# Elettronica/Applicazione elettrotecnica

Elettronica
Copertina Tutti i moduli · Sviluppo

## Introduzione

* Richiami di teoria dei segnaliElettronica/Richiami di teoria dei segnali
* Richiami di Teoria dei SistemiElettronica/Richiami di Teoria dei Sistemi
* Applicazione elettrotecnicaElettronica/Applicazione elettrotecnica

## Dispositivi a Semiconduttore

* Fisica dei semiconduttoriElettronica/Fisica dei semiconduttori
* DiodiElettronica/Diodi
* Transistor BipolariElettronica/Transistor Bipolari
* Transistor ad effetto di campoElettronica/Transistor ad effetto di campo
* MEMS e Dispositivi Optoelettronici
* Tecnologia dei circuiti integrati
* Tecnologia dei circuiti stampati
* Caratterizzazione dei dispositivi a semiconduttore

## Elettronica Analogica

* Premessa - Regime dei piccoli SegnaliElettronica/Premessa - Regime dei piccoli Segnali
* Amplificatori a componenti discreti
* Amplificatori operazionali
* Struttura interna degli amplificatori operazionali
* Filtri attivi e passiviElettronica/Filtri attivi e passivi
* Oscillatori e generatori di forme d'onda
* Alimentatori controllati e riferimenti di tensione

## Elettronica Digitale

* Introduzioni alle reti logicheElettronica/Introduzioni alle reti logiche
* Principali famiglie logicheElettronica/Principali famiglie logiche
* Circuiti aritmetici e combinatori
* Circuiti sequenziali
* Interconnessioni nei circuiti integrati
* Organizzazione di un Microprocessore
* Circuiti logici riconfigurabili
* Progettazione di sistemi elettronici digitali
* VHDL e Verilog
* Interfacciamento standard tra circuiti digitali

## Circuiti elettronici per microonde e radiofrequenze

* Linee di trasmissione e circuiti a parametri distribuiti
* Campi elettromagnetici e propagazione libera
* Antenne
* Circuiti passivi a microonde
* Circuiti attivi a microonde
* Compatibiltà elettromagnetica

## Modellistica matematica dei dispositivi elettronici

* Introduzione ai modelli matematici e alle simulazioni
* Principali modelli matematici utilizzati in Elettronica
* Integrazione numerica e simulazione di sistemi dinamici
* Metodo delle differenze finite
* Metodo degli elementi finiti
* SPICE, Gnucap e altri simulatori
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Una rete di componenti lineari è una rete lineare. Questo è molto importante, soprattutto considerando quali possono essere componenti lineari più o meno reali. Tipicamente i componenti elettronici sono bipoli lineari.
* Resistenza - $V(t)=R\cdot i(t)$
* Induttanza - $V(t)=L{\frac {di(t)}{dt}}$
* Capacità - $i(t)=C{\frac {dv(t)}{dt}}$
* Generatori controllati:
| | ...comandati in tensione $V_{C}$ | ... comandati dalla corrente $i_{C}$ |
| Generatori ideali di tensione | $V=A_{v}\cdot V_{C}$ con $A_{v}$= guadagno in tensione | $V=T_{Z}\cdot i_{C}$ con $T_{Z}$= Transimpedenza |
| Generatori ideali di corrente | $i=T_{y}\cdot V_{C}$ con $T_{y}$= transammettenza | $i=A_{i}\cdot i_{C}$ con $A_{i}$= guadagno di corrente |
Questi bipoli possono essere composti in reti. Ogni punto di contatto fra due o più poli è detto nodo. In genere i nodi più utili ai fini del calcolo sono i nodi dove si incontrano almeno tre bipoli. Ogni via per passare da un nodo ad un altro, viene detta ramo. Ogni sequenza chiusa da rami è detta maglia.

