Le resistenze negative
ott 132024
Dopo 27 mesi di lavoro sono fiero di presentare il mio primo libro tecnico di 788 pagine che si intitola "Le resistenze negative"; è possibile acquistarlo online su Amazon attraverso il link che troverete cliccando QUI, oppure direttamente in libreria attraverso il seguente codice ISBN: 979-8341103009. Essendo un libro nuovo in caso di difficoltà fate inserire dal Vs. libraio il codice ISBN sul seguente sito WEB https://libriz.it/codice-isbn/ . Il libro è un prezioso compendio consigliato per tutti gli studenti dei corsi di Fisica dei semiconduttori e di Ingegneria elettronica orientata alle microonde.
L'introduzione del libro si focalizza sul comportamento elettrico delle scariche nei gas in generale, quello comune a tutti tubi per illuminazione, i tubi laser e i sensori di radiazioni (tubi Geiger): gas quali il neon, lo xenon, l'argon, il krypton e le loro possibili miscele; le lampade ad arco, quelle ad alogenuri metallici (MH), quelle a ioduri metallici (HMI), tutte quelle a vapori di mercurio (bassa e alta pressione, CCFL, UHP, e a luce miscelata) e quelle a vapori di sodio (SOX, SON e SDW). Sono inclusi anche alcuni esempi di sistemi di accensione (ballast) per le lampade più comuni.
Non poteva mancare un'ampia panoramica sui semiconduttori a soglia automatica o a comando di innesco, ovvero i Tiristori: i Transil, i Trisil, i TVS e una lunga schiera di componenti elettronici alcuni dei quali presentano anch'essi una resistenza differenziale negativa, anche se di tipo diverso. Si parte dai diodi di Shockley per arrivare ai moderni MTO, passando attraverso gli UJT, i PUT, gli SCR, i DIAC, i TRIAC, i GTO, gli IGCT, i SIDAC, gli SCS, gli SBS, i SUS, i QUADRAC, i DARLISTOR, gli ETO, ecc.: una lunga storia evolutiva di elementi semiconduttori meno noti ma estremamente importanti nello sviluppo dei sistemi elettronici per il controllo e la distribuzione delle grandi potenze in rete.
Sono stati trattati nel dettaglio anche tutti i diodi per RF, MW, onde millimetriche e sub-millimetriche (>300GHz), in particolare: i diodi tunnel (o di Esaki), gli RTD (i Resonant Tunnel), i diodi Gunn (o TED), e tutti i diodi della famiglia "Transit Time", come i diodi IMPATT (e i DOVATT), i diodi TRAPATT, i BARITT, i QWITT, e infine anche i diodi TUNNETT e i MITATT ovvero i dispositivi che oggi possono raggiungere e superare il THz, ovvero i 1000GHz. Questa trattazione è preceduta da un richiamo dettagliato sulla fisica dei semiconduttori e sui fenomeni quantici che caratterizzano alcuni dei loro comportamenti più singolari, con esempi, tabelle e grafici.
Segue la trattazione di tutti i circuiti che presentano una resistenza negativa (pura, differenziale, lineare, non lineare e/o discontinua): si inizia con una ampia panoramica sui "diodi lambda", semplici circuiti utilizzati spesso in ambito amatoriale che offrono una resistenza negativa simile a quella dei diodi tunnel. Il Lettore troverà anche la storia, la teoria e le applicazioni dei circuiti convertitori di impedenza (V-NIC e I-NIC) a partire dalla "pompa di corrente di Howland", inclusi tutti i "Giratori di conduttanza" o GIC, realizzati con operazionali, gli FDNR (o D-element) e alcuni esempi di convertitori elettronici di impedenza (da L a C e viceversa).
