Elettronica I - Laboratorio Didattico · 2012. 5. 22. · Elettronica I - Laboratorio Didattico -...
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Elettronica I- Laboratorio Didattico -
BREVE INTRODUZIONE AGLI STRUMENTI DEL BANCO DI MISURA
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Generatore di FunzioniT T i - TG2000
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Generatore di FunzioniT T i - TG2000
Genera i segnali di tensione Uscita BNC
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Regolazioni principali
Forma d’onda del Segnale
Frequenza del Segnale
Ampiezza picco-picco
del Segnale
Offset (componente continua del Segnale)
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Generatore di FunzioniT T i - TG2000
ATTENZIONE !!!PRIMA DI COLLEGARE L’USCITA MAIN OUT DEL GENERATORE DI FUNZIONI, ALIMENTARE IL CIRCUITO E VERIFICARE CON L’OSCILLOSCOPIO CHE NON SIANO PRESENTI SULLA PRESA BNC DELLA BASETTA, SEGNALI O COMPONENTI CONTINUE (DC).
( PRIMA DELLA VERIFICA INSERIRE SULLA PRESA BNC DELLA BASETTA UNA SPINA BNC CON CARICO DA 50 Ω ).
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Generatore di FunzioniT T i - TG2000
Dopo aver impostato il generatore ed aver effettuato gli opportuni controlli mettere su ON
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Oscilloscopio AnalogicoTektronix 2245A
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Oscilloscopio Analogicoa Raggi Catodici
Visualizza i segnali nel dominio del tempo (Banda 100MHz)
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Pannello Frontale
Schermo Controllo “Trigger”
RegolazioneSchermo
Canali eControlli
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Canali di Ingresso
Ingresso BNCCanale 1
Segnale d’ingresso
Accoppiamento in ingresso:Direct Coupling
(DC)Alternate Coupling
(AC)Riferimento di massa
(o linea a 0 V)
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Visualizzazione e Posizionedel Livello della Continua
Controllo Posizione della
Continua
Visualizzazione dei canali ON/OFF
Posizione della Continua
NB: La continua del segnale (il suo valore
medio) NON viene alterata!!!
Si cambia solo la posizione del segnale sullo
schermo!!!
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Controllo della Scale di Visualizzazione
Scala VerticaleVolt/div
(Una per canale)
Anche in questo caso il segnale NON viene alterato!!!E’ solo la visualizzazione che cambia!!!
Scala Orizzon.(Comune)
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Controlli per le Misure di Tempo e Tensione
0.5V
CancellazioneCursori
50Hz 20ms
Regolazione Posizione Cursori(Posizione Iniziale + Offset)
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Sonda per le Misure
Coccodrillo di Massa
Punta Sonda
ConnettoreBNC
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Elettronica I- Laboratorio Didattico -
Per ogni problema:
Dispense del Laboratorio
Tecnico di Laboratorio
Docente/Tutor
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Elettronica I- Prima Esercitazione -
RISPOSTA IN FREQUENZA DI CIRCUITI RC
PASSA BASSO/PASSA ALTO
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RC Passa BassoSchema Circuitale
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RC Passa BassoDiagramma di Bode - Modulo
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Misura di Modulo e Fase di F(j) al variare di
Funzione risposta in frequenza: F(j) = Vout(j)/Vin(j)
Scopo:1. misurare |F(j)| e = arg[F(j)] al variare di 2. Tracciare i diagrammi di Bode di modulo e fase di F(j) e determinare fcProcedura: creazione di una tabella di dati
Freq [Hz] Vin [V] Vout [V] Vout/Vin |Vout/Vin|dB t [s] [°]100
200
500
1k
2k
5k 2 1.8 0.9 -0.45 25·10-6 -22.5
...
1M
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Misura di Ampiezza: |F(j)|
Vin
Vout
Misura delle ampiezze di Vin e Vout tramite i cursori orizzontali
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Misura di Fase: = arg[F(j)]
Misura del “ritardo” t di Vout rispetto a Vin tramite i cursori verticali
t
Δt : T = : 360 = - 360° · t / T = - 360° · t · f
Vin
Vout
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RC Passa BassoDiagramma di Bode - Modulo
f-3dB
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RC Passa BassoDiagramma di Bode - Fase
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tR: Rise Time (Tempo di Salita) fc = 0.35 / tR
RC Passa BassoRisposta al gradino di Tensione
10%
90%
tR
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RC Passa AltoSchema Circuitale
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RC Passa AltoDiagrammi di Bode - Modulo
f-3dB
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RC Passa AltoDiagrammi di Bode - Fase
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RC Passa AltoRisposta al gradino di Tensione
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Elettronica I- Seconda Esercitazione -
RISPOSTA IN FREQUENZA DI CIRCUITI CON AMPLIFICATORI
OPERAZIONALI
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AlimentatoreTektronix PS283
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Generatori di Tensione
Indipendenti
5V(fissi)
0-30V(var.)
