M. Pieraccini "Fondamenti di Elettronica", 2014, Pearson
in alternativa
M. Pieraccini "Microelettronica", 2015, 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
4) esercitazioni di laboratorio
Modalità di verifica apprendimento
Regolamento esami di Elettronica Generale
1) Durante il corso verranno svolti due prove scritte parziali, che consisteranno di esercizi e domande a risposta multipla. Alla prova scritta parziale è consentito consultare un formulario personale di una singola pagina formato A4 con caratteri maggiori di 10p.
2) Gli studenti che avranno deciso di non sostenere i le prove parziali, oppure avranno ottenuto anche a una sola delle due prove una votazione inferiore a 15, al termine del corso dovranno sostenere una prova scritta totale, che consisterà di esercizi e domande a risposta multipla. Alla prova scritta totale è consentito consultare un formulario personale di una singola pagina formato A4 con caratteri maggiori di 10p. Per partecipare alla prova scritta totale è necessario prenotarsi. L'eventuale insufficienza a una prova scritta totale non pregiudica la partecipazione alla prova scritta totale successiva. La prova scritta totale può essere ripetuta per migliorare il voto. Allo scopo di migliorare il voto, la prova scritta totale può essere sostenuta anche da chi ha svolto positivamente entrambe le prove scritte parziali. Nel caso di più voti, vale il voto più alto (anche se non è il più recente). La prova scritta totale nel calcolo della media, è pesata come due prove scritte parziali.
3) Durante il corso verrà svolta una prova di laboratorio (a gruppi di 3 studenti) al termine della quale gli studenti consegneranno un elaborato, che verrà valutato dal docente. Nel caso uno studente non consegni l’elaborato o preferisca non svolgere la prova di laboratorio, gli verrà assegnato il voto convenzionale di 15/30. La prova di laboratorio si svolge solo durante il corso e non può essere ripetuta fino all’anno successivo.
4) La prova orale consiste di una singola domanda di teoria. Su richiesta dello studente si può formulare 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.
5) Il voto finale è la media pesata tra prova scritta (peso=2), prova orale e prova di laboratorio. La prova scritta può essere costituita di due prove parziali svolte durante il corso. Nel caso che lo studente non abbia svolto la prova di laboratorio gli verrà assegnato il voto convenzionale di 15/30 alla prova di laboratorio che farà media con gli altri voti.
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 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) 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
4) 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 PARZIALE
5) 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.
6) 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.
SECONDA PROVA PARZIALE
7) ESERCITAZIONE DI LABORATORIO
A ogni gruppo di 3 studenti sarà assegnato un'esercitazione di laboratorio su uno degli esercizi svolti a lezione. Lo scopo dell'attività è il confronto tra modello teorico, simulazione e misura. Al termine dell'esercitazione, entro una data fissata, dovrà essere consegnato un elaborato.