INDICEELETTRONICA II (prof Trifìletti)

Le informazioni ufficiali sul corso non sono contenute in questo indice, le dovete richiedere al docente stesso, così come tutte le altre informazioni che riguardano il programma e la modalità di sostenimentodell'esame.

Indice, estratto da appunti relativi all'anno accademico 2010-2011, con lezioni tenute principalmente dal Prof. Trifìletti, materia Elettronica II, il numero più a sinistra fa riferimento ad appunti presi in classe, quelloimmediatamente alla sua destra (presente dalla lezione 14), è relativo agli appunti delle lezioni sbobinati.

Gli aggiornamenti e completamenti di questo indice con gli eventuali link a materiale video verranno inseriti sempre sul sito www.PaoloEmiliozzi.it o www.PaoloEmiliozzi.com. nella sezione dedicata a Trifìletti, sevolete invece essere seguiti con lezioni private potete contattarmi al 3463103392.

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LEZIONE 2

Amplificatore Operazionale in configurazione invertente (Ri, Ro, Av non ideale) Analisi con le conduttanze

Calcolo dell'impedenza di ingresso a ciclo chiuso

Calcolo della trans impedenza a ciclo chiuso

Controreazione I-V ideale calcolo di TZcl, Zincl, Zoutcl

Controreazione I-V reale e riporto delle non idealità

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LEZIONE 3

Ripresa configurazione I-V

Legame tra errore e guadagno di anello

Assorbimento, da parte di una struttura controre azionata, delle variazioni di guadagno di catena diretta (esempio della celladifferenziale)

Amplificazione a ciclo chiuso, legame con ev, ec, eo

Sistema con un polo controreazionato: analisi in frequenza

Sistema con due poli controreazionato: analisi in frequenza, commento su smorzamento e velocità

Controreazione V-V ideale

Controreazione V-V realeLEZIONE 4

Controreazione V-V reale (operazionale config non invertente)

Tecnica del luogo delle radici

LEZIONE 5

Esercizio con il balun

Esempi di tracciamento del luogo delle radici

Analisi dello smorzamento e stabilità

V-V, Zi e Zo in frequenzaControreazione I-V a transistor, con fotodiodo (capacità del fotodi.)

Polarizzazione e trans caratteristica statica a maglia aperta

Dinamica e risposta non idealità

LEZIONE 6

Controreazione I-V, continua l'analisi dinamica (con i conti)

Modello dinamico

Luogo delle radici

Controreazione V-V (3.4.3, Marietti)A maglia aperta non riuscirebbe a portare Vout a 0 (Als/ls)

Converte la vi in tensione di modo comune Vic=vi 499 Sedra

LEZIONE 7

Sapwin per un amplificatore di trans resistenza

Analisi di una rete passatuttoSintesi della rete passatutto con una cella differenziale

Simulazione di un amplificatore di trans resistenza

LEZIONE 8Controreazione V-V (3.4.3 Marietti)

Riepilogo caratteristiche statiche (ARc/Rc=5% il 3 si spegne o satura

Tendenza all'idealità

Concetto di porta

Dettagliata analisi dinamica (conti)

Cella differenziale (emettitore comune degenerato)

Calcolo amplificazione vo/vi

Esercizio sulla cella differenziale, calcolo dell'impedenza di ingresso con vi, kvi, k=+l,-l, 1-e

LEZIONE 9

Controreazione I-I, con tutti i conti con le ammettenze

Circuito che non rientra nel modello classico di controreazione (possibile realizzazione dello stadio balun)

Balun con amp op controre azionato (problema sul modo comune)

Balun con cella differenziale (+v...-v, ovvia al problema del balun) conti a blocchi

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LEZIONE 10Balun con cella differenziale, realizzazione del -AvuA741, amplificatore integrato stadio di ingresso

Dinamica di ingresso vi=vo/Av

Npn con carico pnp, commento, caratteristiche di uscita e dinamica

Problemi se si avesse anche il carico npn

Compensazione in tensione ottenuta inseguendo il modo comuneLEZIONE 11

UA741Ripresa dello stadio di ingresso, aggancio del nodo x al modo comune

lo/vie costanza della somma delle correnti del trans conduttore al variare del modo comune (1/Rx, vorremmo fosse

