Corso di Elettronica Analogica 2  -  Diario delle lezioni

 
Data Ora Argomento
01/10 17.00÷19.00 Introduzione al corso. Schematizzazione dei componenti di un sistema per l'acquisizione e l'elaborazione del segnale prodotto da un sensore. Il rumore e le interferenze. Caratterizzazione del rumore, il valore quadratico medio come grandezza utile per la valutazione del rumore, considerazioni energetiche sul rumore. Il rumore nel dominio del tempo, distribuzione delle ampiezze. Il rumore nel dominio della frequenza, la densità spettrale. Cenni sulla determinazione sperimentale della densità spettrale. Rumore bianco. Banda equivalente di rumore; esempi di determinazione della banda equivalente di rumore: il circuito RC, il circuito (RC)2; limite della banda equivalente di rumore.
02/10 11.30÷13.30 Tipi di rumore; natura del rumore termico, densità spettrale di potenza, limite per basse temperature/basse frequenze, esempi; il rumore dovuto all'attraversamento delle barriere di potenziale (shot), densità spettrale; il rumore dovuto alle discontinuità del flusso di cariche (flicker o 1/f). Circuiti equivalenti per il rumore; la resistenza, rumore prodotto da resistenze collegate in serie o in parallelo alla stessa temperatura; il diodo a semiconduttore; circuito equivalente per il rumore di un generico bipolo, resistenza equivalente di rumore, esempio, temperatura equivalente di rumore. Calcolo della tensione di rumore all'uscita di una rete RC. Schematizzazione del rumore di un quadripolo, tensione di rumore in eccesso, calcolo del rapporto segnale/rumore e influenza della resistenza interna del generatore d'ingresso sul rapporto segnale/rumore.
03/10 11.30÷13.30 Cifra di rumore di un quadripolo, cifra di rumore in eccesso. Cifra di rumore puntiforme, dipendenza dalla resistenza interna RS del generatore applicato all'ingresso del quadripolo, RS ottima, determinazione dei generatori equivalenti di rumore all'ingresso del quadripolo attraverso i valori di RS(opt) e del valore minimo della cifra di rumore, esempio, il BJT, l'attenuatore resistivo.
09/10 11.30÷13.30 Cifra di rumore per quadripoli in cascata, formula di Friiss. Espressione della cifra di rumore attraverso la temperatura di rumore. Rumore nei dispositivi a semiconduttore, il diodo a giunzione, origine del rumore nel diodo a giunzione.
10/10 11.30÷13.30 Richiami sul funzionamento del BJT, sorgenti di rumore nel BJT, il circuito equivalente a π del BJT in alta frequenza, la cifra di rumore del BJT alle basse e alle alte frequenze. Richiami sul funzionamento del JFET e del MOSFET, sorgenti di rumore nei FET, il circuito equivalente a π dei FET in alta frequenza, la cifra di rumore dei FET alle basse e alle alte frequenze. Confronto delle caratteristiche di rumore di BJT e FET.
13/10 15.00÷17.00 Generalità sull'amplificatore operazionale (OA), caratteristiche dell'OA ideale. Caratteristiche dell'OA reale, saturazione, offset, CMRR, slew-rate, settling time, risposta in frequenza. Configurazioni elementari. Configurazione invertente, caso ideale e caso reale.
17/10 11.30÷13.30 Effetto dell'offset su guadagno dell'OA in configurazione invertente.  Configurazione non-invertente, caso ideale e caso reale, effetto dell'offset su guadagno dell'OA in configurazione invertente. Il voltage follower. La retroazione negli OA; determinazione del guadagno d'anello. Effetti della reazione, effetto su guadagno, effetto sulla banda passante, effetto sull'impedenza d'uscita, effetto sulla reiezione dei disturbi.
20/10 15.00÷17.00 Rappresentazione grafica della funzione di trasferimento di un sistema retroazionato, esempi. Determinazione grafica della stabilità, margine di fase, margine di guadagno; esempi di instabilità. Determinazione della stabilità attraverso il confronto tra la rappresentazione grafica del guadagno ad anello aperto e il guadagno ad anello chiuso, esempio. La compensazione; metodo del polo dominante (lag compensation), compensazione del guadagno (gain compensation), cancellazione polo-zero (load compensation), compensazione della capacità parassita d'ingresso.
23/10 11.30÷13.30 Caratteristiche del rumore negli OA, differenze tra tecnologie. Schematizzazione del rumore negli OA. Il rumore nella configurazione invertente, determinazione della tensione di rumore all'uscita di un OA in configurazione invertente. Esercizi sugli OA.
27/10 15.00÷17.00 Misura delle caratteristiche di un OA; misura delle caratteristiche d'ingresso: tensione di offset, corrente di offset, corrente di polarizzazione, riduzione degli effetti delle correnti di offset; misura del CMRR; misura del guadagno in continua; misura della resistenza di ingresso e della resistenza di uscita; misura dello slew-rate. Esercizi sugli OA.
30/10 11.30÷13.30 Circuiti per l'addizione e la sottrazione di segnali, circuito sommatore, amplificatore differenziale, dipendenza del CMRR dalla tolleranza delle resistenze dell'amplificatore differenziale, esempio. Amplificatori a ponte
31/10 11.30÷13.30 Generalità sui convertitori corrente-tensione, realizzazione con OA, esempio. Generalità sui convertitori tensione-corrente, realizzazione con OA con carico floating e non,
03/11 15.00÷18.00 l programma di simulazione Spice, procedure di installazione. La struttura del pacchetto OrCAD-PSpice 9.1: Capture, PSpice A/D, Probe, le librerie. I comandi di Capture per la schematizzazione dei circuiti. Esempi, il partitore di tensione, determinazione delle tensioni ai nodi e delle correnti, esame del file di output di PSpice. Progetto di un filtro RC, determinazione della risposta in frequenza, diagramma di Bode. Risposta della cella RC ad un gradino di tensione, studio parametrico della risposta al variare delle caratteristiche della rete. Simulazione di un AO in configurazione invertente, la saturazione. Simulazione di un AO in configurazione non-invertente, risposta in frequenza, verifica della costanza del prodotto guadagno-larghezza di banda. Esempio di determinazione della risposta in frequenza di una rete con OA.
