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PORTALE DELLA DIDATTICA

Electronic circuits

12EIUNX

A.A. 2019/20

Course Language

Italian

Course degree

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

Course structure
Teaching Hours
Lezioni 50
Esercitazioni in aula 15
Esercitazioni in laboratorio 15
Teachers
Teacher Status SSD h.Les h.Ex h.Lab h.Tut Years teaching
Bardella Paolo Professore Associato ING-INF/01 36 15 18 0 6
Teaching assistant
Espandi

Context
SSD CFU Activities Area context
ING-INF/01
ING-INF/07
6
2
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, 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 parte del corso è dedicata all’introduzione alla strumentazione elettronica di base necessarie ad affrontare la sperimentazione in laboratorio sui circuiti studiati in questo corso.
This course gives students the basics of analog electronics that will be used in the following modules. Circuits models of active devices are introduced and their properties studied in elementary stage. The use of many stages and their interconnections to build amplifiers is shown and feedback concept analyzed, pointing out its properties and benefits. A quarter of the course is devoted to the study of measurements and laboratory instrumentation needed for the lab sessions where circuits studied in this class will be experimented on.
Lo studente al termine dell’insegnamento avrà una conoscenza dei modelli dei dispositivi attivi, delle configurazioni elementari degli amplificatori, dei circuiti con retroazione e 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 (LTSpice) sia su calcolo manuale. Lo studente saprà inoltre utilizzare alcuni strumenti di misura, presenti in laboratorio, necessari alla verifica del corretto funzionamento dei circuiti elettronici studiati durante il corso. Lo studente sarà in grado di: - Calcolare le condizioni di polarizzazione di un amplificatore con transitori 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. - Conoscere i fondamenti delle misure e le regole di propagazione dell’incertezza secondo il modello deterministico. - Essere in grado di prevedere l’incertezza di una misurazione indiretta secondo il modello determinisctico - Conoscere l’uso della strumentazione di laboratorio di base. - Essere in grado di utilizzare la strumentazione di base
By the end of this class, a student shall know active device models, elementary analog amplifier topologies and amplifiers using feedback. He or she will understand the effects of feedback on amplifier gain and impedances. After this class a student will be able to analyze simple amplifiers made of discrete devices, finding bias points, transfer functions and impedances, by means of a fair number of different analysis tools, both using a simulator (LTSpice) and by hand calculation. In addition students shall be able to use the most common instruments present in a laboratory and to check and verify in the lab the circuits studied in this class. Student will be able to: - Find bias point for bjt and mos-based amplifiers - Calculating the small signal circuit for active devices - Recognize the feedback topology and evaluate its effects on a circuit - Find transfer functions and network impedance. - Choose the most convenient method to analyze an analog circuit - Know the basics of the measurement theory and of the uncertainty propagation according to the deterministic model - Estimate the uncertainty of a measurement according to the deterministic model. - Knowledge of the basic laboratory instrumentation - Use the common laboratory instrumentation
Matematica: Uso di una calcolatrice scientifica. Derivate, integrali, serie di Taylor. Numeri complessi. Soluzione di sistemi di equazioni lineari e non, serie di Fourier, trasformata di Laplace. Elettrotecnica: metodi di soluzioni delle reti lineari (tempo e frequenza), diagrammi di Bode, calcolo simbolico. Dispositivi: Equazioni descrittive dei componenti elettronici. Fisica I e II, analisi dimensionale.
Math: proficient use of a scientific pocket calculator. Derivatives, Integrals, Taylor's and Fourier's series. Complex arithmetic. Numerical solution of linear and nonlinear systems of equations. Fourier’s series and Laplace’s transform. Circuit theory: solution of linear network both in time and frequency domain. Bode's diagrams, symbolic calculus. Electronic devices: constitutive equations of diodes, BJTs and MOS. Physics I and II, dimensional analysis.