0)Triplo contributo a Rx, l'ipotetica rn a causa dell'inseguimento di tensione ai capi simula un resistere molto

più grandeOPA a due stadi di tipo CMOS (eliminando il finale in classe AB, solo con carico capacitivo)

Analisi dello stadio di ingressoReiezione del modo comuneCalcoli sulla cella differenziale

LEZIONE 12

OPA a due stadiFine analisi statica di ingresso, analisi poli e zeri

Circuito dinamico del 2° stadio, calcoli

Approssimazioni

Luogo delle radici a maglia aperta

Retroazione unitaria, caso peggiore

Analisi della frequenza di transizione e scelta del Cc

Esercizio: Impedenza di ingresso del secondo stadio dell'OPA a due stadi, sua modellizzazione circuitale

LEZIONE 13

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Operazionale con base a componenti discreti, irrealizzabilità (offset 50 100 mV)

Radiofrequenza e microonde, matrice lineare misurata (problemi di package)

Stabilità a RF (y!2)

Stabilità su Nyquist e Bode, esempio a 3 poh

Introduzione zeri positivi e negativi (stesso modulo, ma cambio fase)

Margini di fase e di guadagno

Carta di Nichols

Generatore di corrente negativa (simulazione di un generatore pnp, utilizzando npn)

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LEZIONE 14

uA741, input su Spice

Verifica che grazie all'anello di reazione è possibile stabilizzare la corrente (stadio di ingresso) (escursione di 8V sul modo comune in)Rds di un mosfet, con Spice tagliando la reazione con un filtro passa basso)

Stesso calcolo con cascode (da 2MQ a 120MQ)

Cascode attivo

Curve di uscita di un transistor, con Spice

Esercizio della lezione precedente (gen pnp con npn)

LEZIONE 15

723, regolatore di tensione

Schema a blocchi

Circuitale, generatore di tensione di riferimento

Anello di reazione per VR

Amplificatore di errore

Schema a blocchi del gruppo in uscita

LEZIONE 16

723, regolatore di tensioneAmplificatore di erroreSpecchio di corrente con correzione dell'errore di copia

Analisi livelli statici di tensione

LEZIONE 17

HA741

Innesco della polarizzazione in corrrente

Struttura dell'operazionale

Impiego dei separatori (migliore guadagno)

Circuiti di protezione nella semionda positiva e negativa

Calcolo del punto di lavoro

LEZIONE 18

UA741

Zin e Zout

LEZIONE 19

uA741

IngressoCostanza della corrente di polarizzazione

Polarizzazione in corrente

Circuito per piccoli segnali (Zin Zout Av)

Transconduttanza primo stadio

Calcolo dell'impedenza di uscita 1° stadio (Zo4, Zo6...)

Calcolo dell'impedenza di ingresso del 1° stadio

2° StadioQ16ql7

Zin 2° stadio

Transconduttanza 2° stadio

Rout 17 (Rout 2° stadio)

LEZIONE 20

uA741 (tranne il Q16 sono tutti polarizzati in corrente)

Analisi della parte finale

Configurazione in classe ALimite della trans caratteristica nel caso peggiore di RL

Calcolo del rendimentoAnalisi del classe BLEZIONE 20 (prosecuzione)

Classe BCalcolo del rendimento del classe B

Classe AB diodi di crossover

Classe AB a Moswww.PaoloEmiliozzi.it www.PaoloEmiliozzi.com Lezioni private 3463103392

LEZIONE 21

Cascode a NmosCalcolo del guadagno e dell'impedenza di uscita

384Punto di equilibrioCella differenziale di ingresso (3,4) separatori (1,2)

(4,6) retroazione che riporta l'uscita a Vcc/2

Analisi della retroazione

LEZIONE 22

384

Analisi della reazioneModello più leggibileSchema a blocchi, con parte della reazione fuori dal guadagno di anello

Schema complementare (npn con carico pnp) e analisi

Reazione

Compensazione

Finale

Fine calcolo Rout cascode

LEZIONE 23

Polarizzazione di un circuito integrato

Riferimento di tensione VR con BAND GAP (agganciati al salto di banda del silicio)

Uscita proporzionale a VT

Widlar con imposizione di lout=lin

Valutazione della reazionePtatt (Proportional To Absolute TemperaTure)

