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Indice generale
Prefazione
Autori e Curatori
Rigraziamenti dell’Editore
Guida alla lettura
XII
XV
XVI
XVII
Parte I Elettronica dello stato solido
e dispositivi
Capitolo 1
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
Introduzione all’elettronica
Breve storia dell’elettronica: dai tubi a vuoto
ai sistemi ad altissima scala di integrazione
Classificazione dei segnali elettronici
1.2.1 Segnali digitali
1.2.2 Segnali analogici
1.2.3 Conversione D/A e A/D:
i ponti fra i domini analogico e digitale
Convenzioni sulle notazioni
Metodologia per la soluzione dei problemi
Richiami di teoria dei circuiti
1.5.1 Partitore di tensione e di corrente
1.5.2 Rappresentazioni circuitali di
Thévenin e Norton
Spettro di frequenza dei segnali elettronici
Amplificatori
1.7.1 L’Amplificatore operazionale ideale
1.7.2 Risposta in frequenza degli amplificatori
Variazione dei parametri nella
progettazione circuitale
1.8.1 Il modello matematico delle tolleranze
1.8.2 Analisi del caso peggiore
1.8.3 Analisi Monte Carlo
1.8.4 Coefficienti di temperatura
Precisione numerica
1
2
6
6
7
7
9
10
11
12
13
17
18
19
21
22
22
22
24
27
29
Riferimenti bibliografici
Letture addizionali
29
29
Capitolo 2
Elettronica dello stato solido
31
Materiali dell’elettronica a stato solido
Modello a legame covalente
Correnti di deriva e mobilità nei semiconduttori
2.3.1 Correnti di deriva
2.3.2 Mobilità
2.3.3 Saturazione della velocità di deriva
Resistività del silicio intrinseco
Impurità nei semiconduttori
2.5.1 Impurità di tipo donatore per il silicio
2.5.2 Impurità di tipo accettore per il silicio
Concentrazioni degli elettroni e delle lacune
nei semiconduttori estrinseci
32
33
36
36
37
37
38
39
39
40
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
2.10
40
2.11
2.6.1 Semiconduttore di tipo n ðND > NA Þ
2.6.2 Semiconduttore di tipo p ðNA > ND Þ
Mobilità e resistività nei semiconduttori estrinseci
Corrente di diffusione
Corrente totale
Modello a bande di energia
2.10.1 Generazione di coppie elettrone-lacuna
in un semiconduttore intrinseco
2.10.2 Modello a bande di energia per un
semiconduttore estrinseco
2.10.3 Semiconduttori compensati
Cenni sulla fabbricazione dei circuiti integrati
Riferimenti bibliografici
Letture addizionali
Capitolo 3
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
3.10
3.11
3.12
Diodi a stato solido
e circuiti a diodi
Il diodo a giunzione pn
3.1.1 Analisi elettrostatica della giunzione pn
3.1.2 Correnti nel diodo
Caratteristica i-v del diodo
L’equazione del diodo:
un modello matematico per il diodo
Diodo in polarizzazione inversa, nulla e diretta
3.4.1 Polarizzazione inversa
3.4.2 Polarizzazione nulla
3.4.3 Polarizzazione diretta
Coefficiente di temperatura del diodo
Il diodo in polarizzazione inversa
3.6.1 La corrente di saturazione nei diodi reali
3.6.2 Rottura della giunzione
3.6.3 Modello del diodo in regione di rottura
Capacità della giunzione pn
3.7.1 Polarizzazione inversa
3.7.2 Polarizzazione diretta
Diodo a barriera Schottky
Modello SPICE e layout del diodo
Analisi dei circuiti a diodi
3.10.1 Analisi grafica con la retta di carico
3.10.2 Analisi con il modello matematico del diodo
3.10.3 Analisi con il modello del diodo ideale
3.10.4 Analisi con il modello a caduta di
tensione costante
3.10.5 Confronto tra i metodi di analisi
Circuiti a più diodi
3.11.1 Un circuito a 3 diodi
Analisi di diodi polarizzati nella regione di rottura
3.12.1 Analisi grafica con la retta di carico
3.12.2 Analisi con il modello lineare a tratti
