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Pagina iii
Sommario
Presentazione
xv
Prefazione
xvii
L’autore
xx
CAPITOLO
1
Introduzione
alla progettazione
elettronica
1.1
1.2
1.3
Introduzione
1
Breve storia dell’elettronica
Sistemi elettronici
3
1
Sensori 3
Attuatori 3
1.4
Segnali elettrici e simbologia
Convertitori analogico-digitale
Convertitori digitale-analogico
Simbologia 6
1.5
1.6
4
4
5
Classificazione dei sistemi elettronici
8
Specifiche dei sistemi elettronici
10
Risposta ai transitori 10
Distorsione 11
Specifiche di frequenza 11
Specifiche in continua e per piccoli segnali
1.7
1.8
Progetto di sistemi elettronici
Progetto dei circuiti elettronici
12
13
15
Confronto tra analisi e progetto 15
Definizione di progetto ingegneristico 16
Progettazione a livello di circuito 17
I vantaggi di studiare con un’ottica progettuale
Tipi di progetto 21
Relazione di progetto 22
1.9
Dispositivi elettronici
23
Diodi a semiconduttore 23
Transistori bipolari a giunzione 23
Transistori a effetto di campo 24
BIBLIOGRAFIA
27
21
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Pagina iv
iv
CAPITOLO
Sommario
2 2.1
Diodi
2.2
2.3
2.4
2.5
Introduzione
29
Diodo ideale
30
Caratteristica di trasferimento di circuiti a diodi
33
Diodi reali
34
Principio fisico di funzionamento del diodo a giunzione
34
Diodo a giunzione 34
Polarizzazione diretta 36
Polarizzazione inversa 36
Condizione di breakdown 37
2.6
2.7
2.8
2.9
Caratteristica del diodo reale
38
Determinazioni dei parametri del diodo
Effetti della temperatura
42
Analisi di circuiti a diodi
44
Metodo grafico 44
Metodo approssimato
Metodo iterativo 45
2.10 Modelli di diodi reali
40
45
47
Modello dc a caduta di tensione costante 47
Modello dc con linearizzazione a tratti 47
Modello in alternata per bassa frequenza 49
Modello in alternata per alte frequenze 54
Modello del diodo SPICE/PSpice 57
2.11
Diodi zener
59
Regolatore zener 60
Progetto di un regolatore di tensione a zener 63
Limitatori a zener 66
Effetti della temperatura sui diodi zener 69
2.12
2.13
2.14
2.15
Diodo emettitore di luce (LED)
70
Diodo a barriera Schottky
71
Stima di potenza
71
Dati e caratteristiche dei diodi
73
RIASSUNTO
77
BIBLIOGRAFIA
DOMANDE DI RASSEGNA
CAPITOLO
3 3.1
Applicazioni dei diodi
3.2
77
77
Introduzione
79
Raddrizzatori a diodi
79
Raddrizzatori monofase a singola semionda 80
Raddrizzatore monofase a doppia semionda con trasformatore a presa centrale
Raddrizzatore monofase a doppia semionda con ponte a diodi 92
3.3
Filtri d’uscita per raddrizzatori
98
Filtri induttivi 98
Filtri capacitivi 101
Filtri LC 105
3.4
Limitatori
108
Limitatori parallelo 108
Limitatori serie 109
3.5
Fissatori
111
Fissatori a traslazione costante
Fissatori a traslazione variabile
3.6
Rivelatori di picco e demodulatori
111
112
116
87
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Pagina v
v
Sommario
3.7
Moltiplicatori di tensione
119
Duplicatori di tensione 119
Triplicatori e quadruplicatori di tensione
3.8
Generatori di funzioni
RIASSUNTO
126
DOMANDE DI RASSEGNA
CAPITOLO
4 4.1
Introduzione
agli amplificatori
4.2
121
123
BIBLIOGRAFIA
126
126
Introduzione
127
Caratteristiche degli amplificatori
128
Guadagno di tensione 128
Guadagno di corrente 129
Guadagno di potenza
129
Guadagno logaritmico 129
Resistenze d’ingresso e di uscita 130
Saturazione dell’amplificatore 130
Non linearità negli amplificatori 132
4.3
Tipi di amplificatori
134
Amplificatori di tensione 134
Amplificatori di corrente 138
Amplificatori transconduttivi 143
Amplificatori transresistivi 144
