28016 - ELETTRONICA T

Scheda insegnamento

SDGs

L'insegnamento contribuisce al perseguimento degli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile dell'Agenda 2030 dell'ONU.

Imprese innovazione e infrastrutture Consumo e produzione responsabili

Anno Accademico 2022/2023

Conoscenze e abilità da conseguire

Il corso si propone di fornire le conoscenze di base sui processi di fabbricazione e sul funzionamento dei dispositivi elettronici elementari, nonché sull'analisi dei circuiti analogici e digitali.

Contenuti

Prerequisiti/Propedeuticità consigliate

Prerequisito per la comprensione degli argomenti svolti è l'aver appreso le nozioni principali di teoria dei circuiti elettrici lineari svolti nei corsi di Circuiti Elettrici e Fondamenti di Elettrotecnica. In particolare lo studente dovrebbe essere in grado di analizzare il comportamento di un circuito lineare sia in condizioni stazionarie che transitorie. Si consiglia quindi di seguire il corso solo dopo aver superato gli esami di Circuiti Elettrici e Fondamenti di Elettrotecnica.

Programma

  1. Introduzione al corso: breve storia dell'elettronica, classificazione dei segnali elettronici (digitali, analogici, conversione A/D e D/A), richiami di teoria dei circuiti, lo spettro di frequenza, il concetto di amplificatore.
  2. Elementi di fisica dei semiconduttori: i materiali a stato solido, la corrente di deriva e la mobilità nei semiconduttori, le impurità e le concentrazioni degli elettroni e delle lacune, la resistività nei semiconduttori estrinseci, la corrente di diffusione, cenni di fabbricazione dei circuiti integrati
  3. Diodi a stato solido e circuiti a diodi: caratteristica I-V, l'equazione del diodo, polarizzazione inversa, nulla e diretta, coefficiente di temperatura del diodo, capacità della giunzione, analisi dei circuiti a diodi, regolatori di tensione, radrizzatori a semionda, raddrizzatori a doppia semionda, raddrizzatori a ponte a doppia semionda.
  4. Transistori a effetto di campo: il condensatore MOS, il MOSFET a canale n, il MOSFET a canale p, le capacità del MOSFET, polarizzazione del MOSFET
  5. Transistori bipolari a giunzione: struttura del transistore bipolare, il modello del trasporto del transistore npn, il transistore pnp, rappresentazione circuitale del modello del trasporto, caratteristiche I-V del transistore bipolare, forme semplificate del modello del trasporto, effetti non ideali (tensione di rottura delle giunzioni, capacità di diffusione, effetto Early), transconduttanza, polarizzazione del BJT
  6. Sistemi analogici: amplificazione (guadagno di tensione, di corrente e di potenza), distorsione negli amplificatori, modelli a doppio bipolo degli amplificatori, disadattamento delle impedenze del generatore e di carico, funzione di trasferimento e risposta in frequenza
  7. Amplificatori operazionali: amplificatore differenziale, amplificatore operazionale ideale e circuiti con OPAMP ideali.
  8. Caratteristiche e limitazioni degli OPAMP: sistemi con retroazione, analisi di circuiti con OPAMP non ideali, reiezione di modo comune, resistenza d'ingresso, risposta in frequenza e larghezza di banda
  9. Modelli a piccolo segnale e amplificatori invertenti: modello per piccoli segnali del diodo, modello per piccoli segnali del transistore bipolare a giunzione, amplificatore a emettitore comune, modello per piccoli segnali del MOSFET, amplificatore a source comune, esempi di amplificatori a emettitore comune e a source comune, inseguitore di source
  10. Circuiti di potenza: schema a blocchi di un alimentatore, convertitori AC-DC, convertitori DC-DC lineari (stabilizzatori di tensione), stabilizzatore con diodo Zener (corrente sul diodo, condizioni sulle resistenza di polarizzazione e di carico), stabilizzatore con transistore bipolare (corrente sul diodo e corrente d'uscita, condizioni sulla resistenza di polarizzazione), stabilizzatore di tensione con circuito in retroazione negativa (con OPAMP), variazione della tensione d'uscita con trimmer. Convertitori DC-DC a commutazione: caratteristiche e principi di funzionamento. Convertitori DC-DC con carico induttivo e diodo di free-wheeling. Convertitore DC-DC di tipo step down (Buck): circuito; diodo di free-wheeling e filtro passa-basso LC. Convertitori DC/AC: inverter.
  11. Dispositivi di potenza: diodo di potenza (struttura e caratteristiche I/V, caratteristiche di commutazione), BJT di potenza (regione attiva, quasi-saturazione e saturazione profonda), BJT come switch in un convertitore DC-DC con carico induttivo, problema della rimozione di carica minoritaria dalla regione di drift durante lo spegnimento, MOSFET di potenza (struttura VDMOS, effetti parassiti, capacità di gate in saturazione e regione ohmica), problema della Ron elevata e dissipazione di potenza, circuiti di pilotaggio, MOSFET di potenza come switch in un convertitore DC-DC con carico induttivo, IGBT (struttura e funzionamento), IGBT come switch in un convertitore DC-DC con carico induttivo.

