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Milestones in Electronics Year Event 1884 American Institute of Electrical Engineers (AIEE) formed 1895 Marconi first radio transmissions 1904 Fleming Valve (Diode Vacuum Tube) 1906 Pickard - Solid-state Point-contact diode (Silicon) 1906 Deforest - Triode Vacuum Tube (Audion) - Age of electronics begins 1910-1911 "Reliable" tubes fabricated 1912 Institute of Radio Engineers (IRE) Founded 1907-1927 Diodes and Triodes - First Radio Circuits 1920 Armstrong invents super heterodyne receiver 1925 TV demonstrated 1925 Lilienfeld files patent application on the field-effect device 1927-1936 Multigrid Tubes 1933 Armstrong invents FM modulation 1935 Heil receives British patent on a field-effect device 1940 Radar developed during World War II; TV in limited use 1947 Bipolar Transistors Invented by Bardeen, Brattain & Shockley at Bell Laboratories 1950 Color TV begins 1952 Shockley describes the unipolar field-effect transistor 1952 Commercial production of silicon bipolar transistors at Texas Instruments 1956 Bardeen, Brattain & Shockley Receive Nobel Prize for Invention of Bipolar Transistors 1958 Simultaneous Development of the Integrated Circuit by Kilby at Texas Instruments & Noyce and Moore at Fairchild Semiconductor 1961 First commercial digital IC available from Fairchild Semiconductor 1963 AIEE and IRE Merge to become the Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) 1967 First Semiconductor RAM (64 bits) discussed at the IEEE International Solid-Sate Circuits Conference (ISSCC) 1968 Introduction of the first commercial IC operational amplifier - the A709 - by Fairchild Semiconductor 1970 1-transistor dynamic memory cell invented by Dennard at IBM 1971 Introduction of the 4004 microprocessor by Intel 1972 First 8-bit Microprocessor - The Intel 8008 1974 First commercial 1 kilobit memory chip 1974 Introduction of the 8080 microprocessor 1978 First 16-bit Microprocessor 1984 Megabit Memory chip 1995 Experimental Gb Memory Chip Presented at the IEEE ISSCC 10 10 10 9 Chip Density (Bits/Chip) 10 8 10 7 10 6 10 5 10 4 10 3 10 2 1965 1970 1975 1980 1985 Year 1990 1995 2000 Figure 1.2 - Memory chip density as a function of time based upon first paper presentation at the IEEE International Solid-State Circuits Conference (ISSCC) 10 7 P6 Pentium Number of Transistors 10 6 486DX 386SX 10 5 68040 68030 80286 8086 10 4 8085 6800 8080 4004 10 3 19 70 19 75 19 80 19 85 19 90 19 95 20 00 Year Figure 1.3 - Microprocessor complexity versus time Levels of Integration in Digital Circuits Date Historical Reference Components/chip 1950 1960 1966 1969 1975 1990 Discrete components 1-2 SSI - Small-scale Integration < 102 MSI - Medium-scale integration 102 - 103 LSI - Large-scale integration 103 - 104 VLSI - Very-large-scale integration 104 - 109 ULSI - Ultra-large-scale integration > 109 v(t) or i(t) t Figure 1.6 - An analog signal Amplitude High Level "1" Low Level "0" t Figure 1.5 - A time varying binary digital signal ___________________________________________________________ Frequencies Associated with Common Signals ___________________________________________________________ Category Frequency Range Audible sounds 20 Hz - 20 kHz Baseband video (TV) signal 0 - 4.5 MHz AM radio broadcasting 540 - 1600 kHz High frequency radio communications 1.6 - 54 MHz VHF television (Channels 2-6) 54 - 88 MHz FM radio broadcasting 88 - 108 MHz VHF television (Channels 7-13) 174 - 216 MHz UHF television (channels 14 - 69) 470 - 806 MHz Cellular telephones 824 - 892 MHz Satellite television 3.7 – 4.2 GHz Antenna RF Amplifier and Filter Mixer (88 - 108 MHz) IF Amplifier and Filter Audio Amplifier FM Detector 10.7 MHz 50 Hz - 15 kHz Local Oscillator Speaker (77.3 - 97.3 MHz) Schema a blocchi di un ricevitore radio FM COMPONENTI BASE DEI CIRCUITI ELETTRONICI: Passivi