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Attività Sperimentale 2007 Elettronica Simulazione elettronica analogica e digitale con SPICE e progettazione di un layout.

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Presentazione sul tema: "Attività Sperimentale 2007 Elettronica Simulazione elettronica analogica e digitale con SPICE e progettazione di un layout."— Transcript della presentazione:

1 Attività Sperimentale 2007 Elettronica Simulazione elettronica analogica e digitale con SPICE e progettazione di un layout

2 Studenti Partecipanti allo stages: ACATRINEI Razvan ACATRINEI Razvan CAMPISANO Stefano CAMPISANO Stefano CARRARINI Mauro CARRARINI Mauro COCULO Matteo COCULO Matteo CRISMARU Alexandru CRISMARU Alexandru FIGARA Matteo FIGARA Matteo GIGI Emanuele GIGI Emanuele GIORGI Francesco GIORGI Francesco MASSARO Davide MASSARO Davide MATTEI Daniele MATTEI Daniele NOTO LA FAVIA Dario NOTO LA FAVIA Dario NUCCIARELLI Flavio NUCCIARELLI Flavio PAGNOTTA Andrea PAGNOTTA Andrea PALITTI Mirko PALITTI Mirko PERETTI Alessandro PERETTI Alessandro RAICA Catalina Mihaela RAICA Catalina Mihaela RUGGER Luca RUGGER Luca SPINETTI Alessandro SPINETTI Alessandro TRINGHIERI Luigi TRINGHIERI Luigi VITTORI Marco VITTORI Marco

3 Indice Fasori Fasori Caratteristiche generali del simulatore Caratteristiche generali del simulatore Tipologie di analisi possibili con Spice: Tipologie di analisi possibili con Spice: DC Operating Point DC Operating Point AC Analysis AC Analysis Transient Analysis Transient Analysis Temperature Sweep Temperature Sweep DC Sweep DC Sweep Progetti sviluppati con il simulatore: Progetti sviluppati con il simulatore: Analisi di un Trasformatore Analisi di un Trasformatore Curve caratteristiche del diodo e del transistor Curve caratteristiche del diodo e del transistor Andamento del Beta Andamento del Beta Analisi del Filtro RC - CR Analisi del Filtro RC - CR Analisi del Circuito Risonante RLC Analisi del Circuito Risonante RLC Progettazione di un Alimentatore Stabilizzato Progettazione di un Alimentatore Stabilizzato Progetto finale: Progetto finale: Preamplificatore a transimpedenza con correzione DC Preamplificatore a transimpedenza con correzione DC

4 Metodo Simbolico: Regime permanente sinusoidale Se ad una rete elettrica, qualunque essa sia, viene applicato un segnale sinusoidale con pulsazione, il segnale duscita dopo un periodo transitorio sarà anchesso un segnale sinusoidale con pulsazione. Se ad una rete elettrica, qualunque essa sia, viene applicato un segnale sinusoidale con pulsazione, il segnale duscita dopo un periodo transitorio sarà anchesso un segnale sinusoidale con pulsazione. Rete elettrica VinVout Vi*cos( *t)Vo*cos( *t- ) ++ --

5 Regime permanente sinusoidale In altri termini, lanalisi della rete elettrica può essere semplificata, passando dal dominio del tempo a quello dei fasori. In altri termini, lanalisi della rete elettrica può essere semplificata, passando dal dominio del tempo a quello dei fasori. I fasori spostano lanalisi dal campo reale a quello complesso. I fasori spostano lanalisi dal campo reale a quello complesso. Il termine che contiene cos( *t) viene ridotto considerando solo modulo e fase. Il termine che contiene cos( *t) viene ridotto considerando solo modulo e fase. Vi* cos( *t) Vi Vo*cos( *t- ) Vo*exp(-j )

6 Regime permanente sinusoidale I fasori si rappresentano nel campo complesso (spazio a due dimensioni) I fasori si rappresentano nel campo complesso (spazio a due dimensioni) Parte reale Parte immaginaria Vi Vo*exp(-j )

7 Impedenze Nel dominio dei fasori R, 1/j C e j L prendono il nome di impedenze. Una generica impedenza si indica con il simbolo Z. Nel dominio dei fasori R, 1/j C e j L prendono il nome di impedenze. Una generica impedenza si indica con il simbolo Z. Limpedenza è molto simile alla resistenza nel dominio del tempo poichè esprime il rapporto tra tensione e corrente. Limpedenza è molto simile alla resistenza nel dominio del tempo poichè esprime il rapporto tra tensione e corrente. In caso di più componenti è possibile calcolare il valore dellimpedenza equivalente. In caso di più componenti è possibile calcolare il valore dellimpedenza equivalente.