Band Gap di WidlarSupposizione di ritrovamento del punto di lavoro

Calcolo della Vout proporzionale a VT

Verifica dell'effettiva esistenza di un punto di lavoro significativo

Band Gap di kujik (con OPA)

LEZIONE 24

Ptatt basato su npn

106 46

51

59

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77

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Calcolo della dipendenza della Vbe dalla temperature

Calcolo di Vbe+GVT

Interfacciamento tra driver e finale

Bootstrap-^Rin cresce-^Q3 meno sollecitato

Fully Differential

Vantaggi

Assenza di auto polarizzazione sul modo comune (necessità del CMFB)

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LEZIONE 25

10 Watt( amplificatore audio)Polarizzazione del preamplificatore

Comportamento dinamico del preamplificatoreRin del primo stadio e suo valore senza bootstrap

Frequenze di taglioPolarizzazione del 2° stadio

Polarizzazione del pilota del finale

LEZIONE 26

60 Watt( amplificatore audio)

Scelta dell'alimentazione

Schema a blocchi con controreazione

Cella differenziale di ingresso

Filtraggio dell'alimentazione negativa

Polarizzazione 2° stadio

Scelta corrente del driver

Calcolo guadagno

Bootstrap di uscita

Analisi del Compund

LEZIONE 27

60 Watt( amplificatore audio)

Circuito di protezione

Rumore

Rumore termico

Rumore Shot

Rumore Flicker

Ipotesi di incorrelazione

Figura di rumore NF (rapporto tra i rumori, totale e di sorgente)

Rappresentazione dei rumori nella rete, ai lati, in ingresso

Disaggregazione Veq ed leq

Calcolo delle relazioni tra Veq e leq e INI e IN2

Esercizio: High Swing Cascode Current Mirror

LEZIONE 28

Modello rumoroso di giacoletto del BJT (404 Marietti 745 gray V)

lo su Is su un CE rappresentato con Yl Y2 Y3

BJT rumoroso, calcolo locc versus Veq e leq

BJT rumoroso, calcolo locc versus generatori di rumore "interni"

Spettro Sx attraverso un circuito lineare tempo invarianteSpettri di Veq e leqCalcolo delle funzioni di trasferimento parziali relative ai singoli generatori di rumore

NF per un BJT, calcolo con inserimento di un generatore di sorgente

LEZIONE 29

NF alternativo come rapporto tra i rapporti segnale/disturbo in ingresso ed uscita

SNRi e SNRo, scelta delle interfacce (a valle di Ri il circuito è identico)

Cascata di due amplificatori (Calcolo NF totale noti NF1 e NF2)

Figure di merito Gp, GT, Gav (Gav per stadi in cascata)

Formula di friis? NF12=f(NFl, NF2)

Completamento dell'esercizio sulla minimizzazione della figura di rumore con Rs ottima

Trasformatore e fotodiodo, ottenimento di un alto valore di trans impedenza

Doppio amplificatore per raddoppiare il rapporto segnale-disturbo (caso del fotodiodo)

LEZIONE 30

Modello rumoroso di un Mosfet (405 Marietti, 746 Gray Meyer V)

Nota sul significato di bianco e gaussianoRumore effetti della controreazione 214 Marietti, 764 - Gray V

Calcoli caso ideale e caso realeCalcolo dei rumori in ingresso Vn e In della cascata di uno stadio (EC, CC, BC) e di uno successivo rumoroso (VL IL)

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LEZIONE 31

Strutture differenziali

Oggetti a sei terminali

Necessità dell'utilizzo dei SED (Single Ended to Differential), balun

Misure Acm e Adm

Analisi del feedback del common mode (reazione positiva)

OPA a due stadi con Vetri + C di controllo sulla stabilità

Modo differenziale (Av2/4)

Modo comune (Av2/2) (analisi lineare non possibile: assurdo di una fdt invertita nonostante non ci fosseroinversioni)

Reazione sul modo comune (misura)

Problemi di stabilità se da Av2 si passa ad Av3Realizzazione struttura a guadagno 1 (gm. 1/gm)Loop di intervento di VetriLEZIONE 32CMFB sua necessità (Acm(0)>0 statica, Acm»l instabilità, reiezione modo comune

