la retta dipende solo da entità esterne al diodo. - infn · sistema a logica positiva tensioni vl1...
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Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli 1
Retta di carico (1)La retta dipende soloda entità esterne al diodo.
Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli 2
Retta di carico (2)Dipende soloda entità esterneal transistor.
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Punto di lavoro (1)
Punto di lavoro = intersezione tra retta di carico e caratteristica del dispositivo, identificata da una ternadi valori VCE, VBE, IC
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Limiti di potenza
Grafico dei limitidella potenza di un circuito dove è presente un transistor e possibili rette di carico.
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Coppia differenziale (1)
Configurazione simmetrica coni due transistorQ1 e Q2 il piùpossibile identici,montati in configurazione ad emettitore comune entrambi in regione attiva.
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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
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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.
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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);
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Caratteristica di trasferimentoZona lineare amplificazione
Zone saturazione commutazione
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Simulazione coppia differenziale (1)
0.01I1V3
V2Q2N2222
Q2
47kRB
Vcc
Q2N2222Q1V1
47kRL
Q2-Collettore
Q1-base Q2-base
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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)
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Amplificatore Operazionale (2)
Sommatoreinvertente
Sommatore noninvertente
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Amplificatore Operazionale (3)
Integratore
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Amplificatore Operazionale (4)
Derivatore
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Amplificatore Operazionale (5)
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
Segnale Digitale
Importanti: i livelli V1 e V2 e l’intervallo minimo di scansione temporale del segnale (in questo caso t2 – t1)
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.
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
Porta AND in logica positiva (1)Che succede se prendiamo lo stesso circuito edapplichiamo una logica positiva:
V(1) = 5 VoltsV(0) = 0 Volts
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)
Porta AND in logica negativa (1)In questo caso costruiamo una porta AND in logica negativa:
V(1) = 0 VoltsV(0) = 5 Volts
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
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