Insegnamento mutuato da: B013629 - ELETTRONICA Laurea Triennale (DM 270/04) in INGEGNERIA INFORMATICA
Lingua Insegnamento
italiano
Contenuto del corso
Fisica dei semicondutori; la giunzione pn; fotodiodi e LED; il transistor bipolare; il
transistor a effetto campo; amplificatori per piccoli segnali; famiglie logiche e memorie; esercitazioni di laboratorio
M. Pieraccini, D.Mecatti "Fondamenti di Elettronica" terza edizione, 2012, Esculapio Editore
Obiettivi Formativi
Il corso si propone di fornire le nozioni fondamentali dell'elettronica dei dispositivi a
semiconduttore.
Prerequisiti
Fisica di base (cariche, correnti, elettrostatica ed elettrodinamica)
Teoria dei circuiti (analisi di circuiti lineari)
Metodi Didattici
1) lezioni svolte integralmente alla lavagna (senza lucidi).
2) svolgimento in classe di esercizi
3) simulazione circuitale mediante software freeware
4) realizzazione in laboratorio di prototipi
Altre Informazioni
Il corso è comune a Ingegneria Informatica (9 crediti) e Ingegneria Elettronica e delle Telecomunicazioni (6 crediti).
Modalità di verifica apprendimento
Regolamento esami di Elettronica Generale (6crediti) e Elettronica (9 crediti)
1) Durante il corso verranno svolti due "compitini", che consisteranno di esercizi e domande a risposta multipla. Un formulario (una singola pagina formato A4) è fornito insieme al testo del compito. Le date dei compitini sono le stesse per entrambi i corsi. Nel secondo compitino un certo numero di domande a risposta multipla sono riservate ai soli studenti di Elettronica a 9 crediti
2) Gli studenti che avranno deciso di non sostenere i compitini, oppure avranno ottenuto anche a uno solo dei due compitini una votazione inferiore a 15, al termine del corso dovranno sostenere una prova scritta, che consisterà di esercizi e domande a risposta multipla. Un formulario (una singola pagina formato A4) è fornito insieme al testo del compito. Per partecipare alla prova scritta è necessario prenotarsi. L'eventuale insufficienza a una prova scritta non pregiudica la partecipazione alla prova scritta successiva. La prova scritta può essere ripetuta per migliorare il voto. Allo scopo di migliorare il voto, la prova scritta può essere sostenuta anche da chi ha svolto positivamente entrambi i compitini. Nel caso di più voti, vale il voto più alto (anche se non è il più recente). La prova scritta nel calcolo della media, è pesata come due compitini.
3) Solo per gli studenti del corso a 9 crediti, durante il corso verrà svolta un'esercitazione di simulazione circuitale a gruppi di 3-4 studenti. I gruppi dovranno inviare per e-mail al professore, entro una data fissata, una relazione scritta sul lavoro svolto seguendo le linee guida che verranno date a lezione. Lo svolgimento dell'esercitazione a gruppi e la stesura della relazione è obbligatoria. Solo in casi particolari e motivati potrà essere sostituita con altre attività integrative concordate con il docente. Al termine del corso verrà organizzata una giornata aperta al pubblico in cui gli studenti presenteranno i risultati dei lavori svolti. Al termine della giornata verrà dato un voto a ciascun gruppo.
4) Per gli studenti del corso a 6 crediti, il voto finale è la media aritmetica tra 3 voti: primo compitino, secondo compitino, prova orale. Se i voti di entrambi i compitini sono maggiori di 15 e la loro media
compresa tra 18 e 24 lo studente può chiedere di non sostenere la prova orale. In questo caso il voto è la media tra i due compitini. Se la media dei compitini risultasse maggiore di 24 lo studente può chiedere comunque di non sostenere l'orale ma il voto finale verbalizzato sarà 24.
5) Per gli studenti del corso a 9 crediti, il voto finale è la media aritmetica tra 4 voti: primo compitino, secondo compitino, presentazione, prova orale. Se i voti di entrambi i compitini sono maggiori di 15 e la loro media comprensiva del voto della presentazione è compresa tra 18 e 24 lo studente può chiedere di non sostenere la prova orale. In questo caso il voto è la media tra i due compitini. Se la media dei compitini risultasse maggiore di 24 lo studente può chiedere comunque di non sostenere l'orale ma il voto finale verbalizzato sarà 24.
