Conoscenza e comprensione. Lo studente approfondirà il ruolo dell'elettronica nelle applicazioni moderne e in previsione di quelle future. Conoscerà le principali configurazioni circuitali che impiegano diodi e transitori utilizzati nell'elettronica analogica e digitale. Conoscerà le tecniche di analisi e i primi elementi di progettazione. Conoscerà i principali parametri di prestazione circuitali, un ambiente di simulazione e di caratterizzazione sperimentale.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione. Lo studente sarà in grado di comprendere, analizzare e simulare i parametri prestazionali delle principali configurazioni circuitali dell'elettronica analogia e digitale. Sarà inoltre in grado di scegliere il dispositivo e la configurazione circuitale più appropriati per la risoluzione di problemi elementari di progettazione. Infine, grazie alle attività di laboratorio, lo studente migliorerà le sue capacità di lavorare in gruppo e di problem-solving.
Autonomia di giudizio. La formazione teorica è accompagnata da esempi, applicazioni, esercitazioni, sia pratiche che teoriche, che abituano lo studente a prendere decisioni e a riuscire a giudicare e prevedere l’effetto delle proprie scelte.
Abilità comunicative. A completamento del corso ci si attende che lo studente acquisirà la capacità di veicolare ai propri interlocutori, in modo chiaro e compiuto, le conoscenze acquisite.
Capacità di apprendimento. A completamento del corso ci si attende che lo studente sarà anche in grado di rielaborare le conoscenze per estenderle a situazioni non esplicitamente trattate, essendo anche in grado di apprendere in autonomia.
L'insegnamento prevede lezioni frontali teoriche, esercitazioni numeriche, esercitazioni al simulatore (CAD) ed esperienze di laboratorio attraverso la progettazione, implementazione e caratterizzazione sperimentale di topologie studiate, mirate a mettere in pratica, sviluppare e consolidare i contenuti teorici e le tecniche di analisi e progettazione presentati. Saranno inoltre organizzati dei seminari tenuti da ricercatori e progettisti provenienti da aziende operanti nel settore della microelettronica per fornire una panoramica sullo stato dell’arte. Le lezioni/esercitazioni di laboratorio verranno svolte con l'ausilio di un Tutor.
Il docente è disponibile anche a incontri di ricevimento in modalità telematica, previo appuntamento
1. Jaeger-Blalock, Microelettronica Ed. Mc-Graw-Hill, V Edizione, 2018.
2. Sedra - Smith, Circuiti per la Microelettronica, EDISES 2013.
3. Millman-Grabel-Terreni, Elettronica di Millman, Ed. Mc-Graw-Hill 2008.
4. un manuale LTSPICE
Autore | Titolo | Editore | Anno | ISBN |
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Jaeger Blalock | Microelettronica | McGraw-Hill | 2018 | .. |
Argomenti | Riferimenti testi | |
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1 | Introduzione all’elettronica: Breve storia dell’elettronica. Classificazione dei segnali elettronici. Conversione A/D e D/A. Convenzioni sulle notazioni. Generatori dipendenti. Richiami di teoria dei circuiti (*Leggi di Kirchhoff. *Partitori. *Circuiti equivalenti di Thevenin e Norton). Spettro di frequenza di segnali elettronici. Amplificatori. Esempio: Ricevitore FM. | 1, Cap 1 |
2 | Amplificatori operazionali: Esempio di sistema elettronico analogico. Amplificazione. Guadagni di tensione, di corrente e di potenza. Rappresentazione del guadagno in decibel. L’amplificatore differenziale. Caratteristica di trasferimento di tensione dell’amplificatore differenziale. Guadagno (di tensione) differenziale. Amplificazione dei segnali. Modello dell’amplificatore differenziale. L’amplificatore operazionale ideale. *Ipotesi per l’analisi degli a.o. ideali. *Cortocircuito virtuale | 1, cap. 10 |
