Transcript Complementi di Elettronica Analogica - DEE

Classe delle lauree magistrali in:
Corso di laurea in:
Anno accademico:
Ingegneria Elettronica (LM-29)
Ingegneria Elettronica
2014 - 2015
Tipo di attività
Ambito disciplinare:
Settore scientifico
CFU:
formativa:
disciplinare: Elettronica
Ingegneria Elettronica
6
Caratterizzante
(ING-INF/01)
Titolo
dell’insegnamento:
Codice
Tipo di insegnamento:
Anno:
Semestre:
“Complementi di
dell’insegnamento:
1: Obbligatorio
Primo
Secondo
2561
elettronica analogica”
(CDP)
DOCENTE:
Prof. Cristoforo Marzocca (PA)
ARTICOLAZIONE IN TIPOLOGIE DIDATTICHE:
Il corso comprende lezioni teoriche per 4 CFU (32 ore), esercitazioni numeriche per 1.5 CFU (12 ore), attività
di laboratorio per 0.5 CFU (4 ore).
PREREQUISITI:
Elettronica analogica di base, amplificatori operazionali e loro applicazioni fondamentali, elementi di Controlli
Automatici.
OBIETTIVI FORMATIVI:
Il modulo ha lo scopo di illustrare concetti, metodologie di analisi e progetto e configurazioni circuitali di largo
interesse nelle attuali applicazioni dell’elettronica analogica, in modo da completare la preparazione acquisita
nei corsi della laurea triennale.
CONTENUTI:
1. Circuiti retroazionati: analisi dei circuiti retroazionati con metodologie alternative, rapporto di ritorno,
formula del guadagno asintotico (Rosenstark), formula di Bode, calcolo delle impedenze ai terminali con
la formula di Blackman.
2. Complementi di stabilità e metodi di compensazione per amplificatori operazionali reali: circuiti a due poli
dominanti, relazioni tra prodotto guadagno-larghezza di banda e frequenza a guadagno unitario, relazioni
tra margine di fase, Q dei poli in anello chiuso, overshoot e settling time della risposta al gradino. Metodi
di compensazione degli effetti dei carici capacitivi e delle capacità parassite ai terminali di un OPAMP:
compensazione “out-of-the-loop” e “in-the-loop”, gain compensation, lead compensation, lead-lag
compensation.
3. Oscillatori lineari e criteri per la stabilità della frequenza di oscillazione. Oscillatore a sfasamento, di
Bubba, a ponte di Wien, LC, a tre punti, a resistenza negativa, stabilizzazione della frequenza di
oscillazione con quarzo. Limitazione e controllo dell’ampiezza delle oscillazioni. Oscillatori non lineari:
richiami sul trigger di Schmitt, OPAMP clock, oscillatore a onda triangolare e limitatori dell’ampiezza delle
oscillazioni. Circuiti monostabili, oscillatori ad anello.
4. Filtri attivi tempo-continui: principali specifiche dei vari tipi di filtri, approccio alla sintesi, trasformazioni da
passa-basso ad altri tipi di risposta. Filtri biquadratici e differenti approcci circuitali: Sallen-Key, MFB, filtri
universali, filtri Tow-Thomas.
5. Anelli ad aggancio di fase (PLL): principio di funzionamento, principali architetture e configurazioni,
blocchi base fondamentali: phase detector, VCO, loop filter. Phase-frequency detector, charge pump
PLL.
METODI DI INSEGNAMENTO:
Lezioni ed esercitazioni numeriche in aula impartite alla lavagna con metodo tradizionale, lavoro di gruppo in
laboratorio. Tutoraggio in forma di assistenza individuale.
CONOSCENZE E ABILITÀ ATTESE:
Conoscenza di metodi efficienti di analisi e sintesi di circuiti retroazionati.
Conoscenza delle problematiche associate alla stabilità di circuiti realizzati con amplificatori operazionali e
dei principali metodi utilizzati per la compensazione.
Capacità di analisi e progetto di oscillatori lineari e non lineari.
Capacità di analisi e progetto di filtri attivi basati su amplificatori operazionali.
Conoscenze di base degli anelli ad aggancio di fase.
SUPPORTI ALLA DIDATTICA:
PC, software di simulazione Orcad-PSPICE, postazioni di laboratorio di elettronica con strumentazione di
base, appunti dalle lezioni, avvisi e materiale vario dal sito FTP: http://ftp-dee.poliba.it:8000/Marzocca.
CONTROLLO DELL’APPRENDIMENTO E MODALITÀ D’ESAME:
Esame orale, 2 esoneri scritti, uno a metà, l’altro a fine corso.
TESTI DI RIFERIMENTO PRINCIPALI:
1) P. Gray, P. Hurst, S. Lewis, R. Meyer: “Analysis and Design of Analog Integrated Circuits” John Wiley &
Sons, 2001.
2) A.S. Sedra, K.C. Smith “Microelectronic Circuits”. Oxford University Press, 2010.
