Obiettivi formativi
Fornire una preparazione di base sui circuiti elettronici analogici a transistore bipolare ed MOS.
Prerequisiti
Analisi matematica 1 e 2. Fisica generale 1 e 2. Principi e Applicazioni dell’Ingegneria Elettrica . Elettronica 1
Contenuti dell'insegnamento
Introduzione Segnali analogici e segnali digitali. Linearità di un sistema e condizioni di non-distorsione. Linearizzazione. Circuito equivalente alle variazioni di un diodo p-n. Modello alle variazioni di un transistore bipolare (BJT) in regione attiva diretta e di un MOSFET in saturazione.
Amplificatori lineari. Funzioni di rete. Stadi amplificatori elementari: Emettitore Comune (EC): studio del punto di lavoro; analisi a piccolo segnale in bassa frequenza; analisi ai grandi segnali. Stabilità del punto di lavoro. Stadi a Collettore Comune (CC) e Base Comune (BC). Amplificatori elementari MOS: Source Comune, Gate comune e Drain comune.
Cenno agli amplificatori multi-stadio: CC+EC, EC+CC, cascode. Connessione Darlington. Stadio differenziale a BJT. Carichi attivi e specchi di corrente.
Comportamento in frequenza degli amplificatori. Risposta in frequenza dell’amplificatore EC: diagrammi di Bode. Analisi approssimata del comportamento degli amplificatori multistadio: il metodo delle costanti di tempo a circuito aperto e in cortocircuito.
Circuiti con retroazione. Schemi unifilari per la rappresentazione di sistemi lineari. Retroazione positiva o negativa. Proprietà degli amplificatori con retroazione negativa: desensibilizzazione, larghezza di banda, ... . Individuazione della retroazione nei circuiti elettronici. Concetto di amplificatore operazionale. Stabilità dei sistemi in retroazione, richiami sui criiteri di Nyquist e di Bode. Analisi dei poli della funzione di trasferimento, luogo delle radici.
Amplificatori operazionali. Definizione; concetto di cortocircuito virtuale. Amplificatore invertente, non invertente, inseguitore; analisi della retroazione (Hd, Hr). Funzione di trasferimento ad anello aperto, AO compensati; analisi sui diagrammi di Bode, prodotto guadagno-larghezza di banda, stabilità. Altre applicazioni degli AO: sommatore; amplificatore differenziale; derivatore; integratore; convertitori I-V, negative impedance converters, giratori, raddrizzatori di precisione, rivelatori di cresta. Compensazione degli AO: per riduzione del guadagno, con rete di ritardo, con rete di anticipo. Non idealità di comportamento degli amplificatori operazionali reali: tensione di offset, correnti di polarizzazione e di offset, limitazione di slew rate.
Analisi per grandi segnali di amplificatori di uscita Rendimento, distorsione non lineare, guadagno di potenza. Stadi di uscita in classe A: collettore comune, emettitore comune. Sollecitazioni sui dispositivi di uscita (Imax, Vmax). Trasmissione del calore nei dispositivi elettronici. Zona di funzionamento sicuro di un dispositivo. Definizione delle classi di funzionamento A,B,C,D. Funzionamento in controfase in classe B ed AB. Funzionamento in classe C. Funzionamento in classe D con carico risonante e a larga banda.
Cenni agli oscillatori ed ai multivibratori Stabilità del punto di riposo. Modi naturali di un circuito lineare. Un solo punto di riposo instabile con innesco sinusoidale:esempi di circuiti atti alla generazione di segnali quasi sinusoidali. Un solo punto di riposo instabile con innesco esponenziale:esempi di multivibratori astabili. Due punti di riposo stabili ed uno instabile: esempi di multivibratori bistabili. Un solo punto di riposo stabile: esempi di multivibratori monostabili. Calcolo del comportamento in transitorio con il metodo degli interruttori comandati.
Bibliografia
P. R. Gray, P.J. Hurst, S.H. Lewis, R. G. Meyer, “Analysis and Design of Analog Integrated Circuits”, 5th Edition, Wiley.
R. Menozzi, “Appunti di Elettronica”, Pitagora.
C. Morandi, “Elettronica C”, disponibile su Lea
Testi d'approfondimento
S. Franco, “Design with Operational Amplifiers and Analog Integrated Circuits” McGraw-Hill
Metodi didattici
Lezioni frontali.
Le esercitazioni sono svolte in aula e vertono sull’analisi e sul progetto di semplici circuiti analogici.
Modalità verifica apprendimento
L’esame comprende una prova scritta e una prova orale. Il superamento della prova scritta è necessario per l’accesso alla prova orale nella medesima sessione di esami. Sono ammessi alle prove scritte solo gli studenti iscritti per via telematica.
