Obiettivi Formativi

Il corso di Elettronica I vuole fornire le conoscenze di base dellElettronica (concetti e principi primi) partendo dallo studio del funzionamento e dalle applicazioni circuitali dei componenti discreti a semiconduttore (diodi e transistors) che costituiscono i circuiti integrati. Le applicazioni riguardano il ramo dell Elettronica discreta, di bassa potenza e di bassa frequenza. In particolar modo vengono studiati i circuiti per il condizionamento del segnale nel dominio del tempo e i circuiti amplificatori a singolo transistor. Gli argomenti vengono affrontati dal punto di vista dellanalisi e della progettazione ricorrendo al continuo supporto della simulazione assistita al calcolatore attraverso luso del simulatore circuitale SPICE.

Learning Goals

The course "Electronics I" aims to provide the basic knowledge of Electronics (concepts and first principles) starting from the study of the operation, and of the circuital applications, of the main discrete semiconductor components (diodes and transistors) that make up the modern integrated circuits. The applications concern the branches of discrete, low power, and low frequency electronics. In particular the circuits for the conditioning of the signal in the time domain and the single transistor amplifier circuits are studied. The topics are addressed from the point of view of analysis and design by resorting to the continuous support of computer-aided simulation through the use of the SPICE circuit simulator.

Metodi didattici

Il corso è composto di lezioni (teoria) ed esercitazioni. Le lezioni si svolgono attraverso la proiezione di slide e materiale didattico messo a disposizione dal docente. Le esercitazioni riguardano la risoluzione di compiti di esami comprensivi della parte riguardante la simulazione SPICE.

Teaching Methods

The course consists of lessons (theory) and exercises. Lessons take place through the projection of slides and teaching material made available by the teacher. The exercises concern the resolution of exam tasks including the part concerning the SPICE simulation.

Prerequisiti

Per affrontare il corso di Elettronica I è necessaria la capacità di risolvere le reti elettriche lineare in regime DC e AC.

Prerequisites

To start the course "Electronics I", it is necessary the ability to solve linear electric networks in the DC and AC regime.

Verifiche dell'apprendimento

La verifica consiste in una prova scritta ed una prova orale opzionale integrativa. Gli studenti che frequentano il corso possono superare la parte scritta attraverso lo svolgimento di due prove parziali (relative alle due parti del corso) effettuate in itinere.

Assessment

The test consists of a written test and an optional additional oral exam. Students attending the course may pass the written part by conducting two partial tests (related to the two parts of the course) carried out during the course.

Programma del Corso

Il programma del corso è costituito da una introduzione e da due parti principali. Nella parte introduttiva viene presentata lElettronica attraverso la sua evoluzione storica e vengono richiami i concetti e le metodologie principali per la risoluzione delle reti elettriche in regime DC e AC. In particolare vengono introdotti i concetti di funzionamento in regime di piccolo segnale e la metodologia per la linearizzazione delle reti non lineari e quello di resistenza equivalente. Nellintroduzione viene inoltre presentato il simulatore circuitale PSPICE con esempi di simulazione. La prima parte principale del corso riguarda lo studio dei dispositivi elettronici a semiconduttore (resistori, diodi, transistors BJT, JFET e MOSFET) con cenni di Elettronica dello stato solido (mobilità, conduzione per elettroni/lacune, drogaggio, conduzione per drift/diffusione) e sui processi tecnologici di fabbricazione (impiantazione, diffusione, crescita, deposizione). Per ogni dispositivo presentato vengono forniti cenni di elettronica dello stato solido per giustificarne il comportamento elettrico, viene presentato il modello corrente-tensione di ampio e piccolo segnale includendo gli effetti di non idealità, il modello SPICE, la metodologia di analisi dei circuiti e applicazioni. In particolare per i diodi vengono studiate applicazioni come i circuiti limitatori, i circuiti raddrizzatori a semionda, i circuiti regolatori. Vengono anche presentati brevemente applicazioni delloptoelettronica che coinvolgo i fotodiodi, le celle solari e i diodi LED. Le applicazioni dei transistors presentate nella prima parte riguardano i circuiti di polarizzazione in continua, i riferimenti e i driver di corrente. Nella seconda parte vengono studiati i circuiti amplificatori a transistori discreti. Nellintroduzione vengono forniti i concetti di amplificazione, modellizzazione di piccolo segnale, limiti di funzionamento lineare, distorsione armonica e polarizzazione. Vengono studiate in modo dettagliato le configurazioni fondamentali di amplificatori a singolo transistor sia nel caso di BJT che nel caso di MOSFET/JFET (guadagni, resistenze di ingresso/uscite, limiti di funzionamento in regime lineare) a medie frequenze. Infine viene discussa la risposta in frequenza degli amplificatori con particolare attenzione ai metodi approssimati per il calcolo dei limiti di banda.

Course Syllabus

The course program consists of an introduction and two main parts. In the introductory part the Electronics is presented through its historical evolution and the main concepts and methodologies for the resolution of electrical networks in the DC and AC regime are recalled. In particular, the concepts of small signal operation and the methodology for the linearization of non-linear and equivalent resistance networks are introduced. In addition, the PSPICE circuit simulator with simulation examples is presented. The first main part of the course concerns the study of semiconductor electronic devices (resistors, diodes, BJT transistors, JFETs and MOSFETs) with hints of solid state electronics (mobility, electron / hole conduction, doping, drift / diffusion conduction) and on technological manufacturing processes (implantation, diffusion, growth, deposition). For each device presented, hints of solid-state electronics are provided to justify their electrical behavior, the current-voltage model of large and small signal is presented including the effects of non-ideality, the SPICE model, the methodology of circuit analysis and applications. In particular, applications such as limiting circuits, half-wave rectifier circuits, and regulator circuits are studied for the diodes. Brief applications of optoelectronics involving photodiodes, solar cells and LED diodes are also briefly presented. The applications of the transistors presented in the first part concern the DC bias circuits, the references and the current drivers. In the second part the amplifier circuits with discrete transistors are studied. In the introduction the concepts of amplification, small signal modeling, linear operation limits, harmonic distortion and polarization are provided. The fundamental configurations of single-transistor amplifiers are studied in detail both in the case of BJT and in the case of MOSFET / JFET (gains, input resistances / outputs, operating limits in linear regime) at medium frequencies. Finally the frequency response of the amplifiers is discussed with particular attention to the approximate methods for calculating the band limits.