4.4
Modelli di amplificatori per PSpice/SPICE
146
Amplificatori di tensione 146
Amplificatori di corrente 146
Amplificatori transconduttivi 147
Amplificatori transresistivi 147
4.5
Relazioni fra i guadagni
147
Amplificatori di tensione e di corrente 147
Amplificatori di tensione e transconduttivi 147
Amplificatori di tensione e transresistivi 148
4.6
Amplificatori in cascata
149
Amplificatori di tensione in cascata
Amplificatori di corrente in cascata
4.7
149
149
Introduzione agli amplificatori a transistori
151
Transistori bipolari a giunzione 151
Transistori a effetto di campo 156
4.8
Risposta in frequenza degli amplificatori
160
Caratteristica passa-basso 161
Caratteristica passa-alto 163
Caratteristica passa-banda 165
Banda passante e guadagno 166
4.9 Teorema di Miller
168
4.10 Progetto di amplificatori
RIASSUNTO
CAPITOLO
5 5.1
Dispositivi
per amplificatori
5.2
171
173
Introduzione
175
Transistori bipolari a giunzione
DOMANDE DI RASSEGNA
176
Caratteristiche d’ingresso e di uscita 176
Modelli per i BJT 179
Polarizzazione dei BJT
182
Progetto di una rete di polarizzazione 184
174
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Pagina vi
vi
Sommario
Amplificatori a emettitore comune 187
Inseguitori di emettitore 192
Amplificatori a base comune 196
Amplificatori con carichi attivi 200
5.3
Transistori a effetto di campo
206
MOSFET ad arricchimento 206
MOSFET a svuotamento 210
Transistori a effetto di campo a giunzione 213
Modelli per i FET 215
Polarizzazione dei FET 219
Amplificatori a source comune 225
Amplificatori a drain comune 230
Amplificatori a gate comune 233
Amplificatori a FET con carichi attivi 235
5.4
5.5
Confronto tra FET e BJT
Progetto di amplificatori
238
238
Progetto di amplificatori a BJT
Progetto di amplificatori a FET
RIASSUNTO
245
DOMANDE DI RASSEGNA
CAPITOLO
6 6.1
Introduzione agli
amplificatori operazionali
6.2
6.3
BIBLIOGRAFIA
Introduzione
249
Caratteristiche degli amplificatori operazionali ideali
250
Modelli PSpice/SPICE per gli amplificatori operazionali
253
253
254
255
Analisi di circuiti con amplificatori operazionali ideali
Amplificatori non invertenti 256
Amplificatori invertenti 259
Amplificatori differenziali 262
6.5
Applicazioni degli amplificatori operazionali
Integratori 263
Derivatori 269
Amplificatori da strumentazione 272
Sommatori non invertenti 274
Sommatori invertenti 275
Sommatori e sottrattori 276
Circuiti di pilotaggio per fotoaccoppiatori
Fotorivelatori 280
Convertitori tensione-corrente 280
Voltmetri in corrente continua 281
Millivoltmetri in corrente continua 282
Convertitori di impedenza negativa 283
Generatori di corrente costante 284
Integratori non invertenti 284
Simulatori di induttanza 285
Inseguitori di tensione in ac con bootstrap
6.6
246
246
Modelli lineari in continua
Modelli lineari in alternata
Macromodello non lineare
6.4
239
242
263
279
287
Circuiti con amplificatori operazionali e diodi
Rivelatore del maggiore tra più segnali positivi
Rivelatori di picco di precisione 289
Raddrizzatori di precisione a singola semionda
Raddrizzatori di precisione a doppia semionda
288
288
289
290
256
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Pagina vii
vii
Sommario
Fissatori di precisione 292
Limitatori a tensione fissa 293
Limitatori a tensione regolabile 293
Limitatori di tensione con diodi zener
Limitatori hard 300
6.7
Progetto di circuiti con amplificatori operazionali
RIASSUNTO
304
DOMANDE DI RASSEGNA
CAPITOLO
7 7.1
Caratteristiche
degli amplificatori
7.2
7.3
operazionali reali
305
306
Introduzione
