Attività Sperimentale 2007 Attività Sperimentale 2007 ElettronicaElettronica

Simulazione elettronica analogica Simulazione elettronica analogica e digitale con SPICE e e digitale con SPICE e

progettazione di un layoutprogettazione di un layout

Studenti Partecipanti allo stages:Studenti Partecipanti allo stages:

ACATRINEI RazvanACATRINEI Razvan CAMPISANO StefanoCAMPISANO Stefano CARRARINI Mauro CARRARINI Mauro COCULO MatteoCOCULO Matteo CRISMARU AlexandruCRISMARU Alexandru FIGARA Matteo FIGARA Matteo GIGI Emanuele GIGI Emanuele GIORGI Francesco GIORGI Francesco MASSARO Davide MASSARO Davide MATTEI Daniele MATTEI Daniele

NOTO LA FAVIA Dario NOTO LA FAVIA Dario NUCCIARELLI FlavioNUCCIARELLI Flavio PAGNOTTA Andrea PAGNOTTA Andrea PALITTI Mirko PALITTI Mirko PERETTI AlessandroPERETTI Alessandro RAICA Catalina Mihaela RAICA Catalina Mihaela RUGGER Luca RUGGER Luca SPINETTI Alessandro SPINETTI Alessandro TRINGHIERI Luigi TRINGHIERI Luigi VITTORI MarcoVITTORI Marco

IndiceIndice FasoriFasori Caratteristiche generali del simulatoreCaratteristiche generali del simulatore Tipologie di analisi possibili con Spice:Tipologie di analisi possibili con Spice:

DC Operating PointDC Operating Point AC AnalysisAC Analysis Transient AnalysisTransient Analysis Temperature SweepTemperature Sweep DC SweepDC Sweep

Progetti sviluppati con il simulatore: Progetti sviluppati con il simulatore: Analisi di un Trasformatore Analisi di un Trasformatore Curve caratteristiche del diodo e del transistorCurve caratteristiche del diodo e del transistor Andamento del BetaAndamento del Beta Analisi del Filtro RC - CRAnalisi del Filtro RC - CR Analisi del Circuito Risonante RLC Analisi del Circuito Risonante RLC Progettazione di un Alimentatore StabilizzatoProgettazione di un Alimentatore Stabilizzato

Progetto finale:Progetto finale: Preamplificatore a transimpedenza con correzione DCPreamplificatore a transimpedenza con correzione DC

Metodo Simbolico:Metodo Simbolico:Regime permanente sinusoidaleRegime permanente sinusoidale Se ad una rete elettrica, qualunque essa sia, viene Se ad una rete elettrica, qualunque essa sia, viene

applicato un segnale sinusoidale con pulsazione applicato un segnale sinusoidale con pulsazione , il , il segnale d’uscita dopo un periodo transitorio sarà segnale d’uscita dopo un periodo transitorio sarà anch’esso un segnale sinusoidale con pulsazione anch’esso un segnale sinusoidale con pulsazione ..

Rete elettrica

Vin Vout

Vi*cos(*t) Vo*cos(*t-)+ +

- -

Regime permanente sinusoidaleRegime permanente sinusoidale In altri termini, l’analisi della rete elettrica può essere In altri termini, l’analisi della rete elettrica può essere

semplificata, passando dal dominio del tempo a quello semplificata, passando dal dominio del tempo a quello dei “dei “fasorifasori”.”.

I fasori spostano l’analisi dal campo reale a quello I fasori spostano l’analisi dal campo reale a quello complesso.complesso.

Il termine che contiene cos(Il termine che contiene cos(*t) viene ridotto *t) viene ridotto considerando solo modulo e fase.considerando solo modulo e fase.

Vi* cos(Vi* cos(*t) *t) Vi Vi

Vo*cos(Vo*cos(*t-*t-) ) Vo*exp(-j Vo*exp(-j))

Regime permanente sinusoidaleRegime permanente sinusoidale

I fasori si rappresentano nel campo complesso (spazio a I fasori si rappresentano nel campo complesso (spazio a due dimensioni)due dimensioni)

Parte reale

Parte immaginaria

Vi

Vo*exp(-jVo*exp(-j))

ImpedenzeImpedenze

Nel dominio dei fasori R , 1/jNel dominio dei fasori R , 1/jC e jC e jL prendono il nome L prendono il nome di “di “impedenzeimpedenze”. Una generica impedenza si indica con il ”. Una generica impedenza si indica con il simbolo Z.simbolo Z.

L’impedenza è molto simile alla resistenza nel dominio L’impedenza è molto simile alla resistenza nel dominio del tempo poichè esprime il rapporto tra tensione e del tempo poichè esprime il rapporto tra tensione e corrente.corrente.

In caso di più componenti è possibile calcolare il valore In caso di più componenti è possibile calcolare il valore dell’impedenza equivalente.dell’impedenza equivalente.

