Elettronica - Appunti completi per l'esame: amplificatori operazionali, controreazione, diodi, MOSFET e logica CMOS

ELETTRONICA · DISPENSA PER L'ESAME ORALE

INGEGNERIA · CORSO DI ELETTRONICA

Elettronica

Dispensa completa per l'esame orale

Dalla teoria dei segnali alla logica CMOS:

derivazioni, figure e risposte pronte

6 19 22 30

moduli di teoria figure originali schede d'orale simulate domande più frequenti

Amplificatori · Controreazione · Amplificatori operazionali · Diodi e giunzione PN · Raddrizzatori · MOSFET · Piccoli

segnali · Specchi di corrente · Inverter e porte CMOS · Memorie

EDIZIONE 2026 · PRIMA EDIZIONE 1 ELETTRONICA · DISPENSA PER L'ESAME ORALE

Che cosa hai in mano

Questa dispensa copre l'intero programma di un corso semestrale di Elettronica e lo

riorganizza nell'ordine in cui conviene studiarlo, non in quello in cui viene spiegato. È scritta

per chi deve arrivare all'orale capendo, non ripetendo: ogni formula è accompagnata dalla

derivazione, dall'intuizione fisica e — soprattutto — dalle condizioni di validità, che è dove

si perdono i punti.

Sei moduli di teoria Diciannove figure originali

Fondamenti e risposta in frequenza · Tutti i disegni che vengono chiesti alla lavagna,

controreazione e op-amp · diodi e giunzione ridisegnati da zero con etichette complete:

PN · fisica del MOSFET · MOSFET amplificatore schemi, transcaratteristiche, diagrammi di

· elettronica digitale e memorie. Ogni Bode, profili di carica e di campo, forme

paragrafo segue sempre lo stesso schema: d'onda.

concetto, modello matematico, derivazione,

limiti di validità, collegamenti, errori da non

dire.

Simulatore d'orale Strumenti di ripasso

Ventidue schede con domanda d'apertura, Le 30 domande più frequenti, i 20 argomenti

risposta modello già formulata a voce, follow- insidiosi, un glossario tecnico, la checklist dei

up insidiosi, «cosa NON dire» e parole chiave disegni da saper fare a memoria e un

da pronunciare. formulario d'emergenza da ripassare l'ultima

ora.

Come leggerla

Se hai due settimane, segui il piano giorno per giorno del prossimo capitolo. Se ne hai tre giorni,

parti dalle 30 domande più frequenti, poi leggi solo i paragrafi richiamati fra parentesi e chiudi con

il simulatore d'orale. Se hai un'ora, vai direttamente all'Appendice A.

Il testo usa la notazione più diffusa nei corsi italiani; dove convivono due convenzioni (tipicamente K

contro k ′) la dispensa lo segnala esplicitamente, perché all'orale dichiarare la convenzione che si sta

n

usando è già mezzo punto guadagnato.

Elettronica — Dispensa completa per l'esame orale — Edizione 2026 · Prima edizione

Documento a uso di studio personale. Ne sono vietate la redistribuzione, la rivendita e la pubblicazione, integrale o parziale,

senza autorizzazione scritta. Le formule e i risultati sono stati verificati con cura; l'autore non risponde di eventuali errori residui

né dell'esito dell'esame. 2 ELETTRONICA · DISPENSA PER L'ESAME ORALE

Indice

Come usare questa dispensa Mappa del Corso

MODULO 1 — Fondamenti, Amplificatori e Risposta in Frequenza

1.1 Segnali e circuiti lineari 1.3 I quattro amplificatori ideali ed effetto di carico

1.2 Cos'è un amplificatore (e cosa non lo è) 1.4 Risposta in frequenza, reti STC, Bode, banda-

guadagno

MODULO 2 — Controreazione e Amplificatori Operazionali

2.1 Controreazione negativa: la formula e i 5 effetti 2.5 Integratore, Derivatore, Sommatore (impedenze

generiche)

