Scopo dell'insegnamento 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 dagli insegnamenti precedenti di elettrotecnica, dispositivi e circuiti elettronici, vengono dapprima introdotti gli amplificatori operazionali reali, impiegati per realizzare funzioni lineari e non lineari. Si passa poi 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. L'insegnamento è orientato agli aspetti pratici della progettazione, con uso del laboratorio sia per la verifica sperimentale di quanto appreso teoricamente, sia per imparare ad operare con strumenti e circuiti. L'insegnamento fornisce un bagaglio di conoscenze professionalizzanti, utili sia a chi deciderà di entrare nel mondo del lavoro alla fine del percorso di laurea triennale, sia a chi deciderà di proseguire nella magistrale approfondendo i vari temi introdotti da questo insegnamento.

Al termine dell'insegnamento gli studenti avranno acquisito familiarità con l'elettronica analogica e con gli aspetti elettrici dell'elettronica digitale. Saranno in grado di: - analizzare e interpretare il funzionamento di un circuito analogico di base; - 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 le caratteristiche dei 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)

L'insegnamento è diviso in lezioni ed esercitazioni tradizionali in aula o da remoto (8.8 CFU) e in esercitazioni di laboratorio (1.2 CFU). Per quanto riguarda l'attività in laboratorio, sono previsti 8 laboratori sperimentali da svolgere in gruppi di tre studenti. Ogni gruppo di studenti riceverà a inizio insegnamento in uso gratuito un sistema che realizza un banco di laboratorio virtuale (Analog Discovery 2 NI edition + scheda di interfaccia realizzata dal Politecnico di Torino). Il sistema dovrà essere restituito a Polito a fine insegnamento. Utilizzando tale sistema il gruppo dovrà effettuare a casa l'esperienza di laboratorio. L'esperienza sarà successivamente ripetuta in laboratorio con la strumentazione tradizionale, replicando quanto già fatto con la Analog Discovery e rilevando le differenze procedurali e gli scostamenti nelle misure dovuti alle differenti caratteristiche, sensibilità e precisione degli strumenti. L'esperienza in laboratorio durerà 1.5 ore. Per ogni laboratorio i gruppi devono preparare una relazione utilizzando la piattaforma Exercise del Portale della Didattica. Su tale piattaforma i gruppi avranno a disposizione una procedura guidata che permetterà di svolgere passo passo l'esercitazione e riportare misure, grafici, immagini e commenti relativi ai progetti realizzati. La procedura deve essere ultimata entro una settimana dalla data di inizio del laboratorio. Il docente verificherà la percentuale di completamento della procedura e la genuinità di misure, grafici e immagini, definendo per ogni esperienza un voto. La media dei voti ottenuti costituisce parte del voto d'esame (20%, vedi sezione su criteri, regole e procedure d'esame). 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 switching step down; 8. convertitore D/A.

Il docente mette a disposizione sul portale della didattica diverse dispense in italiano che coprono la totalità dei contenuti dell'insegnamento. 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

Dispense; Libro di testo; Esercizi; Esercizi risolti; Video lezioni dell’anno corrente;

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

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

... L’esame è volto ad accertare la conoscenza degli argomenti elencati nel programma ufficiale dell'insegnamento 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 in forma scritta (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 orali sono relative a due argomenti selezionati dal docente tra quelli trattati nell'insegnamento ed hanno connotazione più teorica, ad esempio principio di funzionamento di un circuito o definizione e significato dei parametri di un dispositivo. Se il luogo in cui avviene l’esame orale è dotato di lavagna, questa viene utilizzata a supporto dell’orale. La risposta ad ogni domanda 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. La lode viene assegnata quando tutti i voti parziali sopra descritti siano a punteggio pieno e lo studente sia stato particolarmente brillante nell’esposizione orale, mostrando una conoscenza della materia fuori dal comune.

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.