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Circuiti per la
Microelettronica
Adel S. Sedra
UNIVERSITÀ DI TORONTO
Kenneth C. Smith
UNIVERSITÀ DI TORONTO
EDIZIONE ITALIANA A CURA:
Aldo Ferrari
UNIVERSITÀ DI ROMA "LA SAPIENZA"
RISTAMPA 1996 RIVEDUTA E CORRETTA
EDIZIONI
•.• INGEGNERIA-2000
Oligrone
·ROMA
Indice Condensato
Prefazione
CAPITOLO 1 Introduzione all'elettronica l
PARTE I COMPONENTI E CIRCUITI FONDAMENTALI 46
CAPITOLOZ Amplificatori operazionali 48
CAPITOLO3 Diodi 116
CAPITOLO4 Transistor Bipolari a Giunzione (BJT) 191
CAPITOLO5 Transistor ad Effetto di Campo (FET) 298
PARTE II CIRCUID ANALOGICI 404
CAPITOLO6 Amplificatori differenziali e multistadlo 407
CAPITOLO7 Risposta in frequenr.a 488
CAPITOLO8 La Controreazione 570
CAPITOLO9 Stadi d'uscita ed amplificatori di potenza 646
CAPITOLO IO Circuiti integrati analogici 698
CAPiTOWll Filtri ed amplificatori accordati 762
CAPITOLO12 Generatori di segnale e generatori di forme d'onda 841
PARTE III CIRCUITI DIGITALI. 904
CAPITOLO 13 Circuiti digitali MOS 906
CAPITOLO 14 Circuiti digitali bipolari 989
APPENDICI
A Tecnologia di fabbricazione dei circuiti _integrati A-1
B Parametri delle reti due porte B-1
C Strumenti di calcolo per il progetto di circuiti elettronici C-1
D Teoremi utili sui circuiti D-1
E Circuiti a singola costante di tempo E-1
F Valori standard di resistenza F-1
G Risposte a problemi selezionati G-1
I Indice analitico 1-1
Indice Dettagliato
··1
CAPITOLO l",.,, INTRODUZIONE ALL'ELETTRONICA l
Introduzione J
l. 1 Segnali 2
1.2 Spettro di frequenza di un segnale 3
1.3 Segnali analogici e digitali 6
I A Amplificatori 8
L5 Modelli circuitali per gli amplifo;atori I 8
I 6 Risposta in frequenza degli amplificatori 29
Riepilogo 39
Bihliografia 40
Problemi 40
CAPITOL02 AMPLLFICA'tORI. OPERAZIO'.'i'ALI 48
Introduzione 48
2.1 I terminali dell'amplificatore operazionale 49
2 .2 L'amplificatore operazionale ideale 50
2.3 Analisi dei circuiti realizzati con amplificatori operazionali ideali -
Configurazione invertente 51
2.4 Altre applicazioni della configurazione invertente .59
2.5 Configurazione non invertente 64
2.6 Esempi di circuiti con amplificatori operazionali 67
2. 7 Amplificatori operazionali non ideali 76
2.8 Slrutlura interna degli amplificatori operazionali integrati 82
2.9 Funzionamento per grandi segnali degli amplificatori operazionali 86
2. IO Reiezione di modo comune 90
2.11 Resistenze di ingresso e di uscita 92
2.12 Problemi in continua 96
Sommario 103
Bibliografia 104
Problemi 104
CAPJTOL03 I DIODI 116
Introduzione J 16
3.1 Il diodo ideale 117
3.2 Caratteristiche i-v dei diodi a giunzione 123
3.3 Analisi dei circuiti realizzati con diodi 130
3.4 Modello del diodo per piccoli segnali e relative applicazioni 136
3.5 Funzionamento nella regione di hreakdown - Diodi Zencr 144
3.6 Circuiti raddrizzatori J5 1
3.7 Circuiti limitatori e circuiti di aggancio 163
3.8 Fisica ciel funzionamento dei diodi -Concetti di base sui semiconduttori 169
3.9 La giunzione Jm in condi1.ioni di drcuito aperto /72
3.1 O La giunzione pn in condizioni dì polarizzazione inversa J 75
3.11 La giunzione fm nella regione di breakdown 177
3.12 La giunzione pn in condizioni di polarizzazione diretta / 78
Sommario 181
Bibliografia 182
Problemi 182
.·f !
t.
