INDICE
ELETTRONICA II (prof Trifìletti)
Le informazioni ufficiali sul corso non sono contenute in questo indice, le dovete richiedere al docente stesso, così come tutte le altre informazioni che riguardano il programma e la modalità di sostenimento
dell'esame.
Indice, estratto da appunti relativi all'anno accademico 2010-2011, con lezioni tenute principalmente dal Prof. Trifìletti, materia Elettronica II, il numero più a sinistra fa riferimento ad appunti presi in classe, quello
immediatamente alla sua destra (presente dalla lezione 14), è relativo agli appunti delle lezioni sbobinati.
Gli aggiornamenti e completamenti di questo indice con gli eventuali link a materiale video verranno inseriti sempre sul sito www.PaoloEmiliozzi.it o www.PaoloEmiliozzi.com. nella sezione dedicata a Trifìletti, se
volete invece essere seguiti con lezioni private potete contattarmi al 3463103392.
9
10
11
11
LEZIONE 2
Amplificatore Operazionale in configurazione invertente (Ri, Ro, Av non ideale) Analisi con le conduttanze
Calcolo dell'impedenza di ingresso a ciclo chiuso
Calcolo della trans impedenza a ciclo chiuso
Controreazione I-V ideale calcolo di TZcl, Zincl, Zoutcl
Controreazione I-V reale e riporto delle non idealità
www.PaoloEmiliozzi.it
www.PaoloEmiliozzi.com
Lezioni private 3463103392
LEZIONE 3
Ripresa configurazione I-V
Legame tra errore e guadagno di anello
Assorbimento, da parte di una struttura controre azionata, delle variazioni di guadagno di catena diretta (esempio della cella
differenziale)
Amplificazione a ciclo chiuso, legame con ev, ec, eo
Sistema con un polo controreazionato: analisi in frequenza
Sistema con due poli controreazionato: analisi in frequenza, commento su smorzamento e velocità
Controreazione V-V ideale
Controreazione V-V reale
LEZIONE 4
Controreazione V-V reale (operazionale config non invertente)
Tecnica del luogo delle radici
LEZIONE 5
Esercizio con il balun
Esempi di tracciamento del luogo delle radici
Analisi dello smorzamento e stabilità
V-V, Zi e Zo in frequenza
Controreazione I-V a transistor, con fotodiodo (capacità del fotodi.)
Polarizzazione e trans caratteristica statica a maglia aperta
Dinamica e risposta non idealità
LEZIONE 6
Controreazione I-V, continua l'analisi dinamica (con i conti)
Modello dinamico
Luogo delle radici
Controreazione V-V (3.4.3, Marietti)
A maglia aperta non riuscirebbe a portare Vout a 0 (Als/ls)
Converte la vi in tensione di modo comune Vic=vi 499 Sedra
LEZIONE 7
Sapwin per un amplificatore di trans resistenza
Analisi di una rete passatutto
Sintesi della rete passatutto con una cella differenziale
Simulazione di un amplificatore di trans resistenza
LEZIONE 8
Controreazione V-V (3.4.3 Marietti)
Riepilogo caratteristiche statiche (ARc/Rc=5% il 3 si spegne
Tendenza all'idealità
29
o satura
Concetto di porta
Dettagliata analisi dinamica (conti)
Cella differenziale (emettitore comune degenerato)
Calcolo amplificazione vo/vi
Esercizio sulla cella differenziale, calcolo dell'impedenza di ingresso con vi, kvi, k=+l,-l, 1-e
LEZIONE 9
Controreazione I-I, con tutti i conti con le ammettenze
Circuito che non rientra nel modello classico di controreazione (possibile realizzazione dello stadio balun)
Balun con amp op controre azionato (problema sul modo comune)
Balun con cella differenziale (+v...-v, ovvia al problema del balun) conti a blocchi
www.PaoloEmiliozzi.it
www.PaoloEmiliozzi.com
Lezioni private 3463103392
LEZIONE 10
Balun con cella differenziale, realizzazione del -Av
uA741, amplificatore integrato stadio di ingresso
Dinamica di ingresso vi=vo/Av
Npn con carico pnp, commento, caratteristiche di uscita e
dinamica
Problemi se si avesse anche il carico npn
Compensazione in tensione ottenuta inseguendo il modo comune
LEZIONE 11