307
Struttura interna degli amplificatori operazionali
Parametri degli amplificatori operazionali reali
308
308
Regolazione dello sbilanciamento di tensione
326
Misura dei parametri di sbilanciamento
328
RIASSUNTO
329
DOMANDE DI RASSEGNA
8 8.1
Risposta in frequenza
degli amplificatori
303
BIBLIOGRAFIA
Resistenza d’ingresso 309
Resistenza d’uscita 309
Capacità d’ingresso 309
Rapporto di reiezione del modo comune 310
Guadagno in tensione per grandi segnali 311
Tempo di salita 312
Guadagno ad anello aperto e larghezza di banda 312
Slew rate 316
Limiti della tensione d’ingresso 318
Limiti della tensione d’uscita 318
Tensione di sbilanciamento in ingresso 318
Corrente di polarizzazione di ingresso 319
Sbilanciamento di corrente in ingresso 321
Rapporto di reiezione delle variazioni della tensione di alimentazione
Deriva termica 324
7.4
7.5
CAPITOLO
299
8.2
BIBLIOGRAFIA
329
Introduzione
331
Modello dipendente dalla frequenza e risposta in frequenza
di BJT
332
Modello per piccoli segnali PSpice/SPICE
Risposta in frequenza del BJT 334
8.3
334
Modello dipendente dalla frequenza e risposta in frequenza
dei FET
338
Modello e risposta in frequenza dei JFET 338
Modello e risposta in frequenza dei MOSFET 339
Modello per piccoli segnali PSpice/SPICE 341
8.4
Diagrammi di Bode
343
Amplificatori passa-basso 343
Amplificatori passa-alto 343
Amplificatori passa-banda 345
8.5
Risposta in frequenza degli amplificatori
Limite inferiore di banda
Limite superiore di banda
347
348
346
329
324
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Pagina viii
viii
Sommario
8.6
Metodo del corto circuito e del circuito aperto
per la determinazione delle frequenze di polo
353
Metodo del corto circuito 353
Metodo del circuito aperto (o del valore nullo)
Guadagno a centro banda 356
8.7
355
Risposta in frequenza di un amplificatore a BJT a emettitore
comune
357
Limite inferiore di banda
Limite superiore di banda
358
359
8.8
Risposta in frequenza di un amplificatore a BJT a collettore
comune
363
8.9
Risposta in frequenza di un amplificatore a BJT a base
comune
367
Limite superiore di banda
Limite inferiore di banda
Limite superiore di banda
364
367
368
8.10 Risposta in frequenza degli amplificatori a FET
370
Amplificatori a source comune 371
Amplificatori a drain comune 374
Amplificatori a gate comune 376
8.11 Amplificatori a più stadi
378
8.12 Risposta in frequenza di circuiti ad amplificatori
operazionali
385
Risposta in frequenza di integratori ad amplificatore operazionale 385
Risposta in frequenza di un derivatore ad amplificatore operazionale 388
8.13 Progettare amplificatori con risposta in frequenza
assegnata
389
RIASSUNTO
390
DOMANDE DI RASSEGNA
CAPITOLO
9 9.1
Filtri attivi
9.2
9.3
9.4
9.5
BIBLIOGRAFIA
390
Introduzione
391
Confronto tra filtri attivi e filtri passivi
Tipologie di filtri attivi
392
La funzione biquadratica
394
Filtri di Butterworth
395
Funzione di Butterworth per n 2
Funzione di Butterworth per n 3
9.6
Filtri passa-basso
392
396
397
397
Filtri passa-basso del primo ordine 397
Filtro passa-basso del secondo ordine 400
Filtri passa-basso di Butterworth 403
9.7
Filtri passa-alto
406
Filtri passa-alto del primo ordine 407
Filtri passa-alto del secondo ordine 408
Filtri passa-alto di Butterworth 410
9.8
Filtri passa-banda
Filtri a banda larga
Filtri a banda stretta
9.9
Filtri elimina-banda
413
414
416
419
Filtri a reiezione di banda a banda larga
Filtri a reiezione di banda a banda stretta
420
422
390
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Pagina ix
