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 a effetto campo; il transistor bipolare; amplificatori lineari; famiglie logiche e memorie.
M. Pieraccini "Fondamenti di Elettronica", 2014, Pearson
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) uso di software CAD per la progettazione di circuiti elettronici
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 (6 crediti) e Elettronica (9 crediti)
1) Durante il corso verranno svolti due "compitini", che consisteranno di esercizi e domande a risposta multipla. E' consentito consultare un formulario personale di una singola pagina formato A4 con caratteri maggiori di 8p. Le date dei compitini sono le stesse per entrambi i corsi. Nel secondo compitino un certo numero di domande a risposta multipla ed eventualmente un esercizio 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. E' consentito consultare un formulario personale di una singola pagina formato A4 con caratteri maggiori di 8p. 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) La prova orale consiste di una singola domanda di teoria. Su richiesta dello studente si può fare una seconda domanda. 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, se il voto finale è maggiore di 18.
4) il voto finale è la media pesata tra prova orale (peso=2) e prova orale. La prova scritta può essere costituita di due "compitini" svolti durante le lezioni.
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. Potenziale di built-in. Energia di Fermi. Tecnologia del silicio cristallino. Esercizi svolti.
2) LA GIUNZIONE PN
Realizzazione di una giunzione pn. Il diodo. Zona di svuotamento. Modello a bande. Giunzione metallo-semiconduttore. Il diodo pn completo. 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. Correnti di diffusione e di deriva nel diodo. Limiti della caratteristica del diodo ideale. Trappole in banda proibita. Il diodo Zener. Esercizi svolti.
3) FOTODIODI e LED (solo per gli studenti a 9 crediti)
Interazione luce-semiconduttore. Il fotodiodo. Sensori a matrice per fotocamere. Efficienza di conversione di una cella fotovoltaica. Semiconduttori diretti e indiretti. LED. Esercizi svolti.
4) IL TRANSISTOR A EFFETTO CAMPO
Il transistor. Tipologia dei transistor a effetto campo. Il capacitare MOS.Calcolo della tensione di soglia. MOSFET a canale n ad
arricchimento. MOSFET a canale n ad arricchimento per grandi tensioni. Strozzamento del MOSFET. Modulazione del canale. Realizzazione fisica del MOSFET. MOSFET a canale n ad arricchimento con carico resistivo. MOSFET come amplificatore di tensione. Polarizzazione del MOSFET a canale n ad arricchimento. Rete di polarizzazione con resistenza di source. Polarizzazione con generatore di corrente. Specchio di corrente. Rete di polarizzazione con resistenza di gate. MOSFET in saturazione come carico attivo. MOSFET a svuotamento. Polarizzazione del MOSFET a svuotamento. MOSFET a svuotamento come carico attivo. MOSFET a canale p ad arricchimento. MOSFET a 4 terminali. Effetto body. JFET. Derivazione della caratteristica del JFET. Esercizi svolti
5) IL TRANSISTOR BIPOLARE
Il BJT. Realizzazione fisica del BJT. Regioni di funzionamento. Regione attiva diretta. Regione attiva inversa. Interdizione.
Saturazione. Caratteristica di uscita del BJT. Effetto Early. Il BJT pnp. Il BJT come interruttore. Il BJT come amplificatore di tensione.
Polarizzazione del BJT. Polarizzazione del BJT mediante rete a 4 resistori. Polarizzazione del BJT mediante generatore di corrente. Specchio di corrente a BJT. BJT e FET. Esercizi svolti.
PRIMA PROVA SCRITTA PARZIALE
6) FAMIGLIE LOGICHE E MEMORIE (solo per gli studenti a 9 crediti)
Architettura di base dei sistemi digitali. Famiglie logiche. Interruttore ideale e resistore. Interruttori complementari ideali. La logica CMOS. Classificazione delle memorie. RAM statica. RAM dinamica. FLASH. Esercizi svolti.
7) AMPLIFICATORI LINEARI
Amplificatori lineari. Principio di sovrapposizione e non linearità. Modello linearizzato del FET a 3 terminali. Modello linearizzato del FET a 4 terminali. Resistenze viste ai terminali del MOSFET. Le tre configurazioni del MOSFET. Modello linearizzato del BJT. Resistenze viste ai tre terminali del BJT. Le 3 configurazioni del BJT. Analisi e progetto. Analisi di un amplificatore di tensione a singolo MOSFET in configurazione CS. Progetto di un amplificatore di tensione a singolo MOSFET in configurazione CS. Progetto di un buffer di tensione a singolo MOSFET in configurazione CD. Esercizi svolti.
8) RISPOSTA IN FREQUENZA DEGLI AMPLIFICATORI LINEARI
Risposta in frequenza degli amplificatori. Risposta in frequenza delle reti lineari. Risposta in frequenza di un amplificatore CS alle basse frequenze. Risposta di un amplificatore CE alle basse frequenze. Regola generale per la stima della frequenza di taglio inferiore. Amplificatori alle alte frequenze. Capacità tra gate e source nel MOSFET in saturazione. Risposta di un amplificatore CS ad alta frequenza. Modello del MOSFET ad alta frequenza. Capacità parassite del BJT. Modello del BJT ad alta frequenza. Regola generale per la stima della frequenza di taglio superiore. Cascode. Esercizi.
9) PROGETTAZIONE DI CIRCUITI ELETTRONICI MEDIANTE SOFTWARE CAD (Computer-aided design)
Disegno circuitale. Simulazioni circuitale. Sbroglio di circuiti stampati. Esercitazioni.
SECONDA PROVA SCRITTA PARZIALE E PROVA SCRITTA TOTALE (per chi non ha sostenuto o ha ottenuto una votazione insufficiente alla prima prova parziale)