3.12.3 Regolatori di tensione
41
41
42
46
47
47
47
48
50
50
53
53
55
56
56
59
61
62
65
65
66
66
68
70
70
71
72
72
72
73
73
74
75
76
78
81
83
84
84
84
87
87
88
88
Indice generale
3.13
3.14
3.15
3.16
3.17
3.18
3.12.4 Analisi in cui si tiene conto della
resistenza di Zener
3.12.5 Regolazione di linea e di carico
Raddrizzatore a semionda
3.13.1 Raddrizzatori a semionda con
carico resistivo
3.13.2 Raddrizzatore con filtro capacitivo
3.13.3 Raddrizzatore a semionda con carico RC
3.13.4 Intervallo di conduzione e ondulazione
della tensione
3.13.5 Corrente del diodo
3.13.6 Corrente di spunto (surge current)
3.13.7 Specifica relativa alla tensione inversa
di picco
3.13.8 Dissipazione di potenza del diodo
3.13.9 Raddrizzatore a semionda con tensione
di uscita negativa
Raddrizzatore a doppia semionda
3.14.1 Raddrizzatore a doppia semionda con
tensione di uscita negativa
Raddrizzatore a ponte a doppia semionda
Confronto tra i raddrizzatori e criteri di progetto
Il diodo in commutazione
Fotodiodi, celle solari e diodi emettitori di luce
3.18.1 Fotodiodi e fotorivelatori
3.18.2 Generazione di potenza elettrica con
celle solari
3.18.3 Diodi emettitori di luce (LED)
4.7.3
89
90
91
91
92
93
94
96
98
98
99
102
102
103
106
108
108
Capitolo 4
111
112
112
113
113
114
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
Il condensatore MOS
4.1.1 Regione di accumulazione
4.1.2 Regione di svuotamento
4.1.3 Regione di inversione
MOSFET a canale n (NMOS)
4.2.1 Analisi qualitativa del comportamento i-v
del transistore NMOS
4.2.2 Regione di triodo del transistore NMOS
4.2.3 Resistenza di conduzione
4.2.4 Regione di saturazione del
transistore NMOS
4.2.5 Modello matematico della regione
di saturazione
4.2.6 Transconduttanza
4.2.7 Modulazione della lunghezza di canale
4.2.8 Caratteristiche di trasferimento e
transistori a svuotamento
4.2.9 Effetto body
MOSFET a canale p (PMOS)
Simboli circuitali del MOSFET
Capacità del MOSFET
4.5.1 Capacità del transistore NMOS nella
regione di triodo
4.5.2 Capacità nella regione di saturazione
4.5.3 Capacità nella regione di interdizione
Modello SPICE del MOSFET
Polarizzazione del MOSFET
4.7.1 Caratteristiche della polarizzazione
4.7.2 Polarizzazione con tensione
gate-source costante
Riferimenti bibliografici
Capitolo 5
5.1
5.2
109
110
110
110
4.1
4.10
99
101
Riferimenti bibliografici
Letture addizionali
Transistori a effetto di campo
4.8
4.9
5.3
5.4
5.5
115
116
119
120
121
122
123
124
125
127
128
131
131
132
132
133
134
134
136
Analisi basata sul metodo della retta
di carico
4.7.4 Polarizzazione con rete a 4 resistori
Polarizzazione dei transistori PMOS
Riduzione delle dimensioni del transistore
MOS (argomento avanzato)
4.9.1 Corrente di drain
4.9.2 Capacità di gate
4.9.3 Densità di integrazione e di potenza
4.9.4 Il prodotto ritardo-potenza
4.9.5 Frequenza di transizione
4.9.6 Limitazioni del funzionamento a
campi elevati
4.9.7 Corrente di sottosoglia
Fabbricazione del transistore MOS e
regole di progetto
4.10.1 Dimensione minima e tolleranza
di allineamento
4.10.2 Layout del transistore MOS
VII
5.6
5.7
5.8
5.9
Il transistore bipolare
a giunzione
Struttura del transistore bipolare a giunzione
Il modello del trasporto del transistore npn
5.2.1 Caratteristiche in condizioni
di funzionamento diretto
5.2.2 Caratteristiche in condizioni
di funzionamento inverso
5.2.3 Il modello del trasporto completo
in condizioni arbitrarie di polarizzazione
Il transistore pnp
Rappresentazioni circuitali del
modello del trasporto
Il modello di Ebers-Moll (argomento avanzato)
