ElettronicaI_CalendarioLezioni


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



ELETTRONICA I  - Calendario delle lezioni
  


AVVISO!

Dopo i test eseguiti in questa settimana (9-14 marzo 2020), di cui uno, svolto il 9 marzo 2020, che usava Meet Google e che ha visto la partecipazione degli studenti, da lunedì 16 marzo l’attività didattica proseguirà sostituendo la lezione frontale con una in modalità a distanza in tempo reale.

Le lezioni in diretta si svolgeranno negli orari ufficiali del corso:

Lunedi ore 8:00-10:00

Martedì ore 8:00-10:00

Mercoledì ore 8:00-10:00

Giovedì ore 16:00-18:00

utilizzando l’app Teams Microsoft e consisteranno in:

a) Presentazione Power Point della lezione;

b)Utilizzo di una lavagna elettronica per aumentare l’interattività;

c) Chat per scambio di domande e risposte durante la lezione;

d)Utilizzo di programmi di simulazione di circuiti elettronici CAD PSpice ed eventualmente di simulazione di strumentazione da banco.

La lezione, dopo il consenso di tutti gli studenti, potrebbe essere registrata e messa a disposizione insieme alla documentazione standard.

Il sito Moodle e-Learning rimane, come nei precedenti anni, l’area documentale del corso. Chi non avesse ancora la chiave di accesso al corso “Elettronica I 2019-20” su Moodle, può scrivermi una e-mail.

Si invitano pertanto gli studenti a:

1) attivare sui propri computer Team Microsoft

2) collegarsi con Teams alla riunione cui verrete invitati nelle singole lezioni


I riferimenti ai capitoli e alle appendici sono da intendersi quelli relativi al testo:

Adel S. Sedra, Kenneth C. Smith, Circuiti per la Microelettronica, Ed. EdiSES Università, V Edizione, 2019. 

Le dispense sono fornite nella sezione del corso e-learning di Sapienza.

 

Legenda del colore utilizzato:

Nero:     Teoria;

Senape: Esercitazioni con utilizzo di simulatori CAE (Orcad-Spice);

Blu:         Esercitazioni di soluzione analitica/grafica di circuiti elettronici;

Verde:     attività pratica di laboratorio con utilizzo di strumentazione                        (Oscilloscopio, generatori di funzione, alimentatori, etc.);


Giorno

Argomento

Lun 24 febbraio 2020

(2h)

Presentazione del corso. I segnali: analogici, digitali, spettro di frequenza. Richiami sui segnali periodici: sviluppo in serie, analisi spettrale del segnale, trasformata di Laplace, trasformata di Fourier.

Realizzabilità dei sistemi di comunicazione, controllo e calcolo per la disponibilità di tecnologie elettroniche.

Metodi di soluzione di circuiti non lineari: analitico, numerico al calcolatore (Spice), lineare a tratti, grafico.

(Cap. 1.1, Cap. 1.2, Cap. 1.3)

Mar 25 febbraio 2020 (2h-4)

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, analisi: statica (punto di lavoro di un componente non lineare), soluzioni nel dominio del tempo (transient), soluzioni nel dominio della frequenza (AC). 

(Appendice B + Manuale Spice)

Mer 26 febbraio 2020

(2h-6)

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. Teorema dell’assorbimento (Esercizi applicativi)

(Appendici C e D)

Gio 27

febbraio 2020

 (2h-8)

Caratteristiche V-I di componenti elettronici e relativi modelli.

Modelli lineari a tratti della caratteristica V-I di un bipolo. Esempi: caratteristica V-I di diodi, diodi zener, 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.

(Cap. 3.3+Cap. 3.4+Cap. 3.7, Appendice della Dispensa “scheda_alimentatori_3.2.pdf”)

Lun 2 marzo (2h-10)

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

Guadagno espresso in decibel. Legame tra dB di potenza e dB di tensione e corrente. Amplificatori in cascata. Relazioni tra i quattro modelli di amplificatori. Modelli unilaterali e retroazionati.

(Cap. 1.4 e 1.5)

Mar 3 marzo  

(2h-12)

Esercizi circuitali.

Spice:

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).