Modello matematico e circuitale di diodi, BJT e MOS in ampio e in piccolo segnale. Vari livelli di modello a seconda della precisione richiesta. Polarizzazione: Circuiti di base per la polarizzazione per bjt e mos. Calcolo delle prestazioni mediante le sensitivity (1.4 crediti). Amplificatori a BJT e MOS. Retta di carico, scelta del punto di lavoro. Classi di amplificazione e rendimento. Amplificatori di piccolo segnale: configurazioni a base, Guadagni di tensione, corrente, impedenze di ingresso e uscita (1.2 crediti). Amplificatori a più stadi. Impedenze e funzioni di trasferimento in circuiti con elementi reattivi. Risposta in frequenza (0.8 crediti). Retroazione: classificazione ed effetti. Calcolo del guadagno e delle impedenze ad anello chiuso. Teoremi di Rosenstark e Blackman Prestazioni in alta frequenza dei dispositivi attivi: modelli e prestazioni. Frequenza di taglio superiore (1 credito). Metodi di calcolo di funzioni di trasferimento e impedenze (Miller, Driving Point Impedance, teorema dell'elemento aggiunto, costanti di tempo generalizzate, General Feedback Theorem) (1.6 crediti). Incertezze di misura e loro propagazione (metodo deterministico) (0.4 crediti). Oscilloscopio digitale a campionamento: schema a blocchi, controlli e comandi; banda passante, trigger, circuito di ingresso, utilizzo della sonda compensata, esempio di specifiche di oscilloscopi commerciali (0.45 crediti). Cenni all’utilizzo di alimentatori, multimetri digitali e generatori di segnale (0.2 crfediti). Problemi di connessione ed effetto di carico nell’uso della strumentazione (0.15 crediti).
Mathematical models and equivalent circuits of diodes, BJTs and MOS for large and small signal. Different levels of model details. Bias: basic circuits for BJTs and MOS bias. Stability evaluation by means of sensitivity functions (1.2 units). BJT and MOS amplifiers. Load line, choice of quiescent point. Amplifier classes and power efficiency. Small signal amplifiers: fundamental topologies, voltage and current gains. Input and output impedances (1.2 unit). Multistage amplifiers. Impedances and transfer functions in circuits with reactive components. Frequency response (.8 units). Feedback: classification and effects. Evaluation of closed loop gains and impedances. Rosenstark's and Blackman's theorems. High frequency behavior of active devices: models and performances. Cutoff frequency (1 unit). Methods for evaluating transfer functions and impedances: Miller, Driving Point Impedance, Extra Element Theorem, Generalized Time Constants, General Feedback Theorem (1.2 units). Measurement uncertainty and their propagation (deterministic method) (0.3 units). Digital scope: block diagram, controls, bandwidth, trigger, input circuit, use of compensated probe, specification examples of commercial scopes (0.45 units). Notes of use for power supplies, digital multimeter and signal generators (0.2 units) Problems arising from connection of measurement instruments and loading effects (0.15 units)
Laboratorio: Esercitazioni sull’uso di strumentazione di base, oscillosopio e multimetro. Misura di funzioni di trasferimento con generatore di segnali e oscilloscopio (0.9 crediti). Montaggio e misura di semplici circuiti a transistori (0.6 crediti). Simulazione: uso del simulatore circuitale LTSpice,
Lab exercises: use of basic instrumentation and uncertainty estimation in typical lab measurements (.9 units). Set up and measurement of simple circuits with BJTs (.6 units). Simulation: Use of the circuit simulator LTSpice.
A.Carullo, U. Pisani, A. Vallan: Fondamenti di misure e strumentazione elettronica, Ed. CLUT Torino,(2006) C. Beccari: Circuiti Elettronici, CLUT Sedra-Smith: Microelectronic Circuits, 7th ed. Oxford University Press Appunti dal corso, ed esempi di esercizi svolti, a disposizione sul portale della didattica
A.Carullo, U. Pisani, A. Vallan: Fondamenti di misure e strumentazione elettronica, Ed. CLUT Torino,(2006) C. Beccari: Circuiti Elettronici, CLUT Sedra-Smith: Microelectronic Circuits, 7th ed. Oxford University Press Class notes and examples of worked problems available on the class website
Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale facoltativa;
Exam: Written test; Optional oral exam;
L’esame finale è scritto ed è suddiviso in due parti. La prima parte (45 minuti, a libri chiusi) è a quiz e riguarda gli argomenti di misure. La seconda parte (2 ore e 15 minuti), a libri aperti, riguarda la soluzione numerica di problemi di circuiti in cui si chiede di calcolare funzioni di trasferimento, impedenze, punti di funzionamento. La prima parte dà un contributo fino a 7 punti, la seconda fino a 23 punti. Il voto finale è dato dalla somma dei due punteggi. Gli studenti che conseguono un voto complessivo maggiore o uguale a 25, possono facoltativamente sostenere una prova pratica e orale, che può alzare (o abbassare) il voto dello scritto.
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; Optional oral exam;
Final exam is a written test consisting of 2 parts. A first section (0:45, closed books) is quiz based about measurements. The second part (duration 2:15) is an open books test requiring to determine numerically transfer functions, impedances, bias points. Final grade is given by the sum of the two parts, the first contributing with a maximum of 7 points, the second with a maximum of 23 points. Students getting a final mark equal or greater than 25 can optionally pass a practical and oral test to improve (or decrease) their mark.
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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