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 allo studio della stabilità dei circuiti e degli oscillatori quasi sinusoidali e a rilassamento. Viene poi introdotto lo studio del comportamento caotico nei circuiti elettronici a tempo continuo e a tempo discreto. 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. Comprendere il funzionamento dei circuiti a dinamica complessa e progettare oscillatori e multivibratori. 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 (4CFU) 1) Struttura degli amplificatori operazionali a BJT e MOS: specchio di corrente, stadio differenziale, stadio di uscita di potenza 2) Parametri parassiti degli amplificatori operazionali, risposta in frequenza, stabilità 3) Circuiti lineari: amplificatore, sommatore, amplificatore da strumentazione 4) Filtri attivi: primo ordine, secondo ordine, ordine superiore; cenni ai filtri a capacità commutate 5) Circuiti non lineari: amplificatore logaritmico e antilogaritmico, diodo ideale Oscillatori e Multivibratori (2.5CFU) 1) Stabilità del punto di riposo di un circuito elettronico: innesco esponenziale e innesco sinusoidale e relazione con la posizione dei poli 2) Oscillatori (quasi) sinusoidali: schema a blocchi e principio di funzionamento. Caratteristiche del blocco diretto e di retroazione, equazione caratteristica. Funzione descrittiva, condizione di innesco. Oscillatore a ponte di Wien, oscillatore a sfasamento, oscillatori a tre punti (di Colpitts e di Hartley) 3) Resistenze differenziali negative di tipo S ed N ed impiego in oscillatori e multivibratori. Multivibratore monostabile, astabile e bistabile. Comparatore con soglia e trigger di Schmitt. Circuiti a dinamica complessa e caos (1.5CFU) 1) Classificazione dei comportamenti asintotici (Punti di equilibrio; Comportamento periodico: cicli limite e teoremi fondamentali, moltiplicatori di Floquet e stabilità, Comportamento non periodico: attrattori toroidali e caotici). Cenni ai fenomeni di biforcazione 2) Esempi di circuiti tempo-continui a comportanento caotico: circuito di Chua e oscillatore di Colpitts 3) Esempi di circuiti tempo-discreti a comportamento caotico: mappe monodimensionali 4) Dinamica statistica per sistemi tempodiscreti: generalità; Ergodicità - mixingness - esattezza; Operatore di Perron Frobenious e sue proprietà; Il caso di stato quantizzato come proiezione dell'operatore PF (Equivalenza con le catene di Markov). Cenni alle applicazioni alla riduzione di EMI nei sistemi comandati da segnali periodici e alla genarazione di numeri casuali. Circuiti digitali (1CFU) 1) Porte logiche e circuiti in commutazione 2) Transistori MOS in commutazione, interruttori, transmission gate, porte CMOS 3) Parametri statici e dinamici, famiglie logiche, uscita open drain e tri-state 4) Porte And-Or-Invert, logica dinamica 5) Circuiti sequenziali di base (latch, flip-flop, contatore); comportamento dinamico Sistemi d'acquisizione dati (1CFU) Richiami di teoria del campionamento, quantizzazione; convertitore D/A (potenziometrico, resistenze pesate, rete a scala); convertitore A/D (flash, approssimazioni successive, pipeline); Sample & Hold (integratore)

Oltre alla lezioni teoriche, il corso prevede 6 laboratori (3 sperimentali e 3 di simulazione) di 3 ore ciascuno da svolgersi presso il LED. I laboratori si svolgono in gruppi di tre/quattro studenti. Il laboratorio è facoltativo, ma la presenza a tutti i laboratori è obbligatoria nel caso in cui si decida di aderirvi. Le esercitazioni seguiranno gli argomenti delle lezioni e hanno come obiettivo quello di applicare i concetti visti nella parte teorica.

Il docente mette a disposizione sul portale della didattica diverse dispense e lucidi che coprono la quasi totalità dei contenuti del corso. I testi consigliati sono: 1) Sedra/Smith, “Microelectronic Circuits,” 5th ed., Oxford University Press; 2) Gray/Hurst/Lewis/Meyer “Analysis and Design of Analog Integrated Circuits,” 5th Edition, Wiley

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 5-10 domande a risposta multipla (peso 10 punti) e 2-3 esercizi numerici (peso 20 punti). 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 25/30 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 e la valutazione delle relazioni di laboratorio (se consegnate) tra 0 e +3 punti, oltre alla valutazione dell’orale (se effettuato) tra -5 e +5 punti. Se il punteggio totale è maggiore di 30 punti, il voto dell’esame sarà 30 e lode. La relazione delle prove di laboratorio dovrà essere consegnata prima di sostenere la prova d'esame.

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.