8 Impedenze Impedenza serie Impedenza serie Zeq = R + 1/j C Zeq = R + 1/j C R 1/j C

9 Impedenze Impedenza parallelo Impedenza parallelo Zeq = (1/R + j C) -1 Zeq = (1/R + j C) -1 R 1/j C

10 Impedenze Si possono applicare anche teoremi importanti come il teorema di Thevenin e il teorema di Norton. Si possono applicare anche teoremi importanti come il teorema di Thevenin e il teorema di Norton. Z1Z2 Z3 V Z eq V eq

11 Impedenze La rappresentazione delle impedenze sul piano complesso diventa La rappresentazione delle impedenze sul piano complesso diventa Parte immaginaria R 1/j C j L Parte reale

12 Caratteristiche generali del simulatore I programmi di simulazione circuitale costituiscono uno strumento di estrema utilità per chi si occupa di progettazione di circuiti elettronici I programmi di simulazione circuitale costituiscono uno strumento di estrema utilità per chi si occupa di progettazione di circuiti elettronici Essi rendendo semplici le verifiche funzionali di un progetto Essi rendendo semplici le verifiche funzionali di un progetto Il simulatore SPICE Simulation program With Integrated circuit Emphasis è utilizzato universalmente per la simulazione di circuiti elettronici analogici e digitali Il simulatore SPICE Simulation program With Integrated circuit Emphasis è utilizzato universalmente per la simulazione di circuiti elettronici analogici e digitali

13 DC Operating Point Questo tipo di analisi definisce il punto di lavoro in regime continuo di un circuito elettrico Questo tipo di analisi definisce il punto di lavoro in regime continuo di un circuito elettrico È usata per determinare le condizioni di È usata per determinare le condizioni di lavoro di uno o più dispositivi elettronici Per osservare le funzioni di trasferimento dei elementi non lineari (es: diodi, transistor, MOS). Per osservare le funzioni di trasferimento dei elementi non lineari (es: diodi, transistor, MOS). Per determinare le condizioni iniziali degli elementi reattivi nel dominio del tempo Per determinare le condizioni iniziali degli elementi reattivi nel dominio del tempo

14 DC Operating Point

15 AC Analysis Questo tipo di analisi, elabora la risposta in frequenza di un circuito elettrico, costituiti da elementi lineari (es: resistenza, induttanza, capacità, trasformatore, generatore di tensione e di corrente) Questo tipo di analisi, elabora la risposta in frequenza di un circuito elettrico, costituiti da elementi lineari (es: resistenza, induttanza, capacità, trasformatore, generatore di tensione e di corrente) Esso ipotizza le sorgenti del segnale sinusoidale la cui frequenza è la variabile indipendente Esso ipotizza le sorgenti del segnale sinusoidale la cui frequenza è la variabile indipendente

16 AC Analysis

17 Transient Analysis Questa analisi elabora la risposta nel dominio del tempo, essendo una variabile indipendente, di un circuito elettrico Questa analisi elabora la risposta nel dominio del tempo, essendo una variabile indipendente, di un circuito elettrico Lanalisi del transitorio permette di valutare il comportamento di una circuito elettrico, come lo si farebbe con uno oscilloscopio su un realistico circuito Lanalisi del transitorio permette di valutare il comportamento di una circuito elettrico, come lo si farebbe con uno oscilloscopio su un realistico circuito

18 Transient Analysis

19 Temperature Sweep Questa analisi ha come parametro variabile la temperatura a cui si trova il circuito Questa analisi ha come parametro variabile la temperatura a cui si trova il circuito Per ciò che riguarda i modelli di molti comportamenti, si riproducono diversi fenomeni legati alla temperatura Per ciò che riguarda i modelli di molti comportamenti, si riproducono diversi fenomeni legati alla temperatura

20 Temperature Sweep (Curve caratteristiche del diodo)

21 DC Sweep Questo tipo di analisi, esegue ripetute interazioni DC (corrente continua) sequenziali, considerando in ciascuna un valore per una o più sorgenti DC presenti nel circuito elettrico Questo tipo di analisi, esegue ripetute interazioni DC (corrente continua) sequenziali, considerando in ciascuna un valore per una o più sorgenti DC presenti nel circuito elettrico Permette di tracciare le funzioni di trasferimento in DC di un dispositivo attivo Permette di tracciare le funzioni di trasferimento in DC di un dispositivo attivo

