ElettronicaI_CalendarioLezioni


https://sites.google.com/a/uniroma1.it/vincenzoferrara-eng/insegnamenti/electronics-i-1/lesson_schedule



ELETTRONICA I  - Calendario delle lezioni
  


Giorno

Argomento

Lun 25 febbraio 2019

(2h)

Presentazione del corso. Realizzabilità dei sistemi di Comunicazione, Controllo e Calcolo per la disponibilità di tecnologie elettroniche: Analogica, Digitale, Wave Shaping. Metodi di soluzione di circuiti non lineari: analitico, numerico al calcolatore (Spice), lineare a tratti, grafico.

Presentazione del programma di simulazione di circuiti elettronici Spice-Capture. Altri prodotti di simulazione: LTSpice, Fritzing. Progettazione hardware e software: esempi prototipi Arduino. Esercitazione introduttiva SPICE-Capture: estrazione della caratteristica statica di un componente (DC sweep, impostazioni del Plot), misura mediante cursori, esempio di estrazione della caratteristica statica V-I di un bipolo (diodo 1N4002). Esercizio proposto per casa: caratteristica statica d'uscita (VCE-IC) di un transistor BJT (2N2222), parametrizzazione mediante grandezze d'ingresso (IB). 

Mar 26 febbraio 2018 (2h-4)

Nozioni e metodi di base per la soluzione di circuiti elettronici: bipoli, reti due porte, reti due porte sbilanciate, caratteristiche statiche I-V, resistenze, generatori di tensione e corrente indipendenti, componenti passivi e attivi, resistenze serie, resistenze parallelo. Quadranti e potenza dissipata/erogata. Metodo grafico: bipoli in serie e parallelo.

Applicazione del principio di sovrapposizione degli effetti. Equazioni alle maglie e ai nodi.  

Circuiti equivalenti di Thevenin e Norton. Regola del partitore di tensione. Regola del partitore di corrente.

Mer 27 febbraio 2018

(2h-6)

Modelli lineari a tratti della caratteristica V-I di un bipolo. Caratteristica V-I di diodi, fotodiodi, cella solare, diodo tunnel. Modelli per grandi segnali del diodo. Modelli approssimati del diodo. Punto di lavoro. Sovrapposizione di un segnale di piccole dimensioni, limitazioni delle distorsioni, linearità. Separazione delle analisi: statica e di piccolo segnale. Sistemi lineari e non lineari: linearità locale e sovrapposizione degli effetti.

 

Esempi di retta di carico statica e dinamica. Utilizzo dei modelli lineari a tratti per analisi circuitale e rappresentazione grafica della caratteristica ingresso-uscita.

Componenti reattivi (C, L). Esempi di filtri RC.

Soluzioni nel dominio del tempo. Soluzioni nel dominio di Laplace e di Fourier.  Richiami sui segnali periodici: sviluppo in serie, analisi spettrale del segnale, trasformata di Laplace, trasformata di Fourier.

Gio 28 febbraio 2018 (2h-8)

Componenti reattivi (C, L). Partitore compensato. Circuito RC con applicazione di un segnale a gradino; evoluzione nel tempo: costante di tempo.

Unità in dB: legame tra dB di potenza e dB di tensione e corrente.

Richiamo di poli e zeri della funzione di trasferimento nel dominio di Laplace e nel dominio della frequenza Metodo analitico di valutazione dei diagrammi di Bode di Ampiezza e Fase.

 

Lun 4 marzo (2h-10)

Filtri del primo ordine PB e PA. Banda passante e definizione delle frequenze di taglio a -3dB inferiore e superiore. Relazione tra costante di tempo, frequenza di taglio a -3dB superiore e tempo di salita. Partitore compensato.

Misura con spice della pendenza in dB/decadi del modulo di una funzione di trasferimento (derivata rispetto a una funzione logaritmo). Esercitazione su circuiti RC e loro analisi con Spice. Analisi del transitorio, Fourier, AC-Sweep.

 

Mar 5 marzo  

(2h-12)

Amplificatori: reti due porte. Tipi di amplificatori: AV, AI, GM, RM.

Introduzione all'operazionale ideale, realizzazione di una massa virtuale e sua valutazione analitica.

Topologie di controreazione. Retroazione ideale.

Amplificatore con retroazione negativa. Introduzione agli OP: configurazione invertente, non invertente.

Esercizi circuitali con OP: somma pesata, circuiti somma-differenza.

