Corso di Laurea in Ingegneria delle Telecomunicazioni

Cos’è un semiconduttore, in cosa differisce da un metallo e da un isolante. Elettroni e lacune; dipendenza della conducibilità dalla temperatura. Semiconduttori estrinseci e intrinseci. Drogaggio con donatori (As, Sb, P) o accettori (B).

Regione di svuotamento e barriera di potenziale per la diffusione delle cariche mobili. Caratteristica I-V qualitativa ed espressione analitica. Corrente di saturazione, fattore di idealità, Vt. Breakdown di tipo Zener e a valanga. Diodo ideale (caratteristica approssimata con resistenza differenziale ~ nulla.

Il generatore ideale di corrente controllato in corrente. Caratteristiche e retta di carico del generatore controllato in corrente. Uso del generatore controllato in corrente come amplificatore e interruttore. Funzionamento del transistore bipolare dal punto di vista fisico. Modello di Ebers e Moll. Regioni di funzionamento del transistore. Caratteristiche nella configurazione a emettitore comune. Funzionamento in interdizione e in saturazione. Modelli del BJT in continua.. Modello del BJT per piccoli segnali alle basse frequenze e alle alte frequenze. Dipendenza delle caratteristiche di diodi e bipolari dalla temperatura. Limiti di funzionamento dei transistori.

Il generatore ideale di corrente controllato in tensione. Funzionamento qualitativo del transistore a effetto di campo a giunzione (JFET). Regioni di funzionamento del JFET e andamento delle caratteristiche. Simbolo circuitale del JFET. Caratteristica di trasferimento del JFET. MOSFET a arricchimento: funzionamento, regioni di funzionamento e caratteristiche. Simbolo circuitale del MOSFET. Analisi in continua dei FET. Modello dei FET per i piccoli segnali alle basse frequenze e alle alte frequenze. [Piano di studio: Millman, Sezioni 4.1 4.2, 4.3, 4.4, 4.6, 4.7, 4.8, 4.9, 4.10, 4.14, 4.15]

Amplificatori con BJT. Importanza della corretta polarizzazione del transistore. Polarizzazione del BJT nei circuiti a componenti discreti. Circuito di autopolarizzazione. Sensibilità del punto di riposo a variazioni di b_F e della temperatura (esempio numerico). Progetto di circuito di polarizzazione per un BJT. Analisi di circuiti con transistori in condizioni di linearità. Amplificatore a emettitore comune alle basse frequenze: guadagno di tensione, resistenza di ingresso e di uscita.

Amplificatore comune con resistenza sull'emettitore. Amplificatore a collettore comune: guadagno, resistenza di ingresso e di uscita. Amplificatori multistadio. Amplificatore differenziale a transistori bipolari. Rapporto di reiezione del modo comune. Amplificatori a source comune e a drain comune

Il programma di simulazione di circuiti elettronici SPICE [appunti delle lezioni, versioni del programma presenti sulla homepage del corso]

Nozioni di base sugli amplificatori operazionali. Architettura degli amplificatori operazionali. A. O. ideali. Approssimazione di corto circuito virtuale. Amplificatore Invertente e non invertente. Sommatore invertente e non invertente, convertitore tensione-corrente e corrente-tensione. Integratori. Non idealità degli amplificatori operazionali: correnti di offset e di polarizzazione di ingresso, tensione di offset di ingresso, massima ampiezza della tensione di uscita, slew rate.

Richiami sulla funzione di trasferimento di un sistema lineare. Diagramma di Bode: fase e ampiezza. Divisione in basse frequenze, centrobanda, alte frequenze. Approssimazione di polo dominante. Calcolo del limite superiore di banda e del limite inferiore di banda di un circuito nell'approssimazione di polo dominante. Progettare un circuito in modo che l'approssimazione di polo dominante sia valida. Scelta dei condensatori di bypass e di accoppiamento per imporre la frequenza di taglio inferiore. Frequenza di transizione di un transistore bipolare. Determinazione di Cbe e Cbc. Frequenza di taglio superiore di uno stadio CE e CC. Teorema di Miller. Comportamento in frequenza di un amplificatore operazionale. Funzione di trasferimento di un amplificatore invertente e non invertente.

