INDICE DEGLI ARGOMENTI (studiare bene, studiare, leggere, saltare)
CAP. 1 – ANALISI DI CIRCUITI LINEARI ………...……………..…...……............. 11
Teoria dei Sistemi. Proprietà dei sistemi. Circuiti elettrici lineari. Analisi di circuiti lineari1. Analisi di circuiti senza
memoria1. Analisi di circuiti con memoria con la trasformata di Laplace1. Esempi di analisi di circuiti nel dominio di Laplace.
Risposta impulsiva1. Stabilità dei circuiti lineari1. Risposta transitoria e permanente1. Analisi in regime permanente1. Metodo dei
fasori1. Risposta ad eccitazioni sinusoidali. Risposta ad eccitazioni periodiche. Analisi nel dominio della frequenza.
Determinazione della risposta in frequenza. Rappresentazione grafica della risposta in frequenza: diagrammi di
Bode. Analisi di circuiti R-L-C nel dominio della frequenza. Circuiti passa-alto. Circuiti passa-basso. Circuito RC passabanda. Determinazione della costante di tempo di una capacità. Circuiti risonanti RLC. Risposta in frequenza degli
amplificatori. Distorsione lineare. Risposta dei circuiti lineari nel dominio del tempo. Risposta ad eccitazioni
sinusoidali. Risposta ad eccitazioni rettangolari: sistemi del 1° ordine. Risposta ad eccitazioni rettangolari: sistemi del
2° ordine. Risposta ad eccitazioni con determinato tempo di salita. Conclusioni sulla distorsione lineare. Circuiti di
equalizzazione. Attenuatori compensati. Circuiti attivi. Attenuatore compensato per strumentazione. Sistemi lineari digitali.
Sistemi tempo-discreti. Risposta in frequenza di un sistema tempo-discreto. Filtri digitali. Domande di riepilogo.
Esercizi.
CAP. 2 – DIODI A SEMICONDUTTORE ...……..…………………………,……...… 83
Semiconduttori. Semiconduttori intrinseci. Semiconduttori estrinseci o drogati. Correnti nei semiconduttori estrinseci.
Giunzione p-n. Polarizzazione diretta. Polarizzazione inversa. Il diodo. Caratteristica i-v del diodo. Dipendenza dalla
temperatura. Caratteristica logaritmica. Giunzione metallo-semiconduttore. Contatti ohmici. Avalanche e Zener
breakdown. Elementi parassiti del diodo. Tempi di commutazione.
CAP. 3 – CIRCUITI ANALOGICI A DIODI …...…………………………................. 99
Analisi di circuiti con diodi. Curva o retta di carico. Circuiti equivalenti approssimati del diodo. Analisi di circuiti con la
caratteristica lineare a tratti. Linearizzazione di bipoli non lineari. Analisi statica e dinamica dei circuiti. Formatori.
Limitatori. Agganciatori. Raddrizzatori. Raddrizzatore a singola semionda. Raddrizzatore a doppia semionda.
Raddrizzatore a ponte di Graetz. Raddrizzatori con filtro capacitivo. Rivelatori. Selettori di massimo/minimo. Rivelatori
di picco. Rivelatori di inviluppo. Moltiplicatori di tensione. Regolatori di tensione (no alimentatore finale). Esercizi.
CAP. 4 – TRANSISTORI BIPOLARI A GIUNZIONE .………..……...................... 123
Funzionamento dei BJT. Correnti nei BJT. BJT come reti 2-porte. Circuito a base comune. Circuito a emettitore comune.
Specifiche. Tempi di commutazione del BJT. Altri dispositivi a giunzione p-n. Diodi BJT. Dispositivi a 4 layer: thyristori.
Silicon controlled rectifiers (SCRs). TRIAC. Thyristori a 2 terminali. Polarizzazione del BJT come amplificatore. Deriva dei
parametri. Stabilizzazione della polarizzazione. Analisi a radiofrequenza di stadi amplificatori a BJT. Amplificatori in
alternata. Analisi in alternata. Rette di carico statiche e dinamiche. Amplificatori in continua. Esercizi.
