Indice. I Dispositivi a semiconduttore 1. Prefazione. Prologo. Breve storia dell elettronica

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Martino Grandi
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1 Indice Prefazione Prologo. Breve storia dell elettronica XI XIII I Dispositivi a semiconduttore 1 1 Semiconduttori Forze, campi ed energia Conduzione nei metalli Semiconduttori intrinseci Semiconduttori estrinseci Effetti della temperatura sulle proprietà del silicio Diffusione Semiconduttori a drogaggio graduale 19 2 Il diodo a giunzione pn La giunzione a circuito aperto La giunzione pn polarizzata La caratteristica corrente-tensione Dipendenza dalla temperatura della caratteristica I -V Diodi al germanio Il diodo come elemento circuitale Modelli per grandi segnali Applicazioni elementari del diodo Modelli per piccoli segnali Analisi di circuiti a diodi mediante programmi di simulazione Tempi di commutazione del diodo a giunzione Diodi Zener Diodi Schottky Il diodo a giunzione brusca 62 3 Transistori bipolari a giunzione Definizione di amplificatore e sue caratteristiche Il transistore a giunzione Il modello di Ebers-Moll del BJT Le caratteristiche a base comune (common base, CB) La configurazione a emettitore comune (common emitter, CE) Modi di funzionamento in interdizione e in saturazione 97

2 VI Indice 3.7 Modelli in continua Il BJT come interruttore Il BJT come amplificatore Il modello per piccoli segnali del BJT Il BJT come diodo La coppia differenziale Limiti di funzionamento dei transistori (transistor ratings) Transistori a effetto di campo Il transistore MOSFET Caratteristiche corrente-tensione del MOSFET ad arricchimento Il MOSFET a svuotamento Simboli circuitali dei MOSFET Il transistore a effetto di campo a giunzione Caratteristiche corrente-tensione del JFET La caratteristica di trasferimento del JFET Il MESFET Analisi in continua dei FET Il MOSFET come resistenza Il FET come interruttore Il FET come amplificatore Modelli per piccoli segnali dei FET Dispositivi CMOS Fabbricazione dei circuiti integrati Tecnologia per i circuiti integrati monolitici (microelettronica) I processi planari Fabbricazione del transistore bipolare Fabbricazione dei transistori a effetto di campo Tecnologia CMOS Diodi monolitici Il contatto metallo-semiconduttore Resistenze per circuiti integrati Condensatori integrati Incapsulamento dei circuiti integrati Caratteristiche dei circuiti integrati Layout di circuiti integrati 212 II Circuiti e sistemi amplificatori Configurazioni elementari di amplificatori a centro banda Andamento delle tensioni e delle correnti con eccitazione sinusoidale Punto di lavoro del BJT Polarizzazione del BJT nei circuiti integrati Generatore di corrente di Widlar Generatori di corrente a tre transistori Polarizzazione di BJT nei circuiti a componenti discreti. Analisi Polarizzazione del BJT in circuiti a componenti discreti. Progetto Polarizzazione del FET Analisi di circuiti a transistori in condizioni di linearità L amplificatore a emettitore comune Inseguitore di emettitore 250

3 Indice VII 6.12 Amplificatore a base comune Confronto tra le configurazioni L amplificatore a emettitore comune con resistenza sull emettitore Amplificatori a FET Amplificatori a BJT in cascata Amplificatori a transistori composti L amplificatore differenziale Analisi degli amplificatori differenziali Amplificatori differenziali a FET L amplificatore operazionale Applicazioni tipiche degli amplificatori operazionali Risposta in frequenza degli amplificatori La risposta in frequenza Risposta al gradino di un amplificatore Guadagno di corrente in cortocircuito per la configurazione a emettitore comune La funzione guadagno L amplificatore a emettitore comune alle alte frequenze Il prodotto guadagno-banda L amplificatore a source comune alle alte frequenze Gli inseguitori di emettitore e di source alle alte frequenze Il metodo delle costanti di tempo per la determinazione della risposta in frequenza Risposta in frequenza di più stadi in cascata L amplificatore cascode (CE-CB) L amplificatore operazionale alle alte frequenze Effetti dei condensatori di accoppiamento e di bypass Amplificatori reazionati Il concetto di reazione L amplificatore reazionato ideale Teorema di scomposizione Formulazione della teoria della reazione basata sul teorema di scomposizione e confronto con quella classica Tecniche di applicazione del teorema di scomposizione Uso della reazione nel progetto di amplificatori Stabilità e risposta degli amplificatori reazionati Effetti della reazione sulla banda Stabilità Criteri di stabilità Risposta in frequenza degli amplificatori reazionati. La funzione di trasferimento a due poli Margine di fase dell amplificatore reazionato con due poli Risposta dell amplificatore reazionato con tre poli Compensazione Caratteristiche degli amplificatori operazionali Architettura degli amplificatori operazionali Lo stadio ad alto guadagno con carico attivo Lo stadio differenziale Traslazione di livello 429

