Elettronica per ingegneria informatica

PARTE 1

Cenni sull’elettronica dello stato solido. Materiali conduttori, isolanti e semiconduttori. Elettroni e lacune. Mobilità. Resistenza intrinseca di un semiconduttore. Drogaggio. Corrente di diffusione. La giunzione p-n. Il diodi a giunzione. Caratteristica tensione-corrente. Modelli semplificati (diodo ideale, modello a caduta costante, resistenza serie). Studio di circuiti con diodi. La regione di breakdown. Regolatori di tensione con diodi zener. Raddrizzatori a singola e doppia semionda. Calcolo del ripple, dell’angolo di conduzione, della corrente di picco e di spunto. Cenni sulle capacità parassite dei diodi.

PARTE 2

Il transistore MOS: struttura interna e caratteristiche tensione-corrente. Modello del dispositivo nelle varie regioni di funzionamento. Dispositivi a canale N ed a canale P. Introduzione all’elettronica digitale: segnali logici e porte logiche ideali e non-ideali. Definizione dei livelli logici, dei margini di rumore, dei ritardi di propagazione e della potenza dissipata. Realizzazione di porte logiche con interruttori controllati. Logiche NMOS. L’invertitore con carico resistivo. L’invertitore pseudo-NMOS. Caratteristica di trasferimento, calcolo dei livelli logici, dei ritardi di propagazione e della potenza dissipata. Prodotto ritardo – potenza dissipata. Porte NAND, NOR e porte complesse And-OR-Invert, OR-And-Invert. Cenni sul dimensionamento delle porte complesse.

PARTE 3

Logiche CMOS. Caratteristica di trasferimento, calcolo dei livelli logici, dei ritardi di propagazione e della potenza dissipata. Porte NAND, NOR e porte complesse And-OR-Invert, OR-And-Invert. Cenni sul dimensionamento delle porte complesse. Porte di trasmissione complementari. Logiche a porte di trasmissione. Cenni sui circuiti dinamici. Il bistabile elementare. Punti di equilibrio del circuito. Il D-latch e sua realizzazione con circuiti a porte di trasmissione. Il flip-flop D. Latch e flip-flop dinamici.Classificazione delle memorie. Struttura interna di una memoria. Decodificatori. Memorie ROM e PROM. Memorie non-volatili (EPROM, EEPROM, FLASH). Memorie SRAM 6T e 4T. Operazioni di lettura e scrittura. Memoria DRAM 1T.

PARTE 4

Introduzione all’elettronica analogica. Segnali ed amplificazione. Modelli di amplificatori. L’amplificatore operazionale ideale. Configurazione invertente e non-invertente. Amplificatore sommatore. Amplificatore di differenza. Amplificatore per strumentazione. Integratore, derivatore, filtri attivi (cenni). Applicazioni non-lineari degli operazionali: comparatori, comparatori con isteresi, multivibratore astabile. L’amplificatore operazionale reale: effetti del guadagno finito, della banda passante limitata e delle resistenze di ingresso e di uscita. Modello di amplificatore retroazionato. Proprietà della retroazione negativa. Slew-rate, offset, correnti di polarizzazione. Il transistore bipolare a giunzione: struttura interna, regioni di funzionamento, modello in regione attiva.

PARTE 5

Polarizzazione dei circuiti a BJT e MOS. Il MOS ed il BJT come amplificatori. Modelli a piccolo segnale dei dispositivi. Circuiti equivalenti per piccolo segnale. Effetto delle capacità di accoppiamento e delle capacità interne dei dispositivi. Amplificatori elementari ad emettitore comune ed a source comune. Amplificatori a collettore ed a drain comune. Amplificatori a base e a gate comune. Amplificatori ad emettitore (source) comune con resistenza di degenerazione di emettitore (source). Risposta in bassa frequenza degli amplificatori elementari. Metodo delle costanti di tempo in cortocircuito. Risposta in alta frequenza degli amplificatori elementari. Frequenza di transizione. Effetto Miller. Risposta in alta frequenza dell’amplificatore ad emettitore (source) comune. Metodo delle costanti di tempo a circuito aperto.

PARTE 6

L’amplificatore differenziale. Caratteristica di trasferimento dell’amplificatore differenziale a BJT. Analisi a piccoli segnali. Circuiti equivalenti semplificati per il modo comune e per il modo differenziale. Risposta in frequenza dell’amplificatore differenziale. Stadi di uscita in classe A. Calcolo del rendimento. Stadi di uscita in classe B. Calcolo del rendimento. Stadi di uscita in classe AB. Generatori di corrente. Utilizzo del simulatore LTSpice per l'analisi dei circuiti elettronici: simulazione di un invertitore, calcolo dei valori VOH e VOL, calcolo del temo di propagazione, calcolo della potenza dissipata, simulazione di un amplificatore elementare, calcolo del guadagno, calcolo della banda.