22 DC Sweep

23 Analisi di un Trasformatore Studio e simulazioni di accoppiamento tra induttori Studio e simulazioni di accoppiamento tra induttori Misura di una induttanza Misura di una induttanza Studio della curva di Isteresi che rappresenta il campo magnetico e la permeabilità magnetica Studio della curva di Isteresi che rappresenta il campo magnetico e la permeabilità magnetica

24 Analisi di un Trasformatore

25 Andamento del Beta Si è studiata la configurazione del BJT in funzione della corrente di polarizzazione; Si è studiata la configurazione del BJT in funzione della corrente di polarizzazione; Studio e dimostrazione del Beta di un BJT; Studio e dimostrazione del Beta di un BJT; Calcolo e verifica, per mezzo delle simulazioni con Spice, della polarizzazione con dispositivi a semiconduttore, tramite lo studio del gm = ΔIc/Kt. Calcolo e verifica, per mezzo delle simulazioni con Spice, della polarizzazione con dispositivi a semiconduttore, tramite lo studio del gm = ΔIc/Kt.

26 Andamento del Beta

27 Analisi del Circuito Risonante RLC Studio della variazione d impedenza in funzione della frequenza Studio della variazione d impedenza in funzione della frequenza Simulazioni del modulo e della fase Simulazioni del modulo e della fase Definizione di Banda passante (frequenza di taglio) Definizione di Banda passante (frequenza di taglio) Analisi comportamentale in risonanza Analisi comportamentale in risonanza

28 Circuito Risonante RLC Modulo - Fase

29 Analisi del filtro RC - CR Si definisce Banda Passante la frequenza in cui lampiezza del segnale si attenua di -3dB Si definisce Banda Passante la frequenza in cui lampiezza del segnale si attenua di -3dB Il circuito RC, noto come Passa – Basso, è una tipologia di filtro che ha la caratteristica di attenuare le frequenze alte Il circuito RC, noto come Passa – Basso, è una tipologia di filtro che ha la caratteristica di attenuare le frequenze alte Il circuito CR, noto come Passa – Alto, ha la caratteristica di far passare solo le alte frequenze attenuando le basse Il circuito CR, noto come Passa – Alto, ha la caratteristica di far passare solo le alte frequenze attenuando le basse

30 Andamento uscita filtro

31 Filtro RC – CR (Passa – Banda) Modulo - Fase

32 Progettazione di un Alimentatore Stabilizzato Progetto di un trasformatore con ponte di Graetz Progetto di un trasformatore con ponte di Graetz Progetto funzionale di uno stadio di regolazione lineare Progetto funzionale di uno stadio di regolazione lineare Simulazioni di: regolazione della tensione in uscita, studio statico e dinamico Simulazioni di: regolazione della tensione in uscita, studio statico e dinamico

33 Alimentatore Lineare

34 Preamplificatore a transimpedenza con correzione DC Simulazione e progetto a blocchi Simulazione e progetto a blocchi Analisi dello stadio di guadagno e di ingresso Analisi dello stadio di guadagno e di ingresso Analisi del driver in configurazione Push – Pull per piccoli carichi Analisi del driver in configurazione Push – Pull per piccoli carichi Guadagno di transimpedenza Guadagno di transimpedenza Stabilità in temperatura e compensazione in frequenza Stabilità in temperatura e compensazione in frequenza Prodotto guadagno banda Prodotto guadagno banda Regolazione dellOffset Regolazione dellOffset Progetto del circuito stampato (Studio del Layout) Progetto del circuito stampato (Studio del Layout)

35 Circuito elettrico di un preamplificatore

36 Uscita/Ingresso

37

38 RINGRAZIAMENTI All organizzazione del SIS-Divulgazione, per lefficienza dell organizzazione e l accoglienza; All organizzazione del SIS-Divulgazione, per lefficienza dell organizzazione e l accoglienza; Al Professore Mario Calvetti Direttore dell INFN per la sua disponibilita allo svolgimento dei corsi; Al Professore Mario Calvetti Direttore dell INFN per la sua disponibilita allo svolgimento dei corsi; Ai nostri professori per essersi impegnati nella realizzazione dello stage. Ai nostri professori per essersi impegnati nella realizzazione dello stage.

39 Tutori Bazzi Massimiliano Corradi Giovanni Tagnani Diego


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