2.2 Le quattro topologie di controreazione 2.6 Amplificatore Differenziale e per Strumentazione

2.3 Amplificatore Operazionale ideale e corto circuito

virtuale 2.7 Controreazione POSITIVA: Multivibratori

2.4 Configurazioni base 2.8 Non idealità dell'op-amp

MODULO 3 — Semiconduttori e Diodi

3.1 Semiconduttori e drogaggio 3.4 Il diodo: caratteristica e modelli

3.2 Correnti: drift e diffusione 3.5 Diodo Zener e regolatori

3.3 La giunzione PN 3.6 Raddrizzatori e filtro capacitivo

MODULO 4 — Il Transistor MOSFET: Fisica e Polarizzazione

4.1 Struttura MOS, canale, tensione di soglia 4.4 PMOS, CMOS, MOSFET a svuotamento

4.2 Le tre regioni di funzionamento e la corrente di 4.5 Effetto body

drain 4.6 Polarizzazione (punto di lavoro Q)

4.3 Modulazione della lunghezza di canale

MODULO 5 — Il MOSFET come Amplificatore (Piccoli Segnali)

5.1 Modello per piccoli segnali, gm​, r0​, condizione di 5.4 Drain Comune (CD, Source Follower)

piccolo segnale 5.5 Amplificatore NMOS con carico attivo (a

5.2 Source Comune (CS) — l'amplificatore base svuotamento / arricchimento)

5.3 Gate Comune (CG) 5.6 Specchio di corrente

MODULO 6 — Elettronica Digitale e Memorie

6.1 Logica binaria, livelli, margini di rumore 6.6 Porte logiche CMOS: NAND, NOR, dimensionamento

e area

6.2 Inverter NMOS (carico resistivo e a svuotamento) 6.7 Circuiti sequenziali

6.3 Inverter CMOS: VTC, simmetria 6.8 Decoder, EX-OR

6.4 Margini di rumore del CMOS 6.9 Memorie RAM e ROM

6.5 Potenza statica e dinamica, tempi di propagazione,

PDP 3 ELETTRONICA · DISPENSA PER L'ESAME ORALE

Simulatore Esame Orale

Le 30 domande più frequenti

Argomenti Insidiosi — Attenzione Particolare

Glossario Tecnico

Checklist — Disegni da Saper Fare a Memoria

Modulo 1 — Fondamenti e amplificatori Modulo 5 — MOS amplificatore

Modulo 2 — Controreazione e op-amp Modulo 6 — Digitale

Modulo 3 — Diodi Se hai pochissimo tempo: i 10 disegni "salvavita"

Modulo 4 — MOSFET (fisica)

Appendice A — Formulario d'emergenza

Amplificatori e risposta in frequenza Diodi e raddrizzatori

Controreazione MOSFET

Amplificatore operazionale Digitale CMOS

Schmitt e multivibratori

Appendice B — Le dieci trappole che fanno perdere punti

4 ELETTRONICA · DISPENSA PER L'ESAME ORALE

Come usare questa dispensa

Questa dispensa è pensata per portarti all'orale partendo da zero e con due settimane di tempo.

Ti spiega perché le cose funzionano, non solo come: all'orale l'esaminatore smonta in pochi secondi

chi ha imparato a memoria.

Struttura. Sei moduli, uno per ogni "blocco" del corso, nell'ordine logico di studio. Ogni sotto-

argomento ha sempre lo stesso schema:

Concetto — l'idea in parole tue.

Modello matematico — la formula con il significato di ogni termine.

Derivazione / intuizione fisica — da dove nasce.

Condizioni di validità — quando si applica e quando no (è qui che si guadagnano o si perdono

punti).

Connessioni — dove ricompare nel corso.

Errori da non dire — le trappole concettuali tipiche.

Come studiare (piano 14 giorni).