ix
Sommario
9.10 Filtri passa-tutto
424
9.11 Filtri a condensatori commutati
425
Resistori a condensatori commutati 425
Integratori a condensatori commutati 427
Filtri universali a condensatori commutati 427
9.12 Linee guida per il progetto di filtri
RIASSUNTO
430
DOMANDE DI RASSEGNA
CAPITOLO
429
430
BIBLIOGRAFIA
431
10 10.1 Introduzione
Amplificatori in reazione
433
10.2 Reazione
433
10.3 Analisi della reazione
436
Sensitività del guadagno 437
Sensitività del fattore di reazione
Risposta in frequenza 439
Distorsioni 440
438
10.4 Topologie di amplificatori in reazione
442
10.5 Analisi di amplificatori reazionati
445
10.6 Reazione di tensione-serie
446
Analisi di una rete con reazione di tensione-serie ideale 448
Analisi di una rete reale in reazione di tensione-serie 449
10.7 Reazione di corrente-serie
455
Analisi di una rete in reazione di corrente-serie ideale
Analisi di una rete in reazione di corrente-serie reale
10.8 Reazione di tensione-parallelo
456
458
463
Analisi di una rete ideale in reazione di tensione-parallelo
Analisi di una rete reale in reazione di tensione-parallelo
10.9 Reazione di corrente-parallelo
464
466
472
Analisi di una rete ideale in reazione di corrente-parallelo 473
Analisi di una rete reale in reazione di tensione-serie 474
10.10 Progetto del circuito in reazione
10.11 Analisi della stabilità
492
477
Poli e instabilità 483
Criterio di Nyquist per la stabilità 485
Stabilità relativa 487
Effetti del margine di fase 488
Analisi della stabilità con i diagrammi di Bode
10.12 Tecniche di compensazione
489
492
Aggiunta di un polo dominante 492
Modifica del polo dominante 494
Compensazione di Miller e separazione dei poli
Modifica del circuito di reazione 497
RIASSUNTO
501
DOMANDE DI RASSEGNA
CAPITOLO
11 11.1
Oscillatori
11.2
BIBLIOGRAFIA
502
Introduzione
503
Principi di funzionamento degli oscillatori
Stabilità di frequenza
Stabilità di ampiezza
11.3
496
507
507
Oscillatori a rete di sfasamento
508
504
501
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Pagina x
x
Sommario
11.4
11.5
11.6
11.7
11.8
11.9
11.10
11.11
Oscillatori in quadratura
512
514
Oscillatori a ponte di Wien
515
Oscillatori di Colpitts
519
Oscillatori di Hartley
525
Oscillatori quarzati
528
Oscillatori a filtro attivo accordato
Progetto di oscillatori
534
Oscillatori trifase
RIASSUNTO
536
DOMANDE DI RASSEGNA
CAPITOLO
532
BIBLIOGRAFIA
536
536
12 12.1 Introduzione
Introduzione all’elettronica
digitale
537
12.2 Stati logici
538
12.3 Porte logiche
538
12.4 Parametri di prestazione delle porte logiche
Caratteristica di trasferimento in tensione
Margini di immunità al rumore 542
Fan-Out e Fan-In 543
Ritardo di propagazione 545
Dissipazione di potenza 546
Prodotto ritardo-consumo 548
12.5 Invertitori NMOS
540
541
549
Invertitore NMOS con carico ad arricchimento 549
Invertitore NMOS con carico a svuotamento 556
Confronto tra gli invertitori NMOS 563
12.6 Circuiti logici NMOS
563
Porte di trasmissione NMOS
Porte NOR NMOS 564
Porte NAND NMOS 564
564
12.7 Invertitori CMOS
565
12.8 Circuiti logici CMOS
570
Porte di trasmissione CMOS 570
Porte NOR e NAND CMOS 572
Famiglie logiche CMOS 573
12.9 Confronto tra porte logiche NMOS e CMOS
12.10 Invertitori a BJT
574
Caratteristica di trasferimento in tensione
Caratteristiche in commutazione 576
12.11 Porte logiche TTL
574
575
580
Porte TTL Standard 581
Porte NAND TTL ad alta velocità
Porte NAND TTL Schottky 591
587
12.12 Porte OR/NOR in logica a emettitori accoppiati (ECL)
12.13 Invertitori BiCMOS
599
Ritardo di propagazione
600