5.5.1 Caratteristiche del transistore npn in
polarizzazione diretta
5.5.2 Caratteristiche del transistore in
polarizzazione inversa
5.5.3 Il modello di Ebers-Moll
del transistore npn
5.5.4 Il modello di Ebers-Moll
del transistore pnp
5.5.5 Rappresentazioni circuitali equivalenti
per il modello di Ebers-Moll
Caratteristiche i-v del transistore bipolare
5.6.1 Caratteristiche di uscita
5.6.2 Caratteristiche di trasferimento
Regioni di funzionamento del transistore bipolare
Forme semplificate del modello del trasporto
5.8.1 Modello semplificato per la regione
di interdizione
5.8.2 Modello semplificato per la regione
attiva diretta
5.8.3 I diodi nei circuiti integrati bipolari
5.8.4 Modello semplificato per la regione
attiva inversa
5.8.5 Modello semplificato per la regione
di saturazione
Effetti non ideali nel transistore bipolare
5.9.1 Tensioni di rottura delle giunzioni
5.9.2 Trasporto dei portatori minoritari nella
139
140
151
153
153
153
154
154
155
155
156
156
157
157
160
161
162
163
164
165
167
168
170
171
171
171
171
172
172
173
173
175
175
176
177
178
184
185
187
189
189
VIII
Indice generale
regione di base
190
Tempo di transito in base
191
Capacità di diffusione
193
Dipendenza del guadagno di corrente a
emettitore comune dalla frequenza
193
5.9.6 Effetto Early
194
5.9.7 Modelli per l’effetto Early
195
5.9.8 Origine dell’effetto Early
195
5.10 Transconduttanza
196
5.11 Tecnologia bipolare e modello SPICE del BJT
196
5.11.1 Descrizione qualitativa
197
5.11.2 Equazioni del modello SPICE
198
5.11.3 Transistori bipolari avanzati
199
5.12 Polarizzazione del BJT
200
5.12.1 Rete di polarizzazione a quattro resistori 201
5.12.2 Obiettivi di progetto relativi alla rete di
polarizzazione a quattro resistori
203
5.12.3 Analisi iterativa della rete di polarizzazione a
4 resistori
208
5.13 Tolleranze nei circuiti di polarizzazione
209
5.13.1 Analisi del caso peggiore
209
5.13.2 Analisi Monte Carlo
211
Riferimenti bibliografici
214
5.9.3
5.9.4
5.9.5
7.3
7.4
Parte II Circuiti integrati analogici
Capitolo 6
6.1
6.2
6.3
6.4
6.5
6.6
6.7
Sistemi analogici
Un esempio di sistema elettronico analogico
Amplificazione
6.2.1 Guadagno di tensione
6.2.2 Guadagno di corrente
6.2.3 Guadagno di potenza
6.2.4 Rappresentazione del guadagno in decibel
Polarizzazione dell’amplificatore nella
regione lineare
Distorsione negli amplificatori
Modelli a doppio bipolo degli amplificatori
6.5.1 I parametri g
Disadattamento delle impedenze del
generatore e di carico
Funzione di trasferimento e risposta in frequenza
6.7.1 Diagrammi di Bode
6.7.2 Amplificatori passa-basso
6.7.3 Amplificatori passa-alto
6.7.4 Amplificatori passa-banda
6.7.5 Amplificatori a banda stretta
6.7.6 Amplificatori a reiezione di banda
6.7.7 Funzione di trasferimento passa-tutto
6.7.8 Funzioni di trasferimento complesse
Riferimenti bibliografici
Capitolo 7
7.1
7.2
L’amplificatore operazionale
ideale
L’amplificatore differenziale
7.1.1 Caratteristica di trasferimento di tensione
dell’amplificatore differenziale
7.1.2 Guadagno di tensione
7.1.3 Amplificazione dei segnali
7.1.4 Modello dell’amplificatore differenziale
7.1.5 L’amplificatore differenziale ideale
L’amplificatore operazionale ideale
7.2.1 Ipotesi per l’analisi degli amplificatori
215
216
217
218
218
219
219
220
222
224
224
228
231
231
232
236
239
241
242
243
243
7.5
7.6
7.7
Riferimenti bibliografici
Letture addizionali
Capitolo 8
8.1
8.2
245
247
248
248
248
249
250
252
252
operazionali ideali
Circuiti con amplificatori operazionali ideali
7.3.1 L’amplificatore invertente
7.3.2 L’amplificatore di transresistenza –
un convertitore corrente-tensione
7.3.3 L’amplificatore non invertente
7.3.4 Buffer a guadagno unitario o inseguitore
di tensione
7.3.5 L’amplificatore sommatore
7.3.6 L’amplificatore sottrattore
7.3.7 Amplificatore per strumentazione
7.3.8 Filtro attivo passa-basso
7.3.9 Filtro attivo passa-alto
7.3.10 Integratore
7.3.11 Derivatore
7.3.12 Connessione in cascata di amplificatori
7.3.13 Osservazioni sulla terminologia relativa
agli amplificatori