Mer 6 marzo  

(2h- 14)

Teorema di Miller.

Circuiti con OP: inseguitore di tensione, integratore di Miller, differenziale (modo comune e CMRR), derivatore, differenziale da laboratorio, differenziale con due OP.

Gio 7 marzo (2h-16)

Convertitori DAC (somma pesata DAC), Convertitori DAC (DAC R-2R). OP utilizzato per ridurre le soglie: superdiodo, rettificatore di precisione. Integratore con Convertitore di impedenza negativa (NIC).

Determinazione diretta dei poli e degli zeri di una funzione di trasferimento: analisi esemplificativa di circuiti con OP.

Lun. 11 marzo (2h-18)

Esercizi circuitali: calcolo della frequenza di taglio mediante il metodo delle costanti di tempo: approssimazione relativa agli zeri della funzione di trasferimento.

OP reale con amplificazione finita e banda limitata: effetti su Zo e Zi.

 Schemi con OP.

Creazione/utilizzo di una libreria olb e inclusione di un nuovo componente TL082.

Mar 12 marzo (2h-20)

Esercitazione di Laboratorio ai banchi di misura: presentazione degli strumenti in laboratorio e prime misure: partitore, partitore compensato, circuiti RC.

 Esercitazione di Laboratorio ai banchi di misura: presentazione degli strumenti in laboratorio e prime misure su circuiti con OP - scheda TI. Inseguitore di tensione ed effetti dei poli dell’OP, configurazioni invertente e non invertente.

Mer 13 marzo (2h -22)

Legame tra sag e frequenza di taglio a -3dB nel caso di riduzione a funzione di trasferimento a singola costante di tempo. Test dell’onda quadra.

Uso della retroazione positiva. Principi di funzionamento degli oscillatori. Oscillatori lineari e non lineari. Comparatori, Trigger di Schmitt (comparatori con isteresi). Multivibratori bistabili (Flip-Flop). Astabili e generatori di funzione. 

Esercitazione con circuiti OP.

Gio.14 marzo  

(2h- 24)

Continuazione multivibratori astabili e monostabili. Generatore di funzioni con multivibratori. Cenno VCO.

Metodi per ridurre e annullare gli effetti di VCM, Vos, IBIAS e Ios. Correnti di polarizzazione IBIAS e tecniche di annullamento della tensione di uscita.

Spiegazione esercizi di calcolo poli e zeri mediante costanti di tempo.

Lun 18 marzo (2h-26)

Esercizio con integratore di Miller.

Preparazione esercitazione laboratorio di misura con multivibratori.

Spice: Esercizi con integratore di Miller e multivibratori.

Mar 19 marzo (2h-28)

Esercitazione di Laboratorio ai banchi di misura: misure su circuiti con OP - scheda TI continuazione inseguitore di tensione e risposta al gradino. Configurazioni invertente e non invertente. Progetto di multivibratore astabile.

Mer 20 marzo (2h- 30)

Non idealità OP: amplificazione di modo comune e CMRR.

Struttura interna OP (cascata amplificatore differenziale, amplificatore di tensione e buffer d'uscita). Dipendenza dai parametri interni dell'amplificazione Ado e della frequenza di taglio a -3 dB ad anello aperto.

Saturazione della corrente d'uscita e Slew Rate di un OP: casi di segnali a gradino e sinusoidale. 

Concetti base dell'architettura di un sistema elettronico: trasduttori, alimentatori, sincronizzatori, amplificazione, conversione, elaborazione, adattamento ingresso-uscita... Caratterizzazione di un sistema elettronico: analogico/digitale, banda di frequenza, dinamica, dissipazione, rumore endogenerato,...

Il problema dell'alimentazione (richiamo del concetto "punto di lavoro"). Accenno sui sistemi di conversione AC-DC e DC-DC. Richiamo di bipoli con caratteristiche V-I non lineari: diodi.

Gio. 21 marzo  (2h-32)

Esercizi con OP: calcolo di limitazione dello slew rate, dimensionamento di un circuito per ottenimento di una elaborazione matematica di segnali.

Diodi rettificatori: rettificatore a semionda, risposta con modelli più realistici.

Circuiti con diodi: limitatori o tosatori con diodi. Porta logica AND con diodi, rivelatore di massimo e di minimo, circuito di aggancio (clamp), moltiplicatore di tensione continua.

Caratteristica più completa di un diodo a giunzione: effetto della resistenza distribuita giunzione-reofori.