Il libro prosegue con una ampia parte interamente dedicata ai sistemi dinamici non lineari, in particolare ai sistemi oscillanti non periodici e quindi "caotici". Si inizia con l'analisi approfondita dei tre sistemi oscillanti caotici per antonomasia, ovvero quello di Chua, quello di Lorenz e infine quello di Rössler, con tanto di analisi teorica dei circuiti elettrici che ne simulano i comportamenti. Il lettore troverà anche una selezione di altri sistemi dinamici oscillanti non lineari di nuova generazione che si conclude con l'esempio di un sistema dinamico complesso a spirali multiple (multiscroll), il tutto con tanto di analisi teorica, schemi elettrici e simulazioni in ambiente PSPICE.
Infine il libro è anche denso di curiosità praticamente introvabili su altri testi analoghi: dai "negistor" (una caratteristica quasi sconosciuta di molti transistor bipolari) alle proprietà elettriche di alcuni minerali con cui realizzare autonomamente in casa dei semiconduttori per varie applicazioni amatoriali; inoltre sono stati trattati nel dettaglio anche alcuni rari oscillatori RF a tubo con architetture di tipo "dynatron" e "transitron", e alcuni esempi di multivibratori e contatori binari a scorrimento realizzati soltanto con dei bulbi al neon. Insomma, il libro è pieno di curiosità, informazioni storiche e piacevoli sorprese utili per qualsiasi lettore; di seguito l'indice dei contenuti.
INDICE DI: "LE RESISTENZE NEGATIVE"
ELEMENTI DI FISICA SPERIMENTALE:
TUBI LUMINESCENTI A GAS, SEMICONDUTTORI PER ONDE
MILLIMETRICHE E CIRCUITI OSCILLANTI NON PERIODICI
PARTE I – INTRODUZIONE E CENNI STORICI.................................1
1.1 Le resistenze negative e loro definizione..........................5
1.1.1 Tipologie di resistenze negative.................................9
1.1.1.1 Forma ad “S” (S-shaped o CCNR)................................11
1.1.1.2 Forma ad “N” (N-shaped o VCNR)................................13
1.1.2 Dispositivi a resistenza differenziale negativa (o NDR).........14
1.1.2.1 NDR nei tubi luminescenti a scarica di gas....................16
1.1.2.2 NDR nei tubi elettronici (valvole termoioniche)...............22
1.1.2.3 NDR nei semiconduttori........................................31
1.1.3 Circuiti elettronici a resistenza negativa......................36
1.2 Applicazioni delle resistenze negative............................40
PARTE II – LE RESISTENZE NEGATIVE NEI TUBI............................45
2.1 Le lampade ad arco e le lampade luminescenti......................47
2.1.1 I tubi fluorescenti convenzionali (a elettrodi caldi)...........68
2.1.1.1 Ballast magnetici e rifasamento per tubi fluorescenti.........78
2.1.1.2 Ballast elettronici per tubi fluorescenti.....................87
2.1.2 Lampade a scarica di gas ad alta e a bassa pressione............97
2.1.3 Oscillatori a rilassamento e contatori con bulbi al neon.......110
2.2 Oscillatori a resistenza negativa con tubi a vuoto...............120
2.2.1 Oscillatore NDR a tetrodo: il dynatron ........................122
2.2.2 Oscillatore NDR a pentodo: il transitron ......................126
PARTE III – LE RESISTENZE NEGATIVE NEI SEMICONDUTTORI................131
3.1 Semiconduttori a resistenza negativa con forma ad “S”............135
3.1.1 Resistenze negative in alcuni minerali e ossidi metallici......136
3.1.1.1 Elemento oscillante con zinco ossidato (zincite).............141
3.1.1.2 Elementi oscillanti con frammenti di altri minerali..........153
3.1.2 Semiconduttori ad innesco automatico, il negistor..............158
3.1.2.1 Il transistor a unigiunzione UJT.............................165
3.1.3 Tiristori a tre, a quattro e a cinque strati...................176
3.1.3.1 I diodi Shockley e i DIAC (Diode for Alternating Current)....179