ImpedenzeImpedenze

Impedenza serieImpedenza serie

Zeq = R + 1/jZeq = R + 1/jCC

R 1/jC

ImpedenzeImpedenze

Impedenza paralleloImpedenza parallelo

Zeq = (1/R + jZeq = (1/R + jC)C)-1-1

R

1/jC

ImpedenzeImpedenze

Si possono applicare anche teoremi importanti come il Si possono applicare anche teoremi importanti come il teorema di Thevenin e il teorema di Norton.teorema di Thevenin e il teorema di Norton.

Z1 Z2

Z3

VZeq

Veq

ImpedenzeImpedenze

La rappresentazione delle impedenze sul piano La rappresentazione delle impedenze sul piano complesso diventacomplesso diventa

Parte immaginaria

R

1/j1/jCC

jjLL

Parte reale

Caratteristiche generali del simulatoreCaratteristiche generali del simulatore

I programmi di simulazione circuitale I programmi di simulazione circuitale costituiscono uno strumento di estrema utilità costituiscono uno strumento di estrema utilità per chi si occupa di progettazione di circuiti per chi si occupa di progettazione di circuiti elettronicielettronici

Essi rendendo semplici le verifiche funzionali di Essi rendendo semplici le verifiche funzionali di un progettoun progetto

Il simulatore SPICE “Simulation program With Il simulatore SPICE “Simulation program With Integrated circuit Emphasis” è utilizzato Integrated circuit Emphasis” è utilizzato universalmente per la simulazione di circuiti universalmente per la simulazione di circuiti elettronici analogici e digitalielettronici analogici e digitali

DC Operating PointDC Operating Point

Questo tipo di analisi definisce il punto di lavoro Questo tipo di analisi definisce il punto di lavoro “in regime continuo” di un circuito elettrico“in regime continuo” di un circuito elettrico

È usata per determinare le condizioni di È usata per determinare le condizioni di

lavoro di uno o più dispositivi elettronicilavoro di uno o più dispositivi elettronici Per osservare le funzioni di trasferimento dei Per osservare le funzioni di trasferimento dei

elementi non lineari (es: diodi, transistor, MOS).elementi non lineari (es: diodi, transistor, MOS). Per determinare le condizioni iniziali degli Per determinare le condizioni iniziali degli

elementi reattivi nel dominio del tempoelementi reattivi nel dominio del tempo

DC Operating PointDC Operating Point

AC AnalysisAC Analysis

Questo tipo di analisi, elabora la risposta in Questo tipo di analisi, elabora la risposta in frequenza di un circuito elettrico, costituiti da frequenza di un circuito elettrico, costituiti da elementi lineari (es: resistenza, induttanza, elementi lineari (es: resistenza, induttanza, capacità, trasformatore, generatore di tensione capacità, trasformatore, generatore di tensione e di corrente)e di corrente)

Esso Esso ipotizzaipotizza le sorgenti del segnale le sorgenti del segnale sinusoidale la cui frequenza è la variabile sinusoidale la cui frequenza è la variabile indipendenteindipendente

AC AnalysisAC Analysis

Transient AnalysisTransient Analysis

Questa analisi elabora la risposta nel dominio Questa analisi elabora la risposta nel dominio del tempo, essendo una variabile indipendente, del tempo, essendo una variabile indipendente, di un circuito elettricodi un circuito elettrico

L’analisi del transitorio permette di valutare il L’analisi del transitorio permette di valutare il comportamento di una circuito elettrico, come lo comportamento di una circuito elettrico, come lo si farebbe con uno oscilloscopio su un realistico si farebbe con uno oscilloscopio su un realistico circuitocircuito

Transient AnalysisTransient Analysis

Temperature SweepTemperature Sweep

Questa analisi ha come parametro variabile la Questa analisi ha come parametro variabile la temperatura a cui si trova il circuitotemperatura a cui si trova il circuito

Per ciò che riguarda i modelli di molti Per ciò che riguarda i modelli di molti comportamenti, si riproducono diversi fenomeni comportamenti, si riproducono diversi fenomeni legati alla temperaturalegati alla temperatura

Temperature SweepTemperature Sweep(Curve caratteristiche del diodo)(Curve caratteristiche del diodo)

DC SweepDC Sweep

Questo tipo di analisi, esegue ripetute interazioni Questo tipo di analisi, esegue ripetute interazioni DC (corrente continua) sequenziali, DC (corrente continua) sequenziali, considerando in ciascuna un valore per una o considerando in ciascuna un valore per una o più sorgenti DC presenti nel circuito elettricopiù sorgenti DC presenti nel circuito elettrico

Permette di tracciare le funzioni di trasferimento Permette di tracciare le funzioni di trasferimento in DC di un dispositivo attivoin DC di un dispositivo attivo

DC SweepDC Sweep

Analisi di un TrasformatoreAnalisi di un Trasformatore

Studio e simulazioni di accoppiamento tra Studio e simulazioni di accoppiamento tra induttoriinduttori

