A. Garfagnini >> didattica >> Laboratorio III

Docenti:

A. Garfagnini, M. Lunardon

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Orario delle lezioni

Materiale

• Libri di testo consigliati:

  • M. Pieraccini, Microelettronica, Pearson Italia, 2016, ISBN 9788865189412
  • R. C. Jaeger, T. N. Blalock, Microelettronica, IV edizione, McGraw Hill, 2013, ISBN 9788838668234
  • S. Franco, Design with Operational Amplifiers and Analog Integrated Circuits, McGraw Hill, 2002, ISBN 9780070530447

Programma del corso

• 1 Marzo 2016

  • Lezione 1 (parte I). Ripasso dei concetti di base dei circuiti elettrici: il partitore di tensione e il partitore di corrente. Il ponte resistivo; la condizione di ponte bilanciato, il Ponte di Wheatstone. Calcolo del massimo trasferimento di potenza per un generatore di tensione reale: adattamento delle impedenze di carico e del generatore. Calcolo della potenza massima trasferita per un generatore reale di corrente. Definizione e calcolo dell'efficienza per un generatore di tensione ed un generatore di corrente.
  • Lezione 1 (parte II). Definizione di amplificatore come dispositivo a due porte. Definizione di guadagno di un amplificatore. L'amplificatore di tensione, calcolo del guadagno, condizioni di amplificatore ideale. Esercizi per il calcolo dei parametri di un amplificatore di tensione. L'amplificatore di corrente, calcolo del guadagno, condizioni di amplificatore di corrente ideale. L'amplificatore di transresistenza: calcolo del guadagno e delle condizioni di amplificatore ideale. L'amplificatore di transconduttanza: calcolo del guadagno e delle condizioni di amplificatore ideale.

• 2 Marzo 2016

  • Lezione 2 Introduzione all'amplificatore operazionale come amplificatore di tensione ad alto guadagno. Circuito equivalente per un operazionale. Definizione di amplificazione a circuito aperto e a circuito chiuso. Limiti di amplificatore operazionale in regime ideale. L'amplificatore operazionale in configurazione invertente: calcolo del guadagno. Esercizi. Il circuito equivalente dell'op amp in configurazione invertente. Applicazione dell'op amp in configurazione non invertente: l'inseguitore di tensione. Esercizio.
    L'operazionale in configurazione invertente: calcolo del guadagno. Il limite del guadagno in condizioni di op amp ideali, il circuito equivalente. Esercizi. Analisi di circuiti con amplificatori operazionali in condizioni ideali. La condizione di virtual short. alcolo del guadagno degli op amp in configurazione non invertente e invertente considerandoli come ideali.

• 3 Marzo 2016

  • Lezione 3 L'amplificatore operazionale come sommatore di segnali, calcolo della tensione di somma. Circuito equivalente, resistenza di ingresso ed uscita. Esercizio. L'amplificatore operazionale come sottrattore di segnali, calcolo della tensione in uscita. Circuito equivalente e calcolo della resistenza in ingresso e uscita. Esercizio.
    Utilizzo degli amplificatori operazionali come amplificatore per strumentazione. Superamento dei limiti offerti dal singolo circuito operazionale sottrattore. Calcolo delle tensioni del circuito e delle impedenze di ingresso e uscita. Circuito amplificatore strumentale con due amplificatori operazionali.

• 4 Marzo 2016

  • Lezione 4 Applicazioni di amplificatori operazionai: il circuito per gain polarity control. Un circuito che fornisce una resistenza negativa (negative resistance converter). L'amplificatore di transresistenza (convertitore V/I). Esercizio (lettura di un fotodiodo).
    Analisi delle problematiche di un circuito con operazionale come amplificatore di transreistenza. Sostituzione della resistenza di feedback con una topologia a T. Calcolo del guadagno. L'amplificatore di transconduttanza, in circuito di Howland. Esercizio.

• 7 Marzo 2016

  • Lezione 5 (parte I). Definizione di circuito one-port, valutazione della caratteristica I/V del circuito. Metodo 1: valutazione della tensione di circuito aperto ai capi, Voc, e della corrente di corto circuito, Isc, e calcolo della resistenza equivalente, Req. Esempi ed esercizi. Metodo 2, da applicare quando la caratteristica del circuito passa per l'origine: determinazione della caratteristica collegando alle porte del circuito un generatore di tensione ideale di test. Determinazione della resistenza equivalente come rapporto tra la tensione di test e la corrente che entra nel circuito. Esercizio di esempio.
  • Lezione 5 (parte II). Utilizzo di componenti induttivi o capacitivi nelle reti di un operazionale. Il circuito derivatore, calcolo della tensione in uscita. Il circuito integratore in configurazione invertente. Il circuito integratore in configurazione non invertente, calcolo della tensione in uscita. I filtri: riepilogo dei concetti di funzione di trasferimento e calcolo della risposta per frequenze piccole o grandi rispetto alla frequenza di taglio. Il filtro passa basso passivo (RC); il filtro passa basso attivo con amplificatore operazionale.

