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PORTALE DELLA DIDATTICA

Electronic circuits

07EIUOD

A.A. 2019/20

Course Language

Italian

Course degree

1st degree and Bachelor-level of the Bologna process in Ingegneria Fisica - Torino

Course structure
Teaching Hours
Lezioni 57,5
Esercitazioni in laboratorio 22,5
Teachers
Teacher Status SSD h.Les h.Ex h.Lab h.Tut Years teaching
Bardella Paolo Professore Associato ING-INF/01 38 0 28,5 0 6
Teaching assistant
Espandi

Context
SSD CFU Activities Area context
ING-INF/01
ING-INF/07
5
3
B - Caratterizzanti
B - Caratterizzanti
Ingegneria elettronica
Ingegneria elettronica
2018/19
Il corso di circuiti elettronici introduce gli studenti ai concetti base di elettronica circuitale analogica che verranno poi utilizzati nei corsi successivi. L’insegnamento tratta i modelli circuitali dei dispositivi attivi e il loro utilizzo in circuiti elementari studiandone le proprietà. La composizione di più stadi fondamentali porta allo studio di circuiti amplificatori più complessi con retroazione, di cui vengono analizzate le proprietà e mostrati metodi di calcolo. Una frazione considerevole di tempo viene utilizzata per introdurre i fondamenti delle misure elettroniche, presentando sia aspetti sistematici, quali i problemi delle incertezze sia aspetti pratici di utilizzo degli strumenti di laboratorio, in modo da poter effettuare sperimentazione di laboratorio sui circuiti studiati nel corso.
The Electronic Circuit Course introduces students to the basic concepts of analog circuit electronics that will be used in subsequent courses. The Course focuses on circuit models of active devices and their use in elementary circuits. The combination of several fundamental stages leads to the study of more complex feedback loops whose properties are analyzed in the Course. A considerable amount of time is dedicated to introduce the fundamentals of electronic measurements, with both systematic aspects (such as uncertainty issues) and practical aspects of laboratory instrumentation; laboratory experiments are carried out on circuits studied in the course.
Lo studente al termine dell’insegnamento avrà una conoscenza dei modelli dei dispositivi attivi, delle configurazioni elementari degli amplificatori, dei circuiti con retroazione e del suo effetto sulle caratteristiche di guadagno e impedenza del circuito. Dopo questo insegnamento lo studente saprà analizzare semplici circuiti amplificatori a transistori discreti, calcolandone sia il punto di funzionamento che le funzioni di trasferimento e le impedenze, utilizzando un ampio ventaglio di metodi di calcolo, sia basati su simulatori (Spice) sia su calcolo manuale. Lo studente saprà inoltre utilizzare i principali strumenti di misura presenti in un laboratorio, alcuni sensori per grandezze fisiche, e valutare le incertezze delle misure ottenute dagli strumenti stessi. Nel dettaglio, lo studente sarà in grado di: - Calcolare le condizioni di polarizzazione di un amplificatore con transistori bipolari e mos - Trovare il circuito equivalente degli elementi attivi - Determinare il tipo di retroazione e valutarne gli effetti - Calcolare funzioni di trasferimento e impedenze - Valutare quali metodi di calcolo meglio si adattano al circuito analizzato - Leggere ed interpretare datasheet di componenti elettronici analogici - Utilizzare software SPICE per la simulazione di circuiti elettronici analogici - Conoscere i fondamenti delle misure e le regole di propagazione dell’incertezza secondo il modello deterministico. - Prevedere l’incertezza di una misurazione indiretta secondo il modello deterministico - Conoscere l’uso della strumentazione di laboratorio di base - Utilizzare la strumentazione di base - Comprendere le specifiche di sensori ed essere in grado di utilizzarli con la strumentazione vista a lezione
At the end of the course, the student will have a knowledge of the models of active devices, elementary amplifier configurations, and the effect of feedback on the circuits. After this Course, the student will be able to analyze simple discrete transistor amplifier circuits, calculating their operating point, their transfer functions and their impedances, using a wide range of calculation methods, both based on simulations (Spice) and manual calculations. The student will also be able to use the principal laboratory measure instruments, to use some sensors presented during the course, and to evaluate the measurements uncertainties. In detail, the student will be able to: - Calculate the polarization conditions of an amplifier with bipolar and mos transistors - Find the equivalent circuit of the active elements - Determine the type of feedback and evaluate its effects - Calculate transfer functions and impedances - Assess which calculation methods best fit the circuit being analysed - Read and understand datasheets of analog electronic components - Use SPICE software for the numerical simulation of analog electronic circuits - Know the fundamental aspects of laboratory measurements and the rules for the uncertainty propagation according to the deterministic model - Predict the uncertainty of an indirect measurement according to the deterministic model - Know the use of basic laboratory equipment - Use basic laboratory instrumentation - Read sensors datasheet and use sensors with basic laboratory instrumentation