12.14 Interfacciamento di porte logiche
Interfacciamento TTL-CMOS
Interfacciamento CMOS-TTL
12.15 Confronto tra porte logiche
12.16 Progetto di circuiti logici
RIASSUNTO
608
DOMANDE DI RASSEGNA
601
602
604
604
606
BIBLIOGRAFIA
609
593
609
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Pagina xi
xi
Sommario
CAPITOLO
13 13.1 Introduzione
Generatori attivi
e amplificatori differenziali
611
13.2 Struttura interna degli amplificatori differenziali
13.3 Generatori di corrente a BJT
613
Generatore di corrente elementare 613
Generatore di corrente elementare modificato
Generatore di corrente di Widlar 617
Generatore di corrente cascode 621
Generatore di corrente di Wilson 621
Generatori di corrente multipli 626
612
615
13.4 Generatori di corrente a JFET
627
13.5 Generatori di corrente a MOSFET
628
Generatori di corrente elementare 628
Generatori di corrente multipli 631
Generatore di corrente cascode 631
Generatore di corrente di Wilson 632
13.6 Progetto di generatori di corrente attivi
13.7 Generatori di tensione attivi
634
633
Trasformazione d’impedenza 634
Reazione negativa 635
Trasformazione d’impedenza con reazione negativa
13.8 Caratteristiche degli amplificatori differenziali
13.9 Amplificatori differenziali a BJT
639
Caratteristica di trasferimento in continua
Analisi per piccoli segnali 642
635
636
639
13.10 Amplificatori differenziali a BJT con carico attivo
648
Analisi per piccoli segnali 649
Amplificatore differenziale con specchio di corrente modificato
Amplificatore differenziale cascode 651
13.11 Amplificatori differenziali a JFET
653
Coppia differenziale a JFET 654
Coppia differenziale JFET con carico attivo
13.12 Amplificatori differenziali a MOS
661
662
Coppia differenziale NMOS 662
Coppia differenziale MOS con carico attivo
13.13 Amplificatori differenziali BiCMOS
665
668
Confronto tra amplificatori a BJT e CMOS
Amplificatori BiCMOS 669
Amplificatori BiCMOS cascode 670
668
13.14 Risposta in frequenza degli amplificatori differenziali
13.15 Progetto di amplificatori differenziali
675
RIASSUNTO
675
DOMANDE DI RASSEGNA
CAPITOLO
BIBLIOGRAFIA
676
14 14.1 Introduzione
Amplificatori di potenza
677
14.2 Classificazione degli amplificatori di potenza
14.3 Inseguitori di emettitore
679
Caratteristica di trasferimento
Forme d’onda 680
Potenza di uscita e rendimento
680
681
678
673
676
650
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Pagina xii
xii
Sommario
14.4 Amplificatori in classe A
684
Amplificatore a emettitore comune elementare 684
Amplificatori a emettitore comune 686
Amplificatore con carico accoppiato a trasformatore 687
14.5 Amplificatori push-pull in classe B
690
Amplificatori push-pull complementari 690
Amplificatori push-pull accoppiati a trasformatore
695
14.6 Amplificatori push-pull complementari in classe AB
698
Caratteristica di trasferimento 699
Potenza di uscita e rendimento 700
Polarizzazione a diodi 700
Polarizzazione con diodi e generatore di corrente attivo
Polarizzazione con moltiplicatore di VBE 704
701
14.7 Amplificatori push-pull in classe AB quasi-complementari
14.8 Amplificatori push-pull in classe AB accoppiati
a trasformatore
709
14.9 Protezione termica e contro il corto circuito
710
Protezione contro il corto circuito
Protezione termica 710
710
14.10 Amplificatori operazionali di potenza
Amplificatori di potenza integrati
Amplificatore a ponte 714
14.11 Considerazioni termiche
711
712
715
Resistenza termica 715
Dissipatore e flusso di calore 716
Dissipazione di potenza in funzione della temperatura