 

Lun 25 marzo (2h-34)

Produzione di una continua, utilizzando un filtro capacitivo e contenimento della ondulazione residua. Concetti di regolazione e stabilizzazione. Cenni su breakdown moltiplicazione a valanga e breakdown da effetto tunnel. Coefficienti termici. Diodo zener e sua applicazione come "tensione di riferimento": Sottosistema alimentatore. Alimentatore stabilizzato a zener

Spice: Analisi parametrica di variazione di un parametro globale. Esercizi applicativi. Costruzione dello schema di un circuito: rettificatore a semionda e doppia semionda con filtro e stabilizzazione della tensione d’uscita. Rettificatore con filtro capacitivo (alimentatore). Effetti del carico, calcolo dell’ondulazione. Tecniche per la riduzione dell'ondulazione (ripple): effetti di un aumento del valore della capacità.

Mar 26 marzo (2h-36)

Continuazione caratteristiche V-I di diodi: tunnel, a breakdown (zener). Effetto della frequenza sul circuito raddrizzatore: tempo di recupero inverso. Rettificatore a doppia semionda: circuito con trasformatore a presa centrale, ponte di diodi.

Esercitazione di Laboratorio ai banchi di misura: Misure su circuiti con diodi: rettificatore a semionda, onda intera, demodulatore di inviluppo,  

Mer 27 marzo (2h- 38)

Cenni di fisica dei dispositivi: bande di energia, equazione di continuità, correnti di deriva e di diffusione, equazione di Shockley del diodo.

 

Gio 28 marzo (2h-40)

 Risoluzione di problemi circuitali.

 

Lun. 1 aprile (2h-42)

Continuazione cenni di fisica dei dispositivi: equazione di continuità, equazione di Shockley del diodo.

Capacità di diffusione e di transizione di un diodo a giunzione.

Circuiti elettronici per le telecomunicazioni: demodulatore di inviluppo, mixer a diodo e mixer a diodi doppiamente bilanciato.

Proposte di simulazione: Rivelatore di massimo e di minimo, circuito di aggancio (clamp), moltiplicatore di tensione continua, superdiodo, rettificatore di precisione.

Circuiti elettronici per le telecomunicazioni: esempio di utilizzo del modello generatore controllato polinomiale: prodotto misto di due tensioni. Porta di campionamento a diodi. Demodulatore di inviluppo.

Esercitazioni di circuiti con diodi e OP. Superdiodo, rettificatore di precisione.

Mar. 2 aprile (2h-44)

 Esercitazione di Laboratorio ai banchi di misura. Misure su circuiti con diodi: rettificatore a semionda, onda intera, demodulatore di inviluppo, clamp, rettificatore di precisione. 

Mer. 3 aprile (2h- 46)

Introduzione ai transistor unipolari. Fisica del transistor JFET. Fisica e caratteristiche di un MOSFET. Circuiti di polarizzazione per transistori MOS. Condensatori di blocco e condensatori di bypass: poli e zeri associati.

Esercitazione con schemi circuitali.

MOSFET: Componenti discreti e componenti integrati. Limiti imposti dalla tecnologia. Modelli per grandi e piccoli segnali. Dipendenza dalla frequenza. Polarizzazione MOSFET PMOS e NMOS a svuotamento.

 

Gio. 4 aprile (2h- 48)

Esercitazione svolgimento temi con OP e diodi.

Lun. 8 aprile

(2h-50)

Prima prova d'esonero. (prenotarsi inviando una e-mail al docente con "oggetto" ESONERO ELETTRONICA I). L'elenco dei prenotati sarà esposto nella pagina web dedicata agli esami di Elettronica I. 

 

Mar 9 aprile (2h – 52)

Esercitazione di Laboratorio ai banchi di misura: misure su circuiti con OP - scheda TI - Multivibratore bistabile. Moltiplicatori analogici. Generatore di funzione controllato da una tensione (VCO). Progetto individuale, misure su circuiti con OP - scheda TI - Multivibratore astabile. Progetto individuale.

Contraddittorio delle proposte individuali sul progetto con scheda ASLK PRO TI.

Mer. 10 aprile (2h - 54)

Spiegazione esercizi. 

Caratteristiche statiche di MOSFET a canale n ad arricchimento e a svuotamento. Zone di funzionamento: interdizione, saturazione, triodo e utilizzazioni base (amplificatore, VGA, ...).

Transcaratteristiche (VGS-IDS).

Valutazione della curva di trasferimento ingresso-uscita del MOS, VTC.

