Microelettronica Indice generale

Microelettronica Indice generale Prefazione Rigraziamenti dell Editore Guida alla lettura Parte I Elettronica dello stato solido e dispositivi XV XVII XVIII Capitolo 1 Introduzione all elettronica 1 1.1 Breve storia dell elettronica: dai tubi a vuoto ai sistemi ad altissima scala di integrazione 2 1.2 Classificazione dei segnali elettronici 6 1.2.1 Segnali digitali 6 1.2.2 Segnali analogici 7 1.2.3 Conversione D/A e A/D: i ponti fra i domini analogico e digitale 7 1.3 Convenzioni sulle notazioni 9 1.4 Metodologia per la soluzione dei problemi 10 1.5 Richiami di teoria dei circuiti 12 1.5.1 Partitore di tensione e di corrente 12 1.5.2 Rappresentazioni circuitali di Thévenin e Norton 13 1.6 Spettro di frequenza dei segnali elettronici 17 1.7 Amplificatori 18 1.7.1 L Amplificatore operazionale ideale 19 1.7.2 Risposta in frequenza degli amplificatori 21 1.8 Variazione dei parametri nella progettazione circuitale 21 1.8.1 Il modello matematico delle tolleranze 22 1.8.2 Analisi del caso peggiore 22 1.8.3 Analisi Monte Carlo 24 1.8.4 Coefficienti di temperatura 27 1.9 Precisione numerica 28 Riepilogo 29 Riferimenti bibliografici 30 Letture addizionali 30 Problemi 30 Capitolo 2 Elettronica dello stato solido 35 2.1 Materiali dell elettronica a stato solido 36 2.2 Modello a legame covalente 37 2.3 Correnti di deriva e mobilità nei semiconduttori 40 2.3.1 Corrente di deriva 40 2.3.2 Mobilità 41 2.3.3 Saturazione della velocità di deriva 41 2.4 Resistività del silicio intrinseco 42 2.5 Impurità nei semiconduttori 43 2.5.1 Impurità di tipo donatore per il silicio 43 2.5.2 Impurità di tipo accettore per il silicio 44 2.6 Concentrazioni degli elettroni e delle lacune nei semiconduttori estrinseci 45 2.6.1 Semiconduttore di tipo n ðn D > N A Þ 45 2.6.2 Semiconduttore di tipo p ðn A > N D Þ 45 2.7 Mobilità e resistività nei semiconduttori estrinseci 47 2.8 Corrente di diffusione 50 2.9 Corrente totale 51 2.10 Modello a bande di energia 52 2.10.1 Generazione di coppie elettrone-lacuna in un semiconduttore intrinseco 52 2.10.2 Modello a bande di energia per un semiconduttore estrinseco 53 2.10.3 Semiconduttori compensati 53 2.11 Cenni sulla fabbricazione dei circuiti integrati 55 Riepilogo 58 Riferimenti bibliografici 59 Letture addizionali 59 Problemi 59 Capitolo 3 Diodi a stato solido e circuiti a diodi 63 3.1 Il diodo a giunzione pn 64 3.1.1 Analisi elettrostatica della giunzione pn 64 3.1.2 Correnti nel diodo 67 3.2 Caratteristica i-v del diodo 69 3.3 L equazione del diodo: un modello matematico per il diodo 70 3.4 Diodo in polarizzazione inversa, nulla e diretta 73 3.4.1 Polarizzazione inversa 73 3.4.2 Polarizzazione nulla 74 3.4.3 Polarizzazione diretta 74 3.5 Coefficiente di temperatura del diodo 76 3.6 Il diodo in polarizzazione inversa 77 3.6.1 La corrente di saturazione nei diodi reali 78 3.6.2 Rottura della giunzione 78 3.6.3 Modello del diodo in regione di rottura 80 3.7 Capacità della giunzione pn 80 3.7.1 Polarizzazione inversa 80 3.7.2 Polarizzazione diretta 81 3.8 Diodo a barriera Schottky 81 3.9 Modello SPICE e layout del diodo 82 3.10 Analisi dei circuiti a diodi 83 3.10.1 Analisi grafica con la retta di carico 84 3.10.2 Analisi con il modello matematico del diodo 85 3.10.3 Analisi con il modello del diodo ideale 89 3.10.4 Analisi con il modello a caduta di tensione costante 91 3.10.5 Confronto tra i metodi di analisi 92 3.11 Circuiti a più diodi 92 3.11.1 Un circuito a 3 diodi 93 3.12 Analisi di diodi polarizzati nella regione di rottura 95 3.12.1 Analisi grafica con la retta di carico 96 3.12.2 Analisi con il modello lineare a tratti 96 3.12.3 Regolatori di tensione 96 3.12.4 Analisi in cui si tiene conto della resistenza di Zener 97 3.12.5 Regolazione di linea e di carico 98 3.13 Raddrizzatore a semionda 99 3.13.1 Raddrizzatori a semionda

