Milestones in Electronics
Year
Event
1884 American Institute of Electrical Engineers (AIEE) formed
1895 Marconi first radio transmissions
1904 Fleming Valve (Diode Vacuum Tube)
1906 Pickard - Solid-state Point-contact diode (Silicon)
1906 Deforest - Triode Vacuum Tube (Audion) - Age of electronics begins
1910-1911
"Reliable" tubes fabricated
1912 Institute of Radio Engineers (IRE) Founded
1907-1927
Diodes and Triodes - First Radio Circuits
1920 Armstrong invents super heterodyne receiver
1925 TV demonstrated
1925 Lilienfeld files patent application on the field-effect device
1927-1936
Multigrid Tubes
1933 Armstrong invents FM modulation
1935 Heil receives British patent on a field-effect device
1940 Radar developed during World War II; TV in limited use
1947 Bipolar Transistors Invented by Bardeen, Brattain & Shockley at Bell Laboratories
1950 Color TV begins
1952 Shockley describes the unipolar field-effect transistor
1952 Commercial production of silicon bipolar transistors at Texas Instruments
1956 Bardeen, Brattain & Shockley Receive Nobel Prize for Invention of Bipolar Transistors
1958 Simultaneous Development of the Integrated Circuit by Kilby at Texas Instruments & Noyce
and Moore at Fairchild Semiconductor
1961 First commercial digital IC available from Fairchild Semiconductor
1963 AIEE and IRE Merge to become the Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE)
1967 First Semiconductor RAM (64 bits) discussed at the IEEE International Solid-Sate Circuits
Conference (ISSCC)
1968 Introduction of the first commercial IC operational amplifier - the A709 - by Fairchild
Semiconductor
1970 1-transistor dynamic memory cell invented by Dennard at IBM
1971 Introduction of the 4004 microprocessor by Intel
1972 First 8-bit Microprocessor - The Intel 8008
1974 First commercial 1 kilobit memory chip
1974 Introduction of the 8080 microprocessor
1978 First 16-bit Microprocessor
1984 Megabit Memory chip
1995 Experimental Gb Memory Chip Presented at the IEEE ISSCC
10 10
10 9
Chip Density (Bits/Chip)
10 8
10 7
10 6
10 5
10 4
10 3
10 2
1965
1970
1975
1980 1985
Year
1990
1995
2000
Figure 1.2 - Memory chip density as a function of time based upon
first paper presentation at the IEEE International Solid-State
Circuits Conference (ISSCC)
10 7
P6
Pentium
Number of Transistors
10
6
486DX
386SX
10
5
68040
68030
80286
8086
10 4
8085
6800
8080
4004
10 3
19 70
19 75
19 80
19 85
19 90
19 95
20 00
Year
Figure 1.3 - Microprocessor complexity versus time
Levels of Integration in Digital Circuits
Date
Historical Reference
Components/chip
1950
1960
1966
1969
1975
1990
Discrete components
1-2
SSI - Small-scale Integration
< 102
MSI - Medium-scale integration 102 - 103
LSI - Large-scale integration
103 - 104
VLSI - Very-large-scale integration 104 - 109
ULSI - Ultra-large-scale integration > 109
v(t) or i(t)
t
Figure 1.6 - An analog signal
Amplitude
High
Level
"1"
Low
Level
"0"
t
Figure 1.5 - A time varying binary digital signal
___________________________________________________________
Frequencies Associated with Common Signals
___________________________________________________________
Category
Frequency Range
Audible sounds
20 Hz - 20 kHz
Baseband video (TV) signal
0 - 4.5 MHz
AM radio broadcasting
540 - 1600 kHz
High frequency radio communications 1.6 - 54 MHz
VHF television (Channels 2-6)
54 - 88 MHz
FM radio broadcasting
88 - 108 MHz
VHF television (Channels 7-13)
174 - 216 MHz
UHF television (channels 14 - 69)
470 - 806 MHz
Cellular telephones
824 - 892 MHz
Satellite television
3.7 – 4.2 GHz
Antenna
RF
Amplifier
and Filter
Mixer
(88 - 108 MHz)
IF
Amplifier
and Filter
Audio
Amplifier
FM
Detector
10.7 MHz
50 Hz - 15 kHz
Local
Oscillator
Speaker
(77.3 - 97.3 MHz)
Schema a blocchi di un ricevitore radio FM
COMPONENTI BASE DEI CIRCUITI ELETTRONICI:
Passivi
Lineari
Non lineari
Attivi
Resistenze
Capacità
Induttanze
Diodo
Transistore bipolare
Transistore a effetto di
campo
Amplificatore operazionale
DEFINIZIONE DI COMPONENTE LINEARE:
le tensioni ai capi dei terminali sono legate alle correnti nei terminali
stessi da operatori lineari (moltiplicazione per una costante, integrale,
derivata). Per essi vale il principio di sovrapposizione degli effetti (PSE)
Esempio: confronto fra la caratteristica di un resistore e quella di un
diodo.
