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Scheda Riassuntiva
Anno Accademico 2017/2018
Scuola Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
Insegnamento 083533 - ELETTRONICA
Docente Villa Federica Alberta
Cfu 10.00 Tipo insegnamento Monodisciplinare

Corso di Studi Codice Piano di Studio preventivamente approvato Da (compreso) A (escluso) Insegnamento
Ing Ind - Inf (1 liv.)(ord. 270) - MI (363) INGEGNERIA BIOMEDICA*PZZZZ083533 - ELETTRONICA

Programma dettagliato e risultati di apprendimento attesi

Italiano

 

OBBIETTIVI

L'insegnamento di ELETTRONICA fornirà le basi per comprendere il funzionamento dei principali dispositivi elettronici (diodi, transistori, ecc.) e per analizzare e progettare circuiti analogici e digitali.

 

PROGRAMMA DELLE LEZIONI E DELLE ESERCITAZIONI

1. SEGNALI e CIRCUITI

Richiami: regime continuo e sinusoidale, risposta in frequenza, diagrammi di Bode, transitorio, risposta temporale.

Introduzione ai componenti: resistenze, condensatori, induttori, dispositivi attivi, circuiti integrati e packages.

2. DISPOSITIVI ELETTRONICI

Concetti elementari sui semiconduttori.

Diodo: struttura, caratteristiche, diodi particolari (LED, fotodiodo, Zener), applicazioni (es. circuiti di taglio, vincolo, raddrizzamento, stabilizzatore).

Transistore MOSFET: struttura, caratteristiche, impiego come interruttore digitale e analogico, impiego come amplificatore, polarizzazione e piccolo segnale, transconduttanza.

Stadi lineari elementari: source comune, degenerato di source, source follower, gate comune. Circuiti di amplificazione e condizionamento del segnale a uno o più MOSFET.

3. ELETTRONICA ANALOGICA

Amplificatore operazionale (OpAmp): caratteristiche, impiego ad anello aperto (comparatore), retroazione negativa (concetto di massa virtuale), non idealità, guadagno d’anello, stabilità e risposta in frequenza.

Circuiti lineari con OpAmp: stadio invertente, non invertente, sommatore, sottrattore, convertitore tensione-corrente e corrente-tensione, derivatore, integratore, filtri attivi, Instrumentation Amplifier.

Circuiti non lineari con OpAmp: superdiodo, trigger di Schmitt, multivibratore astabile, ecc.

Esercizi di progetto: ad esempio amplificatore per elettrocardiografo.

4. ELETTRONICA MISTA

Campionamento e circuiti Sample&Hold: struttura, dimensionamento, valutazione degli errori statici e dinamici.

Multiplexer analogico: struttura, parametri reali, errori statici e dinamici.

Convertitori Digitali-Analogici (DAC): architetture (es. voltage scaling, R scalate, R-2R), errore di quantizzazione, precisione ed accuratezza.

Convertitori Analogico-Digitali (ADC): architetture (es. flash, gradinata, SAR) e prestazioni, precisione e accuratezza, temporizzazioni, criteri di selezione.

Esercizi di progetto di sistemi di acquisizione da sensore e conversione analogico-digitale.

5. ELETTRONICA DIGITALE

Invertitore CMOS, caratteristiche statiche (livelli logici, margini di rumore) e dinamiche (ritardi di propagazione e tempi di commutazione), dissipazione di potenza, porte logiche (NAND, NOR, XOR, ecc).

Componenti combinatori: decoder, encoder, driver per display, mux digitali, ecc.

Progetto di reti combinatorie (es. metodologia SoP e PoS).

Componenti sequenziali: latch SR, flip-flop D e JK, contatore, shift-register.

Vari esercizi di progettazione di circuiti digitali (ad esempio elettrostimolatore muscolare programmabile).

 

 

RISULTATI DI APPRENDIMENTO ATTESI 

Alla fine del corso ci si attende che gli studenti abbiano acquisito le seguenti competenze:

- Conoscenza e comprensione delle basi teoriche dei dispositivi e circuiti elettronici fondamentali (diodo, transistore MOS, OpAmp, convertitori analogico-digitale, circuiti digitali)

- Capacità di applicare concetti teorici in esercizi di analisi circuitale e di progettazione

- Capacità di analizzare in modo sintetico circuiti elettronici analogici e digitali complessi

- Capacità di esporre in modo chiaro e formalmente corretto i concetti acquisiti

 

 

English

 

GOALS

The course ELETTRONICA will provide the basis for understanding how electron devices work (diodes, transistors, etc.) and for analysing and designing analog and digital circuits.