VIII Indice con carico resistivo 99 3.13.2 Raddrizzatore con filtro capacitivo 101 3.13.3 Raddrizzatore a semionda con carico RC 102 3.13.4 Intervallo di conduzione e ondulazione della tensione 102 3.13.5 Corrente del diodo 105 3.13.6 Corrente di spunto (surge current) 106 3.13.7 Specifica relativa alla tensione inversa di picco 106 3.13.8 Dissipazione di potenza del diodo 107 3.13.9 Raddrizzatore a semionda con tensione di uscita negativa 108 3.14 Raddrizzatore a doppia semionda 109 3.14.1 Raddrizzatore a doppia semionda con tensione di uscita negativa 111 3.15 Raddrizzatore a ponte a doppia semionda 111 3.16 Confronto tra i raddrizzatori e criteri di progetto 112 3.17 Il diodo in commutazione 115 3.18 Fotodiodi, celle solari e diodi emettitori di luce 116 3.18.1 Fotodiodi e fotorivelatori 116 3.18.2 Generazione di potenza elettrica con celle solari 117 3.18.3 Diodi emettitori di luce (LED) 119 Riepilogo 119 Riferimenti bibliografici 120 Letture addizionali 120 Problemi 120 Capitolo 4 Transistori a effetto di campo 131 4.1 Il condensatore MOS 132 4.1.1 Regione di accumulazione 132 4.1.2 Regione di svuotamento 133 4.1.3 Regione di inversione 133 4.2 MOSFET a canale n (NMOS) 134 4.2.1 Analisi qualitativa del comportamento i-v del transistore NMOS 135 4.2.2 Regione di triodo del transistore NMOS 136 4.2.3 Resistenza di conduzione 139 4.2.4 Regione di saturazione del transistore NMOS 140 4.2.5 Modello matematico della regione di saturazione 141 4.2.6 Transconduttanza 142 4.2.7 Modulazione della lunghezza di canale 143 4.2.8 Caratteristiche di trasferimento e transistori a svuotamento 144 4.2.9 Effetto body 145 4.3 MOSFET a canale p (PMOS) 146 4.4 Simboli circuitali del MOSFET 148 4.5 Fabbricazione del transistore MOS e regole di progetto 150 4.5.1 Dimensione minima e tolleranza di allineamento 150 4.5.2 Layout del transistore MOS 150 4.6 Capacità del MOSFET 152 4.6.1 Capacità del transistore NMOS nella regione di triodo 152 4.6.2 Capacità nella regione di saturazione 153 4.6.3 Capacità nella regione di interdizione 153 4.7 Modello SPICE del MOSFET 154 4.8 Polarizzazione del MOSFET 156 4.8.1 Caratteristiche della polarizzazione 156 4.9 Polarizzazione dei transistori PMOS 172 4.10 Riduzione delle dimensioni del transistore MOS (argomento avanzato) 175 4.10.1 Corrente di drain 175 4.10.2 Capacità di gate 175 4.10.3 Densità di integrazione e di potenza 176 4.10.4 Il prodotto ritardo-potenza 176 4.10.5 Frequenza di transizione 177 4.10.6 Limitazioni del funzionamento a campi elevati 177 4.10.7 Corrente di sottosoglia 177 Riepilogo 179 Riferimenti bibliografici 180 Problemi 181 Capitolo 5 Il transistore bipolare a giunzione 191 5.1 Struttura del transistore bipolare a giunzione 192 5.2 Il modello del trasporto del transistore npn 193 5.2.1 Caratteristiche in condizioni di funzionamento diretto 194 5.2.2 Caratteristiche in condizioni di funzionamento inverso 195 5.2.3 Il modello del trasporto completo in condizioni arbitrarie di polarizzazione 197 5.3 Il transistore pnp 198 5.4 Rappresentazioni circuitali del modello del trasporto 200 5.5 Il modello di Ebers-Moll (argomento avanzato) 201 5.5.1 Caratteristiche del transistore npn in polarizzazione diretta 201 5.5.2 Caratteristiche del transistore in polarizzazione inversa 202 5.5.3 Il modello di Ebers-Moll del transistore npn 202 5.5.4 Il modello di Ebers-Moll del transistore pnp 202 5.5.5 Rappresentazioni circuitali equivalenti per il modello di Ebers-Moll 202 5.6 Caratteristiche i-v del transistore bipolare 203 5.6.1 Caratteristiche di uscita 