CAP. 5 – TRANSISTORI AD EFFETTO DI CAMPO .………...……………….…. 147
FET a Giunzione. Principi di Funzionamento. JFET come Reti 2-Porte. Terminali del Dispositivo. Regioni di
Funzionamento. MOSFET. Mosfet Enhancement. Equazioni della Corrente. Mosfet Depletion. Parametri Tecnologici.
Applicazioni. Mosfet con Carichi Resistivi o Attivi. Carico resistivo. Carico attivo enhancement. Diodi a mosfet. Carico
attivo depletion. Invertitori CMOS. Polarizzazione dei FET. Circuiti di autopolarizzazione. Analisi a radiofrequenza di
uno stadio amplificatore a FET. Amplicatori in alternata. Amplificatori in continua. Esercizi.
CAP. 6 – FOTONICA .....……………………………………..………………………….. 173
Introduzione. Principi di generazione della luce. Spettro elettromagnetico. Fotometria. Temperatura di colore. Componenti
ottici. Fotorivelatori. Effetto Fotovoltaico. Fotoresistore. Fotodiodo. Fotodiodo p-i-n. Circuiti a fotodiodi. Fototransistore.
Cella fotovoltaica. I sistemi fotovoltaici. Sensori di immagine. Sensori a pixel passivi. Sensori a pixel attivi. Charge
coupled device (CCD). Sorgenti ottiche. Diodi led. Optoisolatori. Diodi laser. Display a cristalli liquidi. Tecnologie LCD.
Esercizi.
CAP. 7 – CARATTERIZZAZIONE LINEARE DEI CIRCUITI ..……….……...…. 205
Rappresentazioni equivalenti di reti 2-porte. Definizione di rete n-porte. Rappresentazione esterna di reti non lineari
senza memoria. Linearizzazione di una rete non lineare senza memoria. Rappresentazioni matriciali di reti lineari n-porte.
Linearizzazione di una rete non lineare con memoria. Caratterizzazione di una rete alle porte. Caratterizzazione statica o in
continua. Caratterizzazione lineare in alternata. Caratterizzazione non lineare in alternata. Caratterizzazione di amplificatori.
Caratteristica di trasferimento di un amplificatore. Circuiti equivalenti di un amplificatore lineare. Misura dei
parametri. Definizione di potenza negli amplificatori. Guadagni di potenza negli amplificatori 2. Reti attive e passive.
Amplificatori in cascata. Accoppiamento di stadi amplificatori. Reti di adattamento. Domande di riepilogo. Esercizi.
CAP. 8 – SINTESI DI AMPLIFICATORI .....………………………………….……….. 235
Amplificatori singolo-stadio a BJT per piccoli segnali. Modello del BJT per piccoli segnali (linearizzazione). Equivalenti
di Thevenin alle porte del BJT. Amplificatori CE e CC. Amplificatore CB. Riepilogo parametri amplificatori a BJT singolo
stadio. Amplificatori singolo-stadio a FET per piccoli segnali. Modello del FET per piccoli segnali (linearizzazione).
Equivalenti di Thevenin alle porte del FET. Amplificatore a source comune. Amplificatore a drain comune. Amplificatore a gate
comune. Carichi attivi. Carico con accoppiamento a trasformatore. Riepilogo parametri amplificatori a FET singolo stadio.
Amplificatori multistadio. Configurazioni doppio stadio. Sintesi di amplificatori multistadio a BJT e FET. Esercizi.
CAP. 9 – RISPOSTA IN FREQUENZA DEGLI AMPLIFICATORI .…………......253
Circuiti equivalenti dei dispositivi in alta frequenza. Frequenza di transizione dei BJT. Frequenza di transizione dei FET.
Amplificatori RC – Analisi in bassa ed alta frequenza. Metodo semplificato di analisi in frequenza. Metodo sperimentale
di analisi in frequenza. Metodi approssimati per la valutazione delle frequenze di taglio. Metodo dei poli. Metodo del
polo dominante. Metodo delle costanti di tempo. Teorema di Miller. Risposta in frequenza di amplificatori singolo1 sono argomenti d’esame, ma si dovrebbero conoscere dall’Elettrotecnica, pertanto sarebbe sufficiente ripassare con una lettura
veloce, in caso contrario si devono studiare.
stadio. Amplificatore CS. Amplificatore CD o inseguitore di source. Amplificatore CG. Amplificatore CE. Amplificatori
doppio-stadio. Amplificatore cascode. Risposta in frequenza di stadi in cascata. Tecniche di allargamento della banda .