CAPITOL04 I TRANSISTOR BI.POLARI A GIUNZIONE (BJT) 191 ~-
Introdu1.ione 191
4. I Struttura fisica e modi di fun1.ionamento 192
4.2 Funzionamento del transistor npn in zona attiva 193
4.3 li transistor pnp 2()()
4.4 Simboli circuitali e convenzioni 202
4.5 Rappresentazione grafica delle caratteristiche del transistor 206
4.6 Analisi in continua dei cin:uiti a transistor 209
4.7 Il transistor come amplificatore 220
4.8 Circuiti equivalenti per piccoli segnali 226
4.9 Analisi grafica. 238
4.10 Polarizzazione del BIT per il progetto di circuiti a componenti discreti 241
4.11 Configurazioni fondamentali degli amplificatori monostadio a BIT 246
4.12 li transistor come interruttore -Interdi1.ione e satura:lione 265
4.13 Caratteristiche statiche complete ed effetti del secondo ordine 276
Sommario 282
Bìbliogrnfia 282
Problemi 283 .......
..,
CAPITOLOS TRANSISTOR AD EFFETTO DI CAMPO (FET) 298
Introduzione 298
5. t Struttura e principio di funzionamento del MOSFET ad arricchimento '199
5.2 Caratteristiche corrente-tensione del MOSFET ad arricchimento 107
5.3 MOSFET a svuotamento 317
5.4 Transistor a giunzione ad effetto di campo Jl·ET 322
5.5 funzionamento in continua dei circuiti a Fr..1 328
5.6 li FET come amplificatore 337
5.7 Polarinazione del FET nei circuiti a componenti discreti 349
5.8 Configurazioni fondamentali degli amplificatori monostadio a FET 354
5.9 Amplificatori integrati in tecnologia MOS 361
5.10 Interruttori realinati con FET 379
5.11 Componenti in Arseniuro di Gallio ( Ga As ). Il MESFET 384
Sommario 390
Bibliografia 391
Problemi 391
CAPITOL06 AMPLIHCATORI DIFFERENZIALI E MULTISTADIO 407
Introduzione 407
6.1 Coppia differenziale a BJT 408
6.2 Funzionamento per piccoli segnali dell'amplificatore differenziale a
BJT 412
6.3 Altre caratteristiche non ideali dell'amplificatore differenziale 423
6.4 Polarizzazione nei circuiti integrati a BIT 427
6.5 Amplificatore differenziale a BJT con carico attivo 440
6.6 Coppia differenziale a JFET 444
6.7 Amplificatoò differenziali in tecnologia MOS 447
6.8 Amplificatori BiCMOS 456
6.9 Amplificatori in GaAs 461
6.10 Amplificatori multistadio 470
Sommario 475
Bibliografia 476
Problenù 476
CAPITOL07 RISPOSTA IN FREQUENZA 488
Introduzione 488
7 .1 Analisi nel donùnio dì Laplace 489
7.2 La funzione di trasferimento di un amplificatore 495
7.3 Risposta in bassa frequenza del l'amplificatore a source comune 505
7.4 Risposta in alta frequenza dell'amplificatore a source comune 510
7.5 Modello ibrido a 1t del BJT 520
7.6 Risposta in frequenza dell'amplificatore a emettitore comune 528
7.7 Le configurazioni a base comune, agate comune e cascode 530
7.8 Risposta in frequenza dell'inseguitore di emettitore e dell'inseguitore di
sourcc 537
7.9 Cascata di un collettore comune e dì un emettitore comune 540
7 .1 O Risposta in frequenza dcli' amplificatore differenziale 545
7 .11 I ,a coppia differenziale come amplificatore a larga banda -La configu
razione collettore comune-base comune 553
Sommario 556
Bibliografia 557 ·r
Problemi 557
CAP1TOLO8 LA CONTROREAZIONE 570
,.,- .