Testi/Bibliografia

· R. C. Jaeger e T. N. Blalock, "Microelettronica", ed. 2017, McGraw-Hill ISBN 978-88-386-1555-9

· N. Mohan, T. M. Undeland, W.P. Robbins, “Power Electronics: Converters, Applications, and Design”, Wiley

· S.B. Dewan, A. Straughen, “Power Semiconductor Circuits”, Wiley – Interscience Publication

· M.J. Fisher, Power Electronics”, Thomson International Publishing

Metodi didattici

Il corso è strutturato in lezioni frontali in aula in cui vengono presentati gli elementi fondamentali dell'Elettronica. In particolare ci si focalizzerà sui circuiti base dell'Elettronica Analogica. Alla presentazione teorica di ogni tema trattato fanno seguito diverse lezioni dedicate alla risoluzione di esercizi e problemi specifici che sottolineano la natura applicata della disciplina e mirano a far acquisire il metodo per l'analisi e la progettazione di semplici circuiti analogici.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica dell’apprendimento avviene attraverso un esame finale che accerta l’acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese. Lo studente svolgerà una prova orale.

La prova orale ha l'obiettivo di verificare l'acquisizione delle conoscenze previste secondo quanto dettagliato nel programma del corso. La prova consiste in 3 domande, una per verificare la capacità di analizzare circuiti realizzati con diodi, transistori MOS, transistori BJT o amplificatori operazionali, la seconda riguardante gli strumenti di analisi dei circuiti analogici (ai grandi segnali, ai piccoli segnali, applicazione della retroazione), e una terza riguardante il funzionamento dei circuiti di potenza o i dispositivi di potenza. Il superamento dell’esame sarà garantito agli studenti che dimostreranno padronanza e capacità operativa in relazione ai concetti chiave illustrati nell’insegnamento. La durata della prova orale è mediamente di 60 minuti.

Per sostenere la prova d'esame è necessaria l'iscrizione tramite bacheca elettronica, nel rispetto inderogabile delle scadenze previste. Coloro che non riuscissero ad iscriversi entro la data prevista, sono tenuti a comunicare tempestivamente (e comunque prima della chiusura ufficiale delle liste di iscrizione) il problema alla segreteria didattica. Sarà facoltà del docente ammetterli a sostenere la prova.

La verbalizzazione della valutazione conseguita avviene durante uno qualsiasi degli appelli orali fissati dal docente durante l'anno accademico.

Strumenti a supporto della didattica

Materiale didattico: i lucidi delle lezioni, alcuni appunti ed esempi di esercizi svolti saranno resi disponibili agli studenti attraverso la lista di distribuzione o al sito https://www.unibo.it/sitoweb/susanna.reggiani/contenuti-utili

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Susanna Reggiani