203 5.6.2 Caratteristiche di trasferimento 205 5.7 Regioni di funzionamento del transistore bipolare 206 5.8 Forme semplificate del modello del trasporto 207 5.8.1 Modello semplificato per la regione di interdizione 207 5.8.2 Modello semplificato per la regione attiva diretta 209 5.8.3 I diodi nei circuiti integrati bipolari 214 5.8.4 Modello semplificato per la regione attiva inversa 215 5.8.5 Modello semplificato per la regione di saturazione 217 5.9 Effetti non ideali nel transistore bipolare 220 5.9.1 Tensioni di rottura delle giunzioni 220 5.9.2 Trasporto dei portatori minoritari nella regione di base 220 5.9.3 Tempo di transito in base 222 5.9.4 Capacità di diffusione 224 5.9.5 Dipendenza del guadagno di corrente a emettitore comune dalla frequenza 224 5.9.6 Effetto Early 225 5.9.7 Modelli per l effetto Early 226 5.9.8 Origine dell effetto Early 226 5.10 Transconduttanza 227 5.11 Tecnologia bipolare e modello SPICE del BJT 227 5.11.1 Descrizione qualitativa 227 5.11.2 Equazioni del modello SPICE 228 5.11.3 Transistori bipolari avanzati 230 5.12 Polarizzazione del BJT 230

Indice IX 5.12.1 Rete di polarizzazione a quattro resistori 232 5.12.2 Obiettivi di progetto relativi alla rete di polarizzazione a quattro resistori 234 5.13 Tolleranze nei circuiti di polarizzazione 239 5.13.1 Analisi del caso peggiore 239 5.13.2 Analisi Monte Carlo 241 Riepilogo 244 Riferimenti bibliografici 245 Problemi 246 Parte II Circuiti integrati analogici Capitolo 6 Sistemi analogici 255 6.1 Un esempio di sistema elettronico analogico 256 6.2 Amplificazione 257 6.2.1 Guadagno di tensione 258 6.2.2 Guadagno di corrente 258 6.2.3 Guadagno di potenza 259 6.2.4 Rappresentazione del guadagno in decibel 259 6.3 Polarizzazione dell amplificatore nella regione lineare 260 6.4 Distorsione negli amplificatori 263 6.5 Modelli a doppio bipolo degli amplificatori 264 6.5.1 I parametri g 265 6.6 Disadattamento delle impedenze del generatore e di carico 269 6.7 Funzione di trasferimento e risposta in frequenza 270 6.7.1 Diagrammi di Bode 270 6.7.2 Amplificatori passa-basso 271 6.7.3 Amplificatori passa-alto 275 6.7.4 Amplificatori passa-banda 278 6.7.5 Amplificatori a banda stretta 280 6.7.6 Amplificatori a reiezione di banda 281 6.7.7 Funzione di trasferimento passa-tutto 282 6.7.8 Funzioni di trasferimento complesse 282 Riepilogo 284 Riferimenti bibliografici 285 Problemi 285 Capitolo 7 L amplificatore operazionale ideale 291 7.1 L amplificatore differenziale 292 7.1.1 Modello dell amplificatore differenziale 292 7.1.2 L amplificatore differenziale ideale 294 7.2 L amplificatore operazionale ideale 294 7.2.1 Ipotesi per l analisi degli amplificatori operazionali ideali 295 7.3 Circuiti con amplificatori operazionali ideali 295 7.3.1 L amplificatore invertente 296 7.3.2 L amplificatore non invertente 299 7.3.3 Buffer a guadagno unitario o inseguitore di tensione 301 7.3.4 L amplificatore sommatore 303 7.3.5 L amplificatore sottrattore 304 7.3.6 Amplificatore per strumentazione 306 7.3.7 Filtro attivo passa-basso 308 7.3.8 Integratore 311 7.3.9 Derivatore 311 7.3.10 Connessione in cascata di amplificatori 312 7.3.11 Osservazioni sulla terminologia relativa agli amplificatori 314 7.4 Filtri attivi 315 7.4.1 Filtro passa-basso 315 7.4.2 Sensibilità 319 7.4.3 Filtro passa-alto con guadagno maggiore di 1 319 7.4.4 Filtro passa-banda 321 7.4.5 Filtro biquadratico Tow-Thomas 323 7.4.6 Variazione delle impedenze e della frequenza secondo un fattore di scala 326 7.5 Applicazioni non lineari 328 7.5.1 Un raddrizzatore di precisione a semionda 328 7.5.2 Circuito raddrizzatore di precisione senza saturazione 329 7.5.3 Un voltmetro in alternata 331 7.6 Circuiti a retroazione