Fondamenº di ele ronica - dee @ poliba

Classe delle lauree in:
Ingegneria dell’Informazione (L-3)
Corso di laurea in:
Ingegneria Elettronica e delle
Telecomunicazioni
Settore scientifico disciplinare:
Elettronica (ING-INF/01)
Anno accademico:
2015 - 2016
Tipo di attività formativa:
Ambito disciplinare:
CFU:
Caratterizzante
Ingegneria Elettronica
6
Titolo dell’insegnamento:
Fondamenti di
Codice
Elettronica –
Tipo di insegnamento:
Anno:
Semestre:
dell’insegnamento:
I° Modulo: Circuiti
Obbligatorio
terzo
primo
2164
Elettronici Elementari
(CD)
DOCENTE:
Prof. Ing. Gianvito Matarrese (Ricercatore confermato)
ARTICOLAZIONE IN TIPOLOGIE DIDATTICHE:
28 ore di lezioni teoriche, 20 ore di esercitazioni.
PREREQUISITI:
Fondamenti di Dispositivi Elettronici, Fondamenti di Teoria dei Circuiti, Complementi di Analisi Matematica, Fondamenti
di Automatica.
OBIETTIVI FORMATIVI:
Il corso ha lo scopo di fornire i concetti e gli strumenti di base per l’analisi statica e dinamica di principali costituenti i
circuiti elettronici analogici: amplificatori elementari e pluristadio.
PROGRAMMA:
1. Richiami sui materiali semiconduttori.
2. Richiami sul diodo a giunzione: principio di funzionamento; polarizzazione diretta ed inversa; caratteristica
statica corrente-tensione; punto di lavoro di circuiti con diodi; approssimazione lineare a tratti della caratteristica
del diodo; analisi per grandi segnali di circuiti a diodi.
3. Applicazioni circuitali del diodo: limitatori di tensione, raddrizzatori a singola e doppia semionda; regolatore di
tensione a diodo Zener; alimentatore DC stabilizzato; circuiti di clamping e duplicatore di tensione.
4. Analisi per piccolo segnale dei circuiti a diodi; modello per piccoli segnali del diodo; errore e distorsione di non
linearità.
5. Il Transistor Bipolare a Giunzione (BJT): principio di funzionamento; in zona attiva diretta, saturazione ed
interdizione; caratteristiche statiche; effetto Early; determinazione del punto di lavoro di circuiti a BJT; modello
per piccoli segnali; errore di non linearità.
6. Sistema Metallo Ossido Semiconduttore (MOS) e transistor MOSFET: principio di funzionamento in saturazione
e zona lineare; caratteristiche statiche; modulazione della lunghezza di canale; determinazione del punto di
lavoro di un circuito contenente il MOSFET; modello per piccoli segnali; errore di non linearità.
7. Circuiti di polarizzazione dei dispositivi: circuito di autopolarizzazione e con alimentazione duale.
8. Stadi amplificatori elementari a BJT e MOSFET: stadio invertitore di tensione ad emettitore/source comune ed a
degenerazione di emettitore/source; stadio inseguitore di tensione a BJT (Collettore Comune) e MOSFET (Drain
Comune); stadio inseguitore di corrente a BJT (Base Comune) e MOSFET (Gate Comune); analisi statica e per
piccolo segnale degli stadi amplificatori elementari; analisi per piccolo segnale mediante l’uso del circuito
equivalente di Thevenin.
9. Amplificatori pluristadio.
10. Generatori di corrente a transistor e loro impiego come carico attivo: specchio semplice di
corrente; specchio Widlar e cascode a BJT e MOSFET; specchio a cancellazione delle correnti di base.
11. Comportamento dinamico di circuiti a transistori: risposta in alta e bassa frequenza; risposta al gradino.
12. Utilizzo del simulatore circuitale PSpice per le simulazioni nel dominio del tempo e della frequenza.
METODI DI INSEGNAMENTO:
Lezioni ed esercitazioni in aula impartite sia alla lavagna, che mediante presentazioni Power Point.
CONOSCENZE E ABILITÀ ATTESE:
Al termine dell’insegnamento gli allievi saranno in grado di effettuare l’analisi delle principali prestazioni di circuiti
elettronici elementari nonché la verifica dei risultati ottenuti, tramite simulazioni al calcolatore.
SUPPORTI ALLA DIDATTICA:
20 PC in aula CAD, software di simulazione ORCAD-PSPICE, videoproiettore
CONTROLLO DELL’APPRENDIMENTO E MODALITÀ D’ESAME:
Due prove di esonero, lavoro a casa. Votazione in trentesimi.
TESTI DI RIFERIMENTO PRINCIPALI:
F. Corsi: Quaderni di Elettronica (dispense)
F. Corsi, G. Matarrese et al.: Elettronica Analogica – Prove svolte con approfondimenti, Ed. McGraw-Hill Italia, 2010,
ISBN: 978-88-386-6567-7.