Definizione dei filtri ideali passabasso, passabanda, passaalto, elimina banda. Definizione e requisiti di un filtro reale passabasso e passabanda. Funzioni di trasferimento biquadratiche (LP,BP, HP, notch). Cella di Sallen-Key passabasso e passaalto. Filtri di Butterworth e di Chebyshev. Progetto di un filtro con banda passante 1 KHz, ripple 1db, attenuazione 40 dB a 2 KHz. Filtro passaalto e passabasso del primo ordine. Filtri biquadratici passa banda (Sallen Key e Delyannis) e filtro notch a doppio T pontato. Filtri Sfasatori: definizione e collocazione di poli e zeri. Filtro sfasatore del primo ordine con operazionali. Funzione di trasferimento dettagliata di un integratore di Miller.

Classificazione degli amplificatori e circuiti equivalenti. Concetto di reazione, prelievo di tensione o di corrente (prelievo parallelo o serie), inserzione di tensione o di corrente (inserzione serie o parallelo). Amplificatori reazionali ideali (b e A unidirezionali, indipendenti dall'impedenza del carico e della sorgente). Proprietà degli amplificatori in reazione (riduzione della sensibilità e delle distorsioni non lineari). Impedenza degli amplificatori reazionati. Proprietà delle varie configurazione di amplificatore reazionato.

Criterio di Barkhausen all'innesco e a regime. Oscillatori a rete di sfasamento e a ponte di Wien. Controllo dell'ampiezza dell'oscillazione con NTC, PTC, o coppia di diodi Zener per limitare l'amplificazione. Oscillatori basati sul teorema dei tre punti. Oscillatori di Colpitts e di Hartley. Cristalli di quarzo: circuito equivalente. Uso dei cristalli di quarzo per realizzare oscillatori di Hartley e Colpitts stabili in frequenza.

Comparatori. Generatore di impulsi a partire da una sinusoide. Comparatore rigenerativo (trigger di Schmitt). Generatori d'onda quadra e triangolare. VCO. Multivibratori monostabile con trigger di Schmitt: retriggerabile e non retriggerabile.

Schema a blocchi. Raddrizzatore a semplice semionda e a doppia semionda. Raddrizzatore a ponte. Filtri raddrizzatori. Definizione di ripple. Regolatori serie. Regolatori monolitici (Motorola 78XX e 79XX) e loro impiego. Regolatori switching.

Definizione dei livelli logici. Caratteristiche di un inverter ideale. Inverter reale: caratteristica di trasferimento, fan in, fan out, margini di rumore, dissipazione di potenza. Definizione dei tempi di salita e di discesa, tempi di propagazione.

CMOS: Inverter CMOS Calcolo della caratteristica di trasferimento. Zone di funzionamento dei pMOS e degli nMOS in un inverter. Inverter compensato. Margini di rumore. Calcolo dei tempi di propagazione di un inverter CMOS. Porte logiche. Sintesi della rete di pull up e di pull down di una porta logica complessa. Dimensionamento dei transistori nelle porte logiche complesse. Transistori di passo e porte di trasmissione nella realizzazione di funzioni logiche.

Logica a transistori bipolari: Porte logiche realizzate con transistori bipolari. Caratteristica di trasferimento di un inverter realizzato con un semplice bipolare. Porte NAND DTL e TTL. Porte TTL con totem pole. Uscita tri-state, uscita open collector. Calcolo della caratteristica di trasferimento di un inverter TTL. Famiglie logiche TTL. Calcolo della caratteristica di trasferimento di una porta NAND 74LS. Interfacciamento CMOS-TTL.

Realizzazione di decoder, demultiplexer, multiplexer e encoder. Memorie di sola lettura (ROM). Realizzazione a diodi, a BJT multiemettitore, a nMOSFET. Indirizzamento bidimensionale. Logica programmabile PROM, PAL, PLA, Flash EEPROM. Latch, latch bistabile, Flip-Flop SR sincrono e asincrono. Flip-Flop D. Timer 555: realizzazione di multivibratori monostabile e astabile. Multivibratori astabili e monostabili realizzati con porte logiche. Memorie ad accesso casuale (RAM). Memorie statiche e dinamiche.

Progetti SPICE assegnati durante l'anno: vedi homepage del corso.

Riferimenti:

1. Millman J. and Grabel A., "Microelettronica", McGraw-Hill, 1994.