TESTI ESERCIZI sulla PRIMA PARTE DI ELETTRONICA

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1 TESTI ESERCIZI sulla PRIMA PARTE DI ELETTRONICA 04-5 Dato il circuito in figura, disegnare il circuito equivalente del diodo Zener nelle diverse regioni di funzionamento e basandosi sul modello linearizzato a tratti valido per ampi segnali, tracciare il relativo grafico della caratteristica i D = f(v D ), sapendo che Vγ =0.7 V, V z =5 V, r on =,3kΩ, r z =00 Ω, r off =50MΩ.. Considerando R=0 kω ed R L infinita, calcolare e disegnare la caratteristica di trasferimento v O =g(v I ) per v I compreso fra -0V e +0V, disegnare l andamento temporale di V O, assumendo in ingresso un segnale sinusoidale di ampiezza picco-picco uguale a 4 V e valor medio = 0 V e un segnale sinusoidale di ampiezza picco-picco uguale a 6 V e valor medio = 0 V. In riferimento ai segnali di ingresso sinusoidali, calcolare la massima potenza dissipata sul diodo e sulla resistenza R. In riferimento ai segnali di ingresso sinusoidali giustificare quando e perché il diodo Zener, quando lavora in zona di breakdown, si comporta da regolatore di tensione.. Considerando R L, trovarne il valore minimo al di sotto del quale il diodo Zener non si comporta più da regolatore di tensione. Utilizzando per il diodo Zener gli stessi dati dell esercizio precedente ed R=0 kω,. calcolare e disegnare la caratteristica di trasferimento v O =h(v I ) per v I compreso fra -0V e +0V;. disegnare l andamento temporale di V O, assumendo in ingresso un segnale sinusoidale a valor medio nullo di ampiezza picco-picco tale che la massima potenza sul diodo Zener sia uguale a 3 mw.

2 Dati i seguenti circuiti che realizzano amplificatori a singolo stadio, sapendo che: K n 00µA V =, λ = 0,0V, V T = V, = 3V, v BS =0V, la corrente I DS uguale a 50 µa. Quando possibile scegliere la tensione V DS in modo che il MOSFET sia in saturazione con almeno un margine del 0%. Progettare le resistenze del circuito in condizioni di polarizzazione. Se ci sono più gradi di libertà che vincoli, si ricordi che le resistenze sono dell ordine dei KΩ. Si trascuri il contributo di λ in polarizzazione. Quando non è già specificato applicare il segnale di ingresso e prelevare quello di uscita in modo che, se possibile, vengano realizzate le tre configurazioni: CS, CD, CG Calcolare il guadagno di tensione, la resistenza di ingresso e quella di uscita, la massima ampiezza della tensione di ingresso che consente la linearizzazione del MOSFET, la tensione di uscita totale e la sensibilità del guadagno di tensione o corrente in seguito a variazioni del 0% di V Tn. M M V S M R O R EQ V O R R G M v i v o R R o -

3 Disegnare un amplificatore CS con resistenza di source R S, dimensionare opportunamente R S e al fine di soddisfare le seguenti specifiche: M in zona di saturazione corrente I D pari a 60µA utilizzando i seguenti dati M è un MOSFET ad arricchimento a canale n con caratteristiche K n = 0µA V, λ = 0V, V T = V = 3 V. (ricavare per prima cosa il valore di R S che consente di avere la corrente I D richiesta, successivamente determinare il valore massimo di che garantisce con un margine del 0% il funzionamento di M in saturazione; si trascuri il contributo di λ in polarizzazione). Calcolare la potenza erogata dall alimentatore (-V SS e + ), la potenza dissipata sul MOSFET e sulla resistenza in assenza di segnale di ingresso, cioè solo in polarizzazione. Calcolare il guadagno di tensione v o /v i. Stimare, commentando i passaggi, il massimo (valore assoluto) guadagno di tensione raggiungibile dalla configurazione CS al variare di R S e di. Disegnare il modello del MOSFET in condizioni di alta frequenza, cioè considerando gli elementi capacitivi nel modello lineare. Quindi calcolare la frequenza di taglio dell amplificatore, sapendo che la capacità Gate-Source è 0 volte più grande della capacità Gate-Drain (trascurare le capacità fra Drain e Body e fra Source e Body)e supponendo in ingresso un generatore di segnali di tensione sinusoidale con resistenza uguale a 800Ω. ( Utilizzare il metodo delle costanti di tempo). a = n i= R 0 i C i a = n n 0 Ri Ci i= j= i+ R ij C j Dato il circuito in figura con il MOSFET a canale n ad arricchimento con k n =0 µa/v, λ=0.0 V -,V T = V, = 3 V, V BS =0 V, V G = V identificare la topologia e progettare opportunamente R R e al fine di soddisfare le seguenti specifiche: corrente I D = I D pari a 60 µa. V DS pari a 3 volte la tensione limite tra la regione di triodo e quella di saturazione del MOSFET, potenza erogata dall alimentatore e - al ramo che contiene uguale a 5 volte quella al ramo contenente R R.. Si trascuri il contributo di λ in polarizzazione. Calcolare il guadagno di tensione ed il valore totale della tensione di uscita