ParalleloSerie
Premere i tasti solo a strumento spento!!!
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Regolazione Tensione e Limite di Corrente
Spie che indicano i due regimi(Attenzione a C.C.!!!)
V
IIMAX
VDC
C.V. C.C.
IMAX : Limite di corrente (2A max)
Spia C.C.per il generatore
5V 3A
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Configurazione Invertente (CI)
Circuito ATTIVO: l’amplificatore operazionale va alimentato
-15V
-15V
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OpAmp ideale
Rin = +∞Rout = 0 Ω
V+
V-Vo
+
-
Aa = = +∞Vo
V+ - V-
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CI con OpAmp ideale
Vout
Vin
R2
R1GCI = = -
Corto Circuito Virtuale:V+ = V-
Guadagno Conf. Invertente:
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Configurazione Invertente (CI)
Circuito ATTIVO: l’amplificatore operazionale va alimentato:SATURAZIONE DEL NODO DI USCITA
-15V
-15V
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OpAmp A741DdB del Modulo di Aa(jω)
Vedi anche grafico a pag. 81 in basso sulle dispense
Diagramma di Bode (modulo) del guadagnodell’amplificatore operazionale ad anello aperto
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Misura di Modulo e Fase di F(j) al variare di
Funzione risposta in frequenza: F(j) = Vout(j)/Vin(j)
Scopo:1. misurare |F(j)| e = arg[F(j)] al variare di 2. Tracciare i diagrammi di Bode di modulo e fase di F(j) e determinare fcProcedura: creazione di una tabella di dati
Freq [Hz] Vin [V] Vout [V] Vout/Vin |Vout/Vin|dB t [s] [°]100
200
500
1k
2k
5k 2 1.8 0.9 -0.45 25·10-6 -22.5
...
1M
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Misura di Ampiezza: |F(j)|
Misura delle ampiezze di Vin e Vout tramite i cursori orizzontali
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Misura di Fase: = arg[F(j)]
Δt : T = : 360 = - 360° · t / T = - 360° · t · f
t
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Configurazione Invertente Diagrammi di Bode - Modulo
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OpAmp A741 – Anello ApertoDiagramma di Bode – Modulo
Vedi anche grafico a pag. 81 in basso sulle dispense
Diagramma di Bode (modulo) del guadagnodell’amplificatore operazionale ad anello aperto
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OpAmp A741 – Anello ApertoDiagramma di Bode – Modulo
Vedi anche grafico a pag. 81 in basso sulle dispense
Diagramma di Bode (modulo) del guadagnodell’amplificatore operazionale ad anello aperto
Diagramma di Bode (modulo)dell’amplificatore invertente in esame
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Configurazione Invertente Diagrammi di Bode - Fase
![Page 45: Elettronica I - Laboratorio Didattico · 2012. 5. 22. · Elettronica I - Laboratorio Didattico - Per ogni problema: Dispense del Laboratorio Tecnico di Laboratorio Docente/Tutor.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022071409/6102f00c9f5e3f08145a49d0/html5/thumbnails/45.jpg)
Corto Circuito Virtuale «Reale»
Effetto del guadagno ad anello aperto sul Corto Circuito Virtuale:
misura dell’ampiezza della tensione V- al variare della
frequenza (V+ = 0 V)
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OpAmp A741DdB del Modulo di Aa(jω)
Vedi anche grafico a pag. 81 in basso sulle dispense
Diagramma di Bode (modulo) del guadagnodell’amplificatore operazionale ad anello aperto
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Se l’OpAmp Satura, vale ilCorto Circuito Virtuale?
NO! Perché? Pensate al valore di Aa...
L+
L-
Aa = Vo
V+ - V-
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tR: Rise Time (Tempo di Salita) fc = 0.35 / tR
10%
90%
tR
Amplificatore InvertenteRisposta al Gradino
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Integratore di Miller Approssimato
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Stima Diagramma di Bode del Modulo
Log (f/Hz)
Vi
Vo
dB
0
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Stima Diagramma di Bode del Modulo
Aa
1MHz0
Log (f/Hz)
Vi
Vo
dB
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Stima Diagramma di Bode del Modulo
1
2πR1C
Integratore Ideale
Aa
1MHz0
Log (f/Hz)
Vi
Vo
dB
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Stima Diagramma di Bode del Modulo
1
2πR1C
R1
R2
Integratore Ideale
Aa
1MHz0
Log (f/Hz)
Vi
Vo
dB
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Stima Diagramma di Bode del Modulo
1
2πR1CAa
R1
R2
1
2πR2C
Integratore Ideale
Integratore App.