Misura di una induttanzaMisura di una induttanzaStudio della curva di Isteresi che Studio della curva di Isteresi che

rappresenta il campo magnetico e la rappresenta il campo magnetico e la permeabilità magnetica permeabilità magnetica

Analisi di un TrasformatoreAnalisi di un Trasformatore

Andamento del BetaAndamento del Beta

Si è studiata la configurazione del BJT in Si è studiata la configurazione del BJT in funzione della corrente di polarizzazione;funzione della corrente di polarizzazione;

Studio e dimostrazione del Beta di un BJT;Studio e dimostrazione del Beta di un BJT;Calcolo e verifica, per mezzo delle Calcolo e verifica, per mezzo delle

simulazioni con Spice, della polarizzazione simulazioni con Spice, della polarizzazione con dispositivi a semiconduttore, tramite lo con dispositivi a semiconduttore, tramite lo studio del gm = studio del gm = ΔΔIc/Kt.Ic/Kt.

Andamento del BetaAndamento del Beta

Analisi del Circuito Risonante Analisi del Circuito Risonante RLCRLC

Studio della variazione d’ impedenza in Studio della variazione d’ impedenza in funzione della frequenzafunzione della frequenza

Simulazioni del modulo e della fase Simulazioni del modulo e della fase Definizione di Banda passante (frequenza Definizione di Banda passante (frequenza

di taglio)di taglio)Analisi comportamentale in risonanzaAnalisi comportamentale in risonanza

Circuito Risonante RLCCircuito Risonante RLCModulo - FaseModulo - Fase

Analisi del filtro RC - CRAnalisi del filtro RC - CR

Si definisce Banda Passante la frequenza in cui Si definisce Banda Passante la frequenza in cui l’ampiezza del segnale si attenua di -3dBl’ampiezza del segnale si attenua di -3dB

Il circuito RC, noto come Passa – Basso, è una Il circuito RC, noto come Passa – Basso, è una tipologia di filtro che ha la caratteristica di tipologia di filtro che ha la caratteristica di attenuare le frequenze alteattenuare le frequenze alte

Il circuito CR, noto come Passa – Alto, ha la Il circuito CR, noto come Passa – Alto, ha la caratteristica di far passare solo le alte caratteristica di far passare solo le alte frequenze attenuando le bassefrequenze attenuando le basse

Andamento uscita filtroAndamento uscita filtro

Filtro RC – CR (Passa – Banda)Filtro RC – CR (Passa – Banda)Modulo - FaseModulo - Fase

Progettazione di un Progettazione di un Alimentatore StabilizzatoAlimentatore Stabilizzato

Progetto di un trasformatore con ponte di Progetto di un trasformatore con ponte di GraetzGraetz

Progetto funzionale di uno stadio di Progetto funzionale di uno stadio di regolazione lineareregolazione lineare

Simulazioni di: regolazione della tensione Simulazioni di: regolazione della tensione in uscita, studio statico e dinamico in uscita, studio statico e dinamico

Alimentatore LineareAlimentatore Lineare

Preamplificatore a transimpedenza Preamplificatore a transimpedenza con correzione DCcon correzione DC

Simulazione e progetto a blocchi Simulazione e progetto a blocchi Analisi dello stadio di guadagno e di ingressoAnalisi dello stadio di guadagno e di ingresso Analisi del driver in configurazione Push – Pull per piccoli Analisi del driver in configurazione Push – Pull per piccoli

carichicarichi Guadagno di transimpedenzaGuadagno di transimpedenza Stabilità in temperatura e compensazione in frequenzaStabilità in temperatura e compensazione in frequenza Prodotto guadagno banda Prodotto guadagno banda Regolazione dell’Offset Regolazione dell’Offset Progetto del circuito stampato (Studio del Layout)Progetto del circuito stampato (Studio del Layout)

Circuito elettrico di un Circuito elettrico di un preamplificatore preamplificatore

Uscita/IngressoUscita/Ingresso

RINGRAZIAMENTIRINGRAZIAMENTI

All’ organizzazione del SIS-Divulgazione, per All’ organizzazione del SIS-Divulgazione, per l’efficienza dell’ organizzazione e l’ accoglienza;l’efficienza dell’ organizzazione e l’ accoglienza;

Al Professore Mario Calvetti Direttore dell’ INFN per Al Professore Mario Calvetti Direttore dell’ INFN per la sua disponibilita’ allo svolgimento dei corsi;la sua disponibilita’ allo svolgimento dei corsi;

Ai nostri professori per essersi impegnati nella Ai nostri professori per essersi impegnati nella realizzazione dello stage.realizzazione dello stage.

TutoriTutori

Bazzi Massimiliano Bazzi Massimiliano

Corradi Giovanni Corradi Giovanni

Tagnani Diego Tagnani Diego