Fisica dei semicondutori; la giunzione pn; il transistor a effetto campo; il transistor bipolare; amplificatori lineari: introduzione all'elettronica digitale.
M. Pieraccini "Fondamenti di Elettronica", 2014, Pearson in alternativa
M. Pieraccini "Microelettronica", 2015, Pearson
Come riferimento per l'attività di laboratorio si consiglia: Yannis Tsividias, FIRST LAB IN CIRCUITS AND ELECTRONICS, OXFORD UNIVERSITY PRESS, 2018
Obiettivi Formativi
1) Conoscenza e comprensione delle nozioni di base sull'elettronica dei dispositivi a semiconduttore.
2) Capacità di esporre logicamente una dimostrazione scientifica su un aspetto dell'elettronica moderna.
3) Capacità di applicare le conoscenza mediante l'analisi "carta e penna" semplici circuiti a transistor.
4) Capacità di applicare le conoscenze acquisite alla progettazione di semplici circuiti a transistor.
5) Capacità di realizzare e testare in laboratorio semplici circuiti elettronici.
6) Capacità di approfondire autonomamente argomenti più avanzati di elettronica
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
1) Conoscenze di base sull'elettronica dei dispositivi a semiconduttore. Verifica mediante quiz a risposta multipla.
2) Capacità di esporre logicamente una dimostrazione scientifica su un aspetto dell'elettronica moderna. Verifica mediante domande orali.
3) Capacità di analizzare "carta e penna" semplici circuiti a transistor.
Verifica mediante esercizi scritti.
4) Capacità di progettare semplici circuiti a transistor.
Verifica mediante esercizi scritti.
5) Capacità di realizzare e testare in laboratorio semplici circuiti elettronici.
Verifica mediante sessioni di laboratorio.
Regolamento esami di Elettronica Generale
1) La prova scritta consiste di esercizi e domande a risposta multipla. E’ consentito consultare un formulario personale di una singola pagina formato A4 con caratteri maggiori di 10p. La prova scritta totale può essere ripetuta per migliorare il voto. Nel caso di più voti, vale il voto più alto (anche se non è il più recente).
2) Durante il corso verrà svolta attività di laboratorio (a gruppi di 3/4 studenti) al termine della quale gli studenti otterranno un giudizio di idoneità. Un giudizio positivo è necessario per accedere alla prova orale. L’attività di laboratorio si svolge solo durante il corso. Solo in casi eccezionali e motivati uno studente potrà svolgere l’attività di laboratorio fuori dal periodo didattico.
3) 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 e aver conseguito un giudizio positivo di idoneità all'attività di laboratorio. 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 scritta (peso=2) e prova orale.
Programma del corso
I numeri dei paragrafi si riferiscono all'indice di M. Pieraccini "Fondamenti di Elettronica", Pearson 2014
1) FISICA DEI SEMICONDUTTORI
1.4 Legge di Ohm
1.5 Isolanti e conduttori
1.6 Conduttori
1.7 Elettroni nei semiconduttori
1.8 Lacune
1.9 Effetto tunnel
1.10 Dualità onda-corpuscolo
1.11 Silicio intrinseco
1.12 Silicio drogato con impurità di tipo n
1.13 Silicio drogato con impurità di tipo p
1.14 Legge di azione di massa
1.15 Correnti di diffusione
1.16 Potenziale built-in
1.17 Energia di Fermi
1.18 Tecnologia del silicio monocristallino
2) LA GIUNZIONE PN
2.2 Realizzazione di una giunzione pn
2.3 Il diodo
2.5 Regione di svuotamento
2.6 Modello a bande
2.7 Giunzione metallo-semiconduttore
2.8 Il diodo pn completo
2.9 Principio di funzionamento del diodo
2.10 Concentrazione dei portatori al limite della regione di svuotamento
2.16 Il diodo Zener
4) IL TRANSISTOR A EFFETTO CAMPO
4.1 Il transistor
4.2 Tipologia dei transistor a effetto campo
4.3 Il capacitore MOS
4.5 MOSFET a canale n ad arricchimento
4.8 Modulazione del canale
4.12 MOSFET a canale n ad arricchimento con carico resistivo
4.13 MOSFET come amplificatore di tensione
4.14 Polarizzazione del MOSFET a canale n ad arricchimento
4.16 Polarizzazione con generatore di corrente
4.17 Specchio di corrente
4.19 MOSFET in saturazione come resistenza di carico
4.20 MOSFET a svuotamento
4.21 Polarizzazione del MOSFET a svuotamento
4.22 MOSFET a svuotamento come carico attivo
4.23 MOSFET a canale p ad arricchimento
4.25 MOSFET a quattro terminali
4.27 JFET
5) IL TRANSISTOR BIPOLARE
5.2 Realizzazione fisica del BJT
5.3 Regioni di funzionamento
5.4 Regione attiva diretta
5.5 Regione attiva inversa
5.6 Interdizione
5.7 Saturazione
5.8 Caratteristica di uscita del BJT
5.9 Effetto Early
5.10 Il BJT pnp
5.11 Il BJT come interruttore
5.12 Il BJT come amplificatore
5.14 Polarizzazione del BJT mediante rete a quattro resistori
6) FAMIGLIE LOGICHE E MEMORIE
6.2 Architettura di base dei sistemi digitali
6.3 Famiglie logiche
6.4 Interruttore ideale e resistore
6.5 La logica CMOS
6.8 Classificazione delle memorie
6.9 RAM statica
6.10 RAM dinamica
Cap. 7
7.2 Gli amplificatori
7.3 Amplificatori lineari
7.4 Principio di sovrapposizione e linearità
7.5 Modello linearizzato del FET a tre terminali
7.7 Resistenze viste ai terminali del MOSFET
7.8 Le tre configurazioni del MOSFET
7.9 Modello linearizzato del BJT
7.10 Resistenze viste ai tre terminali del BJT
7.11 Le tre configurazioni del BJT
7.12 Analisi e progetto
7.13 Analisi di un amplificatore di tensione a singolo MOSFET in configurazione CS
7.14 Progetto di un amplificatore di tensione a singolo MOSFET in configurazione CS
7.16 Amplificatori reazionati
7.17 Progetto di un amplificatore di tensione reazionato CE
Cap. 8
8.1 Risposta in frequenza degli amplificatori
8.2 Risposta in frequenza delle reti lineari
8.3 Risposta in frequenza degli amplificatori lineari
8.4 Risposta di un amplificatore di tensione CS alle basse frequenze
8.5 Risposta di un amplificatore di tensione CE alle basse frequenze
8.6 Regola generale per la stima della frequenza di taglio inferiore
8.7 Amplificatori alle alte frequenze
8.8 Capacità tra gale e source nel MOSFET in saturazione
8.9 Risposta dell’amplificatore CS ad alta frequenza
8.11 Capacità parassite del BJT
8.12 Modello del BJT ad alta frequenza
8.13 Risposta dell’amplificatore CE ad alta frequenza
8.14 Regola generale per la stima della frequenza di taglio superiore