Matematica: Derivate, integrali, serie di Taylor e Fourier. Soluzione di sistemi di equazioni lineari e non. Elettrotecnica: metodi di soluzioni delle reti lineari (tempo e frequenza), diagrammi di Bode, calcolo simbolico. Dispositivi: Equazioni descrittive dei componenti elettronici.
Mathematics: Derivatives, integrals, Taylor and Fourier series. Solution of linear and non-equation systems. Electrotechnics: methods of linear network solutions (time and frequency), Bode diagrams, symbolic calculus. Devices: Descriptive Equations of Electronic Components.
• Modello matematico e circuitale di diodi, BJT e MOS in ampio e in piccolo segnale (15%) o Vari livelli di modello a seconda della precisione richiesta o Polarizzazione: Circuiti di base per la polarizzazione per BJT e MOS • Amplificatori a BJT e MOS (10%) o Retta di carico, scelta del punto di lavoro o Classi di amplificazione e rendimento o Amplificatori di piccolo segnale: configurazioni a base, guadagni di tensione, corrente, impedenze di ingresso e uscita • Amplificatori a più stadi (10%) o Impedenze e funzioni di trasferimento in circuiti con elementi reattivi o Risposta in frequenza • Retroazione (10%) o Classificazione ed effetti o Calcolo del guadagno e delle impedenze ad anello chiuso o Teoremi di Rosenstark e Blackman • Prestazioni in alta frequenza dei dispositivi attivi (5%) o Modelli e prestazioni o Frequenza di taglio superiore • Metodi di calcolo di funzioni di trasferimento e impedenze (Miller, Driving Point Impedance, costanti di tempo generalizzate) (10%) • Fondamenti di misura (10%) o Motivazioni. Definizione di misura. I metodi di misura. Incertezza e errore. Misurazioni dirette ed indirette. Incertezza di misura con il modello deterministico. Incertezza strumentale (indice di classe e formula bionomia), di lettura, intrinseca. Propagazione di incertezza nelle misure indirette • Strumentazione e metodi (20%) o Strumentazione elettromeccanica: voltmetri e amperometri. Struttura, uso, incertezze ed effetti sistematici, progetto sulla base di specifiche o Multimetri numerici. Breve cenno sulla struttura. Funzioni: tensione continua, corrente continua, resistenza a due e quattro terminali. Uso, comandi, caratteristiche e analisi incertezze o Oscilloscopio digitale: breve cenno sulla struttura e sul principio di funzionamento, uso, comandi, analisi delle specifiche, teoria e uso delle sonde compensate o Cenni sulla misurazione di segnali alternati con multimetri e oscilloscopi, misurazione di valore medio e valore efficace con oscilloscopi. • Sensori (10%) o Caratteristiche sensori. Sensori resistivi di temperatura Pt100 e NTC, sensori di temperatura elettronici a giunzione, sensori di spostamento a potenziometro, induttivi e capacitivi, estensimetri. Esempi di circuiti di condizionamento. Calcolo di incertezza di un sistema mi misura basato su multimetro e sensore con circuito di condizionamento.
• Mathematical model and diode circuits, BJT and MOS in large and small signal. (15%) • Amplifiers at BJT and MOS (10%) • Multi-stage amplifiers (10%) • Feedback (10%) • High-frequency performance of active devices (5%) • Methods for calculating transfer functions and impedances (Miller, Driving Point Impedance, generalized time constants) (10%) • Fundamentals of measurement (10%) • Instrumentation and methods (20%) • Sensors (10%)
Oltre alle lezioni ed esercitazioni in aula, sono previste esercitazioni di laboratorio e di introduzione alla simulazione di circuiti elettronici: • Laboratorio: esercitazioni per l’uso di strumentazione di base e calcolo delle incertezze in tipiche misure di laboratorio. Montaggio e misura di semplici circuiti a transistori  uso di voltmetri e amperometri numerici (rilievo della caratteristica di un dispositivo elettronico)  Rilievo della risposta in frequenza di un amplificatore tramite oscilloscopio digitale  Uso di sensori • Simulazione: uso del simulatore circuitale LTSpice