Filtri attivi
7.4.1 Filtro passa-basso
7.4.2 Sensibilità
7.4.3 Filtro passa-alto con guadagno
maggiore di 1
7.4.4 Filtro passa-banda
7.4.5 Filtro biquadratico Tow-Thomas
7.4.6 Variazione delle impedenze e della
frequenza secondo un fattore di scala
Circuiti a condensatori commutati
7.5.1 Integratore a condensatori commutati
7.5.2 Integratore non invertente
7.5.3 Filtri a condensatori commutati
Applicazioni non lineari
7.6.1 Un raddrizzatore di precisione a semionda
7.6.2 Circuito raddrizzatore di precisione senza
saturazione
7.6.3 Un voltmetro in alternata
Circuiti a retroazione positiva
7.7.1 Il comparatore e il trigger di Schmitt
7.7.2 Il multivibratore astabile
7.7.3 Il multivibratore monostabile (one shot)
8.3
253
253
254
257
258
261
263
264
266
268
271
272
273
273
275
276
276
279
280
282
283
287
289
290
291
293
295
295
296
297
298
298
300
303
305
305
Caratteristiche e limitazioni
degli amplificatori operazionali 307
Sistemi con retroazione
8.1.1 Analisi del guadagno ad anello chiuso
Analisi di circuiti con amplificatori operazionali
non ideali
8.2.1 Guadagno finito ad anello aperto
8.2.2 Errore relativo al guadagno
8.2.3 Resistenza di uscita diversa da zero
8.2.4 Resistenza di ingresso di valore finito
8.2.5 Riepilogo delle caratteristiche delle
configurazioni non ideali invertente e
non invertente
Reiezione di modo comune e
resistenza di ingresso
8.3.1 Valore finito per il rapporto di reiezione
del modo comune
8.3.2 Perché è importante il CMRR?
8.3.3 Errore nel guadagno dell’inseguitore di
308
308
309
310
312
313
317
320
321
321
322
Indice generale
8.4
8.5
8.6
8.7
tensione dovuto al CMRR
8.3.4 Resistenza di ingresso di modo comune
Cause di errore in continua e limitazioni
dell’escursione in uscita
8.4.1 Tensione di offset all’ingresso
8.4.2 Bilanciamento della tensione di offset
8.4.3 Interpretazione alternativa della
tensione di offset
8.4.4 Correnti di polarizzazione e di
offset all’ingresso
8.4.5 Limiti della tensione e della corrente
di uscita
Risposta in frequenza e larghezza di banda
degli amplificatori operazionali
8.5.1 Risposta in frequenza dell’amplificatore
non invertente
8.5.2 Risposta in frequenza dell’amplificatore
invertente
8.5.3 Risposta in frequenza di amplificatori a
più stadi
8.5.4 Funzionamento ad ampi segnali: slew
rate e larghezza di banda a piena potenza
8.5.5 Macromodello per la risposta in frequenza
dell’amplificatore operazionale
8.5.6 Macromodelli completi di amplificatori
operazionali in SPICE
8.5.7 Esempi di amplificatori operazionali
commerciali per applicazioni generali
Conversione digitale-analogica
8.6.1 Aspetti fondamentali dei convertitori D/A
8.6.2 Errori nei convertitori D/A
8.6.3 Realizzazione circuitale dei
convertitori D/A
Conversione analogico-digitale
8.7.1 Aspetti fondamentali dei convertitori A/D
8.7.2 Errori nei convertitori analogico-digitali
8.7.3 Tecniche di base per la conversione
analogico-digitale
Riferimenti bibliografici
Letture addizionali
Capitolo 9
9.1
9.2
9.3
9.4
9.5
Modelli a piccolo segnale
e amplificazione lineare:
amplificatori invertenti
Il transistore come amplificatore
9.1.1 L’amplificatore a BJT
9.1.2 L’amplificatore a MOSFET
Condensatori di accoppiamento e di bypass
Utilizzo dei circuiti equivalenti dc e ac
9.3.1 Regole per le analisi in dc e in ac
Introduzione ai modelli per piccoli segnali
del diodo
9.4.1 Interpretazione grafica del comportamento
per piccoli segnali del diodo
9.4.2 Modello a piccoli segnali del diodo
Modelli per piccoli segnali per i transistori bipolari
a giunzione
9.5.1 Il modello a -ibrido
9.5.2 Interpretazione grafica della
transconduttanza
9.5.3 Guadagno di corrente per piccoli segnali
9.5.4 Il guadagno di tensione intrinseco
324
326
329
330
9.6
333
336
338
9.7
341
343
349
350
351
352
354
354
355
9.8
358
364
365
365
367
376
376
9.9
377
9.10
378
378
380
381
383
383
387
387
388
390
391
9.11
392
393
del BJT
393
Forme equivalenti del modello per
piccoli segnali
394
9.5.6 Modello a -ibrido semplificato
395
9.5.7 Definizione di piccolo segnale per un
transistore bipolare