UA741
Ripresa dello stadio di ingresso, aggancio del nodo x al modo
comune
lo/vie costanza della somma delle correnti del trans
conduttore al variare del modo comune (1/Rx, vorremmo fosse
0)
Triplo contributo a Rx, l'ipotetica rn a causa
dell'inseguimento di tensione ai capi simula un resistere molto
più grande
OPA a due stadi di tipo CMOS (eliminando il finale in classe AB, solo con carico capacitivo)
Analisi dello stadio di ingresso
Reiezione del modo comune
Calcoli sulla cella differenziale
LEZIONE 12
OPA a due stadi
Fine analisi statica di ingresso, analisi poli e zeri
Circuito dinamico del 2° stadio, calcoli
Approssimazioni
Luogo delle radici a maglia aperta
Retroazione unitaria, caso peggiore
Analisi della frequenza di transizione e scelta del Cc
Esercizio: Impedenza di ingresso del secondo stadio dell'OPA a due stadi, sua modellizzazione circuitale
LEZIONE 13
Operazionale con base a componenti discreti, irrealizzabilità (offset 50 100 mV)
Radiofrequenza e microonde, matrice lineare misurata (problemi di package)
Stabilità a RF (y!2)
57
1
Stabilità su Nyquist e Bode, esempio a 3 poh
Introduzione zeri positivi e negativi (stesso modulo, ma cambio fase)
Margini di fase e di guadagno
Carta di Nichols
Generatore di corrente negativa (simulazione di un generatore pnp, utilizzando npn)
www.PaoloEmiliozzi.it
www.PaoloEmiliozzi.com
Lezioni private 3463103392
LEZIONE 14
uA741, input su Spice
Verifica che grazie all'anello di reazione è possibile stabilizzare la corrente (stadio di ingresso) (escursione di 8V sul modo comune in)
Rds di un mosfet, con Spice tagliando la reazione con un filtro passa basso)
Stesso calcolo con cascode (da 2MQ a 120MQ)
Cascode attivo
Curve di uscita di un transistor, con Spice
Esercizio della lezione precedente (gen pnp con npn)
LEZIONE 15
723, regolatore di tensione
Schema a blocchi
Circuitale, generatore di tensione di riferimento
Anello di reazione per VR
Amplificatore di errore
Schema a blocchi del gruppo in uscita
LEZIONE 16
723, regolatore di tensione
Amplificatore di errore
Specchio di corrente con correzione dell'errore di copia
Analisi livelli statici di tensione
LEZIONE 17
HA741
Innesco della polarizzazione in corrrente
Struttura dell'operazionale
Impiego dei separatori (migliore guadagno)
Circuiti di protezione nella semionda positiva e negativa
Calcolo del punto di lavoro
62
4
66
7
70
10
74
16
LEZIONE 18
UA741
17
LEZIONE 19
Zin e Zout
uA741
Ingresso
Costanza della corrente di polarizzazione
Polarizzazione in corrente
Circuito per piccoli segnali (Zin Zout Av)
Transconduttanza primo stadio
Calcolo dell'impedenza di uscita 1° stadio (Zo4, Zo6...)
Calcolo dell'impedenza di ingresso del 1° stadio
2° Stadio
Q16ql7
Zin 2° stadio
Transconduttanza 2° stadio
Rout 17 (Rout 2° stadio)
81
20
84
LEZIONE 20
uA741 (tranne il Q16 sono tutti polarizzati in corrente)
Analisi della parte finale
Configurazione in classe A
Limite della trans caratteristica nel caso peggiore di RL
Calcolo del rendimento
Analisi del classe B
LEZIONE 20 (prosecuzione)
Classe B
Calcolo del rendimento del classe B
Classe AB diodi di crossover
Classe AB a Mos
www.PaoloEmiliozzi.it
87
24
www.PaoloEmiliozzi.com
Lezioni private 3463103392
LEZIONE 21
Cascode a Nmos
Calcolo del guadagno e dell'impedenza di uscita
384
Punto di equilibrio
Cella differenziale di ingresso (3,4) separatori (1,2)
(4,6) retroazione che riporta l'uscita a Vcc/2
Analisi della retroazione
91
95
28
34
40
LEZIONE 22
384
Analisi della reazione
Modello più leggibile
Schema a blocchi, con parte della reazione fuori dal
guadagno di anello
Schema complementare (npn con carico pnp) e analisi
Reazione
Compensazione
Finale
Fine calcolo Rout cascode
LEZIONE 23
Polarizzazione di un circuito integrato
