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Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli 1

Retta di carico (1)La retta dipende soloda entità esterne al diodo.


Retta di carico (2)Dipende soloda entità esterneal transistor.


Punto di lavoro (1)

Punto di lavoro = intersezione tra retta di carico e caratteristica del dispositivo, identificata da una ternadi valori VCE, VBE, IC


Punto di lavoro (2)

VBE

IB


Punto di lavoro (3)


Punto di lavoro (4)


Punto di lavoro (5)


Limiti di potenza

Grafico dei limitidella potenza di un circuito dove è presente un transistor e possibili rette di carico.


Coppia differenziale (1)

Configurazione simmetrica coni due transistorQ1 e Q2 il piùpossibile identici,montati in configurazione ad emettitore comune entrambi in regione attiva.


Coppia Differenziale (2)

Se i due transistor sono in regione attiva le correnti base-collettore sono praticamente nulle.

La legge delle maglie applicata alla maglia formatadalle due giunzioni base emettitore dà:

-V1 + VBE1 – VBE2 +V2 = 0


Coppia Differenziale (3)le correnti IC1 ed IC2 sono:

IC1= aFIES e(VBE1/VT) ; IC2= aFIES e(VBE2/VT)

Se supponiamo VBE1 > VT IC1/IC2=e(VBE1- VBE2)/VT

IC1/IC2=e(V1- V2)/VT IC1/IC2=e(Vd/VT)

Con Vd = V1 - V2= VBE1 - VBE2 = differenziale delle tensioni.


Coppia Differenziale (4)Per la legge dei nodi: - (IE1+ IE2) = IEE = IC1/αF+ IC2/αF ;

Dividendo tutto per IC1/αF : αFIEE/IC1 = IC2/IC1 + 1 ; e quindi:

IC1= αFIEE/(1+e(-Vd/VT)) ; IC2= αFIEE/(1+e(+Vd/VT)) ;

Vo1= VCC – IC1RC ; Vo2= VCC – IC2RC ;

Vo= Vo1 – V02 = -RC( IC1– IC2);


Caratteristica di trasferimentoZona lineare amplificazione

Zone saturazione commutazione


Simulazione coppia differenziale (1)

0.01I1V3

V2Q2N2222

Q2

47kRB

Vcc

Q2N2222Q1V1

47kRL

Q2-Collettore

Q1-base Q2-base


Simulazione coppia differenziale (2)


Limiti di funzionamento dei transistor

I limiti per un transistor n-p-n 2N2222A:

• Corrente massima di collettore (800 mA)• Massima dissipazione di potenza (0.5 W)• Massima tensione di uscita (breakdown VCE < 40 V)• Perforazione • Massima tensione di ingresso ( VBB < VEB ∼ decina V)


Amplificatore Operazionale (1)



Sommatoreinvertente

Sommatore noninvertente



Integratore



Derivatore



Calcolatoreanalogico

Equazione: d 2v 0 v i B dv 0 Cv 0 dt2 A A dt A

= - -

Segnali analogici e digitali (1)Segnale Analogico: la grandezza può assumere qualunque valore all’interno di un intervallo

Segnale Digitale Binario: la grandezza può assumere solo 2 valori.

Livelli logici (1)

Tensioni

0 logico

1 logico

indeterminato

VL1

VL2

VH1

VH2

Sistema a logicapositiva

Tensioni

VL1

VL2

VH1

VH2

Sistema a logicanegativa

Livelli logici (2)

Logica positiva Logica negativa

Segnale Digitale

Importanti: i livelli V1 e V2 e l’intervallo minimo di scansione temporale del segnale (in questo caso t2 – t1)

Rumore (1)

Rumore per segnaleanalogico

Rumore (2)

Un segnale digitale è più immune al rumore di uno analogico perché ammette una banda di variazione entro cui lo stato è univocamente definito.

Mentre il rumore analogico viene trasportato lungotutto il circuito, quello digitale viene filtrato dal primo dispositivo che attraversa.

Es.: InvertitoreV

V

t

t

Caratteristica di trasferimento: reale ideale

VO

VI

Vth

V+

V+

Rumore (3)

Margine di rumore per l’1 logico: VOH - VIH

Margine di rumore per lo 0 logico: VIL - VOL

Funzioni logiche (1)Funzione binaria a una variabile: Z=f(A) Z = A ; Z = A2 possibili funzioni logiche

Funzione binaria a due variabili: Z=f(A,B)4 combinazioni di input (2x2)4 valori per la funzione di output, uno per ogni combinazioneQuindi 16 possibili funzioni logiche.