### Leggi di Kirchhoff

* KCL : In un nodo qualsiasi vale $\sum i_{i}=0$ ovvero la somma delle correnti entranti in un nodo è uguale a zero
* KVL : In una qualsiasi maglia vale $\sum V_{i}=0$ ovvero la somma delle tensioni ai capi di una maglia è uguale a zero

### Serie e parallelo

Immagine Nel caso in cui due o più bipoli abbiano in comune entrambi i capi, ovvero sono in parallelo, si ha che la resistenza equivalente è pari a ${\frac {1}{Z_{EQ}}}={\frac {1}{Z_{1}}}+{\frac {1}{Z_{2}}}$ ovvero $Z_{EQ}={\frac {Z_{1}*Z_{2}}{Z_{1}+Z_{2}}}$.
Se, al contrario i due bipoli hanno in comune un solo capo, ovvero sono in serie, si ha che $Z_{EQ}=Z_{1}+Z_{2}$

### Thevenin e Norton

Qualsiasi circuito può essere trasformato in un circuito equivalente, se osservato da una porta, in base a due teoremi:
* Teorema di Thevenin: il circuito equivalente è composto da un generatore di tensione non controllato posto in serie ad un'impedenza.
* Teorema di Norton: il circuito equivalente è composto da un generatore di corrente non controllato posto in parallelo ad una impedenza.

## Linearizzazione

Le leggi e le regole finora esposte valgono solo per componenti Lineari. Quando un componente non è lineare le cose si fanno più complesse. Solo alcuni compromessi permettono di studiare contemporaneamente i vari tipi di componenti. Il compromesso fondamentale è il cosiddetto "regime dei piccoli segnali". Questo significa che per piccole variazioni del segnale quantificabili come variazioni dell'ordine della tensione termica (25mV) i componenti si comportano in modo lineare. L'unico modo analitico per farlo è sviluppare in serie di Taylor la funzione e arrestarsi al primo ordine. Per valutare gli effetti di ordine superiore sarà sufficiente proseguire lo sviluppo in serie agli ordini superiori. Tipici effetti di ordine superiore sono l'effetto Early, la generazione di armoniche, l'intermodulazione e in generale tutte le distorsioni armoniche del segnale di cui si parlerà più avanti.

## Doppio bipolo

Quasi tutti i sistemi che si affronteranno nel corso e comunque quasi tutti i sistemi reali non banali hanno una struttura che associa ad una tensione in ingresso uno o più tensioni in uscita. Il caso generico più diffuso è composto da una tensione in ingresso ed una tensione in uscita (detti in genere $V_{in}$ e $V_{out}$). Questo tipo di struttura è detta doppio bipolo. In realtà, in ogni caso, non ci sono da considerare solo le tensioni, ma anche le due correnti: $I_{in}$ e $I_{out}$. Per costruire un legame matematico fra gli elementi si possono supporre valide le seguenti formule:
    $I_{in}=y_{i}V_{i}+y_{r}V_{o}$
    $I_{out}=y_{f}V_{i}+y_{o}V_{o}$
ovvero, da un punto di vista matriciale
    ${\begin{bmatrix}I_{i}\\I_{o}\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}y_{i}&y_{r}\\y_{f}&y_{o}\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}V_{i}\\V_{o}\end{bmatrix}}$
con ogni $y$ appartenente a ${\overline {\overline {Y}}}$ matrice delle ammettenze
Si osserva che $y_{r}$ dovrebbe essere il più possibile vicina a zero, in quanto non è bene che il carico a valle vada a influire sul sistema generatore a monte