06/11 11.30÷13.30 Generatori di tensione di riferimento. Amplificatori di carica, effetti delle caratteristiche della sorgente e delle interconnessioni. Circuiti integratori, l'integratore ideale, il circuito RC, l'integratore attivo con OA; effetto della tensione di offset sul funzionamento dell'integratore, la saturazione.
07/11 11.30÷13.30 Risposta dell'integratore ad un segnale ad onda quadra, errore di linearità, esempio; uso dell'integratore nei sistemi di calcolo analogico. Circuiti derivatori, il derivatore ideale, il circuito CR, il derivatore attivo con OA; caratteristiche di stabilità del derivatore; risposta del derivatore ad un segnale a rampa lineare, determinazione del tempo di salita della risposta. Progetto di un amplificatore a banda limitata. Cenni al calcolo elettronico analogico, risoluzione di un'equazione differenziale del secondo ordine.
13/11 11.30÷13.30 Limitatori a diodi, limitatori con OA, limitatori doppi, limitatori con variazione di guadagno, esempio. Raddrizzatori, raddrizzatori con OA, raddrizzatori a doppia semionda.
14/11 11.30÷13.30 Amplificatori logaritmici a diodi e a transistor, dipendenza della transcaratteristica dalla temperatura, amplificatori antilogaritmici a diodi e a transistor. Moltiplicatori e divisori logaritmici. Progetto di un amplificatore logaritmico.
14/11 15.00÷18.00 Comparatori, limitazione della dinamica di uscita; rivelatori di zero; comparatori a isteresi. Generalità sui circuiti logici, parametri statici delle famiglie logiche. Interfacciamento con circuiti logici, esempi. Il comparatore LM311.
17/11 15.00÷18.00 Introduzione ai filtri. Trasmissione, tipi e specifiche dei filtri. Funzione di trasferimento del filtro. Filtri di Butterworth e di Chebyshev. Funzione di filtro del primo e del secondo ordine. Filtri attivi del secondo ordine basati sulla configurazione ad anello con due integratori.
20/11 11.30÷13.30 Implementazione del biquad ad anello con due integratori: il biquad KHN. Schema alternativo per il biquad ad anello con due integratori: il biquad di Tow-Thomas. Filtri attivi biquadratici a singolo amplificatore: la cella a reazione multipla e la cella di Sallen-Key.
21/11 11.30÷13.30 Esempio di progetto di un filtro per un ricevitore per telecomunicazioni con  fase lineare (funzione di trasferimento di Bessel). Filtri a capacità commutate: principio di base e circuiti reali. Esempio di integratore a capacità commutate.
24/11 15.00÷18.00 Generalità sulla conversione analogico-digitale e digitale-analogico, discretizzazione dell'asse delle ampiezze e dell'asse dei tempi; cenni all'elaborazione digitale dei segnali. Conversione analogico-digitale, quantizzazione di una grandezza analogica; errore di quantizzazione; codifica del dato digitale; caratteristica di trasferimento; relazione tra il rapporto segnale/rumore di quantizzazione e il numero di bit di codifica, esempio. Conversione digitale-analogico;  caratteristica di trasferimento; companding; ricostruzione del segnale analogico (recovery filter). Campionamento con impulsi di durata nulla; multiplazione dello spettro del segnale originale; caratteristiche del filtro per la ricostruzione del segnale; aliasing, condizione di Nyquist. Campionamento con impulsi di durata finita, inviluppo della risposta del campionatore con la funzione sinx/x; errore di apertura dovuto all'indeterminazione dell'istante di campionamento (time jitter), limitazione della banda del segnale da campionare.
27/11 11.30÷13.30 Struttura di un sistema di conversione. Caratteristiche dei filtri antialiasing, oversampling, esempio. Circuiti di sample and hold, caratteristiche dei campionatori reali, errori nelle fasi di sample, di hold e nelle fasi di transizione: errori di offset, di guadagno, di apertura, di feed through; schema di principio di un campionatore, campionatori con OA, campionatori a integrazione; origine degli errori nei campionatori a OA; interruttori analogici floating e non, implementazioni a BJT e a MOSFET, influenza delle capacità parassite del MOSFET sulle caratteristiche dell'interruttore.
28/11 11.30÷12.00 Caratteristica dei convertitori D/A; errori lineari: errore di guadagno e di offset, errori non lineari: non linearità assoluta e differenziale, settling time, glitch.
28/11 15.00÷17.30 Circuiti per convertitori D/A, convertitori potenziometrici, esempio, convertitore a resistenze pesate, esempio, convertitore con rete a scala (R-2R), esempio; origine degli errori nei convertitori D/A. Caratteristica dei convertitori D/A; errori lineari: errore di guadagno e di offset, errori non lineari: non linearità assoluta e differenziale, errore di missing code, tempo di conversione, influenza del tempo di conversione sulla banda del segnale da convertire. Circuiti per convertitori A/D; dicotomia tra velocità di conversione e risoluzione; convertitore parallelo (flash), esempio; convertitore con D/A nell'anello di reazione, convertitore a inseguimento e ad approssimazioni successive; convertitori a rampa, convertitore a singola rampa, convertitore a doppia rampa.