14.12 Progetto di amplificatori di potenza
RIASSUNTO
CAPITOLO
717
719
719
DOMANDE DI RASSEGNA
707
BILIOGRAFIA
719
720
15 15.1 Introduzione
Amplificatori operazionali
721
15.2 Struttura interna degli amplificatori operazionali
15.3 Parametri degli amplificatori operazionali
722
722
Correnti di polarizzazione in ingresso 723
Sbilanciamento delle correnti di ingresso 723
Tensione di sbilanciamento in ingresso e deriva termica
Rapporto di reiezione del modo comune 726
Resistenza di ingresso 726
Resistenza di uscita 729
Risposta in frequenza 730
Pendenza massima 733
15.4 Amplificatori operazionali a JFET
735
Amplificatore operazionale JFET LH0022 735
Amplificatore operazionale JFET LF411 738
Amplificatore operazionale JFET LH0062 740
Amplificatore operazionale JFET LH0032 741
15.5 Amplificatori operazionali CMOS
743
Amplificatore operazionale CMOS MC14573
Amplificatore operazionale CMOS TLC1078
15.6 Amplificatori operazionali BiCMOS
743
745
748
Amplificatore operazionale BiCMOS CA3130
Amplificatore operazionale BiCMOS CA3140
748
749
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Sommario
15.7 Amplificatori operazionali bipolari
750
Amplificatore operazionale bipolare LM124
Amplificatore operazionale bipolare LM741
750
752
15.8 Analisi dell’amplificatore operazionale LM741
754
Analisi statica 754
Analisi dinamica per piccoli segnali 760
Analisi della risposta in frequenza 768
Circuito equivalente per piccoli segnali 768
15.9 Progetto di amplificatori operazionali
RIASSUNTO
BIBLIOGRAFIA
DOMANDE DI RASSEGNA
CAPITOLO
16 16.1 Introduzione
Circuiti integrati analogici
e loro applicazioni
769
769
16.2 Comparatori
770
770
771
771
Confronto tra comparatori e amplificatori operazionali
Collegamento dell’uscita 773
Comparatori a soglia 773
16.3 Rivelatori di attraversamento di zero
16.4 Trigger di Schmitt
776
772
775
Trigger di Schmitt invertente 776
Trigger di Schmitt non invertente 779
Trigger di Schmitt con tensione di riferimento 780
Effetti dell’isteresi sulla tensione di uscita 781
16.5
16.6
16.7
16.8
Generatori di onda quadra
783
Generatori di onda triangolare
787
Generatori di onda a dente di sega
791
Oscillatori controllati in tensione
794
Modalità di carica 794
Modalità di scarica 794
Implementazione del circuito
Il VCO NE/SE566 796
16.9 Il timer 555
795
799
Schema a blocchi funzionale 799
Multivibratore monostabile 800
Applicazioni dei multivibratori monostabili 802
Multivibratori astabili 804
Applicazioni dei multivibratori astabili 806
16.10 Anelli ad aggancio di fase
Rivelatore di fase 811
PLL integrati 813
Applicazioni del PLL 565
811
814
16.11 Convertitori tensione-frequenza e frequenza-tensione
Convertitore V/F
Convertitore F/V
818
822
16.12 Circuiti di campionamento e mantenimento
Amplificatori operazionali campionatori
Circuiti campionatori integrati 828
16.13 Convertitori digitale-analogico
825
827
829
Convertitore D/A a resistenze pesate 829
Convertitore D/A con rete a scala R-2R 830
Convertitori D/A integrati 832
818
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xiv
Sommario
16.14 Convertitori analogico-digitale
835
Convertitore A/D ad approssimazioni successive
Convertitori A/D integrati 837
16.15 Progettazione di circuiti con IC analogici
RIASSUNTO
840
DOMANDE DI RASSEGNA
APPENDICI
835
839
BIBLIOGRAFIA
840
Appendice A: Introduzione a PSpice
Appendice B: Riepilogo di teoria dei circuiti
Le appendici sono disponibili online nel booksite abbinato al libro:
www.apogeonline.com/libri/00853/allegati/
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