3 | *L’amplificatore invertente. *L’amplificatore di transresistenza. *L’amplificatore non invertente. *L’amplificatore a guadagno unitario o inseguitore di tensione (Buffer). *Amplificatore sommatore. *Amplificatore sottrattore. Filtri attivi passa-basso e bassa-alto. *Integratore. *Derivatore. Nonidealità. Guadagno di modo comune. CMRR. Resistenze di ingresso e di uscita. Offset. Prodotto banda-guadagno. Slew rate. | 1, Cap.10 |
4 | Diodo a giunzione. *Caratteristica I/V del diodo. *Diodo in polarizzazione inversa, nulla e diretta. Coefficiente di temperatura del diodo. *Breakdown e diodo Zener. Capacità del diodo in polarizzazione diretta ed inversa. Diodo in commutazione. Modello per ampio segnale. Modello SPICE del diodo. *Analisi di circuiti a diodi. Analisi grafica con retta di carico. Analisi con il modello matematico del diodo ideale (resistenza di piccolo segnale). *Analisi a caduta di tensione costante. Circuiti a più diodi. | 1, Cap.3 |
5 | *Raddrizzatore a semionda con carico R, C ed RC (Filtro capacitivo). Raddrizzatore a doppia semionda e a ponte. *Regolatore di tensione parallelo. Fotodiodi, diodi Schottky, celle solari e diodi emettitori di luce. | |
6 | Transistori ad effetto di campo: MOSFET a canale n (NMOS) e a canale p (PMOS). Simboli circuitali del MOSFET. *Analisi qualitativa del comportamento i-v del transistore MOS. Equazioni di funzionamento del transistore MOS. Resistenza di conduzione in triodo. Transconduttanza in saturazione. Modulazione della lunghezza di canale. Effetto body. Resistenza di uscita. | 1, Cap.4 |
7 | *Polarizzazione del MOSFET. *Polarizzazione con rete a 4 resistori. Analisi basata sul metodo della retta di carico. Modelli SPICE. | |
8 | Transistori bipolari: BJT npn e pnp. Simboli circuitali del BJT. *Analisi qualitativa del comportamento i-v del transistore BJT. *Regione di saturazione del transistore BJT. Regione attiva diretta del BJT. *Modello di Ebers Moll. Transconduttanza in zona attiva diretta. Effetto Early. Capacità del BJT in zona attiva diretta. *Polarizzazione del BJT *Polarizzazione con rete a 4 resistori. Analisi basata sul metodo della retta di carico. Modelli SPICE. Regolatore di tensione serie | |
9 | Introduzione all’elettronica digitale | 1, Cap.6 |
10 | Porte logiche ideali. *Definizione dei livelli logici e dei margini di rumore. Criteri di progetto per una porta logica. Risposta dinamica di una porta logica. *Tempi di salita e di discesa. *Ritardo di propagazione. Prodotto ritardo-potenza. Richiami di algebra booleana. Circuiti logici CMOS. *Caratteristiche statiche dell’invertitore CMOS. Caratteristica di trasferimento dell’invertitore CMOS. *Porte logiche NOR e NAND CMOS, Porte logiche CMOS complesse. | 1, Cap.7 |
11 | Memorie MOS e circuiti sequenziali. Latch bistabile. *Flip-flop SR. *Flip-flop JK. *Flip-flop T. Flip-Flop race condition. Il latch di tipo D a porte di trasmissione. *Flip-flop master-slave. *Flip-Flop edge-triggered. Registri e contatori. Memorie ad accesso casuale (RAM). *La cella di memoria a sei transistori (6-T). Memorie dinamiche (DRAM). *La cella di memoria a un transistore. Memorie a sola lettura (ROM). Memorie non volatili (EEPROM). *Memorie Flash. | 1, Cap.8 + lucidi lezione |