### Funzioni di Rete

Vista la struttura di un generico doppio bipolo, possiamo cercare di comprendere alcune caratteristiche del sistema stesso in funzione di come agisce sugli ingressi e sulle uscite. Immagine
Innanzitutto definiamo le caratteristiche:
* $A_{v}$ è detto guadagno di tensione
* $A_{i}$ è detto guadagno di corrente
* $Z_{i}$ è detto Impedenza equivalente all'ingresso
* $Z_{o}$ è detto impedenza equivalente all'uscita
Poiché queste ultime due definizioni dipendono da trasformazioni di Norton o Thevenin, possiamo ricavare anche altri due valori:
* $V_{uca}$ è detto Tensione equivalente a corrente alternata, calcolata all'interno del bipolo secondo Thevenin
* $I_{ucc}$ è detto Corrente equivalente a corrente continua, calcolata all'interno del bipolo secondo Norton
Queste sono le relazioni che intercorrono fra i vari elementi
| | ${\overline {z}}$ | ${\overline {y}}$ | ${\overline {h}}$ |
| ${\overline {A_{c}}}$ | ${\frac {{\overline {z}}_{f}{\overline {Z}}_{c}}{{\overline {D}}_{z}+{\overline {z}}_{i}{\overline {Z}}_{c}}}$ | $-{\frac {{\overline {y}}_{f}}{{\overline {y}}_{o}+{\overline {Y}}_{c}}}$ | $-{\frac {{\overline {h}}_{f}}{{\overline {D}}_{h}+{\overline {h}}_{i}{\overline {Y}}_{c}}}$ |
| ${\overline {A_{i}}}$ | $-{\frac {{\overline {z}}_{f}}{{\overline {z}}_{o}+{\overline {Z}}_{c}}}$ | ${\frac {{\overline {y}}_{f}{\overline {Y}}_{c}}{{\overline {D}}_{y}+{\overline {y}}_{i}{\overline {Y}}_{c}}}$ | ${\frac {{\overline {h}}_{f}}{1+{\overline {h}}_{o}{\overline {Z}}_{c}}}$ |
| ${\overline {Z_{i}}}$ ovvero ${\overline {Y_{i}}}={\frac {1}{\overline {Z_{i}}}}$ | ${\overline {Z}}_{i}={\overline {z_{i}}}-{\frac {{\overline {z_{r}}}{\overline {z_{f}}}}{{\overline {z_{o}}}+{\overline {Z_{c}}}}}$ | ${\overline {Y}}_{i}={\overline {y_{i}}}-{\frac {{\overline {y_{r}}}{\overline {y_{f}}}}{{\overline {y_{o}}}+{\overline {Y_{c}}}}}$ | ${\overline {Z_{i}}}={\overline {h_{i}}}-{\frac {{\overline {h_{r}}}{\overline {h_{f}}}}{{\overline {h_{o}}}+{\overline {Y_{c}}}}}$ |
| ${\overline {Z_{o}}}$ ovvero ${\overline {Y_{o}}}={\frac {1}{\overline {Z_{o}}}}$ | ${\overline {Z}}_{o}={\overline {z}}_{o}-{\frac {{\overline {z}}_{r}{\overline {z}}_{f}}{{\overline {z}}_{i}+{\overline {Z}}_{g}}}$ | ${\overline {Y_{o}}}={\overline {y}}_{o}-{\frac {{\overline {y}}_{r}{\overline {y}}_{f}}{{\overline {y}}_{i}+{\overline {Y}}_{g}}}$ | ${\overline {Y_{o}}}={\overline {h}}_{o}-{\frac {{\overline {h}}_{r}{\overline {h}}_{f}}{{\overline {h}}_{i}+{\overline {Z}}_{g}}}$ |
| ${\frac {\overline {V_{uca}}}{\overline {V_{g}}}}$ | ${\frac {\overline {z_{f}}}{{\overline {z_{i}}}+{\overline {Z_{g}}}}}$ | $-{\frac {\overline {y_{f}}}{{\overline {D_{y}}}{\overline {Z_{g}}}+{\overline {y_{o}}}}}$ | $-{\frac {\overline {h_{f}}}{{\overline {D_{h}}}+{\overline {h_{o}}}{\overline {Z_{g}}}}}$ |
| ${\frac {\overline {I_{u}cc}}{I_{g}}}$ | $-{\frac {\overline {z_{f}}}{{\overline {D_{z}}}{\overline {Y_{g}}}+{\overline {z_{o}}}}}$ | ${\frac {\overline {y_{f}}}{{\overline {y_{i}}}+{\overline {Y_{g}}}}}$ | ${\frac {\overline {h_{f}}}{{\overline {h_{i}}}{\overline {Y_{g}}}+1}}$ |

## Doppi Bipoli
### Schema riassuntivo

| | Emettitore comune | Collettore comune | Base comune |
| $A_{v}$ | $-\beta _{0}{{R_{L}} \over {r_{be}}}$ | ${\frac {(\beta _{0}+1)R_{L}}{r_{be}+(\beta _{0}+1)R_{L}}}$ | $\beta _{0}{{R_{L}} \over {r_{be}}}$ |
| $A_{i}$ | $\beta _{0}$ | $-(\beta _{0}+1)$ | $-\beta _{0} \over {\beta _{0}+1}$ |
| $R_{i}$ | $r_{be}$ | $r_{be}+(\beta _{0}+1)R_{L}$ | $r_{be} \over {\beta _{0}+1}$ |
| $R_{u}$ | $r_{ce}$ | $(R_{g}+r{be}) \over {\beta _{0}+1}$ | $r_{ce}(1+{\frac {\beta _{0}R_{g}}{r_{be}R_{g}}})+{\frac {r_{be}R_{g}}{r_{be}+R_{g}}}$ |