Argomenti svolti a lezione e nelle esercitazioni

Programma del Corso di (/(77521,&$per allievi elettrici A.A. 1999-2000 (Prof. G. Spiazzi)
7HVWRGLULIHULPHQWRRichard C. Jaeger, 0LFURHOHWWURQLFD, Mc Graw Hill (ISBN 88-386-0758-3)
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Introduzione agli amplificatori lineari. Condizioni di non distorsione di ampiezza e di fase. Rappresentazioni di un
quadripolo lineare: a parametri g, h, y, z. Amplificatori di corrente. Resistenze di ingresso e di uscita. Amplificatori
ideali di tensione e di corrente. Introduzione agli amplificatori differenziali e operazionali. Caratteristiche degli
amplificatori operazionali ideali. Amplificatore invertente e non invertente: calcolo del guadagno e delle resistenze di
ingresso e di uscita. Amplificatore differenziale con amplificatore operazionale ideale. Amplificatore sommatore e
integratore. Risposta in frequenza dell’amplificatore invertente e non invertente: amplificatori passa basso, passa alto e
rete polo-zero. Analisi del guadagno, della resistenza di ingresso e della resistenza di uscita di un amplificatore in
configurazione invertente e non invertente nell’ipotesi di guadagno finito dell’amplificatore operazionale, di resistenza
di ingresso finita e di resistenza di uscita non nulla rispettivamente. Dipendenza della tensione di uscita di un
amplificatore operazionale dalla componente di tensione di ingresso di modo comune: definizione di CMRR. Effetto del
CMRR sul guadagno di tensione di un inseguitore. Definizioni di tensione di offset, correnti di bias e di offset e loro
effetto nello schema dell’amplificatore invertente. Limitazione di corrente di uscita e di Slew Rate. Utilizzo
dell’amplificatore operazionale come comparatore. Analisi del comparatore dal punto di vista della retroazione positiva.
Analisi del trigger di Schmitt invertente con retroazione statica e dinamica (con condensatore).
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Analisi della conducibilità di un semiconduttore intrinseco: rappresentazione mediante legame covalente e a bande di
energia. Calcolo della corrente di deriva. Drogaggio dei semiconduttori di tipo n e di tipo p: calcolo delle concentrazioni
dei maggioritari e dei minoritari. Corrente di diffusione. Esempio di semiconduttore con concentrazione non uniforme:
calcolo del potenziale di contatto. Generalità sulla giunzione p-n. Analisi della giunzione p-n: calcolo del campo
elettrico e della larghezza della zona di svuotamento. Polarizzazione diretta e inversa: legge della giunzione e analisi del
profilo di concentrazione dei portatori minoritari. Caratteristica corrente-tensione del diodo. Capacità di transizione e di
diffusione. Coefficiente di temperatura della tensione del diodo e della corrente di saturazione inversa. Tensione di
breakdown: moltiplicazione a valanga e effetto zener. Coefficiente di temperatura della tensione di breakdown. Modello
del diodo ideale, a caduta di tensione costante e con resistenza in polarizzazione diretta. Conduttanza differenziale per
l'analisi ai piccoli segnali. Esempio di regolatore di tensione con diodo zener. Circuiti di clipping e loro applicazioni.
Raddrizzatori ad una semionda con filtro capacitivo. Calcolo della tensione di uscita, dell’ondulazione e dell’intervallo
di conduzione del diodo. Potenza dissipata da un diodo. Raddrizzatori ad onda intera a ponte di Graetz e a trasformatore
con secondario a presa centrale. Il diodo in commutazione: tempo di immagazzinamento (storage time) e tempo di
recupero inverso (reverse recovery time). Generalità sul diodo Schottky e differenze rispetto ad un contatto ohmico.
Cenni ai fotorivelatori e ai diodi emettitori di luce (LED).
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Introduzione al transistor bipolare a giunzione (BJT). Calcolo delle correnti in un transistor npn in condizione arbitraria
di polarizzazione. Modello del trasporto per il transistor npn. Derivazione della corrente di trasporto dal profilo
approssimato della cariche minoritarie. Definizione dei possibili modi di funzionamento del BJT e espressioni
approssimate relative. Calcolo della tensione VCE di saturazione. Caratteristiche di uscita ad emettitore comune e a base
comune. Transcaratteristica. Calcolo della transconduttanza in zona attiva diretta. Modelli del BJT nelle diverse regioni
di funzionamento. Effetto early. Esempio di polarizzazione con due e con quattro resistori: effetto stabilizzante della
resistenza di emettitore. Circuito di polarizzazione con resistenza tra base e collettore. Specchio di corrente. Analisi
dello specchio di corrente tenendo in conto l'effetto early. Specchio di corrente di Widlar. Calcolo del tempo di transito
diretto in zona attiva diretta e della capacità di diffusione.