12 | Modelli di piccolo segnale e amplificatori a singolo stadio: Il transistore come amplificatore. Condensatori di accoppiamento e di bypass. Utilizzo dei circuiti equivalenti DC e AC. *Modello per piccolo segnale del diodo. *Modello per piccolo segnale del transistore ad effetto di campo. *Guadagno di tensione intrinseco del MOSFET. *L’amplificatore a source comune (CS) (guadagno di tensione a centro banda, resistenze di ingresso e di uscita, Dissipazione di potenza ed escursione del segnale). | 1, Cap. 13-14 |
13 | Classificazione degli amplificatori. *Applicazione e prelievo del segnale (configurazioni CS, CD, CG). *Configurazione CS con resistenza di degenerazione. Amplificatori multistadio accoppiati in AC. | 1, Cap.13-14. Lucidi lezione |
14 | Specchi di corrente: *Analisi DC dello specchio di corrente MOS. *Modifica del rapporto di riflessione per lo specchio di corrente MOS. Specchio di corrente cascode. | 1, Cap.16 |
15 | Coppia differenziale: *Segnale differenziale e di modo comune. *Analisi per ampi segnali della coppia differenziale a BJT. *Analisi per piccoli segnali del guadagno differenziale e di modo comune e CMRR per coppia differenziale a BJT e MOS. | |
16 | Risposta in frequenza: *Risposta in frequenza degli amplificatori, guadagno a centro banda, frequenza di taglio inferiore, frequenza di taglio superiore. *Stima della frequenza di taglio inferiore con il metodo delle costanti di tempo in cortocircuito. Stima della frequenza di taglio inferiore per le configurazioni di amplificatore CS, CG, CD. *Modello in alta frequenza per il MOSFET. *Frequenza di transizione fT. | 1, Cap.17 |
17 | *Analisi ad alta frequenza dell’amplificatore source comune. *L’effetto Miller. *Stima della frequenza di taglio superiore con il metodo delle costanti di tempo a circuito aperto. Risposta in frequenza di un amplificatore CS. Amplificatore Cascode. | 1, Cap.17 |
18 | Il simulatore LTSPICE |
La prova scritta, la cui valutazione è espressa in decimi, è propedeutica al colloquio orale ed è incentrata sui seguenti argomenti:
La valutazione della prova tiene conto anche della correttezza e coerenza del procedimento, della chiarezza espositiva, della correttezza dei calcoli numerici (ove richiesti) e di quanto lo studente sia riuscito a completare. Il risultato della prova scritta è pubblicato sulla piattaforma Studium (http://studium.unict.it). Il voto minimo per l’ammissione alla prova orale è 4/10.
Il colloquio orale è la parte conclusiva dell'esame e si svolge con tre domande incentrate su altrettanti argomenti del corso (tipicamente, due domande sui circuiti analogici e una sui circuiti digitali), sui quali lo studente deve dimostrare adeguata comprensione, padronanza degli argomenti discussi e chiarezza espositiva. La durata media del colloquio orale è di 30 minuti. Il voto finale terrà conto del risultato della prova scritta e, con maggior peso, dell’esito del colloquio orale.
A garanzia di pari opportunità e nel rispetto delle leggi vigenti, gli studenti interessati possono chiedere un colloquio personale in modo da programmare eventuali misure compensative e/o dispensative, in base agli obiettivi didattici ed alle specifiche esigenze. È possibile rivolgersi anche al docente referente CInAP (Centro per l’integrazione Attiva e Partecipata - Servizi per le Disabilità e/o i DSA) del proprio Dipartimento.
Circuiti raddrizzatori a singola o doppia semionda
Regolatore di tensione serie e parallelo
Cortocircuito virtuale
Applicazioni degli applicatori operazionali
Frequenza di transizione del transistore MOS
Specchi di corrente
Risposta in frequenza di uno stadio CS
Amplificatore cascode
Porte logiche CMOS
BJT in saturazione
Porte NAND e NOR CMOS
Latch e flip-flop
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