Limiti dell’amplificazione Av=f(VDD,Vov).

Gio. 11 aprile (2h- 56)

Esercitazione: Rette di carico statiche e dinamiche d’ingresso e d’uscita e per la transcaratteristica. 

Circuiti di polarizzazione per transistori MOS. Condensatori di blocco e condensatori di bypass: poli e zeri associati.

Esercitazione con schemi circuitali.

Tecniche di polarizzazione. Polarizzazione con generatori di corrente: specchio di corrente.

Retroazione stabilizzante con resistenza di source e Drain-Gate. Effetti sul segnale. Eliminazione della retroazione per il segnale

Criteri per la scelta della configurazione in un problema di adattamento e amplificazione di una grandezza elettrica.

Lun. 15 aprile  (2h+58)

Spice: Simulazioni di circuiti con MOS. Polarizzazione, amplificazione e banda passante.

Mar.16 aprile

(2h-60)

Calcolo dei parametri di amplificazione (AV, AI, Ro, Ri) MOS (CS, CD, CG)  . Valutazione della curva di trasferimento ingresso-uscita del MOS, commutazione veloce.

Esercizi di calcolo dei parametri di amplificazione per stadi in cascata.

Mer. 17 aprile (2h-62)

CS con resistenza degenere di source, calcoli di polarizzazione e amplificazione.

Polarizzazione MOS con generatori di corrente. Specchio di corrente con MOS.

MOS nei circuiti integrati, modifiche delle tecniche di polarizzazione.

Inverter MOS con carico attivo a svuotamento.

Effetto body e conseguenze su Vth e modello per piccoli segnali.

Esercizi di calcolo dei parametri di amplificazione per stadi in cascata di MOS integrati.

Gio 18 aprile

Vac. Pasqua

Lun 22 aprile

Vac. Pasqua

Mar 23 aprile

Vac. Pasqua

Merc. 24 aprile

assenza

Gio. 25 aprile

Vac. Anniversario della liberazione

Lun 29 aprile (2h-64)

Esercitazione con carichi attivi: Amplificatori invertenti NMOS con carico attivo ad arricchimento e a svuotamento con effetto Body. Carichi attivi: CMOS.

 BJT: cenni su fisica del componente allo stato solido. Modello di Ebers-Moll: calcolo della corrente IC=f(VBE, VBC), Corrente inversa di collettore ICO (corrente di collettore con emettitore apert, IE=0). Espressioni IC= g(IE) e IC=h(IB) in zona attiva. Caratteristiche di ingresso e d'uscita delle configurazioni CB e CE. Punto di lavoro e modelli lineari a tratti. Curve statiche.

Distribuzione schemi generatori di corrente (Wilson, Specchio, Cascode)

Mar. 30 aprile (2h-66)

Continuazione espressioni IC= g(IE),  IC=h(IB), e IC=f(VBE) in zona attiva. Caratteristiche di ingresso e d'uscita delle configurazioni CB e CE. Punto di lavoro e modelli lineari a tratti. Curve statiche.

Comparazione modelli per grandi segnali MOS-BJT. Comparazione modelli per piccoli segnali MOS - BJT. Legame  gm, rp, b.

 Modelli per grandi segnali: Esercizio di commutazione interdizione-saturazione e saturazione interdizione di una configurazione CE invertente con carico capacitivo e carico resistivo separato da un condensatore di blocco: utilizzo della caratteristiche IC-VCE per grandi segnali (risposta al gradino).

 SOA (Safe Operating Area). Esercitazione con circuiti di polarizzazione BJT : polarizzazione fissa, autopolarizzazione, collettore-base. Stabilità del punto di lavoro: coefficienti di stabilità rispetto alle variazioni di VBE, ICBO e beta.

Mer. 1 maggio

Vac. Festa del lavoro

Gio. 2 maggio (2h- 68)

Calcolo dei parametri di amplificazione (AV, AI, Ro, Ri): confronto fra le configurazioni MOS (CS, CD, CG)  e BJT (CE, CC, CB).

Continuazione esercizi di polarizzazione, condensatore di bypass CS, polo e zero associato. Condensatori di blocco.

Analisi in frequenza: calcolo delle frequenze di taglio a -3dB fbL.

Valutazione della curva di trasferimento ingresso-uscita dei BJT e MOS, commutazione veloce-storage time.

 

Generatori di corrente: richiamo specchio di corrente, Wilson, cascode con BJT e MOS.