1. Giorni 1-2: Modulo 1 + 2 (amplificatori, op-amp). Sono il linguaggio di tutto.

2. Giorni 3-4: Modulo 3 (diodi).

3. Giorni 5-6: Modulo 4 (MOSFET fisica).

4. Giorni 7-8: Modulo 5 (MOSFET amplificatore). Argomento d'oro all'orale analogico.

5. Giorni 9-11: Modulo 6 (digitale). È la parte più chiesta: CMOS, margini, potenza, NAND/NOR.

6. Giorni 12-14: Simulatore Orale + le 30 domande + Argomenti insidiosi. Rispondi ad alta voce,

disegnando.

Regola d'oro per ogni risposta orale — è lo schema che gli esaminatori si aspettano:

1) Disegno 2) Ipotesi 3) Equazioni essenziali (2-3, non derivazioni infinite) 4)

→ → →

Interpretazione fisica 5) Limiti reali / confronto con il caso ideale.

→

Come funziona l'esame. Nella maggior parte dei corsi: scritto + orale, con l'orale che insiste sulla

metà del programma meno toccata dallo scritto (se lo scritto era analogico, l'orale sarà

prevalentemente digitale, e viceversa). Durata tipica dell'orale: un'ora abbondante. I multivibratori

sono a cavallo fra i due mondi: preparali comunque. Tieni pronti disegno +

transcaratteristica/andamento temporale per ogni circuito.

Mappa del Corso

L'elettronica di questo corso è un edificio a piani: ogni piano poggia sul precedente. Ecco le

dipendenze logiche e perché il programma è ordinato così.

5 ELETTRONICA · DISPENSA PER L'ESAME ORALE

MODULO 1 — Fondamenti

segnali e circuiti lineari · i quattro amplificatori ideali

effetto di carico · reti STC, Bode, banda-guadagno

il linguaggio: R , R , guadagno, banda

i o

MODULO 2 — Controreazione e op-amp

A = A/(1+βA) · le quattro topologie · corto virtuale

f

integratore, derivatore, sommatore · multivibratori

servono dispositivi reali che facciano «A»

MODULO 3 — Diodi MODULO 4 — MOSFET (fisica)

giunzione PN · Shockley · modelli a tratti struttura MOS · le tre regioni · λ · effetto body

Zener e regolatori · raddrizzatori e filtro polarizzazione e punto di lavoro Q

stessa fisica della regione svuotata

MODULO 5 — MOSFET amplificatore MODULO 6 — Elettronica digitale

piccoli segnali, g , r · CS / CG / CD inverter NMOS e CMOS · margini di rumore · potenza

m o

carico attivo · specchio di corrente ritardi · NAND/NOR · flip-flop · RAM e ROM

il MOS in SATURAZIONE il MOS come INTERRUTTORE

Figura 1 Come si incastrano i sei moduli. Ogni piano poggia sul precedente: il linguaggio del Modulo 1 serve per la

controreazione, che a sua volta ha bisogno dei dispositivi reali dei Moduli 3 e 4; lo stesso MOSFET diventa poi

amplificatore (Modulo 5) o interruttore (Modulo 6).

Le tre idee-ponte che attraversano tutto il corso:

1. Resistenza d'ingresso e d'uscita (Modulo 1) decidono tutto: quale amplificatore usare (M1),

come la controreazione le modifica (M2), perché l'invertente è una transresistenza e la non-

invertente un amplificatore di tensione (M2), quanto guadagno hai in un CS (M5).

2. La giunzione PN polarizzata inversamente (M3) è la stessa fisica della regione di

svuotamento del MOS (M4): cariche fisse, campo di barriera, niente corrente. Capita una volta,

vale due.

3. Lo stesso MOSFET fa due mestieri opposti: in saturazione è un amplificatore (M5,

generatore di corrente controllato da ); tra interdizione e triodo è un interruttore (M6, da

v GS ​

cui tutta la logica digitale). La caratteristica di trasferimento del Modulo 4 è il ponte tra i due.

