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Scheda Riassuntiva
Anno Accademico 2019/2020
Scuola Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
Insegnamento 085995 - ELETTRONICA ANALOGICA
Docente Sampietro Marco
Cfu 9.00 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 (357) INGEGNERIA ELETTRONICA*AZZZZ085995 - ELETTRONICA ANALOGICA
Ing Ind - Inf (1 liv.)(ord. 270) - MI (363) INGEGNERIA BIOMEDICA*AZZZZ088801 - ELETTRONICA ANALOGICA
Ing Ind - Inf (1 liv.)(ord. 270) - MI (366) INGEGNERIA FISICA*AZZZZ088801 - ELETTRONICA ANALOGICA

Obiettivi dell'insegnamento

L'insegnamento si propone di fornire una conoscenza approfondita e critica degli aspetti più importanti dei moderni circuiti elettronici analogici, trasmettendo le tecniche per una loro rigorosa analisi quantitativa e gli elementi per una percezione intuitiva del loro funzionamento. Tali argomenti sono essenziali sia per gli allievi che intendano concludere gli studi con l'acquisizione del titolo di primo livello sia per quelli che intendano proseguire nella Laurea Specialistica in Elettronica o in discipline collegate.


Risultati di apprendimento attesi

Nel seguito sono riportati i risultati di apprendimento attesi declinati secondo i Descrittori di Dublino :

DdD 1:( conoscenza e comprensione) A seguito del superamento dell’esame, lo studente:

conosce i principi fondamentali di funzionamento dei circuiti elettronici analogici, dai piu' semplici a singoli transistori fino ai piu' complessi come gli Amplificatori Operazionali;

conosce le tecniche di progettazione e di analisi dei circuiti elettronici retroazionati, giungendo a definirne i parametri fondamentali come la banda passante, la stabilita', le impedenze di ingresso e di uscita e la dinamica;

conosce come analizzare le prestazioni di rumore e di distorsione dei segnali nei circuiti elettronici.

DdD 2: (capacità di applicare conoscenza e comprensione) A seguito del superamento dell’esame, lo studente:

è in grado di progettare circuiti elettronici utilizzando transistori MOSFET e/o BJT;

è in grado di analizzare il comportamento di circuiti elettronici proposti in letteratura, ancorche' di media complessita'.

DdD 3 (autonomia di giudizio): Per il superamento dell'esame lo studente:

deve rispondere autonomamente a domande teoriche, analitiche e progettuali a risposta libera ed è quindi portato a sviluppare autonomia di giudizio sulla completezza, la profondità e la correttezza delle risposte liberamente fornite.

Dd4 (abilità comunicative): nessuno

DdD 5: (capacità di apprendimento) A seguito del superamento dell’esame, lo studente:

è in grado di apprendere in autonomia altre caratteristiche di base ed altre tipologie circuitali dell'elettronica moderna e di applicare le stesse configurazioni circuitali a nuovi contesti e ad apprendere l'uso di nuovi dispositivi transistori eventualmente apparsi sul mercato.


Argomenti trattati

1. CIRCUITI ELETTRONICI UTILIZZANTI MOSFET (11 ore di lezione + 4 ore di esercitazione)

Richiami dei principi di funzionamento dei transistori MOSFET. Tecniche di polarizzazione. Stabilità della polarizzazione. Piccolo segnale e linearizzazione della risposta. Generatori di corrente lineari ed a specchio. Stadi amplificatori in configurazione Source a massa, stadi Gate a massa, stadi Source follower: guadagno e dinamica, impedenze di ingresso ed uscita, potenza dissipata. Circuiti differenziali: segnali differenziali e di modo comune, guadagno, non idealità, uscita single-ended, simmetria.

 

2. IL TRANSISTORE BIPOLARE (5 ore di lezione + 3 ore di esercitazione)
Fisica del dispositivo. Caratteristiche I-V. Modello equivalente. Polarizzazione. Stadi amplificatori elementari. Resistenza finita vista in base e partizione della tensione d'ingresso. Specchio di corrente ed errore di specchiamento. Saturazione del dispositivo. Effetto Early.

 

3. RUMORE NEI CIRCUITI ELETTRONICI (8 ore di lezione + 3 ore di esercitazione)
Sorgenti fisiche di rumore nei circuiti elettronici: rumore termico nei resistori e nei MOSFET, rumore shot nei bipolari. Rappresentazione del rumore: densita' spettrale e valore quadratico medio. Calcolo del rumore nei circuiti amplificatori a singolo stadio e nei circuiti differenziali. Trasferimento della densità spettrale tra stadi amplificanti. Banda equivalente di rumore. Valore rms in uscita agli amplificatori. Rapporto segnale/disturbo nei circuiti elettronici.

 

4. AMPLIFICATORI LINEARI A PIU' STADI (7 ore di lezione + 3 ore di esercitazione)
Circuiti amplificatori a più stadi: collegamenti AC e DC, accoppiamenti impedenziali, polarizzazione, guadagno massimo e dinamica di funzionamento. Uso dello specchio di corrente nei circuiti. Stadio differenziale con carico a specchio. Dinamica dei circuiti su grandi segnali. Struttura degli amplificatori di tensione e di quelli di corrente.

