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Scheda Riassuntiva
Anno Accademico 2019/2020
Scuola Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
Insegnamento 085746 - FONDAMENTI DI ELETTRONICA
Docente Carminati Marco
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 (356) INGEGNERIA DELLE TELECOMUNICAZIONI*CMIM085746 - FONDAMENTI DI ELETTRONICA
Ing Ind - Inf (1 liv.)(ord. 270) - MI (358) INGEGNERIA INFORMATICAI1ACMIM085746 - FONDAMENTI DI ELETTRONICA
I3CCMIM085746 - FONDAMENTI DI ELETTRONICA
I3ICMIM085746 - FONDAMENTI DI ELETTRONICA
IC3CMIM085746 - FONDAMENTI DI ELETTRONICA
II3CMIM085746 - FONDAMENTI DI ELETTRONICA

Obiettivi dell'insegnamento

Scopo dell’insegnamento è quello di avviare gli allievi ad una 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 sull’esame del comportamento fisico dei dispositivi elettronici e dei circuiti analogici e digitali, cosicché l’allievo possa valutarne l’influenza sulle prestazioni reali del sistema: amplificazione, risposta in frequenza, velocità, dissipazione di potenza.


Risultati di apprendimento attesi

Descrittori di Dublino

Risultati di apprendimento attesi

1) Conoscenza e comprensione
  • Conoscere gli elementi di base dell'architettura di un sistema elettronico
  • Comperendere le proprietà dei materiali semiconduttori ed il funzionamento dei dispositivi base come la giunzione p-n e il transitore MOSFET
  • Conoscere le principali famiglie logiche a MOSFET e caratterizzare prestazioni statiche e dinamiche
  • Conoscere architettura di memorie statiche, dinamiche, flash
  • Comprendere funzionamento di circuiti a diodo e conoscere le principali applicazioni
  • Conoscere i principali circuiti ad amplificatori operazionali e comprendere l'impatto delle non-idealità dell'amplificatore sulle prestazioni del circuito
  • Conoscere le principali architetture di convertitori A/D e D/A e le diverse prestazioni raggiungibili

 

2) Capacità di applicare conoscenza e comprensione
  • Analizzare circuiti logici a MOSFET
  • Analizzare circuiti a diodi
  • Analizzare circuiti ad amplificatori operazionali reali
  • Analizzare circuiti convertitori A/D e D/A
  • Progettare catene di acquisizione e condizionamento del segnale

 

5) Capacità di apprendimento

  • Essere in grado di analizzare nuovi circuiti
  • Essere in grado di utilizzare le conoscenze e competenze apprese per affrontare in maniera metodologica problemi complessi 

 


Argomenti trattati

 

Argomenti delle lezioni

 

  1. Sistemi e dispositivi elettronici: descrizione gerarchica di un sistema elettronico. Sensori e trasduttori. Segnali e tipi di segnale. Condizionamento e filtraggio. Proprietà dei semiconduttori, struttura cristallina, generazione coppie elettrone/lacuna, drogaggio tipo n e p, corrente di deriva nei semiconduttori. Giunzione p-n e corrente di diffusione, principio di funzionamento della diodo a giunzione p-n, zona svuotata, polarizzazione diretta e inversa, caratteristica I-V, dipendenza dalla temperatura. Diodi zener e fotodiodi. Transistori MOSFET canale p ed n ad arricchimento: simboli e struttra fisica, corrente in zona di saturazione, in zona triodo, capacità parassite.
  2. Circuiti digitali: circuiti logici, porte logiche CMOS (invertitore, NAND, NOR), sintesi di porte CMOS. Prestazioni statiche delle porte logiche: margini di rumore, soglia di commutazione, rigenerazione dei livelli. Prestazioni dinamiche: tempo di propagazione, tempo di salita e di discesa. Calcolo del tempo di propagazione e della potenza dinamica di una porta logica. Composizione di MOSFET in serie e parallelo. Fan-in e fan-out in logica CMOS. Altre famiglie logiche: pseudo nMOS, nMOS a carico saturo, NAND e NOR pseudo-nMOS. Pass-transistor logic (PTL), PTL a transmission gate, complementary pass transistor logic (CPL). Invertitori tri-state. Circuiti di memoria: circuito bistabile o latch, flip-flop SR in CMOS, flip-flop D. Memorie RAM statiche (SRAM) e dinamiche (DRAM). Charge sharing. Organizzazione e struttura di una memoria. Memorie ROM e flash. Circuito oscillatore ad anello. Circuito monostabile a XOR. 
  3. Circuiti a diodi: punto di lavoro, modello del diodo in polarizzazione diretta a tensione costante. Polarizzazione del diodo. Modello per piccolo segnali del diodo in polarizzazione diretta. Modello del diodo in zona di breakdown (tensione di Zener e resistenza di Zener). Circuiti limitatori di tensione. Raddrizzatore a diodo, ripple, fattore di ondulazione, efficienza di raddrizzamento, tensione inversa di picco. Rivelatore di picco a diodo. Regolatore di tensione a diodo zener. Progetto di un alimentatore dc. Raddrizzatore a doppia semi-onda con due diodi e con ponte di diodi. Circuiti di aggancio a diodo: dc restorer e moltiplicatore di tensione per due. 
  4. Elettronica analogica: segnali analogici, sistemi di acquisizione ed elaborazione analogici, amplificatori lineari. Amplificatore operazionale: simbolo e modello, guadagno differenziale, modo comune e CMRR, amplificatore in configurazione invertente con guadagno dell’operazionale infinito e finito. Sistemi retroazionati: guadagno, guadagno d’anello. Circuiti con amplificatori operazionali: configurazione non invertente, circuito sommatore, amplificatore di differenza, integratore e filtri. Non-Idealità degli amplificatori operazionali: offset di tensione, corrente di polarizzazione, offset di corrente, prodotto guadagno-banda finito, limiti di tensione, corrente, slew rate, banda a piena potenza. Circuiti reazionati negativamente, stabilità, margine di fase. Circuiti reazionati positivamente: trigger di Schmitt (invertente e non-invertente). Multivibratori astabili per generazione di onda quadra e triangolare.
  5. Convertitori analogico/digitale (A/D) e digitale/analogico D/A: caratteristica di trasferimento di un convertitore A/D, errore di offset, di guadagno, di nonlinearità, INL e DNL, errore di quantizzazione. Circuito sample-and-hold (S&H). Frequenza di campionamento. Tempo di sample e di hold. Errori di assestamento, errore di guadagno. Circuiti sample-and-hold: droop, errore di offset, errore di piedistallo per iniezione di carica. Strutture migliorate di S&H. Caratteristica di trasferimento di un convertitore D/A, errori di nonlinearità. Topologie di convertitori D/A: resistenze pesate, rete a scala R-2R, stringa di resistenze. Topologie di convertitori A/D: flash, a contatore-rampa, ad approssimazione successiva.