• 22 Marzo 2016

  • Lezione 6 Studio delle caratteristiche e specifiche dei dispositivi digitali. Curva caratteristica ideale di un inverter. La famiglia CMOS, riepilogo delle regioni di funzionamento (Off, triodo, saturazione) dei transistor NMOS e PMOS. Il circuito inverter CMOS, funzionamento nel caso ideale. Le reti Pull-Up (PUN) e Pull-Down (PDN) con i transistor MOS. Realizzazione di un circuito NOR e NAND in tecnologia NMOS (PUN).
    Circuiti NAND e NOR con transistor MOS (PUN). Studio della caratteristica tensione (VTC) di un inverter CMOS. Definizione delle tensioni V_OL, V_IL, V_IH e V_OH. Definizione del margine di rumore NML e NMH. Studio della risposta dinamica dei circuiti: risetime e falltime. Definizione del tempo di propagazione per un circuito inverter CMOS.

• 23 Marzo 2016

  • Lezione 7 Discussione sulle reti PDN e PUN. Regole per costruire le funzioni logiche usando combinazioni di NMOS in serie o parallelo e PMOS in parallelo o serie. Esercizio esplicativo. Il transistor a giunzione bipolare, BJT. Descrizione delle regioni di funzionamento: Saturazione, Interdizione, Attiva Diretta e Attiva Inversa. Modello di trasporto nel BJT: calcolo delle equazioni di Gummel-Poon per un transistor BJT. Esercizio.

• 30 Marzo 2016

  • Lezione 8 Semplifcazioni delle equazioni di Gummel-Poon del transistor BJT nella regione di interdizione. Esercizio. Studio della caratteristica del BJT in configurazione a emettitore comune: discussione delle curve nelle regioni: diretta attiva, saturazione e inversa attiva.
    Modello semplificato del BJT: semplificazione delle equazioni di Gummel-Poon nella regione attiva diretta. Esercizio: BJT in configurazione base comune. Esercizio: BJT in configurazione emettitore comune. Esercizio: calcolo del punto di lavoro di un circuito con BJT che opera nella regione diretta attiva.

• 6 Aprile 2016

  • Lezione 9 Riesame delle regioni di funzionamento di in BJT e delle zone di confine: la EDGE-OF-CONDUCTION e EDGE-OF-SATURATION. Studio della caratteristica v_out/v_in per un transistor in configurazione a emettitore comune. Calcolo analitico della caratteristica nelle varie regioni.

• 12 Aprile 2016

  • Lezione 10 Spettri di emissione di atomi. Il modello di Bohr per l'atomo di idrogeno. Livelli energetici e lunghezza d'onda dei fotoni emessi. L'esperienza per la misura dello spettro di emissione di nuclei (lampade a gas). Descrizione dell'apparato e procedura di svolgimento dell'esperienza. Formule di Hartmann per il calcolo delle lunghezze d'onda.

• 2 Maggio 2016

  • Lezione 11 Introduzione alla interazione della radiazione ionizzante con la materia. Caso di particelle cariche molto più pesanti degli elettroni Calcolo della perdita di energia media, formula di Bohr. Discussione della Bethe-Block in funzione di \beta \gamma. Definizione del Range di una particella in un materiale. Esercizio: calcolo del range di particelle alpha da 5 MeV in aria.

• 4 Maggio 2016

  • Lezione 12 Interazione radiazione materia: il caso degli elettroni e positroni. La perdita di energia a causa delle interazioni inelastiche e l'emissione di bremsstrahlung. La lunghezza di radiazione e l'energia critica.
    L'interazione di fotoni con la materia. L'effetto fotoelettrico. L'effetto Compton. La produzione di coppia. Lo sviluppo degli sciami elettromagnetici.

Esercitazioni di laboratorio

• 22 Marzo 2016

  • Teoria: Rettificatore con ponte a diodi e rettificatore di precisione con amplificatori operazionali.