Introduzione 570
8.1 Struttura generale della controreazione 57l
8.2 Alcune proprietà della controreazione negativa 573
8.3 I quattro tipi fondamentali di controreazione 577
8.4 Amplificatore con controreazione serie-parallelo 581
8.S Amplificatore con controreazione serie-serie 590
8.6 Amplificatori con contn,reazione parallclo-paralle!o e parallelo-serie 59R
8.7 Calcolo del guadagno di anello 609
8.8 li problema della stabilità 613
8.9 Effetto della controreazione sui poli di un amplìficatorc 616
8.10 Studio della stabilità mediante i diagrammi di Bode 625
8.11 Compcnsa1.ione di frequenza 62 9
Sommario 635
Bibliografia 636
Problemi 636
CAPITOLO9 STADI D'USCITA ED AMPLIFICATORI DI POTENZA
lnt.oduzione 64-6
9.1 Classificazione degli stadi d'uscita 647
9.2 Stadio d'uscita in classe A 648
9.3 Stadio d'uscita in classe H 653
9.4 Stadio d'uscita in classe AH 659
9.5 Polarizzazione del circuito in classe AB 662
9.6 BJT di potenza 667
9.7 Varianti della configurazione in classe AB 674
9.8 Amplificarori integrati di potenza 678
9.9 MOSFET di potenza 685
Sommario 690
Bibliografia 691
Problemi 69J
CAPITOLO 10 CIRCUITI INTEGRATI ANALOGICI 698
Introduzione 698
IO. I Amplificatore operazionale 741 699
10.2 Analisi in continua del 74 1 703
10.3 Analisi per piccoli segnali dello stadio d'ingresso del 741 709
10.4 Analisi per piccoli segnali del secondo stadio del 741 715
10.5 Analisidellostadiod'usdtadcl 741 717
I 0.6 Guadagno e risposta in frequenza del 741 722
10.7 Amplificatori operazionali CMOS 727
t 0.8 Configurazioni alternative per amplificatori operazionali nelle tecno-
logie CMOS e RiCMOS 734
10.9 Convertitori - Introduzione 738
IO.IO Convertitori DIA 743
10.ll ConvertitoriA/D 747
Sommario 753
Bibliografia 754
Problemi 755
''-
CAPITOLO 11 F".lLT RI ED AMPLIFICA TORI ACCORDATI 762 i ',i'
Introduzione 762
1 J. l Trasmissione, tipi e specifiche dei filtri 763
I J .2 [-unzione di trasferimento del filtro 767
11.3 Filtri di Butterworth e di Chebyshev 770
11.4 (·unzioni di filtro del primo e del secondo ordine 778
11.5 Risonatore LCR del secondo ordine 786
11.6 Filtri attivi del secondo ordine basati suita sostituzione dell'induttore 792
11.7 Filtri attivi del secondo ordine basati sulla topologia two--integmtor-loop 800
11.8 Fìltri atti vi biquadratici ad amplificatOre singolo 806
J l.9 Sensibilità 814
11.1 O Filtri a capacità commutate 816
11.11 Amplificatori accordati 822
Sommario 833
Bibliografia 834
Problemi 835
CAPITOU) 12 GENERATORI DI SEG:'\ALE E GENERATORI DI !<'ORME D'Ol'll'DA 841
Introduzione 84J
12. l Principi di base degli oscillatori sinusoidali 842
12.2 Oscillatori KC con amplificatore operazionale 847
12.3 Oscillatori LC ed a cristallo 85 5
12 .4 Multi vìbratori bistabili 861
12.5 Generazione di forme d'onda quadrate e triangolari mediante mult.i-
vibn1tori astabili 869
I 2.6 Generazione di un impulso standardizzato -Multivihratore monostabile 873
12.7 Timer integrati 875
12.8 fonnatori d'onda non lineari 880
12.9 Rettificatori 'di precisione 884
Sommario 892
Bibliografia 893
Problemi 893
CAPITOLO 13 CIRCUITI DIGITALI MOS 906
Introduzione 906
13.1 Circuiti logici -concetti fondamentali 907
13.2 Invertitore NMOS con carico ad arricchimento 916
13.3 Invertitore NMOS con carico a svuotamento 923
13.4 Circuiti logici NMOS 928
13.5 Invertitore CMOS 930
13.6 Porte logiche CMOS 938
13.7 Latch e flip-flop 944
13.8 Multivibratori 950
13.9 Memorie ad accesso casuale (RAM) 956
13.10 Memorie di sola lettura (ROM) 965
13.11 Circuiti digitali in Arseniuro di Gallio 970
Sommario 979
Bibliografia 980
Problemi 980
CAPITOLO 14 CIRCUITI DIGITALI BIPOLARI 989
Introduzione 989
14.1 Il BJT come elemento di un circuito digitale 990
14.2 Primi circuiti digitali a BJT 999
14.3 Transistor-Transistor Logie (TTL o T2L) 1003
14.4 Caratteristiche della TTL standard 1016
14.5 Famiglie TTL con prestazioni migliorate 1023
14.6 Emitter Coupled Logie (ECL) 1030
14.7 Circuiti digitali BiCMOS 1045
Sommario 1047
Bibliografia 1048
Problemi 1049
APPENDICI
A TECNOLOGIA DI FABBRICAZIONE DEI CIRCUITI
INTEGRATI
B PARAMETRI DELLE RETI DUE PORTE
C STRUMENTI DI CALCOLO PER IL PROGETTO DI CIRCUITI
ELETTRONICI
D TEOREMI UTILI SUI CIRCUITI
E CIRCUITI A SINGOLA COSTANTE DI TEMPO
F VALORI STANDARD DI RESISTENZA
G RISPOSTE A PROBLEMI SELEZIONAT I
I INDICE ANALITICO