395
9.5.8 Modello per piccoli segnali per il
transistore pnp
397
9.5.9 Confronto fra analisi ac e analisi in
transitorio in SPICE
398
L’amplificatore a emettitore comune (C-E)
398
9.6.1 Guadagno di tensione dell’amplificatore a
emettitore comune
399
9.6.2 Resistenza di ingresso
400
9.6.3 Guadagno di tensione complessivo
400
Limiti importanti e semplificazioni dei modelli
400
9.7.1 Resistenza di emettitore nulla
401
9.7.2 Guida per il progetto dell’amplificatore a
emettitore comune con carico resistivo
401
9.7.3 Guadagno di corrente per l’amplificatore
a emettitore comune con elevata resistenza
di emettitore
402
9.7.4 Limiti per la condizione di piccolo segnale
nell’amplificatore a emettitore comune
402
9.7.5 Resistenza vista guardando nel collettore
del BJT
406
9.7.6 Resistenza di uscita dell’amplificatore
a emettitore comune complessivo
408
9.7.7 Guadagno di corrente ai terminali
per l’amplificatore a emettitore comune
409
Modello per piccoli segnali per i transistori a
effetto di campo
410
9.8.1 Modello a piccoli segnali del MOSFET
410
9.8.2 Guadagno di tensione intrinseco
del MOSFET
412
9.8.3 Definizione di piccolo segnale per
un MOSFET
412
9.8.4 L’effetto body nel modello per piccoli
segnali del MOSFET
413
9.8.5 Modello per piccoli segnali per il
transistore PMOS
414
Confronto fra i modelli per piccoli segnali del
BJT e del FET
415
L’amplificatore a source comune (C-S)
417
9.10.1 Guadagno di tensione ai terminali
per l’amplificatore a source comune
418
9.10.2 Guadagno di tensione complessivo per
l’amplificatore a source comune
419
9.10.3 Guadagno di tensione dell’amplificatore a
source comune, per elevati valori di RS
419
9.10.4 Resistenza nulla nel source
419
9.10.5 Guida per il progetto di amplificatori a
422
source comune con RS ¼ 0
9.10.6 Limiti per la condizione di piccolo segnale
nell’amplificatore a source comune
422
9.10.7 Resistenze di ingresso degli amplificatori a
emettitore comune e a source comune
424
9.10.8 Resistenze di uscita degli amplificatori a
emettitore comune e a source comune
427
Esempi di amplificatori a emettitore comune
e a source comune
428
9.11.1 Amplificatore a emettitore comune
428
9.11.2 Differenze fra analisi ac e analisi in
9.5.5
327
327
329
IX
X
9.12
Indice generale
transitorio in SPICE: ulteriori osservazioni
9.11.3 Amplificatore MOSFET a source comune
9.11.4 Confronto fra i due amplificatori
9.11.5 Riepilogo e confronto delle caratteristiche
degli amplificatori a emettitore comune e
a source comune
9.11.6 Retroazione negli amplificatori invertenti
9.11.7 Condizioni in cui è possibile trascurare
la resistenza differenziale di uscita del
transistore
Dissipazione di potenza ed escursione del segnale
9.12.1 Dissipazione di potenza
9.12.2 Escursione massima del segnale di uscita
433
433
437
437
438
439
439
439
441
Capitolo 10 Amplificatori a singolo
transistore e multistadio
accoppiati in ac
445
10.1 Classificazione degli amplificatori
446
10.2
10.3
10.4
10.1.1 Applicazione e prelievo del segnale –
Il BJT
10.1.2 Applicazione e prelievo del segnale –
Il FET
10.1.3 Amplificatori a emettitore comune (C-E)
e a source comune (C-S)
10.1.4 Le configurazioni a collettore comune
(C-C) e a drain comune (C-D)
10.1.5 Amplificatori a base comune (C-B) e a
gate comune (C-G)
10.1.6 Modello a piccolo segnale
Amplificatori invertenti – Circuiti a emettitore
comune e a source comune
10.2.1 Caratteristiche degli amplificatori a
emettitore comune e a source comune
10.2.2 Riepilogo delle caratteristiche degli
amplificatori C-E e C-S
10.2.3 Rappresentazione mediante transistori
equivalenti
Circuiti inseguitori – Amplificatori a collettore
comune e a drain comune
10.3.1 Guadagno di tensione ai terminali
10.3.2 Resistenza di ingresso
10.3.3 Guadagno di tensione complessivo
10.3.4 Campo di variazione del segnale di
ingresso dell’inseguitore
10.3.5 Resistenza al terminale di emettitore
10.3.6 Guadagno di corrente
10.3.7 Riepilogo delle caratteristiche degli
amplificatori C-C e C-D
Amplificatori non invertenti – Circuiti a base
comune e a gate comune
