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 digitali e 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). Sono anche utili conoscenze di algebra booleana e rappresentazione numerica.

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.
Sistemi di misura programmabili; cenni all’interfaccia IEEE-488.


Introduzione ai sistemi elettronici (20h)
- Scomposizione di un sistema elettronico complesso in moduli funzionali, rappresentazioni di segnali in tempo e in frequenza, segnali analogici e numerici.
- Richiami su reti elettriche.
- Tipi di amplificatori e parametri principali che ne descrivono il funzionamento.
- Amplificatori operazionali e reazione negativa. Amplificatori invertenti e non invertenti, con elementi reattivi e a più ingressi.
- Semplici esercitazioni sperimentali

Amplificatori operazionali reali (8h)
- Amplificazione ad anello aperto, resistenza differenziale d’ingresso e resistenza d’uscita.
- Correnti di ingresso e tensione di sbilanciamento di ingresso.
- Transcaratteristica e limitazioni.
- Risposta in frequenza.

Comparatori di soglia: circuiti e applicazioni (7 ore)
-Comparatori con isteresi;
-Generatori di onda quadra e triangolare.

Semiconduttori e giunzione pn (10h)
- Semiconduttori.
- Giunzione pn: caratteristica statica, dinamica e modelli di piccolo ed ampio segnale.
- Tecnologia dei semiconduttori.

Transistori MOS e bipolari (15h)
- Sistema MOS.
- Transistore MOS.
- Transistore bipolare.

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. Nella parte iniziale si darà spazio alla valutazione numerica delle grandezze più rilevanti dei materiali semiconduttori sia all’equilibrio sia fuori equilibrio. Successivamente si analizzeranno le principali applicazioni dei dispositivi studiati. Queste esercitazioni, oltre a chiarirne i principi di funzionamento, ne analizzeranno in modo quantitativo alcune applicazioni. I laboratori (in totale 18h) saranno rivolti alla misura sperimentale di alcuni semplici circuiti premontati in modo da verificarne il funzionamento.

• 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)

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.