Funzioni logiche (2)Le 16 funzioni logiche non sono indipendenti.

Le funzioni più note sono: AND,OR,NAND,NOR,XOR (porte logiche)

Essenzialmente basta una sola funzione per realizzaretutte le altre (NAND o NOR).

È sufficiente progettare un dispositivo elettronico che implementi una di queste porte logiche per poter descrivere completamente lo spazio delle funzioni logiche di due variabili.

Funzioni logiche (3)Si possono definire delle operazioni all’interno dello spazio delle variabili logiche:

Operazione somma (+) A + B = 1 se A o B sono 1; 0 se A e B sono 0;

Operazione prodotto: A x B = 0 se A o B sono 0;

1 se A e B sono 1;

Famiglie LogicheI dispositivi di una famiglia hanno le stesse caratteristichefondamentali.

La classificazione per famiglie è:

Famiglie BJT: (TTL,ECL,etc.)Famiglie MOS: (NMOS,CMOS,etc.)Famiglie DTL: (presentano sia diodi che transistor)

Sistema DL (Diode Logic)

Porta OR implementata inlogica negativa con il sistema DL.

V(1) = 0 VoltsV(0) = 5 Volts

VR = V(0) = 5 Volts

Porta OR in logica negativaSe tutti gli ingressi sono nello stato 0 (V=5 Volts)

VR – v1 = 0 ; VR – v2 = 0 ; VR – v3 = 0 ;

Tutti i diodi sono polarizzati inversi e non conducono v0 = V(0) = 5 Volts

Se un ingresso v1 = V(1) = 0 Volts il diodo D1 saràpolarizzato direttamente; infatti:

v0 = V(0) – [V(0)-V(1)- Vγ]R/(R+Rs+Rf)

Rf = resistenza diretta del diodo. Se si sceglie R>> Rs–Rf v0 ≅ V(1) + Vγ ≅ 0.6 Volts = V(1)

Simulazione OR DL Log. Neg. (1)

-5 V4

10

R4V2

Vc

D2

D1N4148

10

R2V1

Vb

D1

D1N4148

Vout

D3

D1N4148Va

V3

10

R1

50k

R5

Simulazione OR DL Log. Neg. (2)

Logica negativa

0,0,0 0

Porta AND in logica positiva (1)Che succede se prendiamo lo stesso circuito edapplichiamo una logica positiva:


VR = V(1) = 5 Volts

Porta AND in logica positiva (2)Se tutti gli ingressi sono nello stato 1 (V=5 Volts)

VR – v1 = 0 ; VR – v2 = 0 ; VR – v3 = 0 ;

Tutti i diodi sono polarizzati inversi e non conducono v0 = V(1) = 5 Volts

Se un ingresso v1 = V(0) = 0 Volts il diodo D1 saràpolarizzato direttamente; infatti:

v0 = V(1) – [V(1)-V(0)- Vγ]R/(R+Rs+Rf)

Rf = resistenza diretta del diodo. Se si sceglie R>> Rs–Rf v0 ≅ V(0) + Vγ ≅ 0.6 Volts = V(0)

Simulazione AND DL Log. Pos. (1)

Logica positiva

1,1,1 1

Porta AND in logica negativa (1)In questo caso costruiamo una porta AND in logica negativa:


VR = V(1) = 0 Volts

Porta AND in logica negativa (2)Se un solo ingresso v 1 è nello stato 0 (V=5 Volts) Il diodo corrispondente è polarizzato direttamente. Infatti:

v0 = V(0) – [V(0)-V(1)- Vγ] Rs/(R+Rs+Rf) – Vγ

Poiché Rs/(R+Rs+Rf) << 1 v0 ≅ V(0)

Se tutti gli ingressi sono nello stato 1 (V=0 Volts) per tutti i diodi vale:

v1– V(1) = 0 ; v2– V(1) = 0 ; v3– V(1) = 0 ;

Tutti i diodi sono polarizzati inversamente v0=V(1)

Simulazione AND DL Log. Neg. (1)

D2

D1N4148

D1

D1N4148

D3

D1N4148 0V4

10

R4V2

Vc

10

R2V1

Vb

Vout

Va

V3

10

R1

50k

R5

Simulazione AND DL Log. Neg. (2)

1,1,1 1

Logica negativa

la retta dipende solo da entità esterne al diodo. - infn · sistema a logica positiva tensioni vl1...

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