28016 - ELETTRONICA T

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 nel corso di Elettrotecnica Generale. 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 l'esame di Elettrotecnica Generale.

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, raddrizzatori 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. 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
8. Amplificatori operazionali: amplificatore differenziale, amplificatore operazionale ideale e circuiti con OPAMP ideali.
9. 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
   
10. Dispositivi di potenza: diodo di potenza (struttura e caratteristiche I/V, caratteristiche di commutazione), BJT di potenza (regione attiva, quasi-saturazione e saturazione profonda), 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, IGBT (struttura e funzionamento), tiristore (struttura e funzionamento).
    
11. Introduzione all'elettronica digitale. Criteri principali per la progettazione di porte logiche. Parametri di merito. Funzioni, tabelle della verità e schemi logici. Algebra di commutazione: operazioni, espressioni e teoremi di equivalenza. Sintesi ed analisi con espressioni canoniche e con espressioni generali.
12. Logiche CMOS statiche e dinamiche. Dimensionamento dei gate. Determinazione dei tempi di salita e discesa, tempi di propagazione. Circuiti logici sequenziali.
13. Fondamenti sulle memorie a semiconduttore. SRAM e DRAM. Memorie non volatili.

Testi/Bibliografia

Jaeger-Blalock "Microelettronica" McGraw Hill

Rabaey-Chandrakasan-Nicolic ‘’Circuiti Integrati Digitali’’ Pearson

Mohan, Ned, Tore M. Undeland, and William P. Robbins. Power electronics: converters, applications, and design. John wiley & sons, 2003.

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 scritta con possibile colloquio orale.

La prova scritta è divisa in due parti, una per ogni modulo, ed ha l'obiettivo di verificare la capacità dello studente di analizzare il funzionamento di circuiti analogici e digitali.

L'eventuale prova orale consiste in alcune domande di teoria con  l'obiettivo di verificare l'acquisizione delle conoscenze previste secondo quanto dettagliato nel programma del corso.

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

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Luigi Balestra