positiva 332 7.6.1 Il comparatore e il trigger di Schmitt 332 7.6.2 Il multivibratore astabile 334 7.6.3 Il multivibratore monostabile (one shot) 337 Riepilogo 339 Riferimenti bibliografici 339 Letture addizionali 340 Problemi 340 Capitolo 8 Caratteristiche e limitazioni degli amplificatori operazionali 351 8.1 Guadagno, resistenza di ingresso e resistenza di uscita 352 8.1.1 Guadagno finito ad anello aperto 352 8.1.2 Errore relativo al guadagno 353 8.1.3 Resistenza di uscita diversa da zero 355 8.1.4 Resistenza di ingresso di valore finito 358 8.1.5 Riepilogo delle caratteristiche delle configurazioni non ideali invertente e non invertente 362 8.2 Reiezione di modo comune e resistenza di ingresso 362 8.2.1 Valore finito per il rapporto di reiezione del modo comune 362 8.2.2 Perché èimportante il CMRR? 364 8.2.3 Errore nel guadagno dell inseguitore di tensione dovuto al CMRR 366 8.2.4 Resistenza di ingresso di modo comune 368 8.3 Cause di errore in continua e limitazioni dell escursione in uscita 369 8.3.1 Tensione di offset all ingresso 369 8.3.2 Bilanciamento della tensione di offset 371 8.3.3 Interpretazione alternativa della tensione di offset 371 8.3.4 Correnti di polarizzazione e di offset all ingresso 372 8.3.5 Limiti della tensione e della corrente di uscita 374 8.4 Risposta in frequenza e larghezza di banda degli amplificatori operazionali 378 8.4.1 Risposta in frequenza dell amplificatore non invertente 380 8.4.2 Risposta in frequenza dell amplificatore invertente 383 8.4.3 Risposta in frequenza di amplificatori a più stadi 385 8.4.4 Funzionamento ad ampi segnali: slew rate e larghezza di banda a piena potenza 391 8.4.5 Macromodello per la risposta in frequenza dell amplificatore operazionale 392 8.4.6 Macromodelli completi di amplificatori operazionali in SPICE 393 8.4.7 Esempi di amplificatori operazionali commerciali per applicazioni generali 393 8.5 Conversione digitale-analogica 396 8.5.1 Aspetti fondamentali dei convertitori D/A 396 8.5.2 Errori nei convertitori D/A 397 8.5.3 Realizzazione circuitale dei convertitori A/D 400 8.6 Conversione analogico-digitale 406

X Indice 8.6.1 Aspetti fondamentali dei convertitori A/D 407 8.6.2 Errori nei convertitori analogico-digitali 407 8.6.3 Tecniche di base per la conversione analogico-digitale 409 Riepilogo 418 Riferimenti bibliografici 419 Letture addizionali 419 Problemi 419 Capitolo 9 Modelli a piccolo segnale e amplificazione lineare - amplificatori invertenti 429 9.1 Il transistore come amplificatore 430 9.1.1 L amplificatore a BJT 430 9.1.2 L amplificatore a MOSFET 432 9.2 Condensatori di accoppiamento e di bypass 433 9.3 Utilizzo dei circuiti equivalenti dc e ac 435 9.3.1 Regole per le analisi in dc e in ac 435 9.4 Introduzione ai modelli per piccoli segnali del diodo 439 9.4.1 Interpretazione grafica del comportamento per piccoli segnali del diodo 439 9.4.2 Modello a piccoli segnali del diodo 440 9.5 Modelli per piccoli segnali per i transistori bipolari a giunzione 442 9.5.1 Il modello a -ibrido 443 9.5.2 Interpretazione grafica della transconduttanza 444 9.5.3 Guadagno di corrente per piccoli segnali 445 9.5.4 Il guadagno di tensione intrinseco del BJT 445 9.5.5 Forme equivalenti del modello per piccoli segnali 446 9.5.6 Modello a -ibrido semplificato 447 9.5.7 Definizione di piccolo segnale per un transistore bipolare 447 9.5.8 Modello per piccoli segnali per il transistore pnp 449 9.5.9 Confronto fra analisi ac e analisi in transitorio in SPICE 450 9.6 L amplificatore a emettitore comune (C-E) 450 9.6.1 Guadagno di tensione dell amplificatore a emettitore comune 451 9.6.2 Resistenza di ingresso 452 9.6.3 Guadagno di tensione complessivo 452 9.7 Limiti