Scopo del modulo è rendere lo studente in grado di analizzare e progettare i circuiti che sono alla base degli odierni sistemi elettronici analogici e digitali. Partendo dalle basi fornite dai corsi precedenti di elettrotecnica, dispositivi e circuiti elettronici, vengono dapprima introdotti gli amplificatori operazionali reali ed impiegati per realizzare funzioni lineari e non lineari. Si passa in seguito agli alimentatori lineari e a commutazione. Successivamente si studiano gli schemi base per il funzionamento in commutazione dei transistor e li si utilizza per analizzare la struttura delle porte logiche elementari. Completa il modulo l'analisi dei sistemi d'acquisizione dati.

Acquisire familiarità con l'elettronica analogica e con gli aspetti elettrici dell'elettronica digitale. Progettare piccoli sistemi analogici a partire dalle specifiche. Progettare semplici alimentatori per circuiti elettronici. Dimensionare un circuito digitale e progettare l'interfaccia tra questo e un carico di potenza. Conoscere i sistemi di acquisizione dati classici e saperli dimensionare a partire dalle specifiche.

Per seguire con profitto il modulo lo studente deve conoscere la teoria delle reti elettriche, la loro analisi nel dominio del tempo e della frequenza, il funzionamento in linearità di transistori bipolari e MOS, il concetto di polarizzazione e piccolo segnale. Sono inoltre necessarie le nozioni base della teoria dei segnali e della retroazione. Per quanto riguarda le esercitazioni sperimentali, è necessario avere acquisito qualche familiarità nell'uso della strumentazione di laboratorio (oscilloscopio, alimentatore, generatore di segnali).

Amplificatori operazionali (4 CFU) - Struttura degli amplificatori operazionali a BJT e MOS: specchio di corrente, stadio differenziale, stadio di potenza. Amplificatori di potenza a componenti discreti - Parametri parassiti degli amplificatori operazionali, risposta in frequenza, stabilità - Circuiti lineari: amplificatore, sommatore, amplificatore da strumentazione - Filtri attivi: primo ordine, secondo ordine, ordine superiore; filtri a capacità commutate - Circuiti non lineari: amplificatore logaritmico, diodo ideale - Comparatori di soglia, generatori di forme d'onda, VCO - Oscillatori sinusoidali: ponte di Wien, oscillatore a sfasamento, a tre punti Porte logiche e circuiti in commutazione (2 CFU) - Transistori bipolari e MOS in commutazione, interruttori, transmission gate, porte CMOS - Parametri statici e dinamici, famiglie logiche, uscita open drain e tri-state, ingressi a trigger di Schmitt - Interfacciamento con carichi di potenza e optoisolamento - Porte And-Or-Invert, logica dinamica - Circuiti sequenziali di base (latch, flip-flop, contatore); comportamento dinamico Alimentatori (1,5 CFU) - Struttura tradizionale con regolatore dissipativo - Struttura basata su regolatore switching Sistemi d'acquisizione dati (1 CFU) - Richiami di teoria del campionamento, quantizzazione; convertitore D/A (potenziometrico, resistenze pesate, rete a scala); convertitore A/D (flash, approssimazioni successive, inseguimento); Sample & Hold (integratore)

Il corso prevede 8 laboratori sperimentali di 1,5 ore da svolgersi presso il LED. I laboratori si svolgono in gruppi di tre o quattro studenti. Per ogni laboratorio i gruppi devono preparare delle relazioni che devono essere consegnate entro una settimana dalla data del laboratorio, vengono valutate dal docente e costituiscono parte del voto d'esame (20%, vedi sezione su criteri, regole e procedure d'esame). Per rendere più proficuo il lavoro in laboratorio, a partire dall'AA 2018-19 all'inizio del corso ogni gruppo di studenti riceverà in uso gratuito un sistema che realizza un banco di laboratorio virtuale (Analog Discovery 2 NI edition). Utilizzando tale sistema il gruppo dovrà preparare in anticipo il circuito che verrà utilizzato per le prove in laboratorio e verificarne la funzionalità. Le ore in laboratorio serviranno per ripetere ed integrare le misure fatte a casa utilizzando strumentazione tradizionale. I laboratori vertono sui seguenti argomenti: 1. caratteristiche amplificatore operazionale; 2. filtro attivo; 3. amplificatore da strumentazione; 4. generatore d'onda triangolare o quadra; 5. Transistor bipolari e MOS in commutazione; 6. caratterizzazione di porte logiche; 7. regolatore di tensione dissipativo; 8. convertitore D/A.

Il docente mette a disposizione sul portale della didattica diverse dispense in italiano che coprono la totalità dei contenuti del corso. Sul portale sono inoltre disponibili le tracce delle esercitazioni sperimentali ed alcuni esercizi risolti o proposti. Per approfondimenti e consultazioni il testo consigliato è: Sedra/Smith, 'Microelectronic Circuits', 7th ed., Oxford University Press, 2015. ISBN 978-0199339143

Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale obbligatoria; Progetto di gruppo;

Exam: Written test; Compulsory oral exam; Group project;

... L’esame è volto ad accertare la conoscenza degli argomenti elencati nel programma ufficiale del corso e la capacità di applicare la teoria ed i relativi metodi di calcolo alla soluzione di esercizi. Inoltre si tiene conto del lavoro svolto in laboratorio e quindi sia delle conoscenze pratiche ottenute, sia della capacità di tradurre queste conoscenze in una relazione tecnica. Le valutazioni sono espresse in trentesimi e l’esame è superato se la votazione riportata è di almeno 18/30. La valutazione dell'esame avviene in due momenti: una prova finale, mediata dalla valutazione delle relazioni di laboratorio. La prova finale consiste in un orale (due domande) preceduto da un esercizio scritto (tempo a disposizione: 30') che viene corretto all'inizio della prova orale. Durante lo scritto non è possibile la consultazione di alcun tipo di materiale (appunti, formulari, testi). E' possibile l'utilizzo di una calcolatrice NON programmabile. L'esercizio scritto consiste nel progetto di un circuito analogico (basato su amplificatore operazionale o su transistor). Viene quindi valutato se il candidato ha acquisito sufficienti abilità nella sintesi di semplici circuiti elettronici, come indicato tra gli obiettivi di esame. La valutazione dello scritto pesa per un massimo di 10 punti sul voto della prova finale. Le due domande teoriche invece sono volte a verificare la conoscenza teorica. Ogni domanda teorica viene valutata un massimo di 10 punti. La somma dei voti dello scritto e delle domande orali (VE) è un voto in trentesimi che pesa per l'80% del voto finale. Il 20% deriva invece dalla media in trentesimi delle valutazioni delle relazioni delle esercitazioni sperimentali (VL). Quest'ultima media è calcolata sulle migliori 6 relazioni di ogni studente. In caso lo studente abbia presentato meno di 6 relazioni, le relazioni mancanti sono mediate con valore 0/30. Il voto finale dell'esame, VF è ottenuto come: VF=VE*0,8+VL*0,2. Il voto ottenuto dalle relazioni di laboratorio è valido a tempo indeterminato, anche nel caso in cui lo studente sostenga la prova finale in anni accademici successivi a quello in cui ha frequentato il laboratorio.

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.