4 VIII Indice 10.5 Stadi di uscita Tensioni e correnti di sbilanciamento (offset) Misura dei parametri degli amplificatori operazionali Risposta in frequenza e compensazione Slew rate Circuiti BiFET e BiCMOS Amplificatori operazionali a tre stadi Altri tipi di amplificatori operazionali Amplificatori operazionali a MOS Elaborazione dei segnali analogici Segnali analogici Circuiti integratori e derivatori Calcolo elettronico analogico Filtri attivi RC Filtri di Butterworth e di Chebyshev Celle biquadratiche a singolo amplificatore Celle biquadratiche con più AO Amplificatori logaritmici ed esponenziali Moltiplicatori analogici Comparatori Il comparatore rigenerativo (trigger di Schmitt) Raddrizzatori di precisione Segnali analogici tempo-discreti Sistemi di campionamento e tenuta (sample-and-hold) Sistemi a condensatori commutati Generazione ed elaborazione di forme d onda Oscillatori sinusoidali lineari L oscillatore a rete di sfasamento Oscillatore a ponte di Wien Schema generale di un circuito oscillatore Oscillatore a quarzo Multivibratori Generazione di un onda quadra da una sinusoide Generatori di onda quadra e triangolare Generatori di impulsi Il timer integrato Generatori di base dei tempi Generatori di gradinata Modulazione di un onda quadra Circuiti e sistemi di potenza Conversione da tensione alternata a continua (ac-dc) Raddrizzatori Altri circuiti a doppia semionda Filtri capacitivi Alimentatori stabilizzati Regolatori monolitici Regolatore a commutazione Altre topologie dei regolatori a commutazione Amplificatori per grandi segnali 602

5 Indice IX Distorsione armonica Classificazione degli amplificatori Rendimento e cifra di merito di un amplificatore Amplificatori push-pull in classe B Funzionamento in classe AB Amplificatori di potenza integrati Considerazioni per il progetto termico Transistori di potenza a effetto di campo 618 III Circuiti e sistemi digitali Sistemi binari, algebra booleana e reti logiche Sistemi numerici posizionali Conteggio in un sistema numerico posizionale Aritmetica binaria Metodo polinomiale di conversione numerica Metodo iterativo di conversione numerica Numeri con segno Algebra booleana e reti combinatorie Porte e reti combinatorie Ulteriori porte e operazioni booleane Addizionatori e sottrattori binari Comparatori Decodificatori Multiplexer Flip-Flop e semplici applicazioni di Flip-Flop Circuiti digitali combinatori Circuiti elettronici digitali L invertitore CMOS Ritardo di propagazione dell invertitore CMOS Porte logiche CMOS Circuiti logici pseudo-nmos L invertitore a BJT La porta NAND TTL Stadi di uscita TTL Famiglie logiche TTL Circuiti logici a emettitori accoppiati (ECL) Confronto tra famiglie logiche Memorie e circuiti programmabili Memorie a sola lettura (ROM) Indirizzamento bidimensionale di una ROM Applicazioni delle ROM ROM programmabili (PROM) PROM cancellabili Dispositivi logici programmabili Memorie ad accesso casuale (RAM) Celle di memoria lettura-scrittura Celle per RAM bipolari Microprocessori e microelaboratori Conversione dei segnali 765

6 X Indice Convertitori digitali-analogici (D/A) Convertitori analogico-digitali (A/D) 773 A Regole per la notazione, costanti e unità di misura 781 A.1 Notazione 781 A.2 Costanti fisiche di maggiore interesse 783 A.3 Unità di misura nel Sistema Internazionale (SI) 783 B Simulatori elettrici 785 B.1 Informazioni necessarie alla simulazione 785 B.2 Possibilità di elaborazione 787 B.3 Presentazione dei risultati 789 B.4 Acquisire e usare il programma di simulazione 790 C Sommario di teoria delle reti 791 C.1 Reti resistive 791 C.2 Teoremi relativi alle reti 796 C.3 Il regime stazionario sinusoidale 801 C.4 Analisi semplificata di reti elettriche in regime sinusoidale 805 C.5 Eccitazione esponenziale 809 C.6 Risposta al gradino di un circuito RC 811 C.7 Il diagramma asintotico di Bode 814 C.8 Reti a due porte 818 C.9 Teorema di Pellegrini 823 Bibliografia 829 Indice analitico 833

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