP, HP, notch).
  • Cella di Sallen-Key passabasso e passaalto.
  • Filtri di Butterworth e di Chebyshev.
  • Filtro passaalto e passabasso del primo ordine.
  • Filtri biquadratici passa banda (Sallen Key e Delyannis) e filtro notch a doppio T pontato.
  • Filtri Sfasatori: definizione e collocazione di poli e zeri. Filtro sfasatore del primo ordine con operazionali.

Materiale:

Amplificatori in reazione

  • Concetto di sistema in reazione e circuiti in reazione. Amplificatori reazionati ideali (b e A unidirezionali, indipendenti dall’impedenza del carico e della sorgente). Proprietà degli amplificatori in reazione (riduzione della sensibilità e delle distorsioni non lineari). [Video]
  • Prelievo di tensione o di corrente (prelievo parallelo o serie), inserzione di tensione o di corrente (inserzione serie o parallelo). Impedenza degli amplificatori reazionati. Proprietà delle varie configurazione di amplificatore reazionato. Casi SP [Video], SS [Video], PP [Video], PS [Video]. Esercizio [Video]
  • Effetto della reazione sui poli di un sistema con un polo e con due poli [Video]

Materiale

  • Note prese in diretta dalle lezioni 2018 [pdf]
  • Piano di studio: Millman, sezioni 12.1, 12.2, 12.3, 12.4 (tranne la riduzione del rumore che non è vera), 12.5 (tranne la formula dell’impedenza di Blackman), 12.6, 13.1. Il trattamento della reazione per le varie configurazioni tenendo conto delle impedenze di ingresso e uscita della rete di reazione e di amplificazione è da cercarsi negli appunti delle lezioni sull’argomento.

Oscillatori

  • Introduzione agli oscillatori sinusoidali. Condizioni di oscillazione e criterio di Barkhausen all’innesco e a regime. [Video]
  • Oscillatore a ponte di Wien. Controllo dell’ampiezza dell’oscillazione con NTC, PTC. Oscillatore a rete di sfasamento. [Video]
  • Oscillatori basati sul teorema dei tre punti. Oscillatori di Colpitts e di Hartley. [Video][Video esercizi]
  • Cristalli di quarzo: circuito equivalente. Uso dei cristalli di quarzo per realizzare oscillatori di Hartley e Colpitts stabili in frequenza. [Video del corso 2018]

Materiale:

  • Note dalle lezioni del corso del 2018 sugli oscillatori [pdf]
  • Piano di Studio: Millman, sezioni 15.1, 15.2, 15.3, 15.4, 15.5

Comparatori e circuiti a scatto

Lezioni tenute dal Prof. Fiori nel 2018

  • Comparatori.
  • Generatore di impulsi a partire da una sinusoide.
  • Comparatore rigenerativo (trigger di Schmitt).
  • Generatori d’onda quadra e triangolare.
  • VCO
  • Multivibratori monostabile con trigger di Schmitt: retriggerabile e non retriggerabile.

Materiale:

Dispositivi a semiconduttore

  • Conduzione in un metallo e corrente di deriva [Video]
  • Cos’è un semiconduttore, in cosa differisce da un metallo e da un isolante. Elettroni e lacune; dipendenza della conducibilità dalla temperatura. [Video]
  • Semiconduttori estrinseci e intrinseci. Drogaggio con donatori (As, Sb, P) o accettori (B). Corrente di deriva e diffusione [Video 1][Video 2]
  • Giunzione p-n all’equilibrio e fuori equilibrio. Regione di svuotamento e barriera di potenziale per la diffusione delle cariche mobili. Caratteristica I-V qualitativa ed espressione analitica. Corrente di saturazione, fattore di idealità, Vt. [Video]
  • Modello del diodo di grande segnale [Video del corso 2017]. Raddrizzatore a singola semionda. [Video del corso 2017]
  • Modello del diodo di piccolo segnale. [Video del corso 2015]
  • Capacità differenziali del diodo [Video del corso 2015]
  • Breakdown di tipo Zener e a valanga. Regolatore di tensione con diodo Zener. [Video]
  • Principio di funzionamento del Transistore bipolare a giunzione e modello di Ebers e Moll [Video]
  • Regioni di funzionamento del BJT [Video]
  • Modello di grande segnale del BJT [Video]
  • Modello di piccolo segnale del BJT in bassa frequenza [Video]
  • Riepilogo del BJT e caratteristiche di uscita a emettitore comune [Video]
  • Circuito di giacoletto e limiti di funzionamento del BJT [Video]
  • Principio di funzionamento del MOSFET a inversione e caratteristiche in continua [Video]
  • Principio di funzionamento del JFET e caratteristiche in continua [Video]
  • Modello di piccolo segnale del FET in bassa frequenza e in alta frequenza. MOSFET a canale p. Simboli circuitali [Video]

Materiale:

  • Note prese in diretta dalle lezioni 2018 [pdf]
  • Piano di studio: Millman, Sezioni 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 2.9, 2.10, 2.11, Sezioni 3.1, 3.2, 3.3, 3.5, 3.6 (solo discussione qualitativa, senza formule), 3.7, 3.10, 3.13, note delle lezioni sui modelli per il piccolo segnale), 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.6, 4.7, 4.8, 4.9, 4.10, 4.14, 4.15