1MHz0
Log (f/Hz)
Vi
Vo
dB
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Integratore di MillerDiagrammi di Bode - Modulo
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Integratore di MillerDiagrammi di Bode - Fase
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Integratore di MillerRisposta all’Onda Quadra (1)
Frequenza 50Hz
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Integratore di MillerRisposta all’Onda Quadra (2)
Frequenza 1kHz => Integratore!
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Configurazione Non Invertente
![Page 60: Elettronica I - Laboratorio Didattico · 2012. 5. 22. · Elettronica I - Laboratorio Didattico - Per ogni problema: Dispense del Laboratorio Tecnico di Laboratorio Docente/Tutor.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022071409/6102f00c9f5e3f08145a49d0/html5/thumbnails/60.jpg)
Configurazione Non Invertente Diagrammi di Bode - Modulo
![Page 61: Elettronica I - Laboratorio Didattico · 2012. 5. 22. · Elettronica I - Laboratorio Didattico - Per ogni problema: Dispense del Laboratorio Tecnico di Laboratorio Docente/Tutor.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022071409/6102f00c9f5e3f08145a49d0/html5/thumbnails/61.jpg)
Configurazione Non Invertente Diagrammi di Bode - Fase
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Effetto della Tensione e delle Correnti di Offset
A causa degli offset di tensione e corrente,in assenza di segnale applicato, si osservauna tensione di uscita Vo pari a:Vo = e0 ( 1 + R2 / R1 ) + R2 ( I- - I+ ) Vo ≈ e0 ( 1 + R2 / R1 )
V0
I+
I-
e0
R1 = 100 Ω
R2 = 10 kΩ
R1||R2 ≅ 100 Ω
Vo
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Effetto della Tensione e delle Correnti di Offset
A causa degli offset di tensione e corrente,in assenza di segnale applicato, si osservauna tensione di uscita Vo pari a:Vo = e0 + R ( I- - I+ ) Vo ≈ R ( I- - I+ )
I+
I-
Vo
e0
R = 10 MΩ
R = 10 MΩ
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Elettronica I- Terza Esercitazione -
CIRCUITI CON DIODI
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Caratteristica I(V) diodo 1N4148
I
V
Datasheet del diodo a pag. 70
I = IS(e - 1)V
nVT
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Raddrizzatore a Singola Semionda (uscita 1)
![Page 67: Elettronica I - Laboratorio Didattico · 2012. 5. 22. · Elettronica I - Laboratorio Didattico - Per ogni problema: Dispense del Laboratorio Tecnico di Laboratorio Docente/Tutor.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022071409/6102f00c9f5e3f08145a49d0/html5/thumbnails/67.jpg)
Raddrizzatore a Singola Semionda
![Page 68: Elettronica I - Laboratorio Didattico · 2012. 5. 22. · Elettronica I - Laboratorio Didattico - Per ogni problema: Dispense del Laboratorio Tecnico di Laboratorio Docente/Tutor.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022071409/6102f00c9f5e3f08145a49d0/html5/thumbnails/68.jpg)
Caratteristica Vout(Vin)
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Raddrizzatore aPonte di Diodi (uscita 2)
![Page 70: Elettronica I - Laboratorio Didattico · 2012. 5. 22. · Elettronica I - Laboratorio Didattico - Per ogni problema: Dispense del Laboratorio Tecnico di Laboratorio Docente/Tutor.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022071409/6102f00c9f5e3f08145a49d0/html5/thumbnails/70.jpg)
Raddrizzatore aPonte di Diodi
![Page 71: Elettronica I - Laboratorio Didattico · 2012. 5. 22. · Elettronica I - Laboratorio Didattico - Per ogni problema: Dispense del Laboratorio Tecnico di Laboratorio Docente/Tutor.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022071409/6102f00c9f5e3f08145a49d0/html5/thumbnails/71.jpg)
Caratteristica Vout(Vin)
![Page 72: Elettronica I - Laboratorio Didattico · 2012. 5. 22. · Elettronica I - Laboratorio Didattico - Per ogni problema: Dispense del Laboratorio Tecnico di Laboratorio Docente/Tutor.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022071409/6102f00c9f5e3f08145a49d0/html5/thumbnails/72.jpg)
Limitatore al Valore Superiore Clipping (uscita 3)
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Limitatore al Valore Superiore Clipping
