Diapositiva 1 - INFN-LNF

Attività Sperimentale 2007
Elettronica
Simulazione elettronica analogica
e digitale con SPICE e
progettazione di un layout
Studenti Partecipanti allo stages:
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ACATRINEI Razvan
CAMPISANO Stefano
CARRARINI Mauro
COCULO Matteo
CRISMARU Alexandru
FIGARA Matteo
GIGI Emanuele
GIORGI Francesco
MASSARO Davide
MATTEI Daniele
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NOTO LA FAVIA Dario
NUCCIARELLI Flavio
PAGNOTTA Andrea
PALITTI Mirko
PERETTI Alessandro
RAICA Catalina Mihaela
RUGGER Luca
SPINETTI Alessandro
TRINGHIERI Luigi
VITTORI Marco
Indice
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
Fasori
Caratteristiche generali del simulatore
Tipologie di analisi possibili con Spice:

DC Operating Point

AC Analysis

Transient Analysis

Temperature Sweep

DC Sweep
Progetti sviluppati con il simulatore:

Analisi di un Trasformatore

Curve caratteristiche del diodo e del transistor

Andamento del Beta

Analisi del Filtro RC - CR

Analisi del Circuito Risonante RLC

Progettazione di un Alimentatore Stabilizzato
Progetto finale:

Preamplificatore a transimpedenza con correzione DC
Metodo Simbolico:
Regime permanente sinusoidale

Se ad una rete elettrica, qualunque essa sia, viene
applicato un segnale sinusoidale con pulsazione w, il
segnale d’uscita dopo un periodo transitorio sarà
anch’esso un segnale sinusoidale con pulsazione w.
Rete elettrica
Vi*cos(w*t)
+
+
Vin
-
Vout
-
Vo*cos(w*t-f)
Regime permanente sinusoidale



In altri termini, l’analisi della rete elettrica può essere
semplificata, passando dal dominio del tempo a quello
dei “fasori”.
I fasori spostano l’analisi dal campo reale a quello
complesso.
Il termine che contiene cos(w*t) viene ridotto
considerando solo modulo e fase.
Vi* cos(w*t)  Vi
Vo*cos(w*t-f)  Vo*exp(-jf)
Regime permanente sinusoidale

I fasori si rappresentano nel campo complesso (spazio a
due dimensioni)
Parte immaginaria
Vi
f
Vo*exp(-jf)
Parte reale
Impedenze

Nel dominio dei fasori R , 1/jwC e jwL prendono il nome
di “impedenze”. Una generica impedenza si indica con il
simbolo Z.

L’impedenza è molto simile alla resistenza nel dominio
del tempo poichè esprime il rapporto tra tensione e
corrente.

In caso di più componenti è possibile calcolare il valore
dell’impedenza equivalente.
Impedenze

Impedenza serie
R

Zeq = R + 1/jwC
1/jwC
Impedenze

Impedenza parallelo
R
1/jwC

Zeq = (1/R + jwC)-1
Impedenze

Si possono applicare anche teoremi importanti come il
teorema di Thevenin e il teorema di Norton.
Z1
Veq
Z3
V
Z2
Zeq
Impedenze

La rappresentazione delle impedenze sul piano
complesso diventa
Parte immaginaria
jwL
R
Parte reale
1/jwC
Caratteristiche generali del simulatore



I programmi di simulazione circuitale
costituiscono uno strumento di estrema utilità
per chi si occupa di progettazione di circuiti
elettronici
Essi rendendo semplici le verifiche funzionali di
un progetto
Il simulatore SPICE “Simulation program With
Integrated circuit Emphasis” è utilizzato
universalmente per la simulazione di circuiti
elettronici analogici e digitali
DC Operating Point




Questo tipo di analisi definisce il punto di lavoro
“in regime continuo” di un circuito elettrico
È usata per determinare le condizioni di
lavoro di uno o più dispositivi elettronici
Per osservare le funzioni di trasferimento dei
elementi non lineari (es: diodi, transistor, MOS).
Per determinare le condizioni iniziali degli
elementi reattivi nel dominio del tempo
DC Operating Point
AC Analysis


