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Scheda Riassuntiva
Anno Accademico 2019/2020
Scuola Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
Insegnamento 086046 - FONDAMENTI DI ELETTRONICA
Docente Guazzoni Chiara
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*AZZZZ086046 - FONDAMENTI DI ELETTRONICA

Obiettivi dell'insegnamento

L'insegnamento intende avviare gli studenti ad una conoscenza degli aspetti di base che caratterizzano l'Elettronica. Gli argomenti che vengono discussi sono di interesse sia per gli allievi che intendono concludere gli studi con l'acquisizione della laurea, sia per quelli che intendono proseguire con l'iscrizione alla laurea magistrale.

L'insegnamento prende in considerazione i concetti fondamentali del trattamento elettronico dell'informazione, sia essa di tipo analogico o di tipo digitale, soffermandosi in particolare sull'esame del comportamento fisico dei componenti e dei circuiti analogici e digitali, cosicché lo studente possa valutare l'influenza sulle prestazioni reali (amplificazione, risposta in frequenza, velocità, dissipazione di potenza ... ) delle topologie circuitali. Per questo è necessario introdurre, sia pure in forma prevalentemente qualitativa, i concetti di base sul funzionamento dei dispositivi elementari, che verranno approfonditi nel dettaglio nel corso di Dispositivi Elettronici che si svolge in parallelo.


Risultati di apprendimento attesi

Per quanto riguarda il corso di Fondamenti di Elettronica nel suo complesso (cioe' 9 CFU + 1 CFU prova finale), a seguito del superamento dell’esame, lo studente:

  • conosce i principi fondamentali e la sottostante teoria dei circuiti di base dell'elettronica analogica, sia basati su transistori che su amplificatori operazionali e dell'elettronica digitale (Descrittore di Dublino #1: conoscenza e comprensione).
  • e' in grado di comprendere il funzionamento di un circuito amplificatore (sia esso basato su transistori o su amplificatori operazionali), di una porta logica elementare o complessa o di semplici catene di acquisizione impieganti convertitori analogico/digitali (Descrittore di Dublino #1: conoscenza e comprensione).
  • è in grado di applicare la conoscenza acquisita per la analisi di stadi amplificanti e di porte logiche (Descrittore di Dublino #2: capacità di applicare conoscenza e comprensione)
  • è in grado di selezionare i principi utili per ottenere soluzioni all'analisi del comportamento di semplici catene di acquisizione impieganti convertitori analogico digitali e digitale analogico (Descrittore di Dublino # #2: capacità di applicare conoscenza e comprensione)
  • se ha frequentato i laboratori sperimentali, è capace di utilizzare in autonomia il software per la simulazione circuitale pSpice e gli strumenti di base di un laboratorio di elettronica (Descrittore di Dublino # #2: capacità di applicare conoscenza e comprensione)
  • e' in grado di applicare tra i modelli semplificati noti quello piu' adatto per la soluzione del problema proposto, qualora sia possibile effettuare opportune approssimazioni (Descrittore di Dublino # #2: capacità di applicare conoscenza e comprensione))

Inoltre, a seguito del superamento dell’esame, poiche' esso consta anche di una prova orale, lo studente e' in grado di comunicare i contenuti appresi e rielaborati in forma individuale in modo chiaro e convincente (Descrittore di Dublino # 4: abilità comunicative)


Argomenti trattati

1. Sistemi Elettronici

    1.1 Segnali e Sistemi: generatori e sensori reali. Rappresentazione nel tempo e componenti in frequenza. Sistemi analogici e digitali, condizionamento dei segnali, elaborazione, controllo, attuazione.

    1.2 Richiami di Elettrotecnica: partitore di tensione e di corrente, equivalente Thevenin e Norton, concetto di impedenza, circuiti RC e CR nel dominio del tempo e della frequenza.

2. Dispositivi Elettronici

    2.1 Cenni di Fisica dei Semiconduttori: droganti, portatori.
    2.2 Diodo: principio di funzionamento, caratteristiche statiche ideali, impiego come raddrizzatore e nei circuiti di "taglio".
    2.3 Transistore MOS: principio di funzionamento, caratteristiche statiche ideali, impiego come interruttore ed amplificatore.