Gli argomenti a più alta frequenza d'esame. Altissima frequenza: inverter CMOS (VTC, margini

di rumore, potenza statica/dinamica, simmetria, tempi di propagazione), NAND/NOR CMOS e

occupazione d'area, amplificatore NMOS con carico a svuotamento, integratore/derivatore,

Schmitt/astabile, MOS piccolo segnale, specchio di corrente, le 4 topologie di controreazione, corto

virtuale. 6 ELETTRONICA · DISPENSA PER L'ESAME ORALE

MODULO 1 — Fondamenti, Amplificatori e

Risposta in Frequenza

Obiettivo: padroneggiare il linguaggio ( , , guadagno, partitori, banda) con cui descriveremo

R R

i o

​ ​

tutto il resto.

1.1 Segnali e circuiti lineari

Concetto. L'elettronica elabora informazione trasportata da segnali elettrici , . Un

v(t) i(t)

trasduttore converte una grandezza fisica (suono, luce…) in segnale elettrico. Un segnale vive in

due domini equivalenti: tempo e frequenza (spettro). Per il teorema di Fourier ogni segnale è

v(t)

somma di sinusoidi: perciò se conosci la risposta del circuito a ogni sinusoide (la risposta in

frequenza), conosci la risposta a qualunque segnale.

Strumenti dei circuiti lineari da avere a memoria:

Legge di Ohm ; Kirchhoff: ai nodi (KCL), sulle maglie (KVL).

= = 0 = 0

∑ ∑

V RI I V

Thévenin/Norton: ogni rete lineare a due terminali = in serie a , oppure in parallelo a

V R I

th th N

​ ​ ​

, con , . = tensione a vuoto; = resistenza vista coi generatori

= =

R V R I R R V R

N th th N th N th th

​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​

indipendenti spenti (tensione→corto, corrente→aperto); = corrente di cortocircuito.

I

N ​

Elementi reattivi: condensatore , impedenza (in continua è un

= / = 1/(jωC)

i C dv dt Z

C C C

​ ​ ​

aperto, in alta frequenza un corto); induttore , (opposto). Costante di

= / =

v L di dt Z jωL

L L L

​ ​ ​

tempo (per RC) o (per RL). Continuità: e non possono variare

= =

τ RC τ L/R V I

C L

​ ​

istantaneamente.

Generatori controllati (i 4 modelli degli amplificatori): VCVS , CCCS ,

= =

V A V I A I

out in out in

​ ​ ​ ​

VCCS , CCVS .

= =

I G V V R I

out m in out m in

​ ​ ​ ​ ​ ​

1.2 Cos'è un amplificatore (e cosa non lo è)

Concetto. Un amplificatore aumenta l'ampiezza di un segnale rendendone l'uscita replica fedele

(lineare) dell'ingresso: , con = guadagno.

( = (

v t) A v t) A

0 i

​ ​

Punto cruciale (domanda da trappola). Un trasformatore alza la tensione: è un amplificatore?

No. Il trasformatore alza ma abbassa nella stessa proporzione: la potenza resta uguale.

V I

L'amplificatore aumenta la potenza: . L'energia in più viene dagli alimentatori in

= ⋅ > 1

A A A

p v i

​ ​ ​

continua: il segnale d'ingresso non fornisce energia, la controlla (come un rubinetto).

Guadagni: , , . Efficienza .

= /V = /I = /P = = /P

A V A I A P A A η P

0 0

v i i i p L i v i L dc

​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​

Saturazione. L'uscita è limitata dagli alimentatori: (tipico ). Oltre, l'uscita si

− +

< < ±V

L v L

0 CC

​ ​

"tappa": per restare lineari serve .

− +

/A < < /A

L v L

v i v

​ ​ ​

7 ELETTRONICA · DISPENSA PER L'ESAME ORALE

Polarizzazione e piccolo segnale. Si fissa un punto di lavoro Q applicando una continua e ci si

V I ​

sovrappone il segnale . Il guadagno di piccolo segnale è la pendenza locale della caratteristica

(

v t)

i ​

in Q: . Anche se la caratteristica globale è curva, localmente attorno a Q è lineare (se il

dV

= 0

A ​

v dV

​ ​ ​ ​

I Q

​

segnale è piccolo). Questa idea — linearizzare attorno a Q — ritorna identica per diodo (M3) e

MOS (M5).