Rete due porte con generatore controllato di tensione (Av_E) ad anello aperto e con retroazione.  

Mer 4 marzo  

(2h- 14)

Componenti reattivi (C, L). Esempi di filtri RC. Risposta in frequenza degli amplificatori. Banda passante e definizione delle frequenze di taglio a -3dB inferiore e superiore. Richiamo di poli e zeri della funzione di trasferimento nel dominio di Laplace e nel dominio della frequenza. Reti a singola costante di tempo STC.  Soluzioni nel dominio del tempo. Soluzioni nel dominio di Laplace e di Fourier.  Metodo analitico di valutazione dei diagrammi di Bode di Ampiezza e Fase.

(Cap. 1.6, Cap. 9.1: calcolo della frequenza di taglio inferiore+9.1.2+9.4, Appendice E, Appendice F)

Gio 5 marzo

Sospensione della didattica per Coronavirus

Lun. 9 marzo

Partitore compensato. Circuito RC con applicazione di un segnale a gradino; evoluzione nel tempo: costante di tempo. STC: relazione tra costante di tempo, frequenza di taglio a -3dB superiore e tempo di salita; relazione tra tilt (sag) e frequenza di taglio a -3dB inferiore. Calcolo della frequenza di taglio mediante il metodo delle costanti di tempo: approssimazione relativa agli zeri della funzione di trasferimento (Esercizi applicativi) Sperimentazione  MODALITA’ DIDATTICA A DISTANZA (collegamento Meet Hangout di Google)

 (Appendice E, Appendice F, Dispensa “scheda_alimentatori_3.2.pdf”)

Mar 10 marzo

Sospensione della didattica per Coronavirus

Mer 11 marzo

Sospensione della didattica per Coronavirus

Gio.12 marzo  

Sospensione della didattica per Coronavirus

Lun. 16 marzo (2h-16)

Partitore compensato. Circuito RC con applicazione di un segnale a gradino; evoluzione nel tempo: costante di tempo. STC: relazione tra costante di tempo, frequenza di taglio a -3dB superiore e tempo di salita; relazione tra tilt (sag) e frequenza di taglio a -3dB inferiore. Calcolo della frequenza di taglio mediante il metodo delle costanti di tempo: approssimazione relativa agli zeri della funzione di trasferimento (Esercizi applicativi) RIPETIZIONE/COMPLETAMENTO MODALITA’ DIDATTICA A DISTANZA (collegamento in diretta Teams Microsoft)

 (Appendice E, Appendice F, Dispensa “scheda_alimentatori_3.2.pdf”)

Mar 17 marzo (2h-18)

Introduzione all'operazionale ideale, realizzazione di una massa virtuale e sua valutazione analitica. Guadagno ad anello aperto di OP ideale e reale. Segnali differenziali e di modo comune.

Interpretazione mediante la teoria delle controreazioni. Retroazione ideale.

Amplificatore con retroazione negativa. Configurazione invertente, non invertente. Calcolo dell’amplificazione con guadagno ad anello aperto finito dell’OP.

Resistenze di ingresso e d’uscita dell’OP ed effetto della retroazione. Circuiti con OP: somma pesata, circuiti somma-differenza, inseguitore di tensione, DAC, NIC.

(Cap. 2.1, Cap 2.2, Cap 2.3) IN MODALITA’ DIDATTICA A DISTANZA (collegamento in diretta Teams Microsoft)

Esercizi circuitali con OP.

Mer 18 marzo (2h -20)

Circuiti con OP: differenziale (modo comune e CMRR), derivatore, differenziale da laboratorio, differenziale con due OP.

Teorema di Miller. Circuiti con OP: integratore di Miller, derivatore. IN MODALITA’ DIDATTICA A DISTANZA (collegamento in diretta Teams Microsoft)

 (Cap. 2.4. Cap. 2.5, Cap. 9.3.3)

Gio.19 marzo  

(2h- 22)

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.