 

Argomenti delle esercitazioni

 

  1. Richiami di elettrotecnica
  2. Analisi di circuiti digitali a transistori MOSFET
  3. Analisi di circuiti a diodi
  4. Analisi di circuiti ad amplificatori operazionali
  5. Analisi di circuiti convertitori A/D e D/A
  6. Progetto di catene di acquisizione con circuiti amplificatori, filtri e convertitori

Prerequisiti

Nozioni di base dei circuiti elettrici, introduzione ai sistemi retroazionati, fondamenti dei circuiti logici (reperibili presso gli insegnamenti 82742 Elettrotecnica, 85905 Fondamenti di Automatica e 85779 Architetture dei Calcolatori e Sistemi Operativi)


Modalità di valutazione

L'esame è scritto, della durata di tre ore, e prevede la risoluzione di esercizi numerici, senza la possibilità di consultare testi. I cinque appelli d'esame sono svolti seconde le modalità e regole definite dalla Scuola. In più sarà possibile sostenere una prova in itinere della durata di tre ore che verterà sulla prima parte degli argomenti dell'insegnamento (argomenti 1., 2., 3.). Gli studenti con prova in itinere sufficiente, in occasione del primo appello successivo alla fine delle lezioni, potranno sostenere una seconda prova che verterà sulla sola seconda parte dell'insegnamento (argomenti 4., 5.).

 

Modalità di verifica

Descrizione 

Risultato di apprendimento perseguito

Esame scritto

  • Risoluzione di problemi numerici (e.g. analisi di circuiti a diodo, analisi di circuiti ad amplificatori operazionali, analisi di circuiti logici a transistore MOSFET, etc.)

  • Risoluzione di esercizi numerici su aspetti di progetto

 

1), 2)

 

1), 2), 5)


Bibliografia
Risorsa bibliografica facoltativaFranco Zappa, Elettronica, Editore: Edises, Anno edizione: 2016, ISBN: 9788879598972
Risorsa bibliografica facoltativaAndrea Bonfanti, Marco Carminati, Carlo Fiorini, Salvatore Levantino, Fondamenti di Elettronica, Editore: McGraw-Hill, Anno edizione: 2019
Risorsa bibliografica facoltativaA. Sedra, K. Smith, Circuiti per la Microelettronica, Editore: Edises, Anno edizione: 2012, ISBN: 9788879597340
Risorsa bibliografica facoltativaA. Tosi, Esercizi di elettronica. Tratti da temi d'esame di elettronica e fondamenti di elettronica, Editore: Esculapio, ISBN: 8874884273

Forme didattiche
Tipo Forma Didattica Ore di attività svolte in aula
(hh:mm)
Ore di studio autonome
(hh:mm)
Lezione
60:00
90:00
Esercitazione
40:00
60:00
Laboratorio Informatico
0:00
0:00
Laboratorio Sperimentale
0:00
0:00
Laboratorio Di Progetto
0:00
0:00
Totale 100:00 150:00

Informazioni in lingua inglese a supporto dell'internazionalizzazione
Insegnamento erogato in lingua Italiano
Disponibilità di libri di testo/bibliografia in lingua inglese
Disponibilità di supporto didattico in lingua inglese
schedaincarico v. 1.6.5 / 1.6.5
Area Servizi ICT
25/02/2021