Indice Cap. 1 Il progetto dei sistemi elettronici pag. 1 1.1 Oggetto dello studio 1 1.2 Concezione, progetto e produzione del sistema elettronico 5 1.3 Il circuito di interfaccia di ingresso 13 1.4 Il circuito di interfaccia di uscita 18 1.5 L alimentatore 23 1.5.a Regolazione al variare del carico 24 1.5.b Regolazione al variare della tensione di linea 30 1.5.c Regolazione rispetto alla temperatura 35 1.5.d Effetti dell invecchiamento 37 1.6 Sincronizzazione 40 1.7 Elaboratore di segnali 48 1.8 Problemi generali della produzione dei componenti integrati 54 1.9 I modelli dei componenti passivi e dei generatori indipendenti 59 1.9.a Resistenza 62 1.9.b Capacità e induttanza 63 1.9.c Mutua induttanza 65 1.9.d Linea di trasmissione 65 1.9.e Generatori indipendenti 70 1.10 I modelli dei generatori controllati o dipendenti 73 1.10.a Generatore di corrente controllato in tensione 74 1.10.b Generatore di tensione controllato in tensione 74 1.10.c Generatore di corrente controllato in corrente 75 1.10.d Generatore di tensione controllato in corrente 75 1.11 I modelli dei componenti attivi 76 1.11.a Diodo a giunzione p-n e diodo zener 76 1.11.b Transistor a doppia giunzione (BJT) 82
x INDICE ISBN 88-408-1250-4 1.11.c Transistor a effetto di campo da giunzione p-n (JFET) 88 1.11.d Transistor a effetto di campo da struttura metallo-ossido-semiconduttore (MOSFET) 90 Cap. 2 Analisi statica, dinamica e progetto di celle elementari di elaborazione pag. 93 2.1 Introduzione 93 2.2 Comportamento statico e dinamico dei componenti 94 2.3 Comportamento dinamico per grandi e piccoli segnali 97 2.4 Circuiti equivalenti dei componenti attivi 99 2.4.a Circuiti equivalenti del diodo 100 2.4.b Circuiti equivalenti dei transistori 102 2.4.b.1 Circuiti equivalenti di un BJT 102 2.4.b.2 Circuito equivalente di un JFET 109 2.4.b.3 Circuito equivalente di un MOSFET 110 2.5 Circuiti equivalenti delle celle di elaborazione 111 2.6 La presentazione dei risultati delle analisi 119 2.7 Esempi di utilizzo dei modelli statici 121 2.8 Esempi di utilizzo dei modelli dinamici 171 2.8.a Analisi dinamica per ampi segnali 171 2.8.b Analisi dinamica per piccoli segnali 173 2.9 Il metodo delle costanti di tempo 187 2.9.a Caso dei poli coincidenti 188 2.9.b Caso dei poli non coincidenti 189 2.9.c Calcolo delle costanti di tempo 191 2.10 Valutazione delle distorsioni prodotte da BJT nelle tre connessioni fondamentali 207 2.11 Prodotto guadagno-banda e distorsioni per FET nelle tre connessioni fondamentali 221 2.11.a Stadio a source comune utilizzante un JFET 222 2.11.b Stadio a source comune utilizzante un MOSFET 224 2.11.c Stadio a gate comune utilizzante un MOSFET 225 2.11.d Stadio a drain comune (source follower) utilizzante un MOSFET 230 2.12 Considerazioni generali sugli amplificatori 230 2.12.a Polarizzazione degli elementi attivi 230
ISBN 88-408-1250-4 INDICE xi 2.12.b Classificazione degli amplificatori secondo l intervallo di frequenza di uso 233 2.12.c Attribuzione delle funzioni ai vari stadi della catena amplificatrice: funzioni distribuite e funzioni concentrate 235 2.12.d Prestazione dell amplificatore rispetto al rapporto segnale-rumore 237 Cap. 3 Uso della controreazione per il controllo delle prestazioni degli amplificatori pag. 239 3.1 Introduzione 239 3.2 Il controllo delle funzioni della catena amplificatrice 240 3.3 Controllo della