OP: non idealità in continua (VOS, IOS, IBIAS), effetti del guadagno e banda di valore finito. Risposta in frequenza degli amplificatori ad anello chiuso. Limiti di funzionamento per grandi segnali (Saturazione della tensione d’uscita, corrente d’uscita, Slew rate, larghezza di banda a piena potenza). IN MODALITA’ DIDATTICA A DISTANZA (collegamento in diretta Teams Microsoft)

 

(Cap. 2.6, Cap. 2.7, Cap. 2.8)

Lun 23 marzo (2h-24)

Esercizi circuitali. Commenti sui test proposti nella piattaforma Moodle E-Learning.

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

IN MODALITA’ DIDATTICA A DISTANZA (collegamento in diretta Teams Microsoft)

Mar 24 marzo (2h-26)

Esercizi con OP.

Calcolo di limitazione dello slew rate, dimensionamento di un circuito per ottenimento di una elaborazione matematica di segnali.

Spice: Analisi parametrica di variazione di un parametro globale. Esercizi applicativi.

IN MODALITA’ DIDATTICA A DISTANZA (collegamento in diretta Teams Microsoft)

Mer 25 marzo (2h- 28)

Approfondimento sulle tecniche di retroazione. Retroazione negativa. Guadagno d’anello. Fattore di retroazione. Proprietà della retroazione negativa. Le quattro tipologie di retroazione serie-parallelo, serie-serie, parallelo-serie, parallelo-parallelo. Effetti della retroazione sui parametri di amplificazione.

(Cap. 10.1, Cap. 10.2, Cap. 10.3, Cap.10.5)

IN MODALITA’ DIDATTICA A DISTANZA (collegamento in diretta Teams Microsoft)

Gio. 26 marzo  

(2h-30)

Retroazione ideale e analisi sistematica. Uso del guadagno d’anello.  Approccio alternativo: analisi utilizzando il “return ratio” (Rosenstark).

Casi reali e tecniche di risoluzione. Effetto della retroazione sui poli della risposta in frequenza di un amplificatore: caso dell’OP. Effetti sulle resistenze d’ingresso e d’uscita.

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).

Esercizi – Test su Retroazione (Moodle E-Learning).

(Cap. 10.4, Cap. 10.5, Cap. 10.6, Cap 10.8.1÷10.8.4, Cap. 10.9.1÷10.9.2)

IN MODALITA’ DIDATTICA A DISTANZA (collegamento in diretta Teams Microsoft)

Lun 30 marzo (2h-32)

Continuazione: 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).

Commenti sugli elaborati e correzioni: esercizi – Test su Retroazione (e-Learning).

Esercitazione di Laboratorio ai banchi di misura: Misure su circuiti con OP - scheda TI –effetti dei condensatori di blocco e di compensazione in frequenza nelle configurazioni invertente e non invertente.

IN MODALITA’ DIDATTICA A DISTANZA (collegamento in diretta Teams Microsoft)

Mar 31 marzo (2h-34)

Introduzione alla retroazione positiva. Oscillatori sinusoidali e non lineari. Criterio di Barkhausen. Esempio di oscillatore sinusoidale: oscillatore a ponte Wien. Multivibratori bistabili. Generatori di forme d’onda quadre e triangolari. Multivibratore monostabile.

(Cap. 14.1, Cap. 14.2.1, Cap. 14.4, Cap. 14.5)

Spice: Circuiti controreazionati. Oscillatore di Wien. Circuiti con multivibratori.

IN MODALITA’ DIDATTICA A DISTANZA (collegamento in diretta Teams Microsoft)

Mer 1 aprile (2h- 36)

Continuazione multivibratori: generatori di forme d’onda quadre e triangolari. Multivibratore monostabile.

Oscillatore controllato in tensione (VCO).

(Cap. 14.4, Cap. 14.5, Cap. 14.6)

IN MODALITA’ DIDATTICA A DISTANZA (collegamento in diretta Teams Microsoft)

Gio 2 aprile (2h-38)

Esercitazione: soluzione di circuiti elettronici con OP e multivibratori.

IN MODALITA’ DIDATTICA A DISTANZA (collegamento in diretta Teams Microsoft)

Lun. 6 aprile (2h-40)

Esercizi riepilogativi – Test Moodle E-learning.

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.