Lun 6 maggio (2h-70)

Introduzione di configurazioni notevoli: Darlington, cascode.

Effetti della rete di polarizzazione sulla resistenza di ingresso nello stadio CC. Bootstrap. Darlington. Caratterizzazione di una configurazione Darlington: confronto CC-Darlington. Superamento del limite 1/hob per la resistenza di ingresso. 

Configurazione cascode e proprietà della configurazione.

Esercitazione Spice: circuiti con carichi attivi MOS e BJT. Generatori di corrente a MOS – Confronto.

Amplificatori differenziali a BJT e MOS.

Mar 7 maggio (2h-72)

Conseguenze originate dallo stadio d'ingresso di tipo amplificatore differenziale. Amplificatore differenziale a BJT e a MOSFET: amplificazione di modo differenza e modo comune, transconduttanza (Vd-Ic). Bartlett.

Amplificatore differenziale con carico attivo a generatore di corrente.

Mer 8 maggio (2h- 74)

Resistenza di ingresso di modo differenza (Rid)e di comune (RiCM). 

Amplificatore differenziale con carico attivo a generatore di corrente e a cascode.

Specchio di corrente con BJT a basso beta.

Problemi in continua di un amplificatore differenziale: tensione di offset, corrente di polarizzazione e di offset.

Richiamo della struttura interna OP (cascata amplificatore differenziale, amplificatore di tensione e buffer d'uscita) e origine dei limiti funzionali (tensione di offset, correnti di polarizzazione e correnti offset) dallo stadio di ingresso differenziale.

Esercizio circuitale con amplificatore differenziale.

Gio 9 maggio (2h- 76)

Continuazione generatori di corrente con transistor (BJT e MOS):  Wilson, Cascode.

Modelli ad alta frequenza BJT e MOSFET.

Analisi in frequenza: confronto delle tre configurazioni. Richiamo del calcolo delle frequenze di taglio a -3dB fbH, applicazione al caso di stadi in cascata. Richiamo del metodo delle costanti di tempo e metodo preciso. Confronto delle tre configurazioni. Temi d'esame. Banda passante e parametri di amplificazione delle configurazioni notevoli.

Lun 13 maggio (2h-78)

Esercizi circuitali (esempi d’esame)

Esercitazione Spice: Amplificatore differenziale, effetti delle resistenze RE, polarizzazione, transcaratteristiche.

Mar 14 maggio (2h-80)

Esercitazione di Laboratorio ai banchi di misura: circuiti con BJT. Esercitazione in cui si utilizzano circuiti con BJT: Caratteristica statica di trasferimento ingresso uscita di una configurazione CE. Amplificatore in configurazione CE, effetti sull'amplificazione di un carico a basso valore resistivo; cascata CE-CC; bootstrap.

Mer 15 maggio (2h-82)

Richiamo sulla controreazione: esempi di retroazione con amplificatori a BJT. Effetti della retroazione sulla frequenza di taglio e sulla resistenza d'uscita.

Retroazione: casi reali e riporto alle condizioni ideali.

Retroazione, approccio alternativo: analisi utilizzando il “return ratio”.

Il problema della stabilità dei sistemi controreazionati (cenni di analisi della stabilità con i diagrammi di Bode. Cenni su margine di fase e margine di guadagno).

 Principi di funzionamento degli oscillatori. Condizioni di Barkausen.

Richiamo della retroazione positiva. Esempio di oscillatore lineare: oscillatore di Wien.

Oscillatore controllato in tensione (VCO): richiamo esperienza di laboratorio già svolta.

Schema di un sistema di ricetrasmissione AM, componenti elettronici utilizzati. Schema di un sistema di trasmissione FM, componenti elettronici utilizzati. Interfacce analogiche e digitali.

Gio 16 maggio (2h-84)

Svolgimento esercizi d’esame.

Lun 20 maggio (2h-86)

Svolgimento esercizi d’esame.

Mar. 21 maggio (2h-88)

Esercitazione di Laboratorio ai banchi di misura: circuiti con BJT. Esercitazione in cui si utilizzano circuiti con BJT: Amplificatore differenziale BJT, generatore di corrente: Widlar, specchio di corrente. 

Mer 29 maggio

(2h – 90)

Seconda prova d'esonero. L'elenco dei prenotati è nella pagina web dedicata agli esami di Elettronica I 


ORARIO





(L'iscrizione all'area e-learning consente di effettuare il download del materiale didattico)


Vincenzo Ferrara