CMFB su un OPA a due stadi, spiegazione ed effetti

Riduzione di AcmDef di voc in continuaSoppressione problemi di instabilità

CMFB, decisione sul segnale di ingresso dell'operazionale

CMFB schema a blocchi

CMFB formula Voc/Vic, conti

Cascode, normale e ripiegato (gm cresce e ro diminuisce)

Folded cascode (polarizzazione e analisi dei percorsi della corrente)Operazionale, derivato da un folded cascode, prima disinteressandosi del modo comune

Schema di modo comune/modo differenziale (amplificazioni di corrente di corto circuito e di tensione)

Considerazioni sulla statica (massimo e minimo segnale di modo comune)

Scelta della VB3Autopolarizzazione ramo 1° stadio 2" stadioInvertitori normali e cascodati

Indispensabilità CMFBScelta del ramo con cui controllare con il CMFB

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CMFB con controllo in corrente (Spiegazione e schema)

LEZIONE 33Riassunto CMFB (ORA e OP folded cascode)

CMFB con trans conduttore TC, realizzazione e formule

Calcolo delle relazioni tra Id e AVoc

Analisi dinamica: Uscite del vecchio folded cascode, estremo infìeriore, triodo da mantenere)

Coppia differenziale, calcolo a grande segnale, da utilizzare per il nuovo CMFB

CMFB con lettura del modo comune attraverso due coppie differenziali, analisi del guadagno di anello, bontà del suo calcolo sull'uscitadel folded cascode

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LEZIONE 34

COA, introduzione

Parallelo con il VOA intefacce, interfacciamento In-Out

Controreazione simile al VOA

Non conservazione del prodotto guadagno-banda

CMRRVarie strutture a blocchi

COA e VOA realizzanti la stessa funzione di trasferimento

VOA semplificato e conti

COA uso di O+ (analisi non istantanea (compensazione) di cosa accade ingresso uscita)

COA circuitale

Coppia differenziale con carico non a specchio

Calcolo Gmd e Gmc

Analisi della dinamica possibile

Minima Vdd-Vss per far funzionare lo stadio

COA di Arbel (migliora Gmd, CMRR e modo comune stessi limiti)

COA Arbel migliorato, con Balun: Gmc->0, Gmd X2 rispetto ad Arbel

LEZIONE 35

COA Arbel con balun attivo, calcoli

Stadio di ingresso in corrente

COA, implementazione

Prima soluzione (160), schema a blocchi

Terza soluzioneLEZIONE 36DIGITALE (interfaccia analogico-digitale)

Campionamento ed estrazione

DAC a resistori pesati

DAC con cella differenziale a BJT

Proseguimento LEZIONE 36

DAC R/2RSpecifiche dei DACLEZIONE 37

ADC a doppia rampa

Contatore

Convertitore ad approssimazioni successive

LEZIONE 38

Convertitore flash (371 Marietti)

Cascode attivo o gai boosting

LEZIONE 39

CFOA (Current Feedback Operational Amplifier)Current conveyor di seconda generazione

DUT (Device Under Test)

Non idealità del current conveyor

LEZIONE 40

Struttura che migliora il current conveyor

Current conveyor non invertente

Folded cascode per cambiare il segno della corrente

CFOA, costruito da un current conveyor

LEZIONE 41

Cascode a BJT Esempio di progettazione 216-221 Marietti

LEZIONE 42

RF, MW

Progettazione a banda larghissima

Cella base

Garanzia adattamenti

AutopolarizzazioniShunt con condensatori

Costruzione dell'intero amplificatorewww.PaoloEmiliozzi.it www.PaoloEmiliozzi.com Lezioni private 3463103392

LEZIONE 43

Celle base di amplificazione, senza parte di controllo

Limiting amplifier

Punto di lavoro nelle situazioni limite

Parallelo tra punto di lavoro analogico Vi=0 e "digitale", che non sta in equilibrio a "0"

Bootstrap

PLL, analisi

PD sintesi (XOR)VCO SintesiLEZIONE 43 seconda parte

PFD (Phase Frequency Detector)Sintesi di un oscillatore controllato in frequenza in modo attivo

Sintesi Flip flop veloci