Questo tipo di analisi, elabora la risposta in
frequenza di un circuito elettrico, costituiti da
elementi lineari (es: resistenza, induttanza,
capacità, trasformatore, generatore di tensione
e di corrente)
Esso ipotizza le sorgenti del segnale
sinusoidale la cui frequenza è la variabile
indipendente
AC Analysis
Transient Analysis

Questa analisi elabora la risposta nel dominio
del tempo, essendo una variabile indipendente,
di un circuito elettrico

L’analisi del transitorio permette di valutare il
comportamento di una circuito elettrico, come lo
si farebbe con uno oscilloscopio su un realistico
circuito
Transient Analysis
Temperature Sweep

Questa analisi ha come parametro variabile la
temperatura a cui si trova il circuito

Per ciò che riguarda i modelli di molti
comportamenti, si riproducono diversi fenomeni
legati alla temperatura
Temperature Sweep
(Curve caratteristiche del diodo)
DC Sweep

Questo tipo di analisi, esegue ripetute interazioni
DC (corrente continua) sequenziali,
considerando in ciascuna un valore per una o
più sorgenti DC presenti nel circuito elettrico

Permette di tracciare le funzioni di trasferimento
in DC di un dispositivo attivo
DC Sweep
Analisi di un Trasformatore
Studio e simulazioni di accoppiamento tra
induttori
 Misura di una induttanza
 Studio della curva di Isteresi che
rappresenta il campo magnetico e la
permeabilità magnetica

Analisi di un Trasformatore
Andamento del Beta
Si è studiata la configurazione del BJT in
funzione della corrente di polarizzazione;
 Studio e dimostrazione del Beta di un BJT;
 Calcolo e verifica, per mezzo delle
simulazioni con Spice, della polarizzazione
con dispositivi a semiconduttore, tramite lo
studio del gm = ΔIc/Kt.

Andamento del Beta
Analisi del Circuito Risonante
RLC
Studio della variazione d’ impedenza in
funzione della frequenza
 Simulazioni del modulo e della fase
 Definizione di Banda passante (frequenza
di taglio)
 Analisi comportamentale in risonanza

Circuito Risonante RLC
Modulo - Fase
Analisi del filtro RC - CR

Si definisce Banda Passante la frequenza in cui
l’ampiezza del segnale si attenua di -3dB

Il circuito RC, noto come Passa – Basso, è una
tipologia di filtro che ha la caratteristica di
attenuare le frequenze alte

Il circuito CR, noto come Passa – Alto, ha la
caratteristica di far passare solo le alte
frequenze attenuando le basse
Andamento uscita filtro
Filtro RC – CR (Passa – Banda)
Modulo - Fase
Progettazione di un
Alimentatore Stabilizzato
Progetto di un trasformatore con ponte di
Graetz
 Progetto funzionale di uno stadio di
regolazione lineare
 Simulazioni di: regolazione della tensione
in uscita, studio statico e dinamico

Alimentatore Lineare
Preamplificatore a transimpedenza
con correzione DC

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





Simulazione e progetto a blocchi
Analisi dello stadio di guadagno e di ingresso
Analisi del driver in configurazione Push – Pull per piccoli
carichi
Guadagno di transimpedenza
Stabilità in temperatura e compensazione in frequenza
Prodotto guadagno banda
Regolazione dell’Offset
Progetto del circuito stampato (Studio del Layout)
Circuito elettrico di un
preamplificatore
Uscita/Ingresso
RINGRAZIAMENTI

All’ organizzazione del SIS-Divulgazione, per
l’efficienza dell’ organizzazione e l’ accoglienza;

Al Professore Mario Calvetti Direttore dell’ INFN per
la sua disponibilita’ allo svolgimento dei corsi;

Ai nostri professori per essersi impegnati nella
realizzazione dello stage.
Tutori
Bazzi Massimiliano
Corradi Giovanni
Tagnani Diego