Scopo dell’insegnamento è apprendere l’uso dei componenti e sistemi elettronici analogici per il trattamento di segnali biologici provenienti da sensori, focalizzandosi in particolare sugli aspetti di amplificazione e filtraggio di segnali con tecniche di eliminazione dei disturbi. Considerate le frequenze in gioco dei segnali in questione si farà ampio uso dell’amplificatore operazionale. L'impostazione dell’insegnamento è volta a fornire le basi necessarie alla comprensione degli argomenti trattati nei corsi avanzati di sensori e strumentazione per l’ingegneria biomedica.

-Capacità di analizzare un circuito elettronico dal punto di vista della risposta in frequenza -Capacità di determinare la risposta di un circuito elettronico a un segnale di eccitazione periodico generico -Comprensione e capacità di utilizzo degli amplificatori operazionali per realizzare amplificatori e filtri -Capacità di scegliere le specifiche della componentistica elettronica necessaria a soddisfare le specifiche di progetto -Familiarità sia con la strumentazione di base di laboratorio (alimentatore, generatore di segnali, oscilloscopio, multimetro) per la caratterizzazione di circuiti analogici, sia con il montaggio di circuiti su basetta sperimentale (breadboard)

Per la corretta fruizione dell’insegnamento, sono necessarie le seguenti conoscenze preliminari: -Strumenti matematici dei corsi di analisi e geometria -Fisica dei fenomeni elettrici -Elettrotecnica e principi e tecniche di soluzione delle reti elettriche

Le ore dedicate alla teoria (4CFU) vertono sui seguenti argomenti: - breve ripasso necessario per il consolidamento delle nozioni fornite nel corso di elettrotecnica indispensabili per questo insegnamento (0.2CFU) - analisi dei circuiti con la trasformata di Fourier e utilizzo dei diagrammi di Bode (0.8CFU) - retroazione negativa: si illustrano i concetti di base, focalizzandosi soprattutto nel contesto dei circuiti elettronici (0.4CFU) - amplificatore operazionale: questo componente viene ampiamente descritto e analizzato, studiandone i circuiti di base e quelli più complessi, come ad esempio l’amplificatore per strumentazione e i filtri attivi di primo e secondo ordine. L’amplificatore operazionale viene studiato considerandone anche il comportamento come componente reale, mettendo in risalto le correlazioni tra specifiche di utilizzo/progetto e caratteristiche descritte nei datasheet (2.6CFU) Ore di esercitazione (2 CFU): le ore di esercitazione seguono senza soluzione di continuità quelle di lezione. I vari argomenti trattati a lezione sono infatti completati con esempi applicativi in cui si risolvono numericamente i problemi affrontati. Parte delle ore di esercitazione, in cui si risolvono prove scritte di anni precedenti, sono esplicitamente pensate in preparazione all’esame finale. Ore di laboratorio (2CFU): in laboratorio si presenta la componentistica e la strumentazione base che saranno il corredo di questa parte applicativa del corso. Anche in questo caso, i circuiti proposti andranno di pari passo con quelli introdotti nelle ore di lezione e analizzati durante le esercitazioni. L’attività di laboratorio si snoda su un percorso appositamente definito per questo percorso di studi che porta, al suo compimento, all’assemblaggio di un sistema completo per il monitoraggio del segnale cardiaco, ovvero alla sua verifica sperimentale al termine del corso.

L’insegnamento prevede lezioni esercitazioni e laboratori sperimentali. Data la natura degli argomenti trattati, ampio spazio sarà dedicato alla soluzione di esercizi in cui vedere applicati i concetti teorici trattati a lezione. L’insegnamento prevede in particolare 7 esercitazioni di laboratorio obbligatorie di gruppo da 3 ore ciascuna in cui si realizza un sistema ECG a una derivazione. Durante le ore di laboratorio i gruppi sono tenuti a redigere le relazioni di collaudo dei circuiti realizzati. Il programma dei laboratori consiste, nello specifico, in: - Laboratorio di base sull’utilizzo della strumentazione e della basetta sperimentale - Laboratorio di base sull’utilizzo dell’amplificatore operazionale, le sue limitazioni e sul montaggio di circuiti attivi basati su di esso - Realizzazione e caratterizzazioni dei blocchi funzionali che compongono un semplice sistema ECG a singola derivazione: amplificatore per strumentazione, blocco per la reiezione dei disturbi di rete a 50 Hz e filtro passa basso. L’ultima esercitazione è dedicata all’collaudo del sistema completo: ogni gruppo prova il circuito nelle sue reali condizioni operative, i.e. con segnale prelevato da elettrodi posizionati su corpo umano, condizionato dal sistema realizzato e visualizzato su oscilloscopio. Le attività di laboratorio che saranno valutate in itinere, in base alle relazioni di gruppo e al comportamento individuale nelle ore di laboratorio, possono dare un contributo al voto finale di massimo 2 punti.

Sul portale viene fornito il materiale utilizzato nel corso che include le slides utilizzate in aula e le dispense a cura del docente che coprono il programma del corso. Testi aggiuntivi consigliati: 1) Jung, “Op Amp Applications Handbook”, Analog Devices 2) Jaeger/Blalock/Blalock, “Microelettronica”, McGraw-Hill; 3) Franco, “Amplificatori operazionali e circuiti integrati analogici”, Hoepli; 4) Beccari, "Circuiti elettronici lineari", CLUT

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

Exam: Written test; Optional oral exam;

... L’esame prevede una prova scritta della durata approssimativa di 2 ore strutturata in esercizi a risposta aperta. Il punteggio massimo sarà di 32/30. L'esame è svolto in forma cartacea. Durante la prova non è possibile consultare materiale didattico. E’ consentito l’uso di una calcolatrice scientifica e di fogli di brutta (a cura delle/dei candidate/i). La prova scritta potrà essere integrata da una prova orale a discrezione dei docenti, oppure su richiesta delle/degli studentesse/studenti che avranno conseguito un punteggio maggiore o uguale a 18 nella prova scritta. Una volta raggiunta la sufficienza, al voto dello scritto e dell’eventuale orale si aggiunge quello di laboratorio. Chi nella prova scritta consegue un punteggio maggiore o uguale a 15 può sostenere una prova orale integrativa per raggiungere la sufficienza alla quale, se raggiunta, si sommerà il voto di laboratorio. Studenti con punteggio dello scritto inferiore a 15 devono ripetere la prova scritta, indipendentemente dal punteggio di 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.