 

COURSE CONTENTS

1. SIGNALS AND CIRCUITS

Basics: dc and  ac regimes, frequency response, Bode diagrams, transitory analysis, time response.

Introduction to components: resistor, capacitor, inductor, active devices, integrated circuits and packages.

2. ELECTRONIC DEVICES

Elementary concepts on semiconductors.

Diode: structure, characteristics, special diodes (LED, photodiode, Zener), applications (e.g. limiting and clamping circuits, rectifier, stabilizer network).

MOSFET transistor: structure, characteristics, use as digital and analog switch, use as an amplifier, polarization and small signal, transconductance.

Elementary linear stages: common source, source degeneration, source follower, common gate configurations. Circuits for the amplification and signal conditioning based on one or more MOSFET.

3. ANALOG ELECTRONICS

Operational Amplifier (OpAmp): ideal structure, use in open loop (as discriminator), negative feedback (virtual ground concept), real structure, non idealities, loop gain, stability and effect of feedback on frequency response.

Linear circuits with OpAmps: inverting and non-inverting stages, adder and subtractor configurations, voltage-current and current-voltage converters, derivative and integrator stages, active filters, Instrumentation Amplifier (INA).

Non-linear circuits with OpAmps: superdiode, Schmidt trigger, astable multivibrator, etc.

Design exercises: for instance electrocardiographic front-end amplifier.

4. MIXED-SIGNAL ELECTRONICS

Sampling and Sample&Hold circuits: structure, design, evaluation of static and dynamic errors.

Analog multiplexer: structure, real performances, static and dynamic errors.

Digital-to-Analog Converters (DAC): architectures (e.g. voltage scaling, weighted R, R-2R), quantization error, precision and accuracy.

Analog-to-Digital Converters (ADC): architectures (e.g. flash, ladder, SAR) and performance, errors, timings, selection criteria.

Design exercises of systems for sensor acquisition and analog-to-digital conversion.

5. DIGITAL ELECTRONICS

CMOS inverter, static (logic levels, noise margins) and dynamic (propagation delays, transition times) performances, power dissipation, logic gates (NAND, NOR, XOR, etc.).

Combinatorial components: decoder, encoder, display driver, digital mux, etc..

Design of combinatorial circuits (e.g. SoP and PoS techniques).

Sequential components: SR latch, D and JK flip-flops, counter, shift-register.

Various examples of digital system design (e.g. programmable muscle electrostimulator).

 

 

EXPECTED LEARNING RESULTS

At the end of the course, we expect that the students will have the following abilities:

- knowledge and understanding of the theoretical basics of electronic devices and circuits (diode, MOS transistor, OpAmp, analog-to-digital converter, digital circuits)

- ability to apply knowledge and understanding in practical examples

- ability to synthetically analyze complex analog and digital circuits

- ability to properly communicate the learned topics

 


Note Sulla Modalità di valutazione

L'esame consisterà in una prova scritta su tutti gli argomenti svolti nel corso, basata su esercizi circuitali di alcune domande ciascuno. 

Pari importanza verrà data a tutte le sezioni in cui il corso è suddiviso.


Bibliografia
Risorsa bibliografica facoltativaFranco Zappa, Elettronica, Editore: Edises, Anno edizione: 2016, ISBN: 9788879598972
Risorsa bibliografica facoltativaAlberto Tosi, Esercizi di Elettronica, Editore: Società editrice Esculapio, Anno edizione: 2011, ISBN: 978-88-7488-427-8
Note:

Seconda edizione

Risorsa bibliografica facoltativaAdel S. Sedra and Kenneth C. Smith, Microelectronic Circuits, Editore: Oxford University Press, Anno edizione: 2014, ISBN: 9780199339136
Risorsa bibliografica facoltativaRichard C. Jaeger e Travis N. Blalock, Microelettronica, Editore: McGraw Hill, Anno edizione: 2013, ISBN: 9788838668234

Mix Forme Didattiche
Tipo Forma Didattica Ore didattiche
lezione
60.0
esercitazione
40.0
laboratorio informatico
0.0
laboratorio sperimentale
0.0
progetto
0.0
laboratorio di progetto
0.0

Informazioni in lingua inglese a supporto dell'internazionalizzazione
Insegnamento erogato in lingua Italiano
Disponibilità di libri di testo/bibliografia in lingua inglese
Possibilità di sostenere l'esame in lingua inglese
Disponibilità di supporto didattico in lingua inglese
schedaincarico v. 1.6.1 / 1.6.1
Area Servizi ICT
06/04/2020