6) La prova orale consiste di una singola domanda di teoria. Si può sostenere l'orale in qualunque giorno concordato con il docente (non necessariamente in concomitanza con un appello). Per accedere all'orale è necessario aver conseguito un voto maggiore di 15 alla prova scritta. Non è consentito chiedere di ripetere la prova orale per migliorare il voto. Ma qualunque sia l’esito della prova orale non sarà verbalizzato un voto inferiore al voto che lo studente avrebbe avuto se avesse optato per non sostenere l’orale.
Programma del corso
1) FISICA DEI SEMICONDUTTORI
Legge di Ohm. Isolanti e conduttori. Semiconduttori. Elettroni nei semiconduttori.
Lacune. Effetto tunnel. Dualità onda-corpuscolo. Silicio intrinseco. Silicio drogato
con impurità di tipo n. Silicio drogato con impurità di tipo p. Legge di azione di
massa. Correnti di diffusione. Energia di Fermi.
2) LA GIUNZIONE PN
Realizzazione di una giunzione pn. Il diodo. Zona di svuotamento. Il potenziale di
giunzione. Modello a bande. Giunzione metallo-semiconduttore. Principio di
funzionamento di un diodo. Concentrazione dei portatori al limite della zona di
svuotamento. Iniezione di cariche e ricombinazione. Derivazione della caratteristica
del diodo. Il diodo completo. Il diodo reale. Il diodo Zener. Esercizi svolti.
3) FOTODIODI e LED
Interazione luce-semiconduttore. Il fotodiodo. Teorema di Ramo. Semiconduttori
diretti e indiretti. LED. Esercizi svolti.
4) IL TRANSISTOR BIPOLARE
Il transistor. "Transistor man". Realizzazione fisica del transistor. Regioni di
funzionamento. Regione attiva diretta. Regione attiva inversa. Interdizione.
Saturazione. Il BJT come interruttore. Il BJT come amplificatore di tensione.
Polarizzazione del BJT. Effetto Early. Generatori di corrente a BJT. Esercizi svolti.
5) IL TRANSISTOR A EFFETTO CAMPO
Tipologia dei transistor a effetto campo. Il capacitore MOS. Soglia e inversione della popolazione. MOSFET a canale n ad
arricchimento. MOSFET a canale n ad arricchimento per grandi tensioni.
Modulazione del canale. MOSFET a canale n ad arricchimento come interruttore.
MOSFET a canale n ad arricchimento come amplificatore di tensione. MOSFET a
canale p ad arricchimento. MOSFET a svuotamento. MOSFET a 4 terminali. JFET
e MESFET. Esercizi svolti
6) AMPLIFICATORI PER PICCOLI SEGNALI
Amplificatori di segnale: tensione-tensione, tensione-corrente, corrente-tensione,
corrente-corrente. Amplificatori a singolo transistor: le tre configurazioni. Analisi DC
e AC. Modello del BJT per piccoli segnali. Modello del FET per piccoli segnali.
Amplificatori CE, CB, CC. Amplificatori CS, CG, CD. Esercizi svolti.
FINE DEL PROGRAMMA A 6 CREDITI
(per gli studenti a 6 crediti i punti successivi sono facoltativi)
7) FAMIGLIE LOGICHE E MEMORIE
Requisiti e classificazione delle famiglie logiche. Interruttori complementari: verifica
dei requisiti di famiglia logica. Potenza dissipata. Struttura della porta NOT CMOS.
Analisi statica della porta NOT-CMOS. Analisi dinamica della porta CMOS. Esercizi
svolti.Bistabile (latch). Memorie statiche (SRAM). Memorie dinamiche (DRAM).
Memorie FLASH.
8) COMUNICAZIONE TECNICO-SCIENTIFICA
La letteratura scientifica. Come si scrive una relazione tecnico-scientifica. Come si
prepara una presentazione. Stesura della relazione di laboratorio. Presentazione
alla classe del lavoro svolto.
9) ESERCITAZIONE DI LABORATORIO
Simulazione mediante SPICE. La strumentazione di laboratorio. Simulazione,
realizzazione e test di un prototipo.