importanti e semplificazioni dei modelli 452 9.7.1 Resistenza di emettitore nulla 452 9.7.2 Guida per il progetto dell amplificatore a emettitore comune con carico resistivo 453 9.7.3 Guadagno di corrente per l amplificatore a emettitore comune con elevata resistenza di emettitore 454 9.7.4. Limiti per la condizione di piccolo segnale nell amplificatore a emettitore comune 454 9.7.5 Resistenza vista guardando nel collettore del BJT 458 9.7.6 Resistenza di uscita dell amplificatore a emettitore comune complessivo 460 9.7.7 Guadagno di corrente ai terminali per l amplificatore a emettitore comune 461 9.8 Modello per piccoli segnali per i transistori a effetto di campo 461 9.8.1 Modello a piccoli segnali del MOSFET 461 9.8.2 Guadagno di tensione intrinseco del MOSFET 463 9.8.3 Definizione di piccolo segnale per un MOSFET 464 9.8.4 L effetto body nel modello per piccoli segnali del MOSFET 465 9.8.5 Modello per piccoli segnali per il transistore PMOS 466 9.9 Confronto fra i modelli per piccoli segnali del BJT e del FET 467 9.10 L amplificatore a source comune (C-S) 469 9.10.1 Guadagno di tensione ai terminali per l amplificatore a source comune 470 9.10.2 Guadagno di tensione complessivo per l amplificatore a source comune 470 9.10.3 Guadagno di tensione dell amplificatore a source comune, per elevati valori di R S 471 9.10.4 Resistenza nulla nel source 471 9.10.5 Guida per il progetto di amplificatori a source comune con R S ¼ 0 473 9.10.6 Limiti per la condizione di piccolo segnale nell amplificatore a source comune 474 9.10.7 Resistenze di ingresso degli amplificatori a emettitore comune e a source comune 476 9.10.8 Resistenze di uscita degli amplificatori a emettitore comune e a source comune 479 9.11 Esempi di amplificatori a emettitore comune e a source comune 480 9.11.1 Amplificatore a emettitore comune 480 9.11.2 Differenze fra analisi ac e analisi in transitorio in SPICE ulteriori osservazioni 485 9.11.3 Amplificatore MOSFET a source comune 485 9.11.4 Confronto fra i due amplificatori 489 9.11.5 Riepilogo e confronto delle caratteristiche degli amplificatori a emettitore comune e a source comune 490 9.11.6 Retroazione negli amplificatori invertenti 490 9.11.7 Condizioni in cui è possibile trascurare la resistenza differenziale di uscita del transistore 491 9.12 Dissipazione di potenza ed escursione del segnale 491 9.12.1 Dissipazione di potenza 492 9.12.2 Escursione massima del segnale di uscita 492 Riepilogo 495 Problemi 496 Capitolo 10 Amplificatori a singolo transistore e multistadio accoppiati in ac 507 10.1 Classificazione degli amplificatori 508 10.1.1 Applicazione e prelievo del segnale Il BJT 509 10.1.2 Applicazione e prelievo del segnale Il FET 509 10.1.3 Amplificatori a emettitore comune (C-E) e a source comune (C-S) 510 10.1.4 Le configurazioni a collettore comune (C-C) e a drain comune (C-D) 511 10.1.5 Amplificatori a base comune (C-B) e a gate comune (C-G) 512 10.1.6 Modello a piccolo segnale 513 10.2 Amplificatori invertenti Circuiti a emettitore comune e a source comune 514 10.2.1 Caratteristiche degli amplificatori a emettitore comune e a source comune 514 10.2.2 Riepilogo delle caratteristiche degli amplificatori C-E e C-S 518 10.2.3 Rappresentazione mediante transistori equivalenti 518 10.3 Circuiti inseguitori amplificatori a collettore comune e a drain comune 519 10.3.1 Guadagno di tensione ai terminali 519 10.3.2 Resistenza di ingresso 520 10.3.3 Guadagno di tensione complessivo 520 10.3.4 Campo di variazione del segnale di ingresso