Configurazioni elementari di amplificatori a bassa frequenza

  • Importanza della corretta polarizzazione dei transistori. Polarizzazione del BJT nei circuiti a componenti discreti e integrati. Sensibilità del punto di riposo a variazioni di bF e della temperatura (esempio numerico). Polarizzazione dei FET e sensibilità del punto di riposo a variazioni della tensione di soglia o di pinch-off. [Video]
  • Stadi amplificatori con transistori bipolari a centro banda. Amplificatore a emettitore comune, Amplificatore comune con resistenza sull’emettitore, Amplificatore a collettore comune, Amplificatore differenziale a transistori bipolari. [Video 1 di 2][Video 2 di 2]
  • Stadi amplificatori a FET a centro banda. Amplificatori a source comune e a drain comune. Confronto [Video]

Materiale:

  • Note dalle lezioni del corso del 2018 sugli amplificatori con un transistore (una lezione è stata svolta alla lavagna [pdf]
  • Piano di studio: Millman, sezioni 10.1, 10.2, 10.3, 10.4, 10.6, 10.7, 10.8, 10.9, 10.10, 10.11, 10.12, 10.13., 10.14, 10.15, 10.16, 10.17, 10.18, 10.19

Simulazione numerica di circuiti elettronici

Il programma di simulazione di circuiti elettronici SPICE [Video]

  • Note dalle lezioni del corso del 2018 su Spice [pdf]

Risposta in frequenza dei circuiti elettronici.

Materiale:

  • Note dalle lezioni del corso del 2018 [pdf]
  • Note sullo svolgimento di un esercizio [pdf]
  • Piano di studio: Millman, sezioni 11.1, 11.3, 11.4, 11.5, 11.6, 11.7, 11.8, 11.11, 11.12, 11.13 e appunti dalle lezioni. Una trattazione del calcolo dei limiti di banda simile a quella presentata a lezione si puo’ trovare sul Sedra-Smith, sezione 7.2

Alimentatori

  • Raddrizzatore a semplice semionda e a doppia semionda. Raddrizzatore a ponte. Filtri raddrizzatori. Definizione di ripple.
  • Regolatori serie e regolatori switching [Video del 2018]

Materiale:

  • Note dalle lezioni del corso del 2018 [pdf]
  • Piano di studio: Millman sezioni 17.1, 17.2, 17.3, 17.4, 17.5, 17.6,  appunti delle lezioni

Circuiti Elettronici Digitali

Definizione dei livelli logici. Caratteristiche di un inverter ideale. Inverter reale: caratteristica di trasferimento, fan in, fan out, margini di rumore, dissipazione di potenza. Definizione dei tempi di salita e di discesa, tempi di propagazione.

Logica CMOS: Inverter CMOS Calcolo della caratteristica di trasferimento. Zone di funzionamento dei pMOS e degli nMOS in un inverter. Inverter compensato. Margini di rumore. Calcolo dei tempi di propagazione di un inverter CMOS. Porte logiche. Sintesi della rete di pull up e di pull down di una porta logica complessa. Dimensionamento dei transistori nelle porte logiche complesse. Transistori di passo e porte di trasmissione nella realizzazione di funzioni logiche.

Realizzazione di decoder, demultiplexer, multiplexer e encoder. Memorie di sola lettura (ROM). Realizzazione a diodi, a BJT multiemettitore, a nMOSFET. Indirizzamento bidimensionale. Logica programmabile PROM, PAL, PLA, Flash EEPROM. Latch, latch bistabile, Flip-Flop SR sincrono e asincrono. Flip-Flop D. Timer 555: realizzazione di multivibratori monostabile e astabile. Multivibratori astabili e monostabili realizzati con porte logiche. Memorie ad accesso casuale (RAM). Memorie statiche e dinamiche.

Materiale:

  • Piano di studio: Millman, sezioni 6.4, 6.8, 6.9, appunti dalle lezioni sulla famiglia CMOS. Le lezioni sulla famiglia CMOS sono tratte dal Sedra-Smith, sezioni 13.1.2, 13.2 , 13.3, 13.5, Milmann: sezioni 7.6, 7.7, 7.8, 7.9, 7.10, .7.12, 7.13, 7.14, 7.15, 8.1, 8.2, 8.3, 15.6, 15.12, 9.4, 9.5.
  • Note dalle lezioni del corso del 2017 [pdf]

 

Riferimenti:

  • J. Millman and A. Grabel, “Microelettronica”, McGraw-Hill, 1994.
  • A. S. Sedra, K. C. Smith, “Microelectronic Circuit”, Oxford University Press, 1998.
  • AA.VV. “Caratteristiche di componenti elettronici e circuiti integrati”, a cura di G. Iannaccone, Servizio Editoriale Universitario, 2003.

Modalità d’esame

Prerequisito

Consegna delle relazioni sugli esercizi assegnati durante il corso.  Altrimenti non è possibile sostenere l’esame.

Prova scritta

La prova scritta due ore, e prevede 3 domande o esercizi su tutti gli argomenti del corso. È proibito consultare appunti o altro materiale – eccetto i datasheet necessari per svolgere gli esercizi – ed è proibito comunicare con altri. Non si può uscire.

Prova Orale

Due domande o esercizi su tutti gli argomenti del corso. 21 esempi di domande in questa pagina

Altro materiale

Data sheet per lo svolgimento degli esercizi