Scopo dell’insegnamento è quello di avviare gli allievi alla conoscenza degli aspetti caratterizzanti le discipline dell’Elettronica. L’insegnamento prende in considerazione i concetti fondamentali del trattamento elettronico dell’informazione, sia essa di tipo analogico che digitale, soffermandosi in particolare sull’esame del comportamento fisico dei componenti e dei circuiti analogici e digitali, cosicché l’allievo possa valutarne l’influenza sulle prestazioni reali (amplificazione, risposta in frequenza, velocità, dissipazione di potenza … ). Per questo l'insegnamento introduce, sia pure in forma prevalentemente qualitativa, i concetti di base sul funzionamento dei dispositivi elettronici elementari. 

• Comprensione dei principi di funzionamento di circuiti analogici e digitali di base impieganti stadi amplificatori a transistori, amplificatori operazionali e porte logiche (DdD1).
• Conoscenza e capacita’ di selezione delle tecniche di analisi e delle approssimazioni utili per ottenere soluzioni all'analisi del comportamento di circuiti analogici e digitali elementari. (DdD1 e DdD2).
• Capacita’ di analizzare un circuito amplificatore, una porta logica CMOS elementare o complessa, o semplici catene di acquisizione impieganti convertitori analogico/digitali (DdD2).
• Se ha frequentato i laboratori sperimentali, conoscenza e utilizzo in autonomia del software per la simulazione circuitale pSpice e degli strumenti di base di un laboratorio di elettronica (DdD1 e DdD2).

Programma delle lezioni e delle esercitazioni (Syllabus)

1. Sistemi Elettronici 

   1.1 Segnali: generatori e sensori reali. Rappresentazione nel tempo e componenti in frequenza. Rumore. Sistemi analogici e digitali.

   1.2 Richiami di analisi di reti lineari del primo ordine nel dominio del tempo e della frequenza.

2. Dispositivi Elettronici

   2.1 Semiconduttori: droganti, portatori.

   2.2 Diodo: caratteristiche statiche ideali, impiego come raddrizzatore

   2.3 Transistore MOS: caratteristiche statiche ideali, impiego come interruttore ed amplificatore.

   2.4 Stadi di amplificazione a singolo transistore

3. Elettronica Analogica

   3.1 Amplificatori operazionali (OA): caratteristiche ideali, funzionamento lineare; comparatore.

   3.2 Reazione negativa: concetto di terra virtuale, configurazioni invertente e non invertente.

   3.3 Circuiti con OA reali per la somma, la differenza, l’integrazione, la derivazione e il filtraggio di forme d’onda.

   3.4 OA con reazione positiva: trigger di Schmitt e oscillatori.

4. Conversione Analogica/Digitale

   4.1 Generalità sul campionamento: criteri di ricostruzione, spettro ed equivocazione.

   4.2 Sample&Hold: circuito a componenti discreti, parametri ed errori.

   4.3 Convertitori ADC: esempio di struttura interna, quantizzazione, risoluzione, precisione e accuratezza.

   4.4 Convertitori DAC: esempio di struttura interna, errori e non-linearità.

5. Elettronica Digitale

   5.1 Generalità sulla logica CMOS: prestazioni statiche e dinamiche, margini di rumore.

   5.2 Componenti MSI: combinatori (decoder, multiplexer) e sequenziali (flip-flop).

   5.3 Memorie volatili e non: RAM statiche e dinamiche

Attività di laboratorio (Laboratory activities)

L'attività di laboratorio ha lo scopo di rendere familiare allo studente l'utilizzo dei principali strumenti di un laboratorio di elettronica mediante lo svolgimento di alcuni esperimenti. Lo studente svolgerà esperimenti su circuiti di base, la cui teoria è stata preventivamente argomento di lezione. Verranno utilizzati inoltre programmi di simulazione per l'analisi dei circuiti.

I prerequisiti dell’insegnamento si possono trovare negli insegnamenti di Matematica, Fisica, Elettrotecnica e comprendono le nozioni base di elettromagnetismo, i componenti (resistore, condensatore, induttore), le tecniche di analisi delle reti lineari (sistemi di equazioni, circuiti equivalenti di Thevenin e Norton, principio di sovrapposizione degli effetti, etc.), le reti in regime sinusoidale (fasori, impedenza) e le reti elementari (R, L, C) in regime transitorio.

L'appello d’esame consta di una prova scritta sull'intero programma svolto in aula. La prova scritta verifica e accerta:

• la comprensione dei principi di funzionamento di circuiti di amplificazione di base, di porte logiche CMOS e di catene di conversione analogico/digitale. (DdD1)
• la capacita' di applicare le conoscenze acquisite e di selezionare le tecniche utili per l'analisi del comportamento dei suddetti circuiti. (DdD2)
• la capacita' di scegliere ed applicare modelli semplificati per la soluzione del problema proposto e di verificarne l'attendibilita'.(DdD1 e DdD2)