Esercizi.
CAP. 10 – AMPLIFICATORI DIFFERENZIALI .….…….……………………...…… 275
Definizioni. Amplificatori differenziali ad accoppiamento di emettitore o di source. Polarizzazione di un amplificatore
differenziale. Analisi lineare a piccolo segnale. Comportamento in frequenza. Caratteristica a grande segnale (solo
risultati grafici). Amplificatori differenziali integrati in tecnologia CMOS. Esercizi.
CAP. 11 – AMPLIFICATORI OPERAZIONALI ...……………………………...….... 291
Alimentazione di un operazionale. Caratteristiche degli operazionali. Saturazione. Reiezione di modo comune.
Tensione di offset. Correnti di offset. Esempi di amplificatori con operazionali. Amplificatore invertente. Amplificatore
non invertente. Inseguitore. Amplificatore differenziale. Amplificatore differenziale bilanciato. Risposta in frequenza
degli operazionali. Specifiche in frequenza. Amplificatore invertente. Amplificatore non invertente. Risposta nel tempo:
lineare e non lineare. Risposta lineare, distorsioni lineari. Risposta non lineare, slew-rate, distorsione non lineare. Effetto
dello slew-rate su segnali sinusoidali. Circuiti con operazionali. Convertitori ac/dc di precisione. Amplificatori a guadagno
variabile. Sommatori. Level shifter. Regolatori di tensione. Convertitori tensione-corrente-carica-impedenza. Amplificatori
logaritmici. Trasmissione ad infrarossi. Isolamento galvanico. Domande di riepilogo. Esercizi.
CAP. 12 – ELABORAZIONE ANALOGICA DEI SEGNALI ..……..………………..327
Filtri analogici. Caratteristiche ideali. Caratteristiche reali. Specifiche. Filtri attivi del primo ordine. Filtro passa-alto.
Filtro passa-basso. Filtro passa-banda. Filtri equalizzatori. Filtri attivi del secondo ordine. Risposta nel tempo dei filtri del
secondo ordine. Filtri di Butterworth. Filtri di Chebyshev. Filtri di Bessel. Filtri ellittici. Filtri switched-capacitor. Progetto di
filtri. Filtri passivi RLC. Filtro RC passa-banda a banda stretta. Cella RC passa-basso. Progetto integrale di un filtro. Cella
RC passa-alto. Cella passa−banda a larga banda. Cella elimina-banda a larga banda. Formatori di segnale. Derivatore.
Integratore. Esercizi.
CAP. 13 – LA CONTROREAZIONE NEI CIRCUITI ELETTRICI ...……...…...……357
Schemi ideali di controreazione. La controreazione negativa negli amplificatori. Esempi di controreazione. Proprietà della
controreazione negativa. Desensibilizzazione del guadagno. Modifica delle impedenze di ingresso e di uscita. Effetto sulla
distorsione non lineare dell’amplificatore. Effetto sul rumore dell’amplificatore. Effetto sulla risposta in frequenza.
Stabilità di un sistema a controreazione negativa. Criteri di stabilità. Specifiche di stabilità. Criteri di stabilizzazione.
Verifica di stabilità sui diagrammi di Bode dell’amplificatore. Tecniche di compensazione. Compensazione a polo
dominante. Compensazione con cancellazione polo-zero. Circuiti di compensazione. Compensazione ad anticipo di fase.
La controreazione positiva negli oscillatori. Criterio di oscillazione di Barkhausen. Domande di riepilogo. Esercizi (1, 23-4-5 solo domanda relativa al programma, no compensazione).
CAP. 14 – GENERATORI DI FORME D’ONDA ....………..…………………...…..381
Oscillatori sinusoidali. Oscillatori sinusoidali con operazionali. Oscillatore a ponte di Wien. Oscillatore a sfasamento.
Controllo di ampiezza. Oscillatore accordato con filtro attivo. Oscillatori LC: oscillatore a tre punti. Voltage controlled
oscillator. Oscillatori a cristallo. Conclusioni sugli oscillatori. Oscillatori sinusoidali non lineari: waveform shaper.
