Fondamenti di Elettronica

Descrizione

1.    Sistemi e dispositivi elettronici: descrizione di un sistema elettronico. Sensori e trasduttori. Segnali e tipi di segnale. Condizionamento e filtraggio. Proprietà dei semiconduttori, struttura cristallina, generazione coppie elettrone/lacuna, drogaggio tipo n e p, corrente di deriva nei semiconduttori. Giunzione p-n e corrente di diffusione, principio di funzionamento della diodo a giunzione p-n, zona svuotata, polarizzazione diretta e inversa, caratteristica I-V, dipendenza dalla temperatura. Diodi zener e fotodiodi. Transistori MOSFET canale p ed n ad arricchimento: simboli e struttura fisica, corrente in zona di saturazione, in zona triodo, capacità parassite.

2.    Circuiti digitali: circuiti logici, porte logiche CMOS (invertitore, NAND, NOR), sintesi di porte CMOS. Prestazioni statiche delle porte logiche: margini di rumore, soglia di commutazione, rigenerazione dei livelli. Prestazioni dinamiche: tempo di propagazione, tempo di salita e di discesa. Calcolo del tempo di propagazione e della potenza dinamica di una porta logica. Composizione di MOSFET in serie e parallelo. Fan-in e fan-out in logica CMOS. Architetture pseudo nMOS con carico attivo e passivo. Pass-transistor logic (PTL), PTL a transmission gate, complementary pass transistor logic (CPL). Invertitori tri-state. Circuiti di memoria: circuito bistabile o latch, flip-flop SR in CMOS, flip-flop D. Memorie RAM statiche (SRAM) e dinamiche (DRAM). Charge sharing. Organizzazione e struttura di una memoria. Memorie ROM e flash. Circuito oscillatore ad anello. Circuito monostabile a XOR. 

3.    Circuiti a diodi: punto di lavoro, modello del diodo in polarizzazione diretta a tensione costante. Polarizzazione del diodo. Modello del diodo in zona di breakdown (tensione di Zener e resistenza di Zener). Circuiti limitatori di tensione. Raddrizzatore a diodo (a singola semionda ed a doppia semionda) e calcolo del ripple. Rivelatore di picco a diodo. Regolatore di tensione a diodo zener. Progetto di un alimentatore dc. Circuiti di aggancio a diodo. 

4.    Elettronica analogica: segnali analogici, sistemi di acquisizione ed elaborazione analogici, amplificatori lineari. Amplificatore operazionale: simbolo e modello, guadagno differenziale, modo comune e CMRR, amplificatore in configurazione invertente con guadagno dell’operazionale infinito e finito. Sistemi retroazionati: guadagno, guadagno d’anello. Circuiti con amplificatori operazionali: configurazione non invertente, circuito sommatore, amplificatore di differenza, integratore e filtri. Non-Idealità degli amplificatori operazionali: offset di tensione, corrente di polarizzazione, offset di corrente, prodotto guadagno-banda finito, limiti di tensione, corrente, slew rate. Circuiti reazionati negativamente, stabilità, margine di fase. Circuiti reazionati positivamente: trigger di Schmitt (invertente e non-invertente). Multivibratori astabili per generazione di onda quadra e triangolare.

5.    Convertitori analogico/digitale (A/D) e digitale/analogico D/A: caratteristica di trasferimento di un convertitore A/D, errore di offset, di guadagno, di nonlinearità, INL e DNL, errore di quantizzazione. Circuito sample-and-hold (S&H). Frequenza di campionamento. Tempo di sample e di hold. Errori di assestamento, errore di guadagno. Circuiti sample-and-hold: droop, errore di offset, errore di piedistallo per iniezione di carica. Strutture migliorate di S&H. Caratteristica di trasferimento di un convertitore D/A, errori di nonlinearità. Topologie di convertitori A/D: flash, a contatore-rampa, tracking a gradinata, ad approssimazione successiva. Topologie di convertitori D/A: resistenze pesate, rete a scala R-2R, stringa di resistenze.