![Page 74: Elettronica I - Laboratorio Didattico · 2012. 5. 22. · Elettronica I - Laboratorio Didattico - Per ogni problema: Dispense del Laboratorio Tecnico di Laboratorio Docente/Tutor.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022071409/6102f00c9f5e3f08145a49d0/html5/thumbnails/74.jpg)
Caratteristica Vout(Vin)
![Page 75: Elettronica I - Laboratorio Didattico · 2012. 5. 22. · Elettronica I - Laboratorio Didattico - Per ogni problema: Dispense del Laboratorio Tecnico di Laboratorio Docente/Tutor.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022071409/6102f00c9f5e3f08145a49d0/html5/thumbnails/75.jpg)
Limitatore al Valore Inferiore Clipping (uscita 4)
![Page 76: Elettronica I - Laboratorio Didattico · 2012. 5. 22. · Elettronica I - Laboratorio Didattico - Per ogni problema: Dispense del Laboratorio Tecnico di Laboratorio Docente/Tutor.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022071409/6102f00c9f5e3f08145a49d0/html5/thumbnails/76.jpg)
Limitatore al Valore Inferiore Clipping
![Page 77: Elettronica I - Laboratorio Didattico · 2012. 5. 22. · Elettronica I - Laboratorio Didattico - Per ogni problema: Dispense del Laboratorio Tecnico di Laboratorio Docente/Tutor.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022071409/6102f00c9f5e3f08145a49d0/html5/thumbnails/77.jpg)
Caratteristica Vout(Vin)
![Page 78: Elettronica I - Laboratorio Didattico · 2012. 5. 22. · Elettronica I - Laboratorio Didattico - Per ogni problema: Dispense del Laboratorio Tecnico di Laboratorio Docente/Tutor.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022071409/6102f00c9f5e3f08145a49d0/html5/thumbnails/78.jpg)
Limitatore Max/MinClipping
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Limitatore Max/MinClipping
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Caratteristica Vout(Vin)
![Page 81: Elettronica I - Laboratorio Didattico · 2012. 5. 22. · Elettronica I - Laboratorio Didattico - Per ogni problema: Dispense del Laboratorio Tecnico di Laboratorio Docente/Tutor.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022071409/6102f00c9f5e3f08145a49d0/html5/thumbnails/81.jpg)
Aggancio del Massimo Clamping (uscita 5)
![Page 82: Elettronica I - Laboratorio Didattico · 2012. 5. 22. · Elettronica I - Laboratorio Didattico - Per ogni problema: Dispense del Laboratorio Tecnico di Laboratorio Docente/Tutor.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022071409/6102f00c9f5e3f08145a49d0/html5/thumbnails/82.jpg)
Aggancio del Massimo Clamping
![Page 83: Elettronica I - Laboratorio Didattico · 2012. 5. 22. · Elettronica I - Laboratorio Didattico - Per ogni problema: Dispense del Laboratorio Tecnico di Laboratorio Docente/Tutor.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022071409/6102f00c9f5e3f08145a49d0/html5/thumbnails/83.jpg)
Aggancio del Minimo Clamping (uscita 6)
![Page 84: Elettronica I - Laboratorio Didattico · 2012. 5. 22. · Elettronica I - Laboratorio Didattico - Per ogni problema: Dispense del Laboratorio Tecnico di Laboratorio Docente/Tutor.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022071409/6102f00c9f5e3f08145a49d0/html5/thumbnails/84.jpg)
Aggancio del Minimo Clamping
![Page 85: Elettronica I - Laboratorio Didattico · 2012. 5. 22. · Elettronica I - Laboratorio Didattico - Per ogni problema: Dispense del Laboratorio Tecnico di Laboratorio Docente/Tutor.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022071409/6102f00c9f5e3f08145a49d0/html5/thumbnails/85.jpg)
Polarizzazione e Parametri di Piccolo Segnale
rD Vγ
E < 0 V Diodo in Diretta
VI
E > 0 V Diodo in Inversa
VI
Ce
V
Vo
I
E
vs
RL2.2 kΩ
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Polarizzazione Diretta (E < 0V)
rDvs vo
RL2.2 kΩ
dIdV
rD = =nVT
I
rD
rD + RLvo = vs
-1
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Polarizzazione Inversa (E > 0V)
Cevsvo
RL2.2 kΩ
11 + jωCeRL
vo = vs
C0Ce =EVC
1 +½
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Polarizzazione Inversa (E > 0V)
![Page 89: Elettronica I - Laboratorio Didattico · 2012. 5. 22. · Elettronica I - Laboratorio Didattico - Per ogni problema: Dispense del Laboratorio Tecnico di Laboratorio Docente/Tutor.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022071409/6102f00c9f5e3f08145a49d0/html5/thumbnails/89.jpg)
