- Docente: Susanna Reggiani
- Crediti formativi: 9
- SSD: ING-INF/01
- Lingua di insegnamento: Italiano
- Moduli: Susanna Reggiani (Modulo 1) Martin Eugenio Omana (Modulo 2)
- Modalità didattica: Convenzionale - Lezioni in presenza (Modulo 1) Convenzionale - Lezioni in presenza (Modulo 2)
- Campus: Bologna
- Corso: Laurea in Ingegneria dell'energia elettrica (cod. 8610)
Conoscenze e abilità da conseguire
Fornire i fondamenti per lo studio dei circuiti e componenti elettronici, sia analogici che digitali e di potenza.
Contenuti
- 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.
- 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
- 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.
- 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
- 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
- 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
- Amplificatori operazionali: amplificatore differenziale, amplificatore operazionale ideale e circuiti con OPAMP ideali.
- 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
- 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
- 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.
- 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", McGraw-Hill
· 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
Lezioni ed esercitazioni svolte in aula.
Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento
Prove orali con colloqui individuali.
Strumenti a supporto della didattica
Alcuni appunti ed esempi di esercizi.
Orario di ricevimento
Consulta il sito web di Susanna Reggiani
Consulta il sito web di Martin Eugenio Omana