4 Consigli: trovare prima R R che soddisfi le specifiche sulla corrente, quindi procedere con il calcolo di. (V G è un generatore di tensione di polarizzazione) Disegnare un amplificatore CS con carico attivo, valutarne il guadagno di tensione e la potenza richiesta dagli alimentatori. Dimensionare il fattore di forma del ramo di riferimento in modo che l inserimento del ramo di riferimento pesi in termini di potenza (in polarizzazione) meno del 0% della potenza totale del circuito. Utilizzare per i MOSFET gli stessi dati dell esercizio precedente (solo il fattore di forma del MOSFET nel ramo di riferimento sarà diverso). Dato l amplificatore differenziale in figura, si valuti il punto di polarizzazione (tensioni e correnti) e si calcoli l ampiezza del segnale di uscita v o con ingresso differenziale e di modo comune sapendo che [ 3sin( w t) ( w t) ] 3 v i = 0 + sin [ 3sin( w t) ( w t) ] 3 v i = 0 + sin v o v o M M v i v i k n =500 µa/v =8 kω =V SS =3 V R S =800 kω I S =500 µa V T = V I S R S Si trascuri il contributo di R S nella valutazione del punto di polarizzazione. Realizzare il generatore di corrente reale (I S e R S ) con -V uno specchio di corrente in modo tale che l incremento di potenza SS richiesta dagli alimentatori sia il 0% rispetto alla potenza richiesta in polarizzazione dal circuito in figura. Calcolare il CMRR e la tensione totale V o Definire e calcolare la frequenza di taglio (f H ) e la frequenza di transizione (f T ) di un amplificatore in generale e considerando il seguente modello di un amplificatore operazionale (A.O.) ad un polo, calcolare la relativa f H, f T. R o C o =0.05s A= 0 5 ±5%, Utilizzando detto A.O., progettare un amplificatore non invertente con guadagno=0 e progettare un amplificatore invertente con guadagno=-30. Calcolare la frequenza di taglio degli amplificatori retroazionati. Calcolare per entrambi gli amplificatori la frequenza oltre la quale l errore relativo del guadagno rispetto a quello ottenuto considerando

5 l amplificatore ideale, sia minore del 0%. Calcolare per entrambi gli amplificatori la sensibilità del guadagno di tensione dell amplificatore retroazionato rispetto alle variazioni di A e la variazione percentuale del guadagno di tensione del sistema retroazionato. Progettare un circuito basato su amplificatori operazionali, che realizzi la seguente funzione: Vo(t)=5V (t) -5V (t) ed abbia resistenza di ingresso ai morsetti in cui sono applicati V (t) e V (t) uguali e maggiori di 0 MΩ. Supponendo che l amplificatore operazionale utilizzato sia rail to rail, sia alimentato tra ±V ed abbia uno slew rate di 0,8V/µs, determinare la banda a piena potenza del circuito. Calcolare la frequenza di taglio dell intero circuito. Gli A.O. sono uguali e modellati come di seguito disegnato: f H =0Hz A= 0 5 ±5%,