IN MODALITA’ DIDATTICA A DISTANZA (collegamento in diretta Teams Microsoft)

Mar. 7 aprile (2h-42)

Esercizi riepilogativi – Test Moodle E-learning.

IN MODALITA’ DIDATTICA A DISTANZA (collegamento in diretta Teams Microsoft)

Mer. 8 aprile (2h- 44)

Cenni di fisica dei dispositivi: semiconduttori intrinseci, estrinseci e degeneri.

Bande di energia, equazione di continuità, correnti di deriva e di diffusione.

La giunzione p-n, equazione di Shockley del diodo. Capacità di giunzione e di svuotamento.

(Cap. 1.7, Cap. 1.8, Cap. 1.9, Cap. 1.10, Cap.1.11, Cap. 1.12, per approfondimenti Dispensa “Complementi di Elettronica dello Stato solido”)

Gio. 9 aprile

Vacanze di Pasqua

Lun. 13 aprile

Vacanze di Pasqua

Mar 14 aprile

Vacanze di Pasqua

Mer. 15 aprile (2h- 46)

Richiamo di bipoli con caratteristiche V-I non lineari: diodi.

Diodo ideale: caratteristica e prime applicazioni (raddrizzatore, limitatori o tosatori con diodi. porte logiche OR e AND con diodi, rivelatore di massimo e di minimo, circuito di aggancio (clamp), moltiplicatore di tensione continua, demodulatore di inviluppo).

 (Cap. 3.1, Cap. 3.2, Cap. 3.5.4, Cap. 3.6)

Gio. 16 aprile (2h-48)

Circuiti con diodo: analisi grafica, procedura iterativa di soluzione circuitale con Esercitazione

modello esponenziale dei diodi. Effetto della frequenza sul circuito raddrizzatore: tempo di recupero inverso.

Diodo come regolatore di tensione. Completamento regione inversa del diodo: breakdown, diodo zener. Coefficienti termici.

Completamento effetto fotoelettrico: diodo led, laser, fotodiodo, cella solare.

Diodi particolari: diodo a barriera, varactor.

 (Cap. 3.3, Cap. 3.4, Cap. 3.7, Dispensa “scheda_alimentatori_3.2.pdf”)

Lun. 20 aprile

(2h-48)

Esercitazione di Laboratorio ai banchi di misura: Misure su circuiti con OP - scheda TI - Multivibratore astabile. Progetto individuale.

Mar 21 aprile (2h – 50)

Esercizi circuitali con diodi.

Spice:

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

Commutazione veloce: tempo di recupero inverso. 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. Mixer a diodo e mixer a diodi doppiamente bilanciato. Rettificatore a semionda e doppia semionda con filtro e stabilizzazione della tensione d’uscita.

Mer. 22 aprile (2h - 52)

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.

Circuiti raddrizzatori a diodi: a semionda, a doppia semionda, con filtro capacitivo, raddrizzatore di precisione.

Concetti di regolazione e stabilizzazione. Sottosistema alimentatore. Alimentatore stabilizzato a zener e regolazione.

(Cap. 3.5, Dispensa “scheda_alimentatori_3.2.pdf”)

Gio. 23 aprile (2h- 54)

Introduzione ai transistori unipolari. Fisica del transistore JFET. Fisica e caratteristiche di un MOSFET a canale n e p. Caratteristiche ID-VDS e transcaratteristica ID-VGS in zona di saturazione. Resistenza d’uscita di valore finito in regione di saturazione. La tecnologia complementare CMOS.

(Cap. 5.1, Cap. 5.2)

Lun. 27 aprile

(2h-58)

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

Mar. 28 aprile (2h-60)

Esercitazione su circuiti MOS in continua: connessione a diodo, generatore di corrente,  circuiti CMOS.

Circuiti in continua e polarizzazione dei transistori MOS.

(Cap. 5.3)

Spice:

Caratteristica statica d'uscita (VCE-IC), (VDS-ID) di transistori, parametrizzazione mediante grandezze d'ingresso.

Mer. 29 aprile (2h-62)

Continuazione esercitazione su circuiti MOS in continua: connessione a diodo, generatore di corrente,  circuiti CMOS. Circuiti di polarizzazione per transistori MOS.

