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 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 delle principali tecniche di analisi e la capacità di utilizzarli con riferimento a semplici circuiti 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) Circuiti elettronici di base analogici. 3) Tecnologie elettroniche e principali dispositivi a semiconduttore 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 e alla valutazione dell’incertezza di misura.

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).

Misure elettroniche - Misurazioni dirette ed indirette; effetti sistematici ed incertezze; valutazione dell'incertezza di misura secondo il modello deterministico (4.5h). - Cenni sul processo di conversione Analogico/Digitale (AD) e sui convertitori AD maggiormente impiegati negli strumenti di misura; convertitore AD a integrazione (4.5h). - Oscilloscopio a memoria digitale: architettura di base, modalità di funzionamento, potenzialità e limiti. (4.5h) - Multimetro numerico: architettura di base, funzioni di misura, prestazioni attese (1.5h). - Metodo volt-amperometrico in corrente continua (1.5h). - Descrizione delle esercitazioni di laboratorio (1.5h). - Esercitazioni di laboratorio (12h): uso dell’oscilloscopio a memoria digitale, caratterizzazione di filtri passivi, sviluppo e analisi dell’incertezza di catene di misura basate su scheda a microcontrollore. Introduzione ai sistemi elettronici (3h) - Segnali, sistemi e informazione. Proprietà del segnale nel dominio del tempo e della frequenza, segnale analogico e digitale. Sistemi elettronici, schemi a blocchi. Dallo schema a blocchi al circuito. Introduzione ai dispositivi elettronici (9h) - Ripasso e complementi di teoria dei circuiti (doppi bipoli). - Transistori MOS: caratteristiche statiche e regioni di funzionamento. - Transistori MOS in applicazioni analogiche: polarizzazione e piccolo segnale. Amplificatori (15h) - Amplificatori di tensione, corrente, transconduttanza, transresistenza. - Amplificazione di tensione, di corrente, di potenza. Resistenza d’ingresso, resistenza d’uscita. Effetto di carico sull’ingresso e sull’uscita. Stadi in cascata. Esercitazione di laboratorio. - Stadi amplificatori basati su transistori MOS. Esercizi di analisi. - Limitazioni pratiche degli amplificatori: limitazioni statiche e dinamiche. Amplificatori Operazionali (18h) - Amplificatore operazionale. Retroazione negativa. Analisi di circuiti con operazionali ideali. - Amplificatori con operazionali ideale: amplificatore di tensione, corrente, transconduttanza e transresistenza. - Altri circuiti analogici basati su operazionali: inseguitore di tensione, amplificatore invertente, amplificatore esponenziale, amplificatore logaritmico, integratore, derivatore, sommatore generalizzato, amplificatore differenziale. Esercizi di analisi. - Non-idealità degli operazionali reali: limitazioni statiche e dinamiche. Analisi di circuiti con operazionali in presenza di non-idealità (esercizi e laboratorio). Comparatori di soglia (3h) - Caratteristica statica. Isteresi. Non-idealità (cenni) - Generatore di onda quadra e triangolare Tecnologia CMOS (2 ore) - Tecnologia CMOS: wafer, tecnologia planare: principali passi tecnologici. Litografia. Drogaggio. - Dispositivi elettronici: tecnologi drogaggio e cenni di funzionamento del MOS. Scalamento e legge di Moore.

L'insegnamento e’ strutturato in lezioni ed esercitazioni in aula (44 ore per la parte di elettronica e 18 ore per la parte di misure) e in esercitazioni di laboratorio (2 esercitazioni di elettronica, 4 di misure) di 3 ore ciascuna. Obiettivo dei laboratori (in totale 18h) è acquisire familiarità con la strumentazione e 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. La frequenza non è obbligatoria, ma se accompagnata dalla stesura di relazioni, dà diritto a un punteggio aggiuntivo che concorre alla valutazione finale (vedi regole di esame) Le esercitazioni in aula seguiranno gli argomenti delle lezioni e verteranno sull'analisi di dispositivi elettronici (transistori) in semplici circuiti analogici e sull'analisi di circuiti basati su amplificatori operazionali, sia in condizioni ideali, sia considerando l'effetto delle principali non-idealità. Le lezioni e le esercitazioni numeriche saranno fruibili in presenza. Parte delle attività potranno essere fruibili anche in remoto nell'ambito della piattaforma "Virtual Classroom". I laboratori saranno fruibili in presenza a rotazione per quanto possibile. Verrà comunque garantita la possibilità di partecipare alle esercitazioni di laboratorio in remoto, collegandosi attraverso Virtual Classroom.

• Carullo, U.Pisani, A. Vallan, Fondamenti di misure e strumentazione elettronica , CLUT 2006 (ISBN: 978-88-7992-209-2) • A. S. Sedra, K. C. Smith, Circuiti per la Microelettronica (4° Ed.), Edises 2013 (ISBN: 978-8879597340) • A. S. Sedra, K. C. Smith, Microelectronic Circuits. (7th Ed.), Oxford University Press, 2015 (ISBN: 978-0199339143) 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)

Slides; Esercizi risolti; Video lezioni tratte da anni precedenti;

Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale facoltativa;

Exam: Written test; Optional oral exam;

... 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 (se effettuato) tra -10 e +10 punti 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.

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.