Indice XI dell inseguitore 522 10.3.5 Resistenza al terminale di emettitore 523 10.3.6 Guadagno di corrente 525 10.3.7 Riepilogo delle caratteristiche degli amplificatori C-C e C-D 525 10.4 Amplificatori non invertenti Circuiti a base comune e a gate comune 526 10.4.1 Guadagno di tensione ai terminali e resistenza di ingresso 527 10.4.2 Guadagno di tensione complessivo 527 10.4.3 Campo di variazione del segnale di ingresso 528 10.4.4 Resistenza ai terminali di collettore e drain 529 10.4.5 Guadagno di corrente 530 10.4.6 Resistenze di ingresso e di uscita complessive per gli amplificatori non invertenti 530 10.4.7 Riepilogo delle caratteristiche degli amplificatori C-B e C-G 533 10.5 Rassegna e confronto degli amplificatori elementari 534 10.5.1 Gli amplificatori a BJT 534 10.5.2 Gli amplificatori a FET 535 10.6 Progetto dei condensatori di accoppiamento e di bypass 539 10.6.1 Amplificatori a emettitore comune e a source comune 540 10.6.2 Amplificatori a collettore comune e a drain comune 543 10.6.3 Amplificatori a base comune e a gate comune 546 10.6.4 Fissare la frequenza di taglio inferiore 549 10.7 Esempi di progetto di amplificatori 550 10.7.1 Verifica del progetto dell amplificatore a base comune con il metodo Monte Carlo 558 10.8 Amplificatori multistadio accoppiati in ac 563 10.8.1 Amplificatore a tre stadi accoppiato in ac 563 10.8.2 Guadagno di tensione 565 10.8.3 Resistenza di ingresso 566 10.8.4 Guadagno di tensione complessivo 567 10.8.5 Resistenza di uscita 567 10.8.6 Guadagno di corrente e di potenza 568 10.8.7 Campo di variazione del segnale di ingresso 569 10.8.8 Come migliorare il guadagno di tensione dell amplificatore 572 10.8.9 Stima della frequenza di taglio inferiore dell amplificatore multistadio 572 Riepilogo 574 Letture addizionali 575 Problemi 576 Capitolo 11 Amplificatori differenziali e operazionali 589 11.1 Amplificatori differenziali 590 11.1.1 Amplificatori differenziali a transistori bipolari e a MOS 591 11.1.2 Analisi in dc dell amplificatore differenziale a transistori bipolari 591 11.1.3 Caratteristica di trasferimento a piccolo segnale dell amplificatore differenziale a transistori bipolari 593 11.1.4 Analisi in ac dell amplificatore differenziale a transistori bipolari 594 11.1.5 Guadagno e resistenza di ingresso di modo differenziale 595 11.1.6 Guadagno e resistenza di ingresso di modo comune 597 11.1.7 Rapporto di reiezione di modo comune (CMRR) 599 11.1.8 Analisi del modo differenziale e del modo comune utilizzando metà circuito 600 11.1.9 Polarizzazione con generatori di corrente elettronici 603 11.1.10 Modello SPICE del generatore elettronico di corrente 604 11.1.11 Analisi in dc dell amplificatore differenziale a MOSFET 604 11.1.12 Segnali di ingresso di modo differenziale 606 11.1.13 Caratteristica di trasferimento a piccolo segnale per l amplificatore differenziale a MOS 607 11.1.14 Segnali di ingresso di modo comune 607 11.1.15 Modello a doppio bipolo per la coppia differenziale 608 11.2 Gli amplificatori operazionali 612 11.2.1 Amplificatore operazionale elementare a due stadi 612 11.2.2 Evoluzione dell amplificatore operazionale elementare 617 11.2.3 Riduzione della resistenza di uscita 618 11.2.4 Amplificatore operazionale elementare CMOS 622 11.2.5 Amplificatori BiCMOS 624 11.3 Stadi di uscita 625 11.3.1 Stadio di uscita in classe A l inseguitore di source 625 11.3.2 Rendimento degli amplificatori in classe A 626 11.3.3 Stadio di uscita in classe B o push-pull 627 11.3.4 Amplificatori in classe AB 628 11.3.5 Stadi di uscita in classe AB per amplificatori operazionali 630 11.3.6 Protezione dal cortocircuito 631 11.3.7 Accoppiamento con trasformatore 632 11.4 Generatori di corrente elettronici 635 11.4.1 Generatori di corrente a singolo transistore 636 11.4.2 Figura di merito per i generatori di corrente 636 11.4.3 Generatori con elevata resistenza di uscita 