Elettronica I- Quarta Esercitazione -
INVERTITORI REALIZZATI CON TRANSISTORI NMOS
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TRANSISTORE NMOS AD ARRICCHIMENTO (1)
![Page 91: Elettronica I - Laboratorio Didattico · 2012. 5. 22. · Elettronica I - Laboratorio Didattico - Per ogni problema: Dispense del Laboratorio Tecnico di Laboratorio Docente/Tutor.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022071409/6102f00c9f5e3f08145a49d0/html5/thumbnails/91.jpg)
TRANSISTORE NMOS AD ARRICCHIMENTO (2)
VGS varia da 0 a 5V (passo .5V)
Famiglia delle caratteristiche Id - Vds
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Invertitore NMOS con Carico ad Arricchimento (1)
![Page 93: Elettronica I - Laboratorio Didattico · 2012. 5. 22. · Elettronica I - Laboratorio Didattico - Per ogni problema: Dispense del Laboratorio Tecnico di Laboratorio Docente/Tutor.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022071409/6102f00c9f5e3f08145a49d0/html5/thumbnails/93.jpg)
Invertitore NMOS con Carico ad Arricchimento (2)
Caratteristica Vout - Vin
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Invertitore NMOS con Carico ad Arricchimento (3)
Risposta ad un ingresso ad onda quadra
Vout
Vin
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Invertitore NMOS con Carico ad Svuotamento (1)
![Page 96: Elettronica I - Laboratorio Didattico · 2012. 5. 22. · Elettronica I - Laboratorio Didattico - Per ogni problema: Dispense del Laboratorio Tecnico di Laboratorio Docente/Tutor.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022071409/6102f00c9f5e3f08145a49d0/html5/thumbnails/96.jpg)
Invertitore NMOS con Carico ad Svuotamento (2)
Caratteristica Vout - Vin
![Page 97: Elettronica I - Laboratorio Didattico · 2012. 5. 22. · Elettronica I - Laboratorio Didattico - Per ogni problema: Dispense del Laboratorio Tecnico di Laboratorio Docente/Tutor.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022071409/6102f00c9f5e3f08145a49d0/html5/thumbnails/97.jpg)
Invertitore NMOS con Carico a Svuotamento (3)
Vout Vin
Risposta ad un ingresso ad onda quadra
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Invertitore CMOS (VDD = 3V)
3V
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Risposta statica all’onda quadra(f = 1 kHz)
VDD
VDD
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CaratterizzazioneInvertitore CMOS
Misure sulla caratteristica Vout(Vin):• Tensioni di soglia dei MOSFET (VtN e VtP)• Tensione di soglia dell’invertitore (VTH)• Margini di rumore (VIL e VIH)• Guadagno G dell’invertitore usato come amplificatore
di tensione
Misure nel dominio del tempo:• Tensione di soglia dell’invertitore (VTH)• Risposta all’onda quadra con carico Capacitivo• Tempi di propagazione con carico Capacitivo• KP e KN (con carico Capacitivo)
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Stima di VTH: Vout = Vin = VTH
VTH VTH
VDD VDD
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Caratteristica Vout(Vin)
VtN VIL VIHVTH VDD - |VtP| VDD
VDD VOH
VOL
-1
-1
1
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Stima di VIL e VIH
VILVin
VIHVin
-Vou
t
-Vou
t
1 1
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Stima di G
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Risposta all’onda Quadra con carico Capacitivo (f = 10kHz)
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Stima di tr e tPLH (con C)
VDD
0.9VDD
0.1VDD
VTH
VDD
0.9VDD
0.1VDD
VTHtPLH
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Stima di tf e tPHL (con C)
VDD
0.9VDD
0.1VDD
VTH
VDD
0.9VDD
0.1VDD
VTHtPHL
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Stima di KN (con C)
KN ≈ -(VDD - VtN)2
C /ΔVo Δt
Vin
N
ICIN
+ VoC
Se Vo ≥ VDD - VtN N è in Saturazione:
IN = KN(VDD - VtN)2
dVo
dt IC = C
IN = - IC
Consideriamo trascurabile l’effetto Early
Vo(t) = VDD - / tINC
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Stima di KP (con C)
Vin
P
IC
IP
+
VoC
VDD
Se Vo ≤ |VtP| P è in Saturazione:
IP = KP(VDD - |VtP|)2
dVo
dt IC = C
IP = IC
Consideriamo trascurabile l’effetto Early
KP ≈(VDD - |VtP|)2
C /ΔVo Δt
Vo(t) = / tIPC