Politecnico di Torino
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Anno Accademico 2011/12
02NVAOA, 01NVANZ
Sistemi e tecnologie elettroniche
Corso di Laurea in Ingegneria Informatica - Torino
Corso di Laurea in Ingegneria Delle Telecomunicazioni - Torino
Docente Qualifica Settore Lez Es Lab Anni incarico
Bonani Fabrizio ORARIO RICEVIMENTO O2 ING-INF/01 65 17 18 5
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-INF/01 10 B - Caratterizzanti Ingegneria elettronica
Precedenze:
01AUL e 23ACI e 03AXP
Presentazione
Questo insegnamento introduce gli aspetti caratteristici generali di un sistema elettronico, di tipo analogico, digitale e ibrido. Sono illustrati i principali metodi di analisi, le scelte realizzative e le tecnologie di fabbricazione. Il corso affronta in particolare lo studio di alcuni moduli elettronici fondamentali: amplificatori realizzati con amplificatori operazionali reazionati, stadi di interfacciamento, circuiti logici base , e analizza il funzionamento dei principali dispositivi elettronici.
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.
Risultati di apprendimento attesi
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 capacità di utilizzarli per progettare semplici circuiti digitali e 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) Tecnologie elettroniche, comportamento e modelli dei principali dispositivi a semiconduttore, in relazione al loro utilizzo in un sistema elettronico complesso.
3) Circuiti elettronici base analogici (basati su amplificatori operazionali) e digitali (porte logiche e FlipFlop).
L'allievo acquisisce la capacità di confrontarsi con le problematiche della sperimentazione su semplici circuiti, relativamente all'uso dei principali strumenti presenti in laboratorio elettronico.
Prerequisiti / Conoscenze pregresse
Sono necessarie conoscenze di base di matematica (calcolo differenziale e integrale), fisica (elettrostatica, corrente continua, fenomeni ondulatori), elettrotecnica (leggi fondamentali, modelli e metodi di analisi). Sono anche utili conoscenze di algebra booleana e rappresentazione numerica.
Programma
1 Formazione sperimentale (20h)
- Nozioni di antinfortunistica e comportamento in laboratorio.
- Misura e misurazione; incertezze e correzioni; incertezze strumentali e di lettura
- Uso dei principali strumenti di laboratorio: oscilloscopio, tester e multimetro numerico, generatore di forme d'onda .
- Semplici esercitazioni sperimentali.
2 Introduzione ai sistemi elettronici (20h)
- Scomposizione di un sistema elettronico complesso in moduli funzionali, rappresentazioni di segnali in tempo e in frequenza, segnali analogici e numerici.
- Richiami su reti elettriche.
- Tipi di amplificatori e parametri principali che ne descrivono il funzionamento.
- Amplificatori operazionali e reazione negativa. Amplificatori invertenti e non invertenti, con elementi reattivi e a più ingressi.
3 Amplificatori operazionali reali (9h)
- Amplificazione ad anello aperto, resistenza differenziale d'ingresso e resistenza d'uscita.
- Correnti di ingresso e tensione di sbilanciamento di ingresso.
- Transcaratteristica e limitazioni.
- Risposta in frequenza, Slew-Rate e stabilità.
4 Semiconduttori e giunzione pn (18h)
- Semiconduttori.
- Giunzione pn: caratteristica statica, dinamica e modelli di piccolo ed ampio segnale.
- Tecnologia dei semiconduttori.
5 Transistori MOS e bipolari (17h)
- Sistema MOS.
- Transistore MOS.
- Transistore bipolare.
- Cenni sulla struttura interna degli amplificatori operazionali
6 Uso in commutazione dei transistori (4h)
- Uso del MOSFET in commutazione.
- Pilotaggio di carichi resistivi e induttivi.
- Circuiti a semiponte e a ponte.
Organizzazione dell'insegnamento
Le esercitazioni seguiranno gli argomenti delle lezioni. Nella parte iniziale si darà spazio alla valutazione numerica delle grandezze più rilevanti dei materiali semiconduttori sia all'equilibrio sia fuori equilibrio. Successivamente si analizzeranno le principali applicazioni dei dispositivi studiati. Queste esercitazioni, oltre a chiarirne i principi di funzionamento, ne analizzeranno in modo quantitativo alcune applicazioni. I laboratori saranno rivolti alla misura sperimentale di alcuni semplici circuiti premontati in modo da verificarne il funzionamento.
Uso di generatore di forme d'onda e oscilloscopio
- Misura dei parametri essenziali di forme d'onda sinusoidali a valore medio nullo (ampiezza, frequenza/periodo, calcolo del valore efficace). Misura dei parametri essenziali di sinusoide con componente continua.
- Misura della differenza di fase di due sinusoidi sincronizzate per vari valori di differenza di fase.
- Misura dei parametri essenziali di forme d'onda quadre simmetriche a valore medio nullo (duty cycle 50%, ampiezza, frequenza/periodo, calcolo del valore efficace).
- Misura dei parametri essenziali di forme d'onda quadre simmetriche a valore medio non nullo ottenuto mediante variazione del duty cycle (ampiezza, frequenza/periodo, duty cycle, calcolo del valore efficace.
- Misura della risposta nel dominio del tempo di un filtro RC con eccitazione a gradino (onda quadra a bassa frequenza) con misura della costante di tempo: risposta passa basso e passa alto.
- Misura della risposta nel dominio della fr eq uenza di un filtro RC con misura della frequenza di taglio: risposta passa basso e passa alto.
- Misura della resistenza di un resistore mediante misura indiretta di tensione e corrente, mediante tester e multimetro e stima delle incertezze di misura strumentali.
Criteri, regole e procedure per l'esame
L'esame finale comprende una prova scritta ed un orale facoltativo. Lo scritto comprende esercizi numerici relativi agli argomenti principali. Il tempo assegnato per la soluzione è di 2 ore. L'orale ha una durata di 15'-20', e riguarda tutti gli argomenti trattati nelle lezioni e nei laboratori. Il voto finale è una media pesata della valutazione di scritto e orale (peso
0,8) e delle relazioni di laboratorio (peso 0,2).
Orario delle lezioni
Statistiche superamento esami

Programma definitivo per l'A.A.2011/12
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