Metodo del punto di rottura. Metodo dell'amplificazione non lineare. Multivibratori. Circuiti non lineari a retroazione
positiva. Multivibratori bistabili, trigger di Schmitt. Controllo di ampiezza. Multivibratori astabili, generazione di forme
d’onda rettangolari. Multivibratori astabili, generazione di forme d’onda triangolari. Multivibratori monostabili. Timer
integrati. Multivibratore monostabile con il timer 555. Multivibratore astabile con il timer 555. Convertitori tensionefrequenza. Generatore di rampa. Tabella riassuntiva. Domande di riepilogo. Esercizi.
CAP. 15 – LINEE DI TRASMISSIONE -...………......…………………….………....421
Analisi nel dominio della frequenza (conclusioni). Eccitazioni sinusoidali. Eccitazioni impulsive. Linea chiusa su un carico.
Linee rappresentate da reti 2-porte. Linee non dispersive. Linee senza perdite. Analisi nel dominio della frequenza.
Onde stazionarie. Flusso di potenza. Matrice di diffusione. Rete N-porte terminata su impedenze generiche. Rete N-porte
terminata sulle resistenze di normalizzazione. Trasformazioni [S]→ [Z]. Linee senza perdite nel dominio del tempo.
Linea di lunghezza infinita. Linea finita terminata su una resistenza. Transitorio nelle linee senza perdite. Transitorio con
un gradino. Signal integrity. Formatura di impulsi. Riflettometria. Adattamento di linee senza perdite. Connessioni
eccitazione-linea-carico. Connessioni di linee con impedenza diversa. Suddivisione del segnale su più Linee.
Trasformatore a λ/4. Trasmissione di segnali ad alta frequenza su cavo (esercizio). Terminazioni di linea. Linee reali. Cavo
coassiale. Linea bifilare. Guida d´onda rettangolare. Microstriscia. Stripline. Linee coplanari. Domande di riepilogo.
Esercizi.
CAP. 16 – RUMORE NEI CIRCUITI ELETTRICI ....………………………...…….. 465
Rumore estrinseco, sorgenti. Interferenze. Campi elettrici e magnetici. Accoppiamenti tra conduttori. Campi elettrici,
accoppiamento capacitivo. Campi magnetici, accoppiamento induttivo. Schermatura anti-irradiazione. Schermatura
ricevitore. Connessioni a massa. Rumore intrinseco. Rumore termico. Rumore shot. Rumore 1/f. Rumore burst. Rumore
per effetto valanga. Rumore nelle reti 2-porte. Misura del rumore. Banda equivalente di rumore. Fattore di rumore.
Misura del fattore di rumore. Temperatura di rumore. Reti rumorose in cascata. Modelli di rumore. Range dinamico.
Sensibilità. Domande di riepilogo. Esercizi.
CAP. 17 – AMPLIFICAZIONE DI POTENZA .……………….………………..….....501
Amplificatori per grandi segnali. Distorsione. Distorsione armonica. Distorsione di intermodulazione. Caratteristiche
Pin/Pout. Efficienza di conversione di potenza. Safe operating area. Classificazione degli amplificatori di potenza. Stadi
di potenza in classe A. Dissipazione di potenza. Efficienza. Stadi di potenza in classe B. Amplificatore push−pull.
Efficienza. Dissipazione di potenza. Singola alimentazione. Stadi di potenza in classe AB. Resistenza di uscita. Uso di
componenti composti. Amplificatore a ponte. Dissipazione di potenza. Dissipazione termica nei componenti elettronici.
Sistemi termici. Domande di riepilogo. Esercizi.
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CAP. 18 – CONVERSIONE ANALOGICO − DIGITALE ...…………………....…... 531
Convertitori A/D. Campionamento. Circuiti di campionamento. Quantizzazione. Errore di quantizzazione. Rapporto
segnale/rumore di quantizzazione. Condizionamento del segnale analogico. Parametri caratteristici dei convertitori
A/D. Convertitori D/A. Equazione fondamentale. Convertitori unipolari e bipolari. Parametri caratteristici dei DAC.