funzione amplificazione 249 3.4 Controllo della funzione interfaccia di ingresso e di uscita 256 3.5 Distorsioni in una catena di amplificazione controreazionata 287 3.6 Risposta in frequenza di catene di amplificazione controreazionate 290 3.6.a Risposta in frequenza di un amplificatore controreazionato 291 3.6.b Dislocazione dei poli di un amplificatore controreazionato 298 3.6.c Instabilità di un amplificatore controreazionato 310 3.7 Tecniche di compensazione 323 Cap. 4 Stadi finali pag. 327 4.1 Introduzione 327 4.2 Problemi generali inerenti l uso di transistor di potenza 328 4.3 Lo stadio a simmetria complementare 329 4.4 Il rendimento dello stadio in classe B (o AB) 338 4.5 Studio di un amplificatore da 10 W 340 4.6 Studio di un amplificatore da 60 W 344 4.7 Protezioni 346 4.8 Analisi dei limiti di sicurezza dei transistor di potenza 347 4.9 Analisi dell effetto del carico sui finali 352
xii INDICE ISBN 88-408-1250-4 Cap. 5 Amplificatori integrati pag. 355 5.1 Introduzione 355 5.2 Mancanza di simmetria: gli errori di off-set 359 5.3 Non idealità dei parametri A d, R in, R out e BW 362 5.4 Non idealità dei parametro A c 365 5.5 La condizione di saturazione e la velocità di commutazione 368 5.5.a La massima tensione indistorta di uscita 371 5.6 Il comparatore integrato 372 5.7 Esempi di applicazione di integrati lineari 376 5.7.a Operazione integrale 376 5.7.a.1 Il generatore di rampa di tensione (generatore di Miller) 377 5.7.a.2 Il generatore di rampa a gradini (stair-case generator) 380 5.7.b Operazione derivata 382 5.7.c Filtri attivi 384 5.7.d Sorgente integrata di tensione 387 5.8 Il modello dell amplificatore integrato 388 5.8.a Modello in continua 389 5.8.b Modello per il segnale 389 5.8.c Modello per la simulazione 390 Cap. 6 Il rumore negli amplificatori pag. 393 6.1 Introduzione 393 6.2 Le sorgenti di rumore 394 6.2.a Il rumore termico 394 6.2.b Il rumore shot 395 6.2.c Il rumore flicker 396 6.2.d Conclusioni 397 6.3 Il modello rumoroso degli elementi attivi 397 6.3.a Il modello rumoroso del diodo 404 6.3.b Il modello rumoroso del BJT 404 6.3.c Il modello rumoroso del JFET e del MOSFET 409 6.3.d Punto di lavoro e rumore equivalente in ingresso 411 6.3.e Il rumore negli amplificatori con controreazione 412
ISBN 88-408-1250-4 INDICE xiii 6.3.f Rumore nello stadio a base (gate) comune 415 6.3.g Rumore in uno stadio emitter follower 416 6.3.h Rumore in uno stadio differenziale 418 6.4 Minimo segnale rivelabile 419 6.4.a Il box-car 422 6.4.b L amplificatore lock-in 423 6.5 Fattore di rumore di un quadripolo 425 6.6 Il rumore in un amplificatore 429 6.7 Il contributo di rumore della resistenza di sorgente 432 6.8 Sorgenti non resistive 433 6.8.a Sorgente capacitiva 433 6.8.b Sorgente induttiva 434 6.9 Il progetto di un amplificatore a basso rumore 436 6.9.a Sorgente resistiva 438 6.9.b Sorgente capacitiva 440 6.9.c Sorgente induttiva 441 6.10 La scheda NOISE 442 Appendice A.1 Premessa pag. 445 A.2 Schema dell Esempio 2.7.1 445 A.3 Schema dell Esempio 2.7.3 448 A.4 Schema della Fig. 2.39 450 A.5 Schema della Fig. 2.40.b 453 A.6 Schema della Fig. 2.43 456 A.7 Schema dell Esempio 2.8.1 457 A.8 Schema della Fig. 2.64 459 A.9 Schema della Fig. 2.66 462 A.10 Schema della Fig. 3.24 464 A.11 Schema della Fig. 5.19 470 A.12 Schema della Fig. 5.20 472 A.13 Schema della Fig. 2.59 475 Indice analitico pag. 477