Questo insegnamento introduce gli aspetti caratteristici generali di un sistema elettronico. Sono illustrati i principali metodi di analisi, le scelte realizzative e le tecnologie di fabbricazione. L’insegnamento affronta in particolare lo studio di alcuni moduli elettronici fondamentali dell’Elettronica Analogica partendo dall’analisi dei principali dispositivi elettronici: amplificatori realizzati con amplificatori operazionali reazionati e stadi di interfacciamento. A supporto delle attività di laboratorio, il corso fornisce anche gli elementi di base per un utilizzo corretto della strumentazione fondamentale in un laboratorio di elettronica e misure. L'insegnamento comprende, infine, anche nozioni di Misure Elettroniche, con riferimento ai metodi di misura e alla strumentazione.

L’insegnamento fornisce conoscenze di base che permetteranno allo studente di comprendere il funzionamento dei sistemi elettronici, identificarne le parti principali e valutarne le caratteristiche fondamentali. Vengono acquisite conoscenza dei modelli dei dispositivi, e la capacità di utilizzarli per progettare semplici circuiti analogici. I contenuti dell’insegnamento fanno riferimento a tre specifici domini: 1) Struttura di un sistema elettronico complesso, sue caratteristiche, interfacce e tecniche di realizzazione. 2) Tecnologie elettroniche, comportamento e modelli dei principali dispositivi a semiconduttore, in relazione al loro utilizzo in un sistema elettronico complesso. 3) Circuiti elettronici di base analogici (basati su amplificatori operazionali). L’allievo acquisisce la capacità di confrontarsi con le problematiche della sperimentazione su semplici circuiti, relativamente all’uso dei principali strumenti presenti nel laboratorio elettronico.

Sono necessarie conoscenze di base di matematica (calcolo differenziale e integrale, serie di Fourier), fisica (elettrostatica, corrente continua, fenomeni ondulatori), elettrotecnica (leggi fondamentali, modelli e metodi di analisi, diagrammi di Bode).

Formazione sperimentale (20h) - Misura e misurazione; incertezze e correzioni; incertezze strumentali e di lettura. - Uso dei principali strumenti di laboratorio: oscilloscopio, multimetro numerico, generatore di forme d’onda. Misure elettroniche (20 h) Misurazioni dirette ed indirette. Stima dell'incertezza di misura secondo il modello deterministico. Cenni al modello probabilistico. Metodi di confronto e di zero, metodo volt-amperometrico, metodi di ponte. Richiami sul processo di conversione Analogico/Digitale (AD) e sui convertitori AD maggiormente impiegati negli strumenti di misura. Strumentazione: multimetri numerici, voltmetri in alternata, oscilloscopio a memoria digitale: architettura di base, modalità di funzionamento, potenzialità e limiti. Strumenti per la misurazione di frequenza e intervalli di tempo. Prerequisiti / Conoscenze pregresse Sono necessarie conoscenze di base di matematica (calcolo differenziale e integrale, serie di Fourier), fisica (elettrostatica, corrente continua, fenomeni ondulatori), elettrotecnica (leggi fondamentali, modelli e metodi di analisi, diagrammi di Bode). Programma Formazione sperimentale (20h) - Misura e misurazione; incertezze e correzioni; incertezze strumentali e di lettura. - Uso dei principali strumenti di laboratorio: oscilloscopio, multimetro numerico, generatore di forme d’onda. - Realizzazione di un banco automatico di misura tramite interfaccia IEEE-488. Misure elettroniche (20 h) Misurazioni dirette ed indirette. Stima dell'incertezza di misura secondo il modello deterministico. Cenni al modello probabilistico. Metodi di confronto e di zero, metodo volt-amperometrico, metodi di ponte. Richiami sul processo di conversione Analogico/Digitale (AD) e sui convertitori AD maggiormente impiegati negli strumenti di misura. Strumentazione: multimetri numerici, voltmetri in alternata, oscilloscopio a memoria digitale: architettura di base, modalità di funzionamento, potenzialità e limiti. Strumenti per la misurazione di frequenza e intervalli di tempo. Introduzione all'elettronica (4.5h) - Segnali, sistemi e informazione. Proprietà del segnale nel dominio del tempo e della frequenza, segnale analogico e digitale. Sistemi elettronici, schemi a blocchi. Dallo schema a blocchi al circuito. - Ripasso e complementi di teoria dei circuiti (doppi bipoli). Introduzione ai dispositivi (15 h) - Proprietà dei semiconduttori (cenni) - Diodi: modelli di piccolo e di ampio segnale. Circuiti con diodi. Esercizi e Laboratorio. - Transistori MOS: caratteristiche statiche e regioni di funzionamento. Cenni sul transistore bipolare. - Transistori MOS in applicazioni analogiche: polarizzazione e piccolo segnale. Amplificatori (15 h) - Amplificatori di tensione, corrente, transconduttanza, transresistenza. - Amplificazione di tensione, di corrente, di potenza. Resistenza d’ingresso, resistenza d’uscita. Effetto di carico sull’ingresso e sull’uscita. Stadi in cascata. Esercitazione di laboratorio. - Stadi amplificatori basati su transistori MOS. Esercizi di analisi. - Limitazioni pratiche degli amplificatori: limitazioni statiche e dinamiche. - Introduzione all'amplificatore differenziale Amplificatori Operazionali (18 h) - Amplificatore operazionale. Retroazione negativa. Analisi di circuiti con operazionali ideali. - Amplificatori con operazionali ideale: amplificatore di tensione, corrente, transconduttanza e transresistenza. - Altri circuiti analogici basati su operazionali: inseguitore di tensione, amplificatore invertente, amplificatore esponenziale, amplificatore logaritmico, integratore, derivatore, sommatore generalizzato, amplificatore differenziale, filtri attivi (cenni). Esercizi di analisi. - Non-idealità degli operazionali reali: limitazioni statiche e dinamiche. Analisi di circuiti con operazionali in presenza di non-idealità (esercizi e laboratorio). Comparatori di Soglia (6 h) - comparatori di soglia. Caratteristica statica. Isteresi. Non-idealità (cenni) - generatore di onda quadra e triangolare Tecnologia CMOS (1.5 h) - tecnologia CMOS: wafer, tecnologia planare: principali passi tecnologici. Scalamento geometrico e legge di Moore.