Circuiti di conversione analogico-digitale. Convertitori A/D ad integrazione. Convertitori A/D a contatore (delta).
Convertitori A/D ad approssimazioni successive. Convertitori A/D seriali (pipeline). Convertitori A/D paralleli (flash).
Convertitori A/D delta-sigma. Convertitori A/D PCM. Circuiti di conversione digitale-analogico. Convertitori D/A con
rete di tipo R-2R inversa. Grounding e bypassing D/A e A/D ICs. Sistemi di acquisizione e controllo. Domande di
riepilogo. Esercizi.
APP. 1 – RICHIAMI DI MATEMATICA ……...…....…………………………....….681
Nozioni di base. Numeri complessi. Formule trigonometriche. Logaritmi. Metodi di calcolo. Tecniche di modellizzazione di dati
sperimentali. Approssimazione di una funzione mediante serie di Taylor. Approssimazione di dati mediante una rete neurale. Calcolo
numerico.
APP. 2 – RICHIAMI DI TEORIA DEI CIRCUITI ……,,,…..……………….…….689
Elementi circuitali. Elementi passivi R,L,C. Impedenze complesse. Generatori di tensione e corrente. Generatori
controllati. Trasformatori. Legge di Ohm. Leggi di Kirchoff. Legge di Kirchoff ai nodi. Legge di Kirchoff alle maglie.
Partitore di tensione. Partitore di corrente. Elementi in serie e in parallelo. Attenuatori. Teorema di Miller. Ponte di
Wheatstone. Modelli equivalenti esterni di reti lineari. Reti lineari senza eccitazioni interne. Reti lineari con
eccitazioni interne: equivalenti di Thevenin e Norton. Reti lineari n-porte. Reti non lineari. Analisi di circuiti RC ed RL.
Circuiti RC serie ed RL parallelo. Circuiti RC parallelo ed RL serie. Circuito RLC passa-banda. Circuito RLC passabasso. Definizioni di potenza. Potenza media dissipata su un bipolo. Massimo trasferimento di potenza attiva.
APP. 3 – COMPONENTI ELETTRICI ...………........................................................... 711
Componenti passivi. Resistori. Conduttori. Condensatori. Induttori. Trasformatori. Interruttori. Relè. Microfoni e altoparlanti.
APP. 4 – SEGNALI ELETTRICI …………..………....…………..……......................... 721
Segnali periodici rettangolari. Segnali periodici sinusoidali. Segnali periodici impulsivi. Segnali impulsivi one-shot.
APP. 5 – TRASFORMATE ..……......…………….…….………….……………...…….. 725
Sviluppo di un segnale periodico in serie di Fourier. Trasformata di Fourier. Trasformata di Laplace. Antitrasformata di Laplace.
APP. 6 – SEGNALI TEMPO-DISCRETI………………………………………………733
Campionamento di segnali continui. Trasformata di Fourier tempo-discreta. Proprietà della FT. Spettro di un segnale
tempo-discreto. Trasformata Z. Trasformata di Fourier discreta (DFT-FFT).
APP. 7 – ELEMENTI DI STATISTICA …………………………..…...…................... 739
Distribuzione di probabilità. Analisi di Montecarlo.
APP. 8 – LABORATORIO DI ELETTRONICA ...….......……………….…..……….... 741
Accessori. Cavi. Schede per montaggio circuiti. Alimentatori. Generatori di segnale. Multimetri. Misure di tensione.
Misure di corrente. Misure di resistenza. Oscilloscopi. Principi di funzionamento. Uso dello strumento. Banda
dell’oscilloscopio. Compensazione. Modalità di campionamento. Impedenzimetri. Specifiche di un misuratore di
impedenza. Metodi di misura delle impedenze. Ponte auto-bilanciato. Collegamento del campione. Analizzatori di rete.
Analizzatori di spettro. Introduzione all’analisi spettrale. Analizzatori di spettro FFT. Analizzatori di spettro real-time.
Analizzatori di spettro supereterodina. Risoluzione. Sweep time. Display smoothing. Sensibilità. Cifra di rumore e
preamplificazione. Misure di rumore. Range dinamico. Preselezione. Amplificatore lock-in.
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