6 Versione approvata dal S.A.: 0..4 CRITERI RIPARTIZIONE POE Vengono individuati tre criteri (C, DIMENSIONI; C, RICERCA; C3, DIDATTICA), a ciascuno dei quali si attribuisce un peso relativo (indicato in parentesi). Ogni criterio è poi declinato in diversi indicatori, ciascuno con il proprio peso relativo. Gli indicatori che seguono sono sempre indicatori di dipartimento. C. DIMENSIONI (5%). Numero docenti al /nov/04 (75%).. Cessazioni avvenute nel 03-4 e previste nel 05 (da conteggiare come POE) (0%)..3. Numero di abilitati (5%). C. RICERCA (37.5%). IRFD-VQR 3 (60%)... IDVA 4 (40%). C3. DIDATTICA (37.5%). Numero studenti (70%) Numero studenti iscritti (al 3 luglio 04) nei CdS di I e II livello, pesati per raggruppamento AVA di riferimento 5, divisi equamente tra i dipartimenti nel caso di Togliendo i pensionamenti previsti nel 05. Si calcola conteggiando il numero di RU o PA che hanno ottenuto l abilitazione scientifica nazionale, e attribuendo a ciascun dipartimento la frazione relativa al totale degli abilitati dell Ateneo. Coloro che hanno ottenuto l abilitazione per più settori concorsuali vengono conteggiati una sola volta. I RU che hanno ottenuto l abilitazione sia per PA che per PO vengono conteggiati due volte. Si considerano soltanto gli abilitati della tornata 0. Qualora, al momento della ripartizione dei POE ai Dipartimenti, anche la tornata 03 fosse conclusa, allora si inseriranno nel calcolo anche gli abilitati della tornata L IRFD è espresso come percentuale del contributo di un dipartimento al valore dell intero ateneo (il valore somma a 00 per tutti i dipartimenti), e si basa sui prodotti VQR, sui finanziamenti ottenuti e sull internazionalizzazione. Il valore atteso è rappresentato dal contributo di ogni dipartimento ai prodotti totali dell Ateneo. Si calcola lo scarto tra i due valori (in percentuale di miglioramento o peggioramento), che è un valore compreso tra -0.38% (un dipartimento ha fatto il 38% meno dell atteso) e +.47 (un dipartimento ha fatto il 47% più dell atteso). Come indicatore si utilizza il contributo di ogni dipartimento alla "somma dei miglioramenti". Dato MD il miglioramento di ogni dipartimento rispetto al proprio peso (MD = IRFDd/frazione-prodotti-attesi; [a USiena, MD varia da.3 a 0.574]), e MD la somma degli MD di tutti i dipartimenti, l indicatore per la distribuzione delle risorse potrebbe essere IndIRFD=MD/ MD. IndIRFD varia da a L IDVA misura la performance di un dipartimento in relazione a un dipartimento virtuale che ha la stessa composizione del dipartimento reale. Si basa soltanto sui prodotti della ricerca (ANVUR-VQR), e la pesatura di ogni docente è fatta in relazione al valore medio dei prodotti del proprio SSD e non dei prodotti della propria Area CUN (come succede per l IRFD). L indicatore suggerito è +IPR, che, nei dipartimenti di USiena, oscilla tra.500 e L indicatore per la distribuzione delle risorse (IndIDVA) è la quotaipr (= [(+IPR) dip/ (+IPR) dip]. IndIDVA varia tra e.855.

7 Versione approvata dal S.A.: 0..4 contitolarità 6. Si aggiungono anche gli studenti dei CdS interateneo con sede amm.va diversa da USiena (OPD, etc ) 7. Gli studenti stranieri e gli iscritti a CdS o curricula in inglese sono conteggiati per.5 (evitando il double-counting). Sono, inoltre, conteggiati per.5 gli studenti outgoing sul programma Erasmus. Al numero studenti si aggiungono: gli studenti stranieri incoming sul programma Erasmus o altri programmi internazionali (=); gli studenti specializzandi (pesati x.5 nelle SS di area medica e x0.5 nelle altre SS); gli studenti iscritti ai corsi di dottorato (pesati x5) 8 ; gli studenti iscritti ai corsi di TFA e di sostegno (all'ultimo anno disponibile) (pesati x0.5) 9 ; gli studenti iscritti ai corsi di Master Universitari (=) 0.. Numero laureati (0%) Laureati dal 0 all ultima sessione utile del Impegno in insegnamenti erogati in CdS di cui il Dip. non ha la titolarità (0%) 4. Numero corsi di studio in inglese (0%) 5 A: x.3; B: x.; C: x.; D: x.0. 6 Con l'eccezione dei CdS di Medicina e Chirurgia e di Infermieristica dove il peso è 70% DSMCN, 0% DMMS, 0% DBM. 7 Eventualmente divisi per sede. 8 Inclusi consorzi (tipo Pegaso) cui partecipa USiena (eventualmente divisi per sedi). 9 In considerazione della peculiarità dell'area pedagogica, gli studenti iscritti ai TFA vengono attribuiti per il 50% al DSFUCI, che eroga il 50% della didattica di tutti i corsi di TFA. 0 L indicatore è temporaneamente sospeso in attesa di razionalizzare l offerta e valutare meglio la qualità dei progetti. Misurato, per dipartimento, come la somma delle ore (o dei cfu) erogati dai docenti di un dipartimento in CdS di cui il dipartimento di afferenza non è titolare/contitolare. Si sommano i valori di tutti i dipartimenti e si calcola la frazione di ogni dipartimento alla somma.