L’insegnamento di “Circuiti elettronici” introduce gli studenti ai concetti base dei circuiti elettronici analogici (principalmente, amplificatori) che verranno poi utilizzati nei corsi successivi. Durante le lezioni si tratteranno i modelli circuitali dei dispositivi attivi e il loro utilizzo in circuiti elementari studiandone le proprietà. La composizione di più stadi fondamentali porta allo studio di circuiti amplificatori più complessi, di cui vengono analizzate le proprietà e mostrati metodi di calcolo esatti e approssimati. Una frazione considerevole di tempo viene utilizzata per introdurre i fondamenti delle misure elettroniche, presentando sia aspetti sistematici, quali i problemi delle incertezze sia aspetti pratici di utilizzo degli strumenti di laboratorio, in modo da poter effettuare sperimentazione di laboratorio sui circuiti studiati durante l’insegnamento.

Lo studente al termine dell’insegnamento avrà una conoscenza dei modelli dei dispositivi attivi e delle configurazioni elementari degli amplificatori. Dopo questo insegnamento lo studente saprà analizzare semplici circuiti amplificatori a transistori discreti, calcolandone sia il punto di funzionamento che le funzioni di trasferimento e le impedenze, utilizzando un ampio ventaglio di metodi di calcolo, sia basati su simulatori (Spice) sia su calcolo manuale. Lo studente saprà inoltre utilizzare i principali strumenti di misura presenti in un laboratorio, alcuni sensori per grandezze fisiche, e valutare le incertezze delle misure ottenute dagli strumenti stessi. Nel dettaglio, lo studente sarà in grado di: - Calcolare le condizioni di polarizzazione di un amplificatore con transistor bipolari e MOS - Trovare il circuito equivalente dei dispositivi attivi - Calcolare funzioni di trasferimento e impedenze di ingresso e uscita - Valutare quali metodi di calcolo meglio si adattano al circuito analizzato - Leggere ed interpretare datasheet di componenti elettronici analogici - Utilizzare software SPICE per la simulazione di circuiti elettronici analogici - Conoscere i fondamenti delle misure e le regole di propagazione dell’incertezza secondo il modello deterministico. - Prevedere l’incertezza di una misurazione indiretta secondo il modello deterministico - Conoscere l’uso della strumentazione di laboratorio di base - Utilizzare la strumentazione di base - Comprendere le specifiche di sensori ed essere in grado di utilizzarli con la strumentazione vista a lezione.

Matematica: Derivate, integrali, serie di Taylor e Fourier. Soluzione di sistemi di equazioni lineari. Trasformate di Laplace. Elettrotecnica: metodi di soluzioni delle reti lineari (tempo e frequenza), diagrammi di Bode, calcolo simbolico. Dispositivi: Equazioni descrittive dei componenti elettronici.

Modello matematico e circuitale di diodi, BJT e MOS in ampio e in piccolo segnale (15%): - Vari livelli di modello a seconda della precisione richiesta - Polarizzazione: Circuiti di base per la polarizzazione per BJT e MOS - Retta di carico, scelta del punto di lavoro Amplificatori a BJT e MOS a singolo stadio (15%): - Amplificatori di piccolo segnale: configurazioni elementari, guadagni di tensione, corrente, impedenze di ingresso e uscita - Classi di amplificazione e rendimento Amplificatori a più stadi (20%): - Impedenze e funzioni di trasferimento in circuiti con elementi reattivi - Risposta in frequenza - Metodo delle costanti di tempo generalizzate - Cenni sui sistemi in retroazione Prestazioni in alta frequenza dei dispositivi attivi (10%): - Teorema di Miller - Modelli e prestazioni - Frequenza di taglio superiore Fondamenti di misura (10%): - Motivazioni. Definizione di misura. I metodi di misura. Incertezza e errore. Misurazioni dirette ed indirette. Incertezza di misura con il modello deterministico. Incertezza strumentale (indice di classe e formula bionomia), di lettura, intrinseca. Propagazione di incertezza nelle misure indirette Strumentazione e metodi (20%): - Strumentazione elettromeccanica: voltmetri e amperometri. Struttura, uso, incertezze ed effetti sistematici, progetto sulla base di specifiche - Multimetri numerici. Breve cenno sulla struttura. Funzioni: tensione continua, corrente continua, resistenza a due e quattro terminali. Uso, comandi, caratteristiche e analisi incertezze - Oscilloscopio digitale: breve cenno sulla struttura e sul principio di funzionamento, uso, comandi, analisi delle specifiche, teoria e uso delle sonde compensate - Cenni sulla misurazione di segnali alternati con multimetri e oscilloscopi, misurazione di valore medio e valore efficace con oscilloscopi. Sensori (10%): - Caratteristiche sensori. Sensori resistivi di temperatura Pt100 e NTC, estensimetri. Esempi di circuiti di condizionamento. Calcolo di incertezza di un sistema di misura basato su multimetro e sensore con circuito di condizionamento.