Lineari Non lineari Attivi Resistenze Capacità Induttanze Diodo Transistore bipolare Transistore a effetto di campo Amplificatore operazionale DEFINIZIONE DI COMPONENTE LINEARE: le tensioni ai capi dei terminali sono legate alle correnti nei terminali stessi da operatori lineari (moltiplicazione per una costante, integrale, derivata). Per essi vale il principio di sovrapposizione degli effetti (PSE) Esempio: confronto fra la caratteristica di un resistore e quella di un diodo. Per il resistore: data I = I1 + I2 ove I = f(V ) , I1 = f (V1 ), I2 = f (V2 ) Per il diodo: data V = V1 + V2 I = I1 + I2 ove I = f(V ) , I1 = f (V1 ), I2 = f (V2 ) V < V1 + V2 Il funzionamento dei componenti non lineari può tuttavia essere considerato lineare con riferimento a una zona limitata delle caratteristiche. MODELLI DEI COMPONENTI Modello black-box (BB) Monoporta (1-port) V=K•I K [] Si definisce 1! Tensione e 1! Corrente ai terminali Biporta (2-port) V1 = K11 I1 + K12 I2 V2 = K21 I1 + K22 I2 Si definisce una tensione e una corrente a ciascuna coppia di terminali (IN, OUT) Questo modello consente già una descrizione funzionamento elettrico del componente. completa del Modello fisico Esprime i legami fra le variabili elettriche tenendo conto dei parametri strutturali/composizionali (fisica) del componente e dei parametri esterni (condizioni di polarizzazione, temperatura, etc..) mediante relazioni analitiche. I = I0 (eqV/KT –1) Es. diodo a semiconduttore: dove I0 tiene conto dei parametri costitutivi della giunzione p-n. Modello circuitale lineare E’ costituito da una rete di elementi lineari attivi e passivi il cui comportamento elettrico riproduce fedelmente quello riscontrato ai terminali del componente in esame nelle condizioni operative specificate. PARTITORI DI TENSIONE E CORRENTE v + R vS 1 8k 1 + R iS 10 V - v2 2k Resistive voltage divider V1 = VS R1 / (R1 + R2 ) V2 = VS R2 / (R1 + R2 ) 2 - i1 R iS R 1 5 mA i2 + vs 2 3k 2k Resistive current divider I1 = IS R2 / (R1 + R2 ) I2 = IS R1 / (R1 + R2 ) GENERATORI E CARICHI Causa Effetto Generatore Carico Circuito che eroga Tensione o corrente Circuito a cui viene imposta (assorbe) tensione o corrente Anche quando il circuito è complesso ci si può riportare a questa schematizzazione semplificata. Generatori ideali di tensione e corrente + VS IS - d.c. (valore assoluto) o a.c. (valore r.m.s.) Secondo le convenzioni sui versi di percorrenza delle correnti (positivi se uscenti) associati alle polarità delle tensioni, i generatori sono caratterizzati da una potenza negativa, cioè erogano potenza. Generatori reali • Potenza max erogabile (V*I) Se un generatore di tensione viene chiamato a pilotare una resistenza di carico troppo piccola, può eccedere il limite di potenza max erogabile perché è chiamato a fornire una corrente elevata per mantenere la tensione specificata. Analogamente, un generatore di corrente chiuso su una resistenza di carico troppo grande può eccedere il limite di potenza max erogabile perché si sviluppa ai suoi capi una tensione di valore elevato. Resistenza interna o di generatore: nei generatori reali di tensione occorre considerare l’effetto di una resistenza r serie interna ai terminali di accesso e, in modo duale, nei generatori di corrente l’effetto di una conduttanza g in parallelo. Quindi, affinchè i generatori si possano componenti ideali occorre che il carico sia: RL » r e GL ›› g approssimare a Generatori dipendenti o controllati + v1 g mv1 i 1 i1 (a) VCCS (b) CCCS + v1 A v1 i 1 i1 (c) VCVS (d) CCVS Controlled Sources (a) Voltage-controlled current source - (VCCS) (b)Current-controlled current source - (CCCS) (c) Voltage-controlled voltage source - (VCVS) (d) Current-controlled voltage source - (CCVS). Questi elementi sono impiegati frequentemente nella schematizzazione del comportamento (circuito equivalente) dei componenti attivi.