Per il resistore: data
I = I1 + I2 ove I = f(V ) , I1 = f (V1 ),
I2 = f (V2 )
Per il diodo:
data
V = V1 + V2
I = I1 + I2 ove I = f(V ) , I1 = f (V1 ),
I2 = f (V2 )
V < V1 + V2
Il funzionamento dei componenti non lineari può tuttavia essere
considerato lineare con riferimento a una zona limitata delle
caratteristiche.
MODELLI DEI COMPONENTI
Modello black-box (BB)
Monoporta (1-port)
V=K•I
K []
Si definisce 1! Tensione e 1! Corrente ai terminali
Biporta (2-port)
V1 = K11 I1 + K12 I2
V2 = K21 I1 + K22 I2
Si definisce una tensione e una corrente a ciascuna coppia di
terminali (IN, OUT)
Questo modello consente già una descrizione
funzionamento elettrico del componente.
completa
del
Modello fisico
Esprime i legami fra le variabili elettriche tenendo conto dei
parametri strutturali/composizionali (fisica) del componente e dei
parametri esterni (condizioni di polarizzazione, temperatura, etc..)
mediante relazioni analitiche.
I = I0 (eqV/KT –1)
Es. diodo a semiconduttore:
dove I0 tiene conto dei parametri costitutivi della giunzione p-n.
Modello circuitale lineare
E’ costituito da una rete di elementi lineari attivi e passivi il cui
comportamento elettrico riproduce fedelmente quello riscontrato ai
terminali del componente in esame nelle condizioni operative
specificate.
PARTITORI DI TENSIONE E CORRENTE
v
+
R
vS
1
8k
1
+
R
iS
10 V
-
v2
2k
Resistive voltage divider
V1 = VS R1 / (R1 + R2 )
V2 = VS R2 / (R1 + R2 )
2
-
i1
R
iS
R
1
5 mA
i2
+
vs
2
3k
2k
Resistive current divider
I1 = IS R2 / (R1 + R2 )
I2 = IS R1 / (R1 + R2 )
GENERATORI E CARICHI
Causa
Effetto
Generatore
Carico
Circuito che eroga
Tensione o corrente
Circuito a cui viene imposta (assorbe)
tensione o corrente
Anche quando il circuito è complesso ci si può riportare a questa
schematizzazione semplificata.
Generatori ideali di tensione e corrente
+
VS
IS
-
d.c. (valore assoluto) o a.c. (valore r.m.s.)
Secondo le convenzioni sui versi di percorrenza delle correnti
(positivi se uscenti) associati alle polarità delle tensioni, i generatori
sono caratterizzati da una potenza negativa, cioè erogano potenza.
Generatori reali
• Potenza max erogabile (V*I)
Se un generatore di tensione viene chiamato a pilotare una
resistenza di carico troppo piccola, può eccedere il limite di potenza
max erogabile perché è chiamato a fornire una corrente elevata per
mantenere la tensione specificata.
Analogamente, un generatore di corrente chiuso su una resistenza
di carico troppo grande può eccedere il limite di potenza max
erogabile perché si sviluppa ai suoi capi una tensione di valore
elevato.
Resistenza interna o di generatore:
nei generatori reali di tensione occorre considerare l’effetto di una
resistenza r serie interna ai terminali di accesso e, in modo duale,
nei generatori di corrente l’effetto di una conduttanza g in parallelo.
Quindi, affinchè i generatori si possano
componenti ideali occorre che il carico sia:
RL » r
e
GL ›› g
approssimare
a
Generatori dipendenti o controllati
+
v1
g mv1
i 1
i1
(a) VCCS
(b) CCCS
+
v1
A v1
i 1
i1
(c) VCVS
(d) CCVS
Controlled Sources
(a) Voltage-controlled current source - (VCCS)
(b)Current-controlled current source - (CCCS)
(c) Voltage-controlled voltage source - (VCVS)
(d) Current-controlled voltage source - (CCVS).
Questi
elementi
sono
impiegati
frequentemente
nella
schematizzazione del comportamento (circuito equivalente) dei
componenti attivi.
