[III] - Elettronica Applicata 1

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Richiami dl Fisica dello Stato Solido

• L'atomo di Bohr. L'ipotesi di De Broglie ed il concetto di funzione d'onda. L'equazione di Schroedinger: il caso della particella nella scatola di potenziale. Effetto Tunnel. Le bande di energia nei solidi cristallini. Metalli, semiconduttori ed isolanti. Il modello delle bande di energia. La statistica di Fermi -Dirac per i semiconduttori. Distribuzione dei portatori all'interno delle bande. Dipendenza del livello di Fermi dalla temperatura. Semiconduttori drogati. Legge di azione dl massa.

Dispositivi elettronici a due terminali

• Giunzione p-n. Trasporto di carica nei semiconduttori. Corrente di drift e corrente di diffusione. Mobilità e sua dipendenza dalla temperatura e dal drogaggio. Mobilità nel SI e nel GaAs. Fenomeni di generazione e di ricombinazione delle cariche in eccesso. La giunzione p-n. ll modello della giunzione brusca. Legge della giunzione. Studio della giunzione p-n brusca. Derivazione della equazione della giunzione p-n. Estensione della regione svuotata.
• Diodo p-n. Modello ideale del diodo. Derivazione della equazione del diodo. Caratteristica I-V e sua dipendenza dalla temperatura. Giunzione all'equilibrio e fuori equilibrio. Modello del diodo a controllo di carica. Capacità di transizione e capacità di diffusione. Comportamento dinamico del diodo p-n. Contatti ohmici. Circuito di polarizzazione, retta di carico statica e caratteristica dinamica. Circuito equivalente alle variazioni. Modello del diodo a piccoli segnali ed a grandi segnali. Comportamento del diodo In commutazione. Applicazioni: circuiti rivelatori, raddrizzatori e limitatori. Porta AND/OR/EX OR a diodi. Schema logico del Half Adder e Full Adder.
• Diodo breakdown. Meccanismo di breakdown della giunzione. Effetto zener, effetto valanga. Applicazione dei diodi breakdown: circuiti stabilizzatori e limitatori.
• Diodo Schottky. Giunzione MS. Barriera Schottky. Interpretazione della caratteristica I-V. Contatti ohmici.
• Diodo Tunnel. Interpretazione della caratteristica I-V. Tratto a pendenza negativa. Modello equivalente. Applicazioni: circuiti oscillatori.

Dispositivi elettronici a tre terminali

• Transistore a bipolare a giunzione. Principio di funzionamento. Descrizione a due porte del transistore bipolare a giunzione (BJT). Configurazioni a BC, CE, CC. Componenti di corrente nel BJT. Equazione del BJT. Effetto Early. Caratteristiche statiche I-V nelle configurazioni CB e CE. Interdizione e saturazione del BJT. Tensioni di breakdown delle giunzioni nelle configurazioni CB e CE. Circuiti di polarizzazione ed autopolarizzazione. Stabilità termica. Modello di Ebers-Moll. Effetto Miller. Teorema di Miller per il caso della reazione serie o parallelo. BJT in commutazione. Transistore Schottky. Cenno alla tecnologia realizzativa.
• Applicazioni lineari del BIT. Circuito equivalente alle variazioni. Modello a parametri h. Amplificatore CB. Amplificatore CE, a degenerazione di emettitore, configurazione darlington, configurazione cascode. Inseguitore di emettitore. Amplificatore ad accoppiamento di emettitore. Guadagno differenziale e di modo comune, caratteristica di trasferimento. Modello a pigreco ibrido. Caratterizzazione ad alta frequenza: f(alfa), f(beta), f(tau). Accoppiamento fra stadi, dimensionamento del componenti resistivi. Amplificatore BJT in alta frequenza.
• Applicazioni ai circuiti integrati lineari. Carichi attivi, specchio di corrente, accoppiamento diretto, traslatori di livello, moltiplicatori di Vbe. Struttura di una amplificatore operazionale.
• Applicazioni digitali del BJT. Comportamento del BJT In commutazione. Transistore multi-emitter. Inverter TTL, funzionamento statico e dinamico. Circuiti di pull-up e pull-down. Configurazione totem-pole. Tri-state ed open collector. Margine di immunità e fan-out. Porte NAND e NOR. Consumo di potenza statico e dinamico. Prodotto speed-power. Famiglie TTL, TTLS e TTLS low power. Logiche non saturate: ECL.
• Transistori ad effetto di campo. Transistori ad effetto di campo a giunzione (JFET). Struttura del JFET. Principio di funzionamento. Modello a canale graduale. Caratteristiche statiche l-V. Equazione della corrente nella zona VVR e nella zona di saturazione. Circuito equivalente a piccoli segnali. Configurazioni CS e CG e CD. Carichi attivi. Amplificatore a JFET In alta frequenza: prodotto guadagno-banda. GaAs MESFET. Modello a mobilità dipendente dal campo elettrico. Modello a velocità saturata. Caratteristiche statiche del MESFET a canale corto. Funzionamento depletion ed enhanchement. Prestazioni In alta frequenza.
• Transistori a gare isolato (MOS). Struttura MOS. Condensatore MOS. Tensione di soglia. Cenno alla realizzazione tecnologica. Funzionamento ad arricchimento. Caratteristiche statiche l-V. Circuiti di polarizzazione. Modello circuitale. Funzionamento a svuotamento. Caratteristiche statiche I-V. Circuiti di polarizzazione. Modello circuitale. MosFet a canale corto. Effetto del transistore parassita.
• Circuiti digitali MOS. Logica MOS con carico attivo. Porte logiche MOS. Logiche statiche MOS: carico lineare, carico saturato, carico non saturato, carico a svuotamento (E/D MOS). Capacità parassite nei circuiti MOS. Logiche MOS dinamiche a carico riconfigurabile. Logiche pienamente complementari (FCMOS). Porte NOT, NAND e NOR. Consumo di potenza e prodotto speed-power. Livelli di integrazione. Cenno alla tecnologia VLSI. Confronto funzionale fra le Famiglie Logiche.