Elettronica per ingegneria biomedica

PARTE 1

Introduzione: definizione di Elettronica ed esempi di applicazione. Segnali analogici e digitali. Elementi di fisica dello stato solido: modello di gas elettronico, conduttori e semi-conduttori, lacune ed elettroni liberi, drogaggio dei semiconduttori, corrente di deriva (drift), corrente di diffusione. Il Diodo: spiegazione intuitiva del modello fisico a circuito aperto e con tensione applicata, polarizzazione diretta ed inversa, caratteristica I-V in condizioni stazionarie, breakdown e diodi Zener, analisi dei circuiti a diodi, analisi grafica e retta di carico, modelli approssimati, modelli a piccolo segnale, capacità di giunzione, capacità di diffusione.

PARTE 2

Il MOSFET: spiegazione intuitiva del modello fisico, comportamento in interdizione, triodo e pinch-off, caratteristiche I-V, effetto di modulazione della lunghezza di canale, effetto substrato (body), MOSFET di tipo n e p, tecnologia CMOS, capacità del MOSFET. Introduzione all’Elettronica Digitale: porte logiche ideali e reali, livelli logici e margini di rumore, ripristino dei livelli logici, tempi di propagazione, potenza dissipata, porte logiche con interruttori controllati: logiche a rapporto e logiche complementari.Circuiti logici NMOS: carico resistivo, carico ad arricchimento, Pseudo-NMOS, tempi di propagazione, dissipazione di potenza statica, progetto dell’invertitore, porte logiche NAND, NOR e complesse, progetto di porte logiche Pseudo-NMOS, logica Open-Drain.

PARTE 3

Circuiti logici CMOS: invertitore CMOS, tempi di propagazione, potenza dissipata dinamica, potenza dissipata di corto-circuito, progetto dell’invertitore, stadi buffer, scaling tecnologico, porte logiche NAND, NOR e complesse, progetto delle porte logiche, logica Three-State. Circuiti logici Sequenziali: macchine a stati (la necessità di circuiti con memoria), latch-elementare di tipo statico, latch SR elementare, latch sincronizzati: il clock, latch statico di tipo D CMOS: implementazione a NAND, a porte complesse, con invertitori Three-State, flip-flop D statico, memorie dinamiche, latch D dinamico, flip-flop dinamico.

PARTE 4

Il BJT: spiegazione intuitiva del modello fisico, comportamento nelle diverse regioni di funzionamento, caratteristiche I-V, effetto Early, BJT di tipo npn e pnp, capacità del BJT. Introduzione all’Elettronica Analogica: trattamento dei segnali analogici, amplificatori, guadagno, resistenza di ingresso, resistenza di uscita, spettro dei segnali, risposta in frequenza degli amplificatori, non-linearità, modello dell’amplificatore. Utilizzo di MOSFET e BJT come amplificatori: il primo amplificatore a MOSFET, il primo amplificatore a BJT, polarizzazione ed accoppiamento degli amplificatori.

PARTE 5

Polarizzazione dei circuiti a MOSFET: considerazioni generali: stabilità del punto di lavoro, polarizzazione con degenerazione di source, polarizzazione con feedback drain-gate, polarizzazione in corrente, specchio di corrente a MOSFET (accenno). Polarizzazione dei circuiti a BJT: considerazioni generali: stabilità del punto di lavoro, polarizzazione con degenerazione di emettitore, polarizzazione con feedback collettore-base, polarizzazione in corrente, specchio di corrente a BJT (accenno). Modelli a piccolo segnale: modello a piccolo segnale del MOSFET e relativi parametri, dipendenza dei parametri a piccolo segnale del MOSFET dalla polarizzazione, modelli a piccolo segnale del BJT, dipendenza dei parametri a piccolo segnale del BJT dalla polarizzazione.

PARTE 6

Configurazioni di base degli amplificatori a singolo stadio: emettitore comune, source comune, emettitore comune con degenerazione di emettitore (doppio carico a BJT), source comune con degenerazione di source (doppio carico a MOSFET), base comune, gate comune, collettore comune, drain comune. Risposta in frequenza degli amplificatori: studio in bassa frequenza degli amplificatori, capacità di accoppiamento e di bypass, teorema delle costanti di tempo in corto-circuito, le capacità del MOSFET e del BJT ad alta frequenza, frequenza di transizione del BJT, studio in alta frequenza degli amplificatori, teorema delle costanti di tempo a circuito aperto, teorema di Miller, risposta in frequenza degli amplificatori elementari a singolo stadio: emettitore comune, base comune, collettore comune.

PARTE 7

Amplificatore differenziale con carico resistivo: studio ad ampi segnali dell’amplificatore a BJT, amplificazione differenziale, amplificazione di modo comune, CMRR, realizzazione di un Amplificatore Operazionale a BJT (cenni). Amplificatore Operazionale ideale e circuiti: configurazione invertente, configurazione non-invertente, configurazione differenziale, instrumentation amplifier, integratore, derivatore, circuiti non-lineari con operazionali: comparatore, comparatori con isteresi, multivibratore astabile.