10.4.1 Guadagno di tensione ai terminali e
resistenza di ingresso
10.4.2 Guadagno di tensione complessivo
10.4.3 Campo di variazione del segnale
di ingresso
10.4.4 Resistenza ai terminali di collettore
e drain
10.4.5 Guadagno di corrente
10.4.6 Resistenze di ingresso e di uscita
complessive per gli amplificatori non
invertenti
10.4.7 Riepilogo delle caratteristiche degli
447
amplificatori C-B e C-G
10.6
10.7
10.8
447
10.9
448
449
450
451
452
452
456
456
457
457
458
459
461
461
464
464
465
465
466
467
468
469
469
472
10.5 Rassegna e confronto degli amplificatori
elementari
10.5.1 Gli amplificatori a BJT
10.5.2 Gli amplificatori a FET
Amplificatori a source comune basati su
invertitori a MOS
10.6.1 Stima del guadagno di tensione
10.6.2 Analisi dettagliata
10.6.3 Soluzioni alternative per il carico
10.6.4 Resistenze di ingresso e uscita
Progetto dei condensatori di accoppiamento
e di bypass
10.7.1 Amplificatori a emettitore comune e a
source comune
10.7.2 Amplificatori a collettore comune e a
drain comune
10.7.3 Amplificatori a base comune e a
gate comune
10.7.4 Fissare la frequenza di taglio inferiore
Esempi di progetto di amplificatori
10.8.1 Verifica del progetto dell’amplificatore a
base comune con il metodo Monte Carlo
Amplificatori multistadio accoppiati in ac
10.9.1 Amplificatore a tre stadi accoppiato in ac
10.9.2 Guadagno di tensione
10.9.3 Resistenza di ingresso
10.9.4 Guadagno di tensione complessivo
10.9.5 Resistenza di uscita
10.9.6 Guadagno di corrente e di potenza
10.9.7 Campo di variazione del segnale
di ingresso
10.9.8 Come migliorare il guadagno di tensione
dell’amplificatore
10.9.9 Stima della frequenza di taglio inferiore
dell’amplificatore multistadio
473
473
474
476
477
477
478
480
482
483
486
489
492
493
500
505
506
507
509
509
510
511
511
514
515
Letture addizionali
516
Capitolo 11 Amplificatori differenziali e
operazionali
517
11.1 Amplificatori differenziali
518
11.1.1 Amplificatori differenziali a transistori
bipolari e a MOS
11.1.2 Analisi in dc dell’amplificatore
differenziale a transistori bipolari
11.1.3 Caratteristica di trasferimento a piccolo
segnale dell’amplificatore differenziale a
transistori bipolari
11.1.4 Analisi in ac dell’amplificatore
differenziale a transistori bipolari
11.1.5 Guadagno e resistenza di ingresso di
modo differenziale
11.1.6 Guadagno e resistenza di ingresso di
modo comune
11.1.7 Rapporto di reiezione di modo comune
(CMRR)
11.1.8 Analisi del modo differenziale e del
modo comune utilizzando metà circuito
11.1.9 Polarizzazione con generatori di
corrente elettronici
11.1.10 Modello SPICE del generatore elettronico
di corrente
519
519
521
522
523
525
527
528
531
532
Indice generale
11.2
11.3
11.4
11.5
11.6
11.7
11.1.11 Analisi in dc dell’amplificatore
differenziale a MOSFET
11.1.12 Segnali di ingresso di modo differenziale
11.1.13 Caratteristica di trasferimento a
piccolo segnale
per l’amplificatore differenziale a MOS
11.1.14 Segnali di ingresso di modo comune
11.1.15 Modello a doppio bipolo per la
coppia differenziale
Gli amplificatori operazionali
11.2.1 Amplificatore operazionale elementare a
due stadi
11.2.2 Evoluzione dell’amplificatore
operazionale elementare
11.2.3 Riduzione della resistenza di uscita
11.2.4 Amplificatore operazionale elementare
CMOS
11.2.5 Amplificatori BiCMOS
11.2.6 Implementazione di amplificatori
operazionali a soli transistori
Stadi di uscita
11.3.1 Stadio di uscita in classe A: l’inseguitore
di source
11.3.2 Rendimento degli amplificatori in classe A
11.3.3 Stadio di uscita in classe B o push-pull
11.3.4 Amplificatori in classe AB
11.3.5 Stadi di uscita in classe AB per
amplificatori operazionali
11.3.6 Protezione dal cortocircuito
11.3.7 Accoppiamento con trasformatore
Generatori di corrente elettronici
11.4.1 Generatori di corrente a singolo transistore
11.4.2 Figura di merito per i generatori di corrente
11.4.3 Generatori con elevata resistenza di uscita
11.4.4 Esempi di progetto di generatori di corrente
Specchi di corrente
11.5.1 Analisi dc dello specchio di corrente MOS
