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Daniele Costantino
6 anni fa
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1 Laboratorio di Elettronica Dispositivi elettronici e circuiti Linee di trasmissione Proprieta' e fenomenologia dei semiconduttori. Dispositivi a semiconduttore: * diodo a giunzione * transistor bjt * transistor jfet e mosfet Modelli matematici lineari e non lineari di diodi e transistor. Circuiti principali di impiego di diodi e transistor. Introduzione all'elettronica digitale: * porte logiche * algebra di Boole * principali famiglie logiche (CMOS e TTL) * circuito flip flop * elementi di elettronica sequenziale Marcello Carla' Dip. di Fisica lab. 22 studio 126 tel / 2013 / 2060 carla@ fi.infn.it Prerequisiti Leggi dei circuiti elettrici: Ohm, Kirchhoff, Thevenin, Norton Analisi di Fourier Principi di base della reazione (feedback) Elementi lineari dei circuiti: resistenze, condensatori, induttanze, generatori Testi di riferimento J. Millman & A. Grabel Microelectronics (McGraw Hill, 1987) R.C. Jaeger Microelectronic Circuit Design (McGraw Hill, 1997) P. Horowitz & W. Hill The Art of Electronics (Cambridge University Press, 1989)

2 Segnale: grandezza fisica che interessa conoscere o misurare (perche' contiene informazione) Elettronica Analogica Elettronica Digitale Le variabili elettriche di un circuito (tensioni e correnti) sono funzioni, per lo piu' continue, ma non necessariamente lineari, dei segnali. Le variabili elettriche hanno solo due valori discreti, indicati convenzionalmente con 0 ed 1. Codici di 0 e 1 rappresentano numericamente i segnali. Esempio: Termometro elettrico La resistenza di un filo di Platino e' una funzione (quasi) lineare della temperatura: R = R0 ( 1 + T + T 2 ) Quando viene percorsa da una corrente I ad ogni temperatura corrisponde una tensione: V = I R0 ( 1 + T + T 2 ) Il numero binario b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0 (bi = 0/1) rappresenta la temperatura T = S i ( bi 2i ) S = fattore di scala in C / l.s.b. l.s.b. = least significant bit (bit meno significativo)

3 Elaborazione Elettronica Analogica dei segnali Amplificazione (o attenuazione) Lo strumento di misura ha un suo campo (range) di lavoro ottimale. I valori del segnale possono essere fuori di questo campo perche' troppo piccoli o troppo grandi. Filtraggio Ogni segnale ed ogni strumento di misura sono affetti da rumore. Rendere il piu' alto possibile il rapporto segnale/rumore significa ridurre l'errore di misura. Trasformazioni non lineari L'informazione che interessa puo' essere contenuta in una funzione non lineare del segnale. Ad esempio: l'intensita' del segnale supera o no un certo valore di soglia?

4 Elaborazione Elettronica Digitale dei segnali Operazioni logiche elementari Gli elementi di base dell'elettronica digitale sono le porte logiche, circuiti che eseguono le operazioni logiche AND, OR, NOT tra le variabili logiche. Operazioni logiche combinatorie Utilizzando le porte logiche si possono realizzare reti capaci di eseguire operazioni logiche e matematiche che sono funzioni complesse dei valori delle variabili logiche di ingresso. Operazioni logiche sequenziali Reti logiche in cui il valore delle variabili di uscita dipende dal valore delle variabili di ingresso e dalla storia precedente della rete (reti dotate di memoria).

costanti sulla lunghezza e' una linea di trasmissione.

5 Linee di trasmissione Un sistema di conduttori paralleli, a sezione uniforme e caratteristiche costanti sulla lunghezza e' una linea di trasmissione. Linea di trasmissione bifilare (piattina) Linea di trasmissione coassiale

6 Linee di trasmissione In una linea di trasmissione resistenza, capacita', induttanza e conduttanza sono distribuiti su tutta la lunghezza della linea } C capacita' L induttanza R resistenza G conduttanza per unita' di lunghezza Z = R + j L impedenza } Y = G + j C ammettenza per unita' di lunghezza

7 Linee di trasmissione trasformazione di impedenza Impedenza di una linea di trasmissione con R0 = 50 aperta. Linea ideale senza perdite Linea con perdite Impedenza di una linea di trasmissione con R0 = 50 chiusa in cortocircuito.

8 Segnali a banda larga e a banda stretta Segnale audio: 20 Hz 20 khz Impulsi da fotomoltiplicatore: 20 khz 500 MHz Segnale televisivo in banda UHF, canale 61: MHz

9 Propagazione di un segnale a banda larga

10 Riflessione di un segnale a banda larga

11 Riflessione di un segnale a gradino

12 Oscilloscopio Tektronix 2245A

13 Generatore di funzioni hp8111a

14 Misura della lunghezza elettrica di una linea di trasmissione oscilloscopio generatore di impulsi Il generatore ha una resistenza di uscita di 50 V Linea a 50 Segnale inviato dal generatore L'oscilloscopio ha una impedenza di ingresso di 1 M (e 20 pf) e permette di osservare il segnale al passaggio senza interferire Segnale riflesso con linea aperta Terminazione della linea 2 TL t Segnale riflesso con linea in cortocircuito

15 Misura dell'impedenza trasformata da una linea di trasmissione generatore di segnale sinusoidale a frequenza variabile Linea aperta V1 ZL = V 0 50 Z L oscilloscopio trigger V0 tensione all'oscilloscopio con linea non collegata V1 tensione all'oscilloscopio con linea collegata ZL Impedenza equivalente della linea

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