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Schema di base di un transistor MOSFET: analisi del comportamento a bassi valori della tensione drain-source (zona di
funzionamento lineare). Funzionamento del MOSFET in zona di saturazione: effetto di modulazione di lunghezza del
canale. Caratteristiche di trasferimento e di uscita. Cenni all'effetto body. MOSFET ad accrescimento e a svuotamento.
Schemi di polarizzazione a quattro resistenze e schema di autopolarizzazione per il MOSFET a svuotamento. Analisi
del JFET: caratteristiche di uscita e transcaratteristica. Equazioni descrittive in zona lineare e di saturazione.
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Amplificatori: concetto di circuito equivalente lineare per piccoli segnali. Modello ai piccoli segnali del diodo e del
transistor bipolare (BJT). Condensatori di bypass e di blocco. Amplificatore ad emettitore comune: calcolo del
guadagno e delle resistenze di ingresso e di uscita. Limiti di guadagno e fattore di amplificazione. Modello ai piccoli
segnali del MOSFET: differenze con il modello del BJT. Analisi dell'amplificatore a source comune: limiti di guadagno
e fattore di amplificazione. Modello ai piccoli segnali del JFET. Amplificatore ad emettitore comune con resistenza di
emettitore: calcolo del guadagno di tensione e di corrente e delle resistenze di ingresso e di uscita. Effetto della
resistenza di emettitore. Amplificatore a source comune con resistenza di source. Analisi dell'amplificatore a collettore
comune (drain comune). Concetto di adattatore di impedenza. Analisi dell'amplificatore ad base comune e a gate
comune. Effetto della resistenza di emettitore. Amplificatori multistadio: esempio di accoppiamento in AC e in DC.
Iniziata l'analisi ai piccoli segnali di un amplificatore multistadio. Amplificatore cascode: analisi ai piccoli segnali.
Analisi della configurazione darlington: calcolo del circuito equivalente ai piccoli segnali. Amplificatore differenziale:
calcolo del guadagno di modo differenziale. Amplificatore differenziale: calcolo del guadagno di modo comune.
Definizione e calcolo del CMRR. Utilizzo di generatori di corrente per aumentare il CMRR. Transcaratteristica ai
grandi segnali.
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Analisi dell'inseguitore di source ai grandi segnali: calcolo del rendimento. Analisi dell'emettitore comune ai grandi
segnali: retta di carico dinamica ed escursione massima del segnale. Analisi degli amplificatori in classe B: stadio pushpull complementare (ad inseguitore). Calcolo del rendimento e della massima dissipazione dei transistor. Analisi
termica in condizioni stazionarie: dimensionamento del dissipatore.
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Risposta in frequenza degli amplificatori a larga banda. Analisi in bassa frequenza di uno stadio a source comune.
Metodo delle costanti di tempo di cortocircuito per la stima della frequenza di taglio inferiore nell'ipotesi di esistenza di
un polo dominante. Esempio si applicazione alla configurazione emettitore comune. Modello ai piccoli segnali del
transistor bipolare in alta frequenza. Definizione e calcolo della frequenza di transizione. Metodo delle costanti di
tempo di circuito aperto per la stima della frequenza di taglio superiore nell'ipotesi di esistenza di un polo dominante.
Esempio di calcolo per l'emettitore comune. Teorema di Miller: confronto con l'analisi con il metodo delle costanti di
tempo. Stima della frequenza di taglio superiore negli stadi amplificatori a collettore comune e a base comune.
Comportamento in alta frequenza dell'amplificatore cascode.
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Principi di elettronica digitale. Transcaratteristica di un invertitore di tensione: margini di rumore. Esempi di logiche
AND, OR a diodi. Invertitori in tecnologia NMOS con carico attivo in saturazione ed in zona lineare. Invertitori in
tecnologia NMOS con carico a svuotamento. Invertitori CMOS. Analisi del flip-flop S-R. Flip-flop J-K master-slave.
Flip-flop di tipo D e T. Contatori asincroni. Generalità sui convertitori D/A: errori di linearità. Esempio del convertitore
D/A con rete R-2R. Generalità sui convertitori A/D. Principio di funzionamento qualitativo dei convertitori a contatore,
ad approssimazione successive, a rampa semplice, a doppia rampa e flash.