Il corso e’ strutturato in lezioni ed esercitazioni in aula (51 ore per la parte di elettronica e 31 ore per la parte di misure) e in esercitazioni di laboratorio (3 esercitazioni di elettronica, 3 di misure) di 3 ore ciascuna. Obiettivo Obiettivo dei laboratori è verificare quanto presentato a lezione, mettendo in evidenza i limiti dei modelli. L’organizzazione sarà tale da favorire il lavoro di gruppo e richiederà la stesura di relazioni. E’ previsto l’uso di circuiti premontati. Le esercitazioni seguiranno gli argomenti delle lezioni. Si analizzeranno i principi di funzionamento e le principali applicazioni dei dispositivi elettronici studiati. Verranno presentati esempi di soluzione di circuiti in tutte le topologie viste nella parte teorica. I laboratori saranno rivolti alla misura sperimentale di alcuni semplici circuiti premontati in modo da verificarne il funzionamento. La frequenza non è obbligatoria, ma se viene accompagnata dalla stesura di apposite relazioni, dà diritto a una votazione a parte che concorre alla votazione finale (vedi regole di esame)

• Carullo, U.Pisani, A. Vallan, Fondamenti di misure e strumentazione elettronica , CLUT 2006 (ISBN: 978-88-7992-209-2) • N. Storey, Electronics: A system approach (4th Ed.), Pearson 2009 (ISBN: 978-0-273-71918-2) Testi di complemento • F. Bonani, S. Donati Guerrieri, G. Masera, G. Piccinini, Dispositivi e tecnologie elettroniche, CLUT 2007 (ISBN: 978-88-7992-252-4) • M. Zamboni, M.G. Graziano, Introduzione all’analisi dei Sistemi Elettronici, CLUT 2006 (ISBN: 88-7992-222-X)

Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale facoltativa; Elaborato scritto prodotto in gruppo;

Exam: Written test; Optional oral exam; Group essay;

... L’esame finale è costituito da una prova scritta comprendente 8-12 domande a risposta multipla (peso 10 punti) e 3-4 esercizi numerici (peso 20 punti) che verteranno su entrambe le parti del corso (Elettronica e Misure) in proporzione al numero di crediti. Il tempo a disposizione per la prova scritta è di 2 ore. Durante la prova scritta, non è consentito utilizzare libri, appunti o altro materiale didattico. L’esame potrà essere integrato, a discrezione del docente o su richiesta degli studenti che abbiano conseguito almeno 24/30 nella prova scritta, da un orale di circa 15' su tutti gli argomenti trattati a lezione e nei laboratori. Il punteggio finale sarà dato dalla votazione dello scritto cui sarà aggiunta la valutazione dell'orale tra -10 e +10 punti (nel caso sia stato effettuato l'orale) e la valutazione delle relazioni di laboratorio (se consegnate) tra 0 e +3 punti. Se il punteggio totale supererà i 32 punti, il voto dell’esame sarà 30 e lode.

Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.