 

5. DISTORSIONE NEGLI AMPLIFICATORI (7 ore di lezione + 3 ore di esercitazione )
Calcolo dell'errore di linearita' nei MOSFET e nei bipolari. Applicazioni agli amplificatori elementari. Caratteristica a tangente iperbolica dello stadio differenziale. Calcolo della distorsione armonica nei circuiti a transistori complessi. Riduzione della distorsione : aggiunta della resistenza di degenerazione; effetto di linearizzazione negli stadi differenziali; compensazione della distorsione in stadi amplificatori in cascata.

 

6. RISPOSTA IN FREQUENZA DEGLI AMPLIFICATORI (11 ore di lezione + 7 ore di esercitazione )
Richiami sulle funzioni di trasferimento, poli e zeri, rappresentazione di Bode e sul piano complesso. Comportamento in frequenza dei MOSFET e dei BJT: frequenza di taglio e modelli equivalenti. Comportamento in frequenza degli stadi elementari a piu' transistori e risposta nel tempo. Metodo delle costanti di tempo. Effetto Miller. Prodotto guadagno-banda. Stadio Cascode. Analisi in frequenza di circuiti a più stadi. Tecniche di ricerca del polo dominante.

 

7. AMPLIFICATORI RETROAZIONATI (11 ore di lezione + 5 ore di esercitazione + 2 ore di progetto)
Richiami dei princìpi della reazione. Desensibilizzazione del guadagno da variazioni dei parametri. Trasferimento  ingresso-uscita con retroazione ideale. Calcolo del guadagno d'anello. Terra virtuale. Guadagno reale di circuiti reazionati con guadagno d'anello finito. Modifica delle impedenze di ingresso e di uscita. Comportamento in frequenza di circuiti reazionati negativamente: criterio di Bode e luogo delle radici. Analisi del rumore nei circuiti retroazionati e calcolo della densità di rumore in uscita e del valore rms.

 

Attività di laboratorio
Le attività di laboratorio sui temi di questo insegnamento sono concentrate nell'insegnamento di "Workshop di progettazione con SPICE".  In quell'ambito verranno svolte 3 sedute di laboratorio (di 4 ore ciascuna) in cui alcuni significativi circuiti elettronici saranno analizzati con prove di simulazione circuitale con SPICE per evidenziarne non solo le caratteristiche di base ma soprattutto i comportamenti nonlineari altrimenti difficilmente quantificabili con una semplice analisi carta-e-penna. I laboratori saranno erogati in modalita' "flipped class".
 


Prerequisiti

L'insegnamento si colloca al 3 anno del Corso di Laurea in Ingegneria Elettronica. Lo studente quindi dispone di tutte le conoscenze di base naturalmente veicolate negli insegnamenti dei due anni precedenti, quali ad esempio negli insegnamenti di Analisi Matematica I e II, di Fisica, di Elettromagnetismo ed Ottica e di Fondamenti di Automatica. In particolare l'insegnamento di Elettronica Analogica prosegue ed approfondisce i temi trattati negli insegnamenti di Fondamenti di Elettronica e di Dispositivi Elettronici, che pertanto e' opportuno che siano già stati studiati con successo.


Modalità di valutazione

E' prevista una Prova in Itinere, collocata circa a metà del corso nel periodo di sospensione delle lezioni, che verterà su tutti i punti del programma svolti fino a quel momento. Se superata con successo, la Prova in Itinere darà accesso alla Prova Finale, collocata appena finito il corso, che verterà su tutto il programma con particolare riferimento alle problematiche svolte nella seconda parte del corso. Il superamento dell'esame scritto dell'insegnamento di Elettronica Analogica è subordinato al raggiungimento della sufficienza anche in questa seconda prova. 

Gli altri appelli, collocati alla fine del semestre di erogazione del corso e nei periodi indicati dalla Facoltà, verteranno su tutto il programma del corso. A questi appelli sono ammessi tutti gli studenti, sia quelli che non abbiano sostenuto la prova in itinere sia coloro che non abbiano superato la prova in itinere sia coloro che intendano migliorare prove già sufficienti.

Per tutti gli studenti l'esame si conclude con una prova orale.


Bibliografia
Risorsa bibliografica obbligatoriaAppunti del corso http://home.deib.polimi.it/sampietr
Note:

Tutti gli argomenti del corso sono coperti dagli appunti disponibili sul sito del docente

Risorsa bibliografica facoltativaPaul Horowitz & Winfield Hill, The art of electronics - Third Edition, Editore: Cambridge University press, Anno edizione: 2015, ISBN: 978-0-521-80926-9
Risorsa bibliografica facoltativaRichard C. Jaeger and Travis N.Blalock, Microelectronic Circuit Design, fifth edition, Editore: McGraw Hill International Edition, Anno edizione: 2016, ISBN: 978-1-259-25245-7

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
30:00
45:00
Laboratorio Informatico
0:00
0:00
Laboratorio Sperimentale
0:00
0:00
Laboratorio Di Progetto
0:00
0:00
Totale 90:00 135:00

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. 1.6.5 / 1.6.5
Area Servizi ICT
03/12/2020