637 11.4.4 Esempi di progetto di generatori di corrente 637 11.6 Specchi di corrente 645 11.6.1 Analisi dc dello specchio di corrente MOS 645 11.6.2 Modifica del rapporto di riflessione per lo specchio di corrente MOS 647 11.6.3 Analisi dc dello specchio di corrente BJT 648 11.6.4 Modifica del rapporto di riflessione per lo specchio di corrente BJT 650 11.6.5 Generatori di corrente multipli 651 11.6.6 Specchio di corrente con buffer 652 11.6.7 Resistenza di uscita dello specchio di corrente 653 11.6.8 Modello a doppio bipolo dello specchio di corrente 654 11.6.9 Il generatore di corrente di Widlar 656 11.6.10 Il generatore di corrente di Widlar MOS 657 11.7 Specchi di corrente a elevata resistenza di uscita 659 11.7.1 Il generatore di corrente di Wilson 659 11.7.2 Resistenza di uscita del generatore di corrente di Wilson 661 11.7.3 Il generatore di corrente cascode 662 11.7.4 Resistenza di uscita del generatore di corrente cascode 663 11.7.5 Riepilogo delle caratteristiche dei generatori di corrente 664 11.8 Generatore di corrente di riferimento 666 11.8.1 Generatori di riferimento indipendenti dalla tensione di alimentazione 667 11.8.2 Polarizzazione indipendente dalla tensione

XII Indice di alimentazione in tecnologia MOS 669 11.9 Lo specchio di corrente come carico attivo 673 11.9.1 Amplificatore differenziale CMOS con carico attivo 673 11.9.2 Amplificatore differenziale bipolare con carico attivo 679 11.10 I carichi attivi negli amplificatori operazionali 683 11.10.1 Guadagno di tensione dell amplificatore operazionale CMOS 684 11.10.2 Considerazioni sul punto di lavoro 684 11.10.3 Amplificatore operazionale bipolare 686 11.10.4 Rottura dello stadio di ingresso 687 11.11 L amplificatore operazionale A-741 688 11.11.1 Circuito di polarizzazione 689 11.11.2 Analisi statica dello stadio di ingresso del A-741 690 11.11.3 Analisi in ac dello stadio di ingresso del A-741 694 11.11.4 Guadagno di tensione dell amplificatore completo 695 11.11.5 Stadio di uscita del A-741 699 11.11.6 Resistenza di uscita 700 11.11.7 Protezione dal cortocircuito 701 11.11.8 Riepilogo delle caratteristiche dell amplificatore operazionale A-741 701 Riepilogo 703 Riferimenti bibliografici 705 Letture addizionali 705 Problemi 705 Capitolo 12 Risposta in frequenza 729 12.1 Risposta in frequenza degli amplificatori 730 12.1.1 Risposta alle basse frequenze 731 12.1.2 Stima di! L in assenza di polo dominante 731 12.1.3 Risposta alle alte frequenze 734 12.1.4 Stima di! H in assenza di polo dominante 734 12.2 Determinazione diretta di poli e zeri in bassa frequenza L amplificatore a source comune 735 12.3 Stima di! L con il metodo delle costanti di tempo in cortocircuito 740 12.3.1 Stima di! L per l amplificatore a emettitore comune 740 12.3.2 Stima di! L per l amplificatore a source comune 744 12.3.3 Stima di! L per l amplificatore a base comune 745 12.3.4 Stima di! L per l amplificatore a gate comune 746 12.3.5 Stima di! L per l amplificatore a collettore comune 746 12.3.6 Stima di! L per l amplificatore a drain comune 747 12.4 Modelli del transistore alle alte frequenze 748 12.4.1 Modello ibrido a dipendente dalla frequenza per il transistore bipolare 748 12.4.2 Modello SPICE per C e C 749 12.4.3 Frequenza di transizione f T 749 12.4.4 Modello in alta frequenza per il FET 752 12.4.5 Modello SPICE per C GS e C GD 752 12.4.6 Dipendenza di f T dalla lunghezza di canale 753 12.4.7 Limitazioni dei modelli ad alta frequenza 754 12.5 Resistenza di base nel modello ibrido a 755 12.5.1 Effetto della resistenza di base sull amplificazione di centro banda 755 12.6 Analisi ad alta frequenza degli amplificatori a emettitore comune e a source comune 757 12.6.1 L effetto