Effetto body, effetti della temperatura, breakdown. MOSFET a svuotamento.

(Cap. 5.3, Cap. 5.4)

Gio. 30 aprile (2h-64)

Introduzione ai transistori BJT. Struttura fisica. Transistori npn e pnp. Funzionamento e modelli nelle regioni attiva, saturazione e interdizione. Caratteristiche IC-VCE, IB-VBE.

 (Cap. 4.1, Cap. 4.2)

Lun. 4 maggio

(2h-66)

Circuiti a BJT in continua. Breakdown e dipendenza dalla temperatura.

Caratteristica di trasferimento in tensione VTC. Limiti dell’amplificazione Av=f(VDD,Vov). Amplificazione e punto di lavoro.

(Cap. 4.3, Cap. 6.1)

Mar. 5 maggio (2h-68) 

Esercitazione: circuiti con BJT e MOS.

Mer. 6 maggio

(2h-70)  

Modelli per piccoli segnali di transistori MOS e BJT e parametri di amplificazione. Condizioni per modelli semplificati dei modelli per piccoli segnali.  Modellizzazione dell’effetto body. Configurazioni base per MOS e BJT: CS, CD, CG, CB,CB,CE. Retroazione stabilizzante con resistenza di source e Drain-Gate.

 (Cap. 6.2, Cap. 6.3)

Gio. 7 maggio (2h-72)

Continuazione configurazioni base per MOS e BJT: CS, CD, CG, CB,CB,CE.

Circuiti di polarizzazione dei transistori.

Esercitazione con circuiti BJT e MOS. Svolgimento dell’analisi per piccoli segnali direttamente sullo schema circuitale.

(Cap. 6.3, Cap. 6.4)

Lun. 11 maggio (2h-74)

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

Mar. 12 maggio (2h-76)

Retroazione stabilizzante del punto di lavoro, effetti sul segnale. Eliminazione della retroazione per il segnale. Amplificatori in cascata con separazione mediante condensatori di blocco e uso di condensatori di bypass. Criteri per la scelta della configurazione in un problema di adattamento e amplificazione di una grandezza elettrica.

Risposta in frequenza degli amplificatori, in bassa e alta frequenza. Modelli ad alta frequenza. Metodo delle costanti di tempo.

(Cap. 6.5, Cap. 9.1, Cap. 9.2, Cap. 9.3, Cap. 9.4.3)

Mer. 13 maggio (2h- 78)

MOSFET: Componenti discreti e componenti integrati. Limiti imposti dalla tecnologia: guadagno intrinseco. Blocchi circuitali fondamentali degli amplificatori integrati: generatori d corrente, circuiti di pilotaggio in corrente. Tecniche di polarizzazione: polarizzazione con generatori di corrente.

(Cap. 7.1, Cap. 7.2)

Gio. 14 maggio (2h-80)

MOSFET: Cella di guadagno elementare. Gli amplificatori a source comune e ad emettitore comune con generatore di corrente di carico. Tecnologia CMOS. Amplificatori CG e CB

(Cap. 7.3, Cap. 7.4)

Lun. 18 maggio

(2h-82)

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.

Mar.19 maggio (2h- 84)

Amplificatore cascode e sue caratteristiche. Specchi a prestazioni elevate: cascode , Wilson, Widlar. Coppie notevoli di stadi a transistori. Configurazione Darlington. Bootstrap

(Cap. 7.5, Cap. 7.6, Cap. 7.7)

Mer. 20 maggio (2h- 86)

Coppie notevoli di stadi a transistori. Amplificatore differenziale a BJT. Reiezione di modo comune. Offset di tensione di ingresso.

(Cap. 8.2, Cap. 8.3.2, Cap. 8.4.2)

Gio. 21 maggio (2h-88)

Amplificatore differenziale a BJT con carico attivo. Guadagno di modo comune e CMRR.

Esercitazione: circuiti con transistori.

(Cap. 8.5.4, Cap. 8.5.5)

Lun. 25 maggio (2h-90)

Esercitazione: analisi di circuiti


ORARIO





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


Vincenzo Ferrara