Elettronica(Teoria+Esercizi esame+Dimostrazione esame)

Appunti di elettronica

Introduzione ai sistemi elettronici

Un sistema elettronico è un insieme di più componenti base. La tecnologia dei circuiti integrati ha reso possibile la miniaturizzazione dei circuiti elettronici, permettendo di ottenere numerosi vantaggi: migliori prestazioni, maggiore affidabilità e minori costi di produzione.

Evoluzione della tecnologia dei chip di memoria

Aumento della densità di un chip di memoria in funzione del tempo (prima memoria da 1GB, primo memoria da 64 bit).

Aumento della complessità del microprocessore

Dimensione caratteristica dei chip

Dimensione caratteristica dei chip di memoria dinamica in funzione del tempo:

• 1950 → Componenti discreti 1-2
• 1990 → ULSI - Ultra Large Scale d.i. > 10⁹

Effetto Joule e problemi di dissipazione

Nel corso degli anni si è cercato di diminuire sempre di più le dimensioni dei vari dispositivi elettronici. Una volta ottenuta una riduzione della dimensione, ci si fermava. In conseguenza di schermi elettroforetici, il dispositivo genera colore (effetto Joule), questo colore viene dissipato dal dispositivo elevando l'equilibrio esterno. Più il dispositivo ha una superficie piccola, e più il calore può essere dissipato verso l'esterno. Per questo motivo vengono spesso aggiunte "alette" e ventole. Se non si trovasse soluzione a questo inconveniente, il calore creato dal passaggio della corrente fa il toccamento e la "fusione" del dispositivo che si disperdono fino a raggiungere la temperatura di fusione. Proprio per ovviare a questo problema, è stata introdotta la tecnologia CMOS che utilizza poca potenza.

Segnali e generatori di segnali

I segnali possono essere rappresentati da un generatore di tensione (rappresentazione di Thevenin) o da un generatore di corrente (rappresentazione di Norton). Un segnale elettrico arbitrario è rappresentato da una tensione V_s(t).

Segnali sinusoidali e onde quadre

Forma di onda sinusoidale:

V_a(t) = V_asin t

• V_a = valore di picco di V_a(t)
• V_rms = valore efficace di V_a(t)
• f = ¹/_T [Hz=1/s]

Segnale ad onda quadra e suo spettro in frequenza:

v(t) rappresentazione nel dominio del tempo

Serie di Fourier

v(t) = ^4V/_π sinωt + ⁴/₃ sin 3ωt + ⁴/₅ sin 5ωt + ⁴/₇ sin 7ωt + ...

V(jω) rappresentazione nel dominio delle frequenze.

Segnali analogici

Il segnale analogico è continuo. In tempo è definito per qualsiasi istante di tempo entro un certo intervallo. In ampiezza può assumere qualsiasi valore entro un certo intervallo. I parametri che definiscono un segnale analogico sono:

• Intervallo di ampiezza
• Valore max e min (dinamica)
• Continuità Dc
• Contenuto spettrale
• Autocorrelazione
• Livello di variabilità (rumore dello spettro)

Segnali digitali

Il segnale digitale è una sequenza di numeri. Segnale discreto "nel tempo": è definito solo per alcuni istanti di tempo entro un certo intervallo. Segnale discreto in "ampiezza": può assumere solo alcuni valori entro un certo intervallo.

Conversione analogica/digitale

• a) Segnale analogico
• b) Campionamento di un segnale analogico
• c) Segnale analogico campionato o segnale tempo-discreto
• d) Segnale analogico campionato e non di quantizzazione

Errori con rappresentazione digitale

Per ognuno dei codici rappresentabili, determiniamo l'errore della rappresentazione numerica:

Errore di quantizzazione E_q

• N bit = 2^N valori quindi
• E_q = 100/2^N ± ΔH
• 24 bit 16 E_q = 6,25%
• 8 bit 256 E_q = 0,4%
• 16 bit 65K E_q = 0,0015% 15 PPM
• 24 bit 16M E_q = 6·10^-10% 0,06 PPM

Richiami di teoria dei circuiti

Bipoli lineari: Nome Ideale Real