Riferimento di tensione VR con BAND GAP (agganciati al salto di banda del silicio)
Uscita proporzionale a VT
Widlar con imposizione di lout=lin
Valutazione della reazione
Ptatt (Proportional To Absolute TemperaTure)
Band Gap di Widlar
Supposizione di ritrovamento del punto di lavoro
Calcolo della Vout proporzionale a VT
Verifica dell'effettiva esistenza di un punto di lavoro
Band Gap di kujik (con OPA)
LEZIONE 24
Ptatt basato su npn
significativo
Calcolo della dipendenza della Vbe dalla temperature
Calcolo di Vbe+GVT
Interfacciamento tra driver e finale
Bootstrap-^Rin cresce-^Q3 meno sollecitato
Fully Differential
Vantaggi
Assenza di auto polarizzazione sul modo comune (necessità
106
46
www.PaoloEmiliozzi.it
www.PaoloEmiliozzi.com
LEZIONE 25
10 Watt( amplificatore audio)
Polarizzazione del preamplificatore
del CMFB)
Lezioni private 3463103392
Comportamento dinamico del preamplificatore
Rin del primo stadio e suo valore senza bootstrap
Frequenze di taglio
Polarizzazione del 2° stadio
Polarizzazione del pilota del finale
51
LEZIONE 26
60 Watt( amplificatore audio)
Scelta dell'alimentazione
Schema a blocchi con controreazione
Cella differenziale di ingresso
Filtraggio dell'alimentazione negativa
Polarizzazione 2° stadio
Scelta corrente del driver
Calcolo guadagno
Bootstrap di uscita
Analisi del Compund
59
LEZIONE 27
60 Watt( amplificatore audio)
Circuito di protezione
Rumore
Rumore termico
Rumore Shot
Rumore Flicker
Ipotesi di incorrelazione
Figura di rumore NF (rapporto tra i rumori, totale e di
sorgente)
Rappresentazione dei rumori nella rete, ai lati, in ingresso
Disaggregazione Veq ed leq
Calcolo delle relazioni tra Veq e leq e INI e IN2
Esercizio: High Swing Cascode Current Mirror
66
LEZIONE 28
Modello rumoroso di giacoletto del BJT (404 Marietti 745 gray V)
lo su Is su un CE rappresentato con Yl Y2 Y3
BJT rumoroso, calcolo locc versus Veq e leq
BJT rumoroso, calcolo locc versus generatori di rumore "interni"
Spettro Sx attraverso un circuito lineare tempo invariante
Spettri di Veq e leq
Calcolo delle funzioni di trasferimento parziali relative ai singoli generatori di rumore
NF per un BJT, calcolo con inserimento di un generatore di sorgente
LEZIONE 29
NF alternativo come rapporto tra i rapporti segnale/disturbo in ingresso ed uscita
SNRi e SNRo, scelta delle interfacce (a valle di Ri il circuito è identico)
Cascata di due amplificatori (Calcolo NF totale noti NF1 e NF2)
Figure di merito Gp, GT, Gav (Gav per stadi in cascata)
Formula di friis? NF12=f(NFl, NF2)
Completamento dell'esercizio sulla minimizzazione della figura di rumore con Rs ottima
70
77
Trasformatore e fotodiodo, ottenimento di un alto valore di trans impedenza
Doppio amplificatore per raddoppiare il rapporto segnale-disturbo (caso del fotodiodo)
LEZIONE 30
Modello rumoroso di un Mosfet (405 Marietti, 746 Gray Meyer V)
Nota sul significato di bianco e gaussiano
Rumore effetti della controreazione 214 Marietti, 764 - Gray V
Calcoli caso ideale e caso reale
Calcolo dei rumori in ingresso Vn e In della cascata di uno stadio (EC, CC, BC) e di uno successivo rumoroso (VL IL)
www.PaoloEmiliozzi.it
85
www.PaoloEmiliozzi.com
Lezioni private 3463103392
LEZIONE 31
Strutture differenziali
Oggetti a sei terminali
Necessità dell'utilizzo dei SED (Single Ended to Differential), balun
Misure Acm e Adm
Analisi del feedback del common mode (reazione positiva)
93
OPA a due stadi con Vetri + C di controllo sulla stabilità
Modo differenziale (Av2/4)
Modo comune (Av2/2) (analisi lineare non possibile:
assurdo di una fdt invertita nonostante non ci fossero
inversioni)
Reazione sul modo comune (misura)
Problemi di stabilità se da Av2 si passa ad Av3
Realizzazione struttura a guadagno 1 (gm. 1/gm)
Loop di intervento di Vetri
LEZIONE 32