1.3 I quattro amplificatori ideali ed effetto di carico

Concetto. Quattro tipi, secondo la natura di ingresso e uscita. Sono i quattro generatori controllati.

Tutti unidirezionali (segnale solo ingresso→uscita).

Tipo In Out Guadagno ideale ideale Unità

R R

i o

​ ​

Tensione V V adim.

∞ 0

A v0 ​

Corrente I I adim.

0 ∞

A is ​

Transconduttanza V I S = A/V

∞ ∞

G

m ​

Transresistenza I V Ω = V/A

0 0

R m ​

La logica fisica (memorizza questa, non la tabella):

guarda l'ingresso: se è una tensione non voglio assorbire corrente ; se è una

→ ∞

→

R R

i i

​ ​

corrente voglio raccoglierla tutta senza caduta .

→ 0

→ R i

guarda l'uscita: se l'uscita è una tensione stabile voglio un generatore di tensione ideale →

R o ​ ; se è una corrente stabile voglio un generatore di corrente ideale .

→ 0 → ∞

→

R R

o o

​ ​

Effetto di carico (amplificatore di tensione). Tra generatore e carico ci sono due partitori:

V R R

0 i L

= = ⋅ ⋅

​ ​ ​

A A

vs v0

+ +

​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​

V R R R R

s i s L o

​ ​ ​

partitore ingresso partitore uscita

Quindi . Per non perdere guadagno: (ingresso) e (uscita).

≤ ≤ ≫ ≪

A A A R R R R

vs v v0 i s o L

​ ​ ​ ​ ​ ​ ​

Tre guadagni da non confondere (errore tipico): = a circuito aperto (intrinseco); =

= /

A A V V

0

v0 v i

​ ​ ​ ​

con carico; = complessivo dal generatore.

= /

A V V

0

vs s

​ ​ ​

Buffer di tensione. , enorme, piccolissima. Non amplifica in tensione ma adatta le

= 1

A R R

v0 i o

​ ​ ​

impedenze: preleva da una sorgente ad alta senza caricarla e la passa a un carico a bassa

R R

s L

​

senza attenuarla. Esempio: , senza buffer perdi 4 ordini di grandezza; col

= 1 MΩ = 100 Ω →

R R

s L

​ ​

buffer . Amplifica in potenza.

≈

V V

0 s

​ ​ 8 ELETTRONICA · DISPENSA PER L'ESAME ORALE

amplificatore (modello a due porte)

R R

s o

R R

i L

v v

i o

+

v A v

s v0 i −

partitore d'ingresso partitore d'uscita

Figura 2 Modello a due porte dell'amplificatore di tensione. Il guadagno effettivo è quello intrinseco

A A

vs v0

​ ​

degradato da due partitori: quello d'ingresso ( con ) e quello d'uscita ( con ).

R R R R

s i o L

​ ​ ​ ​

1.4 Risposta in frequenza, reti STC, Bode, banda-guadagno

Concetto. Il guadagno dipende dalla frequenza: si descrive con la funzione di trasferimento

, numero complesso che dà rapporto di ampiezze (modulo) e sfasamento (fase).

(jω) = ∣T (ω)∣e jϕ(ω)

T

Banda passante. Intervallo dove il guadagno è ~ costante (= ). I limiti sono i punti a

[ω , ]

ω A

L H m

​ ​ ​

dal massimo, cioè dove il guadagno scende di . Perché dB? Perché lì la

1/ ≈

−3 dB 2 0.707 −3

​

potenza dimezza ( ): definizione fisica, non arbitraria.

2

0.707 = 0.5

Reti STC (single time constant) — il mattone: 1

RC passa-basso (