11.5.2 Modifica del rapporto di riflessione per
lo specchio di corrente MOS
11.5.3 Analisi dc dello specchio di corrente BJT
11.5.4 Modifica del rapporto di riflessione per
lo specchio di corrente BJT
11.5.5 Generatori di corrente multipli
11.5.6 Specchio di corrente con buffer
11.5.7 Resistenza di uscita dello specchio di
corrente
11.5.8 Modello a doppio bipolo dello specchio di
corrente
11.5.9 Il generatore di corrente di Widlar
11.5.10 Il generatore di corrente di Widlar MOS
Specchi di corrente a elevata resistenza di uscita
11.6.1 Il generatore di corrente di Wilson
11.6.2 Resistenza di uscita del generatore di
corrente di Wilson
11.6.3 Il generatore di corrente cascode
11.6.4 Resistenza di uscita del generatore di
corrente cascode
11.6.5 Il generatore di corrente cascode regolato
11.6.6 Riepilogo delle caratteristiche dei
generatori di corrente
Generatore di corrente di riferimento
11.7.1 Generatori di riferimento indipendenti
dalla tensione di alimentazione
532
534
535
535
536
540
540
545
546
550
552
552
554
554
555
556
557
559
560
561
564
565
565
566
566
575
575
577
578
11.7.2 Polarizzazione indipendente dalla tensione
di alimentazione in tecnologia MOS
11.8 Riferimento di tensione a bandgap
11.9 Lo specchio di corrente come carico attivo
11.9.1 Amplificatore differenziale CMOS con
carico attivo
11.9.2 Amplificatore differenziale bipolare con
carico attivo
11.10 I carichi attivi negli amplificatori operazionali
11.10.1 Guadagno di tensione dell’amplificatore
operazionale CMOS
11.10.2 Considerazioni sul punto di lavoro
11.10.3 Amplificatore operazionale bipolare
11.10.4 Rottura dello stadio di ingresso
11.11 L’amplificatore operazionale A-741
11.11.1 Circuito di polarizzazione
11.11.2 Analisi statica dello stadio di ingresso
del A-741
11.11.3 Analisi in ac dello stadio di ingresso
del A-741
11.11.4 Guadagno di tensione dell’amplificatore
completo
11.11.5 Stadio di uscita del A-741
11.11.6 Resistenza di uscita
11.11.7 Protezione dal cortocircuito
11.11.8 Riepilogo delle caratteristiche
dell’amplificatore operazionale A-741
11.12 L’amplificatore analogico di Gilbert
616
617
619
620
620
621
622
626
627
631
632
633
633
633
637
12.1 Risposta in frequenza degli amplificatori
638
639
639
642
642
12.2
584
586
587
589
589
597
612
615
Capitolo 12 Risposta in frequenza
583
594
597
606
636
636
580
581
582
592
593
599
602
606
Riferimenti bibliografici
Letture addizionali
12.3
591
592
XI
12.4
12.1.1 Risposta alle basse frequenze
12.1.2 Stima di !L in assenza di polo dominante
12.1.3 Risposta alle alte frequenze
12.1.4 Stima di !H in assenza di polo dominante
Determinazione diretta di poli e zeri in bassa
frequenza – L’amplificatore a source comune
Stima di !L con il metodo delle costanti di
tempo in cortocircuito
12.3.1 Stima di !L per l’amplificatore a
emettitore comune
12.3.2 Stima di !L per l’amplificatore a
source comune
12.3.3 Stima di !L per l’amplificatore a
base comune
12.3.4 Stima di !L per l’amplificatore a
gate comune
12.3.5 Stima di !L per l’amplificatore a
collettore comune
12.3.6 Stima di !L per l’amplificatore a
drain comune
Modelli del transistore alle alte frequenze
12.4.1 Modello ibrido a dipendente dalla
frequenza per il transistore bipolare
12.4.2 Modello SPICE per C e C
12.4.3 Frequenza di transizione fT
12.4.4 Modello in alta frequenza per il FET
12.4.5 Modello SPICE per CGS e CGD
12.4.6 Dipendenza di fT dalla lunghezza di canale
12.4.7 Limitazioni dei modelli ad alta frequenza
643
648
648
652
653
654
654
655
656
656
657
657
660
660
661
662
XII
Indice generale
12.5 Resistenza di base nel modello ibrido a 663
13.2 Progetto dell’amplificatore retroazionato
663
13.3 Amplificatori di tensione – retroazione
12.5.1 Effetto della resistenza di base
sull’amplificazione di centro banda
12.6 Analisi ad alta frequenza degli amplificatori a
emettitore comune e a source comune
12.6.1 L’effetto Miller
12.6.2 Risposta in alta frequenza degli
amplificatori a emettitore comune e a
source comune
12.6.3 Analisi diretta della caratteristica di