3) Appunti del corso e altro materiale indicato durante il corso
ULTERIORI TESTI SUGGERITI:
1) B. Razavi “Design of Analog CMOS Integrated Circuits”. Mac Graw Hill, 2001.
2) S. Franco “Design with Operational Amplifiers and Analog Integrated Circuits”. Mac Graw Hill, 2002.
3) B. Razavi “RF Microelectronics”. Mac Graw Hill. 2001.
ALTRE INFORMAZIONI:
Dipartimento di Ingegneria Elettrica e dell'Informazione, Politecnico di Bari (http://dee.poliba.it)
Stanza docente 2° piano del Dipartimento, tel. 0805963638 (int 3638), e-mail: marzocca@ poliba.it.
Master Degree class:
Electronic Engineering
Second level (two years)
degree:
Electronic Engineering
Scientific Discipline Sector:
Electronics
Academic year:
2014 - 2015
Type of course
Disciplinary area:
ECTS Credits:
Characterizing
Electronic Engineering
6
Title of the course:
Code:
Type of course:
Year:
Semester:
Advanced Topics in
st
nd
2561
Compulsory
1 year
2
Analog Electronics
LECTURER:
Prof. Cristoforo Marzocca (Associate Professor)
HOURS OF INSTRUCTION:
Total number of hours: 48. Theory: 32 hours. Numerical applications: 12 hours. Laboratory activity: 4 hours.
PREREQUISITES:
Basic electronics, operational amplifiers, fundamentals of control system theory.
AIMS:
The course aims to provide the students with the expertise needed to complete the electronics background
acquired in the courses of the first level degree. Reference circuit solutions for practical applications and
issues raised by modern technologies are presented and discussed, along with powerful analysis
methodologies.
CONTENTS:
1. Feedback circuits: analysis of feedback circuits with alternative methods, return ratio, asymptotic gain
formula (Rosenstark's formula), Bode's formula, evaluation of terminal impedances with the Blackman's
formula.
2. Advanced topics on stability and compensation methods for operational amplifiers: circuits with two
dominant poles, relationship between gain-bandwidth product and unity gain frequency, correlation
between phase margin, Q factor of the closed loop poles, overshoot and settling time of the step
response. Compensation methods for capacitive loads and OPAMP input parasitic capacitances: out-ofthe-loop and “in-the-loop” methods, gain compensation, lead compensation, lead-lag compensation.
3. Linear oscillators and stability of the oscillation frequency. Phase-shift, Bubba, Wien bridge, LC, threepoint, negative-resistance oscillators, quartz oscillators. Limitation and control of the oscillation
amplitude. Non linear oscillators: Schmitt trigger recall, OPAMP clock, triangle-wave oscillator and
amplitude limiters. Monostable circuits and ring oscillators.
4. Continuous time active filters: main specifications for the different filter types, synthesis methods,
frequency transformations. Biquad filters and different circuit implementations: Sallen-Key, MFB, KHN,
Tow-Thomas.
5. Phase locked loops (PLL): operation principles, main architectures and configurations, basic building
blocks: phase detector, VCO, loop filter. Phase-frequency detector, charge pump PLL.
TEACHING METHODS:
Lectures and numerical examples given at the blackboard. Laboratory team-works.. Personalized feedback
and coaching to improve every aspect of the student work.
EXPECTED OUTCOME AND SKILLS:
Knowledge of effective analysis and synthesis of feedback amplifiers.
Knowledge of the main issues associated with the stability of OPAMP circuits and main compensation
methods. Analysis and design skills for linear and non linear oscillators.
Analysis and design skills for active filters OPAMP based. Basic knowledge of the phase locked loop.
TEACHING AIDS:
PC, simulation software Orcad-PSPICE, lab. workbenches with basic electronic instrumentation, lecture
notes, exam calendar and educational support at FTP site: http://ftp-dee.poliba.it:8000/Marzocca.
EXAMINATION METHOD:
Oral exam, two mid-term written tests.
BIBLIOGRAPHY:
1) P. Gray, P. Hurst, S. Lewis, R. Meyer: “Analysis and Design of Analog Integrated Circuits” John Wiley &
Sons, 2001
2) A.S. Sedra, K.C. Smith “Microelectronic Circuits”. Oxford University Press, 2010.
3) Written records form the lectures
FURTHER BIBLIOGRAPHY:
1) B. Razavi “Design of Analog CMOS Integrated Circuits”. Mac Graw Hill, 2001.
2) S. Franco “Design with Operational Amplifiers and Analog Integrated Circuits”. Mac Graw Hill, 2002.
3) B. Razavi “RF Microelectronics”. Mac Graw Hill. 2001.
FURTHER INFORMATIONS:
Department of Electrical and Information Engineering, Politecnico di Bari (http://dee.poliba.it)
Lecturer room at 2th floor, phone 0805963638 (int. 3638), e-mail: marzocca@ poliba.it.