L'obiettivo del corso è di introdurre lo studente nel mondo dell'elettronica. Saranno illustrati i principi di funzionamento dei principali dispositivi (diodi, transistor bipolari e transistor a effetto di campo) e saranno illustrate le loro applicazioni nei circuiti elettronici. Saranno analizzati in particolare amplificatori analogici e porte logiche fondamentali. È inoltre previsto l'apprendimento del software di simulazione di circuiti pspice.
scheda docente materiale didattico
Introduzione all’elettronica. Principi di funzionamento e modelli della giunzione pn e dei transistori BJT e MOSFET. Polarizzazione dei transistori BJT e MOSFET. Configurazioni fondamentali. Amplificatori a singolo stadio e a più stadi. Amplificatore differenziale. Generatori di corrente. Carichi attivi. Comportamento in frequenza degli amplificatori. Porte logiche fondamentali e amplificatori in tecnologia NMOS e CMOS. Teoria della reazione e amplificatori controreazionati. Oscillatori. Stadi di uscita. Esempi di applicazioni dei più comuni circuiti analogici.
Programma dettagliato
Introduzione: breve storia dell’elettronica, classificazione dei segnali, convenzioni, approccio alla soluzione dei problemi, cenni teoria dei circuiti, spettro dei segnali, amplificatori, invertitori logici, variazioni dei parametri di progetto, precisione numerica.
Cenni di teoria dei semiconduttori: semiconduttori e dispositivi elettronici, resistività di isolanti, semiconduttori e conduttori, legami covalenti e diagrammi a bande dei semiconduttori, banda proibita e concentrazione intrinseca, comportamento di elettroni e lacune nei semiconduttori, donori e accettori, controllo della popolazione di elettroni e lacune mediante drogaggio, correnti di deriva e diffusione, mobilità e velocità di saturazione, dipendenza della mobilità da drogaggio e temperatura.
Diodi e circuiti a diodi: strutura e layout del diodo, elettrostatica della giunzione pn, regioni di funzionamento (diretta, inversa, e breakdown), modelli per la descrizione del diodo, analisi e progetto di circuiti a diodi, applicazioni (rettificatori, alimentatori, regolatori, convertitori).
Transistor BJT: struttura del dispositivo, principio di funzionamento, caratteristiche corrente-tensione, il BJT come amplificatore, il BJT come interruttore, circuiti con BJT in continua, polarizzazione degli amplificatori a BJT, funzionamento per piccoli segnali e modelli, amplificatori a BJT singolo stadio. Regolatori di tensione discreti.
Transistor MOSFET: struttura e principio di funzionamento dei MOSFET, regioni di funzionamento (triodo, saturazione, cutoff), modello matematico e caratteristica i-v, circuiti a MOSFET in continua, polarizzazione degli amplificatori a MOSFET, il MOSFET come amplificatore e come interruttore, modelli e funzionamento per piccoli segnali, amplificatori MOS a singolo stadio, invertitori logici NMOS, CMOS.
Amplificatori integrati: strategie di progetto di IC, confronto MOSFET – BJT, la polarizzazione nei circuiti integrati. Amplificatori CS e CE, amplificatori CG e CB, amplificatori CD e CC, amplificatori con due transistor. Amplificatori cascode.
Amplificatore differenziale: coppia differenziale a MOSFET, funzionamento per piccoli segnali, coppia differenziale a BJT, caratteristiche non ideali, amplificatore differenziale con carico attivo.
Risposta in frequenza
Metodi di analisi (esatti, Miller, costanti di tempo). Comportamento in bassa frequenza. Modelli di BJT e MOSFET in alta frequenza. Risposta in alta frequenza degli amplificatori.
La retroazione: cenni sulla teoria della controreazione, classificazione, proprietà, esempi. Il problema della stabilità. Compensazione in frequenza.
Oscillatori sinusoidali: principidi base degli oscillatori, criterio di Barkhausen, oscillatori accordati LC (Colpitts e Hartley).
Stadi di uscita e amplificatori di potenza: caratteristiche e classificazione degli stadi di uscita, stadio di uscita a emettitore comune in classe A, stadio di uscita a collettore comune in classe A, stadi in classe B e AB, efficienza e dissipazione di potenza.
oppure
A.S. Sedra, K.C. Smith "Circuiti per la microelettronica" EDISES 3a edizione
+contenuti aggiuntivi su piattaforma e-learning Moodle
Programma
Programma sinteticoIntroduzione all’elettronica. Principi di funzionamento e modelli della giunzione pn e dei transistori BJT e MOSFET. Polarizzazione dei transistori BJT e MOSFET. Configurazioni fondamentali. Amplificatori a singolo stadio e a più stadi. Amplificatore differenziale. Generatori di corrente. Carichi attivi. Comportamento in frequenza degli amplificatori. Porte logiche fondamentali e amplificatori in tecnologia NMOS e CMOS. Teoria della reazione e amplificatori controreazionati. Oscillatori. Stadi di uscita. Esempi di applicazioni dei più comuni circuiti analogici.