CMFB sua necessità (Acm(0)>0 statica, Acm»l instabilità, reiezione modo comune
CMFB su un OPA a due stadi, spiegazione ed effetti
Riduzione di Acm
Def di voc in continua
Soppressione problemi di instabilità
CMFB, decisione sul segnale di ingresso dell'operazionale
CMFB schema a blocchi
CMFB formula Voc/Vic, conti
Cascode, normale e ripiegato (gm cresce e ro diminuisce)
Folded cascode (polarizzazione e analisi dei percorsi della corrente)
Operazionale, derivato da un folded cascode, prima disinteressandosi del modo comune
Schema di modo comune/modo differenziale (amplificazioni di corrente di corto circuito e di tensione)
Considerazioni sulla statica (massimo e minimo segnale di modo comune)
Scelta della VB3
Autopolarizzazione ramo 1° stadio 2" stadio
Invertitori normali e cascodati
Indispensabilità CMFB
Scelta del ramo con cui controllare con il CMFB
102
CMFB con controllo in corrente (Spiegazione e schema)
LEZIONE 33
Riassunto CMFB (ORA e OP folded cascode)
CMFB con trans conduttore TC, realizzazione e formule
Calcolo delle relazioni tra Id e AVoc
Analisi dinamica: Uscite del vecchio folded cascode,
estremo infìeriore, triodo da mantenere)
Coppia differenziale, calcolo a grande segnale, da utilizzare per il nuovo CMFB
107
CMFB con lettura del modo comune attraverso due coppie differenziali, analisi del guadagno di anello, bontà del suo calcolo sull'uscita
del folded cascode
www.PaoloEmiliozzi.it
www.PaoloEmiliozzi.com
Lezioni private 3463103392
LEZIONE 34
COA, introduzione
Parallelo con il VOA intefacce, interfacciamento In-Out
Controreazione simile al VOA
Non conservazione del prodotto guadagno-banda
CMRR
Varie strutture a blocchi
COA e VOA realizzanti la stessa funzione di trasferimento
VOA semplificato e conti
COA uso di O+ (analisi non istantanea (compensazione) di cosa accade ingresso uscita)
COA circuitale
Coppia differenziale con carico non a specchio
Calcolo Gmd e Gmc
Analisi della dinamica possibile
Minima Vdd-Vss per far funzionare lo stadio
COA di Arbel (migliora Gmd, CMRR e modo comune stessi limiti)
COA Arbel migliorato, con Balun: Gmc->0, Gmd X2 rispetto ad Arbel
113
LEZIONE 35
120
165
COA Arbel con balun attivo, calcoli
Stadio di ingresso in corrente
COA, implementazione
Prima soluzione (160), schema a blocchi
Terza soluzione
LEZIONE 36
DIGITALE (interfaccia analogico-digitale)
Campionamento ed estrazione
DAC a resistori pesati
DAC con cella differenziale a BJT
Proseguimento LEZIONE 36
169
Specifiche dei DAC
LEZIONE 37
157
162
DAC R/2R
130
171
138
177
143
182
149
186
186
153
159
ADC a doppia rampa
Contatore
Convertitore ad approssimazioni successive
LEZIONE 38
Convertitore flash (371 Marietti)
Cascode attivo o gai boosting
LEZIONE 39
CFOA (Current Feedback Operational Amplifier)
Current conveyor di seconda generazione
DUT (Device Under Test)
Non idealità del current conveyor
LEZIONE 40
Struttura che migliora il current conveyor
Current conveyor non invertente
Folded cascode per cambiare il segno della corrente
CFOA, costruito da un current conveyor
LEZIONE 41
Cascode a BJT Esempio di progettazione 216-221 Marietti
LEZIONE 42
RF, MW
Progettazione a banda larghissima
Cella base
Garanzia adattamenti
Autopolarizzazioni
Shunt con condensatori
Costruzione dell'intero amplificatore
www.PaoloEmiliozzi.it
196
169
www.PaoloEmiliozzi.com
LEZIONE 43
Celle base di amplificazione, senza parte di controllo
Limiting amplifier
Punto di lavoro nelle situazioni limite
Parallelo tra punto di lavoro analogico Vi=0 e "digitale", che non sta in equilibrio a "0"
Bootstrap
180
PLL, analisi
PD sintesi (XOR)
VCO Sintesi
LEZIONE 43 seconda parte
PFD (Phase Frequency Detector)
Sintesi di un oscillatore controllato in frequenza in modo attivo
Sintesi Flip flop veloci
Lezioni private 3463103392