3.1.3.2 Tiristori a comando di innesco (SCR, PUT, TRIAC, ecc.).......196
3.1.3.3 Oscillatori a rilassamento e dimmer con PUT e con SCR........211
3.2 Semiconduttori a resistenza negativa con forma ad “N”............227
3.2.1 Il diodo ad effetto tunnel (o diodo di Esaki)..................232
3.2.1.1 Amplificatori con i diodi tunnel.............................245
3.2.1.2 Oscillatori con i diodi tunnel...............................260
3.2.1.3 Generatori di impulsi a fronti velocissimi con diodi tunnel..277
3.2.2 L'effetto Gunn e il diodo Gunn (o TED).........................286
3.2.2.1 Oscillatori con i diodi Gunn.................................309
3.3 Altri semiconduttori che presentano una resistenza negativa......317
3.3.1 Il diodo IMPATT (Impact Ionization Avalanche Transit Time).....328
3.3.2 Il diodo TRAPATT (Trapped Plasma Avalanche Triggered Transit)..342
3.3.3 Il diodo BARITT (Barrier Injection Transit Time)...............365
3.3.4 Il diodo RTD (Resonant Tunnel Diode)...........................384
3.3.5 Il diodo QWITT (Quantum Well Injection Transit Time)...........428
3.3.6 Il diodo TUNNETT (Tunnel Injection Transit Time)...............443
3.3.7 Il diodo MITATT (Mixed Tunneling Avalanche Transit Time).......466
PARTE IV – CIRCUITI CON RESISTENZA NEGATIVA..........................493
4.1 Un circuito semplicissimo ma molto utile: il diodo lambda........497
4.1.1 I diodi lambda tradizionali e quelli “ibridi”..................502
4.1.2 Oscillatori RF a banda ultra-larga con i diodi lambda..........516
4.1.3 Un semplice dip-meter con diodo lambda.........................522
4.2 Resistenza negativa con amplificatore operazionale...............527
4.2.1 Giratori di conduttanza e convertitori di impedenza (NIC)......537
PARTE V – SISTEMI OSCILLANTI NON PERIODICI (CAOTICI).................555
5.1 Sistemi oscillanti perturbati....................................556
5.1.1 La figura di rumore e il rumore di fase........................560
5.1.2 Il jitter......................................................577
5.1.3 Injection Locking Oscillators (ILO)............................586
5.2 Le resistenze negative non lineari...............................612
5.2.1 Oscillatore di Van Der Pol.....................................621
5.3 Circuito oscillante di Chua......................................633
5.3.1 Teoria del circuito di Chua....................................635
5.3.2 Implementazione del circuito di Chua...........................639
5.3.3 Esempio di modem caotico con il circuito di Chua...............647
5.4 Il sistema oscillante di Lorenz..................................665
5.4.1 Teoria del circuito di Lorenz..................................669
5.4.2 Implementazione del circuito di Lorenz.........................673
5.4.3 Sistema di Lorenz ipercaotico pilotato da una sinusoide........676
5.5 Sistema oscillante con attrattore a singola spirale di Rössler...687
5.5.1 Teoria del circuito di Rössler.................................689
5.5.2 Implementazione del circuito di Rössler........................695
5.6 Altri sistemi oscillanti dal comportamento caotico...............699
5.6.1 Sistema oscillante caotico con convertitore non lineare........701
5.6.2 Oscillatore caotico con FDNR (D-element).......................707
5.6.3 Un sistema oscillante caotico simile a quello di Rössler.......714
5.6.4 Oscillatori caotici a ponte di Wien (modificati)...............724
5.6.5 Il caos nell'oscillatore di Colpitts...........................734
5.6.6 Oscillatore caotico con rete di sfasamento RC..................742
5.6.7 Altri esempi di oscillatori caotici a transistor...............747
5.6.8 Sistemi caotici con attrattori a spirali multiple (multiscroll)751
RIFERIMENTI E BIBLIOGRAFIA...........................................763