Programma dettagliato
Introduzione: breve storia dell’elettronica, classificazione dei segnali, convenzioni, approccio alla soluzione dei problemi, cenni teoria dei circuiti, spettro dei segnali, amplificatori, invertitori logici, variazioni dei parametri di progetto, precisione numerica.
Cenni di teoria dei semiconduttori: semiconduttori e dispositivi elettronici, resistività di isolanti, semiconduttori e conduttori, legami covalenti e diagrammi a bande dei semiconduttori, banda proibita e concentrazione intrinseca, comportamento di elettroni e lacune nei semiconduttori, donori e accettori, controllo della popolazione di elettroni e lacune mediante drogaggio, correnti di deriva e diffusione, mobilità e velocità di saturazione, dipendenza della mobilità da drogaggio e temperatura.
Diodi e circuiti a diodi: strutura e layout del diodo, elettrostatica della giunzione pn, regioni di funzionamento (diretta, inversa, e breakdown), modelli per la descrizione del diodo, analisi e progetto di circuiti a diodi, applicazioni (rettificatori, alimentatori, regolatori, convertitori).
Transistor BJT: struttura del dispositivo, principio di funzionamento, caratteristiche corrente-tensione, il BJT come amplificatore, il BJT come interruttore, circuiti con BJT in continua, polarizzazione degli amplificatori a BJT, funzionamento per piccoli segnali e modelli, amplificatori a BJT singolo stadio. Regolatori di tensione discreti.
Transistor MOSFET: struttura e principio di funzionamento dei MOSFET, regioni di funzionamento (triodo, saturazione, cutoff), modello matematico e caratteristica i-v, circuiti a MOSFET in continua, polarizzazione degli amplificatori a MOSFET, il MOSFET come amplificatore e come interruttore, modelli e funzionamento per piccoli segnali, amplificatori MOS a singolo stadio, invertitori logici NMOS, CMOS.
Amplificatori integrati: strategie di progetto di IC, confronto MOSFET – BJT, la polarizzazione nei circuiti integrati. Amplificatori CS e CE, amplificatori CG e CB, amplificatori CD e CC, amplificatori con due transistor. Amplificatori cascode.
Amplificatore differenziale: coppia differenziale a MOSFET, funzionamento per piccoli segnali, coppia differenziale a BJT, caratteristiche non ideali, amplificatore differenziale con carico attivo.
Risposta in frequenza
Metodi di analisi (esatti, Miller, costanti di tempo). Comportamento in bassa frequenza. Modelli di BJT e MOSFET in alta frequenza. Risposta in alta frequenza degli amplificatori.
La retroazione: cenni sulla teoria della controreazione, classificazione, proprietà, esempi. Il problema della stabilità. Compensazione in frequenza.
Oscillatori sinusoidali: principidi base degli oscillatori, criterio di Barkhausen, oscillatori accordati LC (Colpitts e Hartley).
Stadi di uscita e amplificatori di potenza: caratteristiche e classificazione degli stadi di uscita, stadio di uscita a emettitore comune in classe A, stadio di uscita a collettore comune in classe A, stadi in classe B e AB, efficienza e dissipazione di potenza.
Testi Adottati
A.S. Sedra, K.C. Smith "Circuiti per la microelettronica" EDISES 4a edizioneoppure
A.S. Sedra, K.C. Smith "Circuiti per la microelettronica" EDISES 3a edizione
+contenuti aggiuntivi su piattaforma e-learning Moodle
Modalità Erogazione
Il corso si articola in lezioni frontali 80% ed esercitazioni 20% E' previsto l'utilizzo della piattaforma e-learning Moodle per contenuti didattici aggiuntivi e test online La frequenza non è obbligatoriaModalità Valutazione
Nel periodo di emergenza COVID-19 l’esame di profitto sarà svolto secondo quanto previsto all’art.1 del Decreto Rettorale n°. 703 del 5 maggio 2020 La valutazione prevede una prova scritta e una prova orale (alla prova orale si accede solo superando quella scritta). In alternativa è possibile accedere alla prova orale con il superamento delle tre prove in itinere.