Oltre alle lezioni ed esercitazioni in aula, sono previste esercitazioni di laboratorio e esercitazioni in aula di introduzione alla simulazione di circuiti elettronici: Laboratorio: esercitazioni per l’uso di strumentazione di base e calcolo delle incertezze in tipiche misure di laboratorio. - assemblaggio su breadboard e misura di semplici circuiti a transistori - uso di voltmetri e amperometri numerici (rilievo della caratteristica di un dispositivo elettronico) - rilievo della risposta in frequenza di un amplificatore tramite oscilloscopio digitale - Uso di sensori Simulazione: uso del simulatore circuitale SPICE.

Jaeger–Blalock: Microelettronica, 5 ed., McGraw-Hill Sedra–Smith: Sedra–Smith: Circuiti per la Microelettronica, 4 ed. EdiSES A.Carullo, U. Pisani, A. Vallan: Fondamenti di misure e strumentazione elettronica, CLUT Torino Appunti dal corso, ed esempi di esercizi svolti, a disposizione sul portale della didattica.

Dispense; Esercizi; Esercizi risolti; Video lezioni dell’anno corrente; Video lezioni tratte da anni precedenti;

E' possibile sostenere l’esame in anticipo rispetto all’acquisizione della frequenza

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 è volto ad accertare la conoscenza degli argomenti elencati nel Programma e la capacità di applicare la teoria ed i suoi metodi alla soluzione di esercizi e allo studio di circuiti. Per ogni iscritto l’esame è costituito da una parte scritta obbligatoria e da una eventuale e successiva parte orale facoltativa. Le valutazioni degli scritti e degli orali sono espresse in trentesimi. Il voto finale viene determinato tenendo conto sia della prova scritta che della prova orale. La prova scritta, della durata approssimativa di 2 ore, è articolata in una parte relativa a misure (teoria ed esercizi, con domande a risposta aperta oppure chiusa) e una relativa alla teoria dei circuiti (teoria e semplici esercizi, con domande a risposta aperta o chiusa, e soluzione di problemi circuitali più complessi). La prova sarà suddivisa in due parti, una prima (elettronica e misure, tempo circa 1 ora e 15 minuti) di domande a risposta aperta o chiuse, in cui non è possibile consultare materiale didattico; ed una seconda (esercizi di elettronica, circa 45 minuti) in cui sarà possibile consultare qualunque materiale a disposizione purché cartaceo. Condizione necessaria affinché la prova sia considerata superata è che nessuna delle due parti risulta gravemente insufficiente. Il voto dello scritto è dato per 3/8 dal voto della parte relativa a misure e per 5/8 dal voto della parte relativa a elettronica. La prova orale è facoltativa e riservata agli studenti che hanno una valutazione sufficiente (almeno 18/30) allo scritto, escluso il modificatore di laboratorio. La prova prevede domande teoriche e pratiche sugli argomenti di circuiti elettronici presentati in aula, sulle esercitazioni di laboratorio e sulla simulazione di circuiti. La parte orale dell’esame sarà sostenuta, in accordo con il docente, nei giorni immediatamente successivi all’appello in cui si è superato lo scritto, e non può essere rimandata ad altri appelli. La valutazione finale è data dalla valutazione della prova scritta, a cui viene aggiunto un punteggio positivo o negativo fino ad un massimo di 2 punti per la prova orale, ed un massimo di 2 punti per le relazioni relative ai laboratori, da preparare durante il corso in gruppi di 3 persone.

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.