Miller 758 12.6.2 Risposta in alta frequenza degli amplificatori a emettitore comune e a source comune 759 12.6.3 Analisi diretta della caratteristica di trasferimento dell emettitore comune 761 12.6.4 Poli dell amplificatore C-E 762 12.6.5 Polo dominante dell amplificatore a source comune 764 12.6.6 Stima di! H con il metodo delle costanti di tempo a circuito aperto 765 12.6.7 Amplificatore a source comune con resistenza di source 767 12.6.8 Poli dell emettitore comune con resistenza sull emettitore 769 16.7 Risposta in alta frequenza degli amplificatori a base comune e a gate comune 771 12.8 Risposta in alta frequenza degli amplificatori a collettore comune e a drain comune 773 12.9 Riepilogo della risposta in alta frequenza degli amplificatori a singolo stadio 776 12.9.1 Limitazioni guadagno-banda degli amplificatori 777 12.10 Risposta in frequenza degli amplificatori multistadio 777 12.10.1 Amplificatore differenziale 777 12.10.2 La connessione in cascata collettore-comune/base-comune 779 12.10.3 Risposta in alta frequenza dell amplificatore cascode 780 12.10.4 Frequenza di taglio dello specchio di corrente 781 12.10.5 Esempio di amplificatore a tre stadi 782 12.11 Amplificatori accordati 789 12.11.1 Amplificatore accordato a singolo stadio 789 12.11.2 Utilizzo dell induttore multipresa L autotrasformatore 791 12.11.3 Circuiti accordati multipli Sintonizzazione sincrona e scalata 793 Riepilogo 794 Riferimenti bibliografici 795 Problemi 796 Capitolo 13 Retroazione, stabilità e oscillatori 805 13.1 Sistema retroazionato classico 806 13.2 Progetto dell amplificatore retroazionato mediante la teoria dei doppi bipoli 807 13.3 Amplificatori di tensione retroazione serie-parallelo 808 13.3.1 Calcolo del guadagno di tensione 808 13.3.2 Resistenza di ingresso 811 13.3.3 Resistenza di uscita 811 13.4 Amplificatori di transresistenza retroazione parallelo-parallelo 815 13.4.1 Analisi della transresistenza 816 13.4.2 Resistenza di ingresso 818 13.4.3 Resistenza di uscita 818 13.5 Amplificatori di corrente retroazione parallelo-serie 822 13.5.1 Calcolo del guadagno di corrente 823 13.5.2 Resistenza di ingresso 824 13.5.3 Resistenza di uscita 825 13.6 Amplificatori di transconduttanza retroazione serie-serie 826 13.6.1 Analisi della transconduttanza 826 13.6.2 Resistenze di ingresso e di uscita 827 13.7 Errori comuni nell applicazione della teoria della retroazione 828 13.8 Determinazione del guadagno di anello 836

Indice XIII 13.8.1 Calcolo diretto del guadagno d anello 837 13.8.2 Calcolo del guadagno d anello mediante applicazione successiva di tensione e corrente 838 13.8.3 Semplificazioni 842 13.9 Teorema di Blackman 844 13.10 Controllo della risposta in frequenza mediante la retroazione 850 13.11 Stabilità degli amplificatori retroazionati 851 13.11.1 Il diagramma di Nyquist 852 13.11.2 Sistemi del primo ordine 853 13.11.3 Sistemi del secondo ordine e margine di fase 854 13.11.4 Sistemi del terzo ordine e margine di guadagno 855 13.11.5 Analisi della stabilità mediante i diagrammi di Bode 856 13.12 Compensazione a singolo polo dell amplificatore operazionale 858 13.12.1 Analisi dell amplificatore operazionale a tre stadi 858 13.12.2 Zeri negli amplificatori operazionali a FET 860 13.12.3 Compensazione degli amplificatori bipolari 861 13.12.4 Slew rate dell amplificatore operazionale 862 13.12.5 Relazione tra slew rate e prodotto guadagno-larghezza di banda 863 13.13 Oscillatori 872 13.13.1 Il criterio di Barkhausen per le oscillazioni 872 13.13.2 Oscillatori con reti RC selettive in frequenza 874 13.13.3 Oscillatori LC 878 13.13.4 Oscillatori a cristallo 881 Riepilogo 885 Riferimenti bibliografici 886 Problemi 886 Indice analitico I1