In addition to classroom lessons and exercises, laboratory exercises and simulation of electronic circuits are planned: • Laboratory: exercises for the use of basic instrumentation and calculation of uncertainties in typical laboratory measurements. Mounting and measurement of simple transistor circuits. o Use of voltmeters and numeric ammeters (characteristic of an electronic device) o Reliability of frequency response of an amplifier by digital oscilloscope o Use of sensors • Simulation: use of the circuit simulator LTSpice.
C. Beccari: Circuiti Elettronici, CLUT Torino Jaeger–Blalock: Microelettronica, quinta edizione, McGraw-Hill Sedra–Smith: Microelectronic Circuits, 6th Ed. Oxford University Press (in italiano: Sedra–Smith: Circuiti per la Microelettronica, 4 ed. EdiSES) A.Carullo, U. Pisani, A. Vallan: Fondamenti di misure e strumentazione elettronica, CLUT Torino Appunti dal corso, ed esempi di esercizi svolti, a disposizione sul portale della didattica
C. Beccari: Circuiti Elettronici, CLUT Torino Jaeger-Blalock: Microelectronic Circuit Design, McGraw-Hill Sedra–Smith: Microelectronic Circuits, 6th Ed. Oxford University Press (in italian: Sedra–Smith: Circuiti per la Microelettronica, 4 ed. EdiSES) A.Carullo, U. Pisani, A. Vallan: Fondamenti di misure e strumentazione elettronica, CLUT Torino Notes from the course, and examples of exercises on the teaching portal
Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale obbligatoria; Elaborato scritto prodotto in gruppo;
Exam: Written test; Compulsory oral exam; Group essay;
L’esame è volto ad accertare la conoscenza degli argomenti elencati nel Programma e la capacità di applicare la teoria ed i suoi metodi alla soluzione di esercizi e allo studio di circuiti. Per ogni iscritto l’esame è costituito da una parte scritta e da una successiva parte orale obbligatoria. Le valutazioni degli scritti e degli orali sono espresse in trentesimi. Il voto finale viene determinato tenendo conto sia della prova scritta che della prova orale. La prova scritta, della durata di 2 ore, è articolata in due parti, una relativa a misure (teoria ed esercizi) e una relativa alla teoria dei circuiti (teoria e soluzione di problemi circuitali). Durante la prova non è possibile consultare materiale didattico. La prova è superata se entrambe le parti sono sufficienti. Il voto dello scritto è dato per 3/8 dal voto della parte relativa a misure e per 5/8 dal voto della parte relativa a elettronica. La prova orale, riservata agli studenti che hanno superato lo scritto, prevede domande teoriche e pratiche sugli argomenti di circuiti elettronici presentati in aula, sulle esercitazioni di laboratorio e sulla simulazione di circuiti. Di norma la parte orale dell’esame va sostenuta nell’appello in cui si è superato lo scritto. La valutazione finale è data dalla media delle valutazioni della prova scritta e di quella orale cui viene aggiunto un massimo di 2 punti per le sei relazioni relative ai laboratori, da preparare durante il corso.
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.
Exam: Written test; Compulsory oral exam; Group essay;
The exam aims to ensure the knowledge of the topics listed in the Program and the ability to apply theory and methods to the solution of exercises. The examination consists of a written part and a subsequent compulsory oral part. The final vote is determined taking into account both written and oral tests. The 2-hour written test is divided into two parts, one focused on measurements (theory and exercises) and one related to circuit theory (theory and solution of problems). During the test, students are not allowed to consult any teaching material. Both parts must be sufficient to pass the written test. The score of the written part is calculated as 3/8 of the score of the measure part plus 5/8 of the score of the electronic part. The oral exam, reserved for students who passed the written test, provides theoretical and practical questions on electronic circuits, laboratory exercises and circuit simulation. Generally, the written and oral parts must be taken in the same exam session. The final mark is the average of the marks of the written part and the oral part; additional 2 points is at maximum assigned for the six reports on the laboratory activities which students (in groups of max 4 ) are asked to prepare during the course.
In addition to the message sent by the online system, students with disabilities or Specific Learning Disorders (SLD) are invited to directly inform the professor in charge of the course about the special arrangements for the exam that have been agreed with the Special Needs Unit. The professor has to be informed at least one week before the beginning of the examination session in order to provide students with the most suitable arrangements for each specific type of exam.
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