3. Elettronica Digitale

    3.1 Inverter CMOS: prestazioni statiche e dinamiche, margini di rumore.
    3.2 Porte Logiche CMOS elementari e complesse: topologia, prestazioni statiche e dinamiche.

4. Elettronica Analogica

    4.1 Stadi amplificatori a singolo MOSFET: stadio source a massa, stadio source a massa con degenerazione di source, stadio source follower.
    4.2 Stadi differenziali a MOSFET e specchi di corrente.
    4.3 Amplificatori operazionali: caratteristiche ideali e deviazioni dall'idealita', funzionamento lineare; comparatore.
    4.4 Reazione negativa: concetto di terra virtuale, calcolo del guadagno d'anello, guadagno ideale e reale, stabilita', effetto della retroazione sulle impedenze.
    4.5 Configurazioni invertente e non invertente: guadagno ideale e reale, calcolo delle impedenze di ingresso e uscita.
    4.6 Circuiti con amplificatori operazionali reali per la somma, la differenza, l'integrazione, la derivazione e il filtraggio di forme d'onda: amplificatore sommatore, amplificatore delle differenze, amplificatore per strumentazione, integartore di Miller e approssimato, deivatore ideale e derivatore approssimato, filtri del primo ordine.

5. Conversione Analogico-Digitale e Digitale-Analogica

    5.1 Generalità sul campionamento: criteri di ricostruzione, spettro ed equivocazione.
    5.2 Circuito di Sample&Hold: struttura circuitale, parametri e non idealita'.
    5.3 Convertitori DAC: esempi di struttura interna, errori e non-linearita'
    5.4 Convertitori ADC: esempi di struttura interna, quantizzazione, errori e non-linearita'. 

Attivita' di laboratorio

Per venire incontro alle esigenze mostrate negli anni passati dagli studenti, si e' deciso anche quest'anno di mantenere un numero di ore di laboratorio piu' elevato, anche se ridotto rispetto agli anni piu' felici per effetto della nuova rimodulazione piu' restrittiva del computo di ore e crediti. La principale finalità è quella di trasmettere agli studenti partecipanti, su base totalmente volontaria, senza implicazioni sul voto finale di esame, sia le conoscenze operative al fine di sviluppare le capacità del "sapere pratico" che mancano nella odierna struttura del corso di studi, sia le abilità necessarie per integrare le conoscenze teoriche acquisite nel corso tramite le ore di lezione ed esercitazione.

In coerenza con le finalità didattiche, le modalità di svolgimento del laboratorio prevedono la partecipazione attiva da parte degli studenti agli incontri durante i quali, dopo una breve presentazione dei concetti operativi ed applicativi da parte del responsabile di laboratorio, gli studenti, suddivisi in piccoli gruppi, affrontano lo studio dei circuiti visti anticipatamente a lezione e ridiscussi nelle ore di esercitazione, sia tramite simulazione circuitale che tramite misure su prototipi da loro realizzati su bread-board, secondo una traccia guidata loro distribuita, che costituira’ il canovaccio della relazione che gli studenti saranno invitati a produrre durante ogni incontro e che verra’ corretta, ma non valutata (!), dai responsabili di laboratorio e restituita agli studenti. Gli incontri di laboratorio consentiranno allo studente anche un primo approccio con il simulatore circuitale pSpice. 

Gli argomenti che si prevede di affrontare sono i seguenti:

- Primo Laboratorio: Partitore compensato (simulazione pSpice e misure – risposta all’onda quadra) e inverter CMOS (simulazione della caratteristica statica e dei tempi di commutazione, valutazione della potenza dissipata e confronto con i calcoli semplificati).

- Secondo Laboratorio: Stadio amplificante a singolo transistore in configurazione source a massa e source a massa con degenerazione di source (simulazione pSpice e misure su prototipo: polarizzazione, analisi di