trasferimento dell’emettitore comune
12.6.4 Poli dell’amplificatore C-E
12.6.5 Polo dominante dell’amplificatore a
source comune
12.6.6 Stima di !H con il metodo delle costanti
di tempo a circuito aperto
12.6.7 Amplificatore a source comune con
resistenza di source
12.6.8 Poli dell’emettitore comune con resistenza
sull’emettitore
12.7 Risposta in alta frequenza degli amplificatori a
base comune e a gate comune
12.8 Risposta in alta frequenza degli amplificatori
a collettore comune e a drain comune
12.9 Riepilogo della risposta in alta frequenza
degli amplificatori a singolo stadio
12.9.1 Limitazioni guadagno-banda degli
amplificatori
12.10 Risposta in frequenza degli amplificatori
multistadio
12.10.1 Amplificatore differenziale
12.10.2 La connessione in cascata
collettore-comune/base-comune
12.10.3 Risposta in alta frequenza
dell’amplificatore cascode
12.10.4 Frequenza di taglio dello specchio
di corrente
12.10.5 Esempio di amplificatore a tre stadi
12.11 Introduzione ai circuiti a radiofrequenza
12.11.1 Amplificatori a radiofrequenza
12.11.2 L’amplificatore shunt-peaked
12.11.3 Amplificatore accordato a singolo stadio
12.11.4 Utilizzo dell’induttore multipresa –
L’autotrasformatore
12.11.5 Circuiti accordati multipli –
Sintonizzazione sincrona e scalata
12.11.6 L’amplificatore a source comune a
degenerazione induttiva
12.12 Mixer e modulatori bilanciati
12.12.1 Principi di funzionamento del mixer
12.12.2 Mixer bilanciato (balanced)
12.12.3 La coppia differenziale come
mixer bilanciato
12.12.4 Mixer doppiamente bilanciato
(double-balanced)
12.12.5 Il moltiplicatore di Gilbert come
mixer/modulatore doppiamente bilanciato
713
Riferimenti bibliografici
715
mediante la teoria dei doppi bipoli
665
666
13.4
667
669
670
13.5
672
673
675
13.6
677
679
13.7
681
13.8
684
685
685
685
13.9
13.10
687
13.11
688
689
690
697
698
698
699
13.12
702
704
705
706
707
709
710
711
Capitolo 13 Retroazione,
stabilità e oscillatori
717
13.1 Sistema retroazionato classico
718
13.13
719
serie-parallelo
720
13.3.1 Calcolo del guadagno di tensione
720
13.3.2 Resistenza di ingresso
723
13.3.3 Resistenza di uscita
723
Amplificatori di transresistenza – retroazione
parallelo-parallelo
727
13.4.1 Analisi della transresistenza
728
13.4.2 Resistenza di ingresso
730
13.4.3 Resistenza di uscita
730
Amplificatori di corrente – retroazione
parallelo-serie
734
13.5.1 Calcolo del guadagno di corrente
735
13.5.2 Resistenza di ingresso
736
13.5.3 Resistenza di uscita
737
Amplificatori di transconduttanza – retroazione
serie-serie
738
13.6.1 Analisi della transconduttanza
738
13.6.2 Resistenze di ingresso e di uscita
739
Errori comuni nell’applicazione della teoria
della retroazione
740
Determinazione del guadagno di anello
748
13.8.1 Calcolo diretto del guadagno d’anello
749
13.8.2 Calcolo del guadagno d’anello mediante
applicazione successiva di tensione e
corrente
750
13.8.3 Semplificazioni
754
Teorema di Blackman
756
Controllo della risposta in frequenza mediante
la retroazione
762
Stabilità degli amplificatori retroazionati
763
13.11.1 Il diagramma di Nyquist
764
13.11.2 Sistemi del primo ordine
765
13.11.3 Sistemi del secondo ordine e margine
di fase
766
13.11.4 Sistemi del terzo ordine e margine
di guadagno
767
13.11.5 Analisi della stabilità mediante i
diagrammi di Bode
768
Compensazione a singolo polo dell’amplificatore
operazionale
770
13.12.1 Analisi dell’amplificatore operazionale a
tre stadi
770
13.12.2 Zeri negli amplificatori operazionali a FET 772
13.12.3 Compensazione degli amplificatori bipolari 773
13.12.4 Slew rate dell’amplificatore operazionale 774
13.12.5 Relazione tra slew rate e prodotto
guadagno-larghezza di banda
775
Oscillatori
784
13.13.1 Il criterio di Barkhausen per le oscillazioni 784
13.13.2 Oscillatori con reti RC selettive
in frequenza
786
13.13.3 Oscillatori LC
790
13.13.4 Resistenza negativa negli oscillatori
793
794
13.13.5 Oscillatore a Gm negativo
13.13.6 Oscillatori a cristallo
796
Riferimenti bibliografici
Appendici
Indice analitico
Eserciziario
800
801
813
E1