A.S. Sedra – K.C. Smith: Circuiti per la Microelettronica – Quarta Edizione, Ed. EdiSES, 2013, ISBN 978-88-7959-7340.
ULTERIORI TESTI SUGGERITI:
R.C. Jaeger – T.N. Blalock: MICROELECTRONIC Circuit Design, Ed. Mc Graw Hill, 2010.
P.E. Gray – R.G. Meyer: Circuiti integrati analogici, Ed. Mc Graw Hill, 2011.
ALTRE INFORMAZIONI:
Dipartimento di Ingegneria Elettrica e dell'Informazione (DEI), Politecnico di Bari (http://dee.poliba.it)
Stanza docente 2° piano del DEI, tel. +39 080 5963 820 (ufficio) +39 080 5963 313 (Laboratorio di Elettronica Applicata),
e-mail: [email protected].
Degree class:
Information Engineering
First level (three years) degree:
Electronic and Telecommunication
Engineering
Scientific Discipline Sector:
Electronics (ING-INF/01)
Academic year:
2015 - 2016
Type of course
Disciplinary area:
ECTS Credits:
Characterizing
Electronic Engineering
6
Title of the course:
Fundamentals of
Code:
Type of course:
Year:
Semester:
Electronics – 1st
2164
Required
3rd year
1st
module: Basic
Electronic Circuits (CD)
LECTURER:
Prof. Ing. Gianvito Matarrese (Assistant Professor in Electronics)
HOURS OF INSTRUCTION:
Theory: 28 hours. Numerical applications: 20 hours.
PREREQUISITES:
Mathematical Analysis, Fundamentals of Circuit Theory, Fundamentals of Electron Devices, Fundamentals of Automatics.
AIMS:
To teach concepts and methods for the analysis of the basic building blocks of analogue electronic circuits: elementary
and multistage amplifiers.
CONTENTS:
1. Basics of semiconductor materials.
2. Recalls on the pn-junction diode: principle of operation; direct and revers bias; static current-voltage characteristic; bias
point of diode circuits; piecewise linear approximation of the diode characteristic; large signal analysis of diode circuits.
3. Circuital applications of the diode: voltage limiters, single and double-wave rectifiers; voltage regulator with Zener
diode; DC-stabilized power supply; Clamping and voltage doubler circuits.
4. Small signal analysis of diode circuits; diode small signal model; non-linearity error and distortion.
5. Bipolar Junction Transistors (BJTs): principle of operation; active, saturation and interdiction regions; static
characteristics; Early effect; evaluation of the bias point of BJT circuits; small signal model; non-linearity error.
6. Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors (MOSFETs): operating principle in saturation and linear regions;
static characteristics; channel-length modulation effect; determination of the operating point of a circuit containing
MOSFETs; small signal model; non-linearity error.
7. Bias circuits: self-biasing and dual power supply circuits.
8. Basic BJT and MOSFET amplifier stages: common emitter/source inverting amplifier; emitter/source-degenerated
common emitter/source amplifier; emitter/source follower voltage amplifier stage; common base/gate current follower
stage; static and small signal analysis of basic amplifier stages; small signal analysis by the use of the Thevenin
equivalent circuit.
9. Multistage Amplifiers.
10. Transistor current sources and their use as active load: basic current mirror; Widlar and cascode current mirrors;
bipolar mirror with base-current compensation.
11. Dynamic behavior of transistor circuits: high and low frequency response; step response.
12. PSpice circuital simulations in the time and frequency domain.
TEACHING METHODS:
Lectures given both in the conventional manner and supported by informatic mutimedia,
EXPECTED OUTCOME AND SKILLS:
At the end of the course students should be able to perform the analysis of the main performance of elementary
electronic circuits and its validation by CAD simulations.
TEACHING AIDS:
20 PC, simulation software ORCAD-PSPICE, 1 projector.
EXAMINATION METHOD:
Written examinations.
BIBLIOGRAPHY:
F. Corsi: Quaderni di Elettronica (dispense)
F. Corsi, G. Matarrese et al.: Elettronica Analogica – Prove svolte con approfondimenti, Ed. McGraw-Hill Italia, 2010,
ISBN: 978-88-386-6567-7.
A.S. Sedra – K.C. Smith: Circuiti per la Microelettronica – Quarta Edizione, Ed. EdiSES, 2013, ISBN 978-88-7959-7340.
FURTHER BIBLIOGRAPHY:
R.C. Jaeger – T.N. Blalock: MICROELECTRONIC Circuit Design, Ed. Mc Graw Hill, 2010.
P.E. Gray – R.G. Meyer: Circuiti integrati analogici, Ed. Mc Graw Hill, 2011.
FURTHER INFORMATIONS:
Department of Electrical and Information Engineering (DEI), Politecnico di Bari (http://dee.poliba.it)
Lecturer room at 2nd floor of DEI, phone +39 080 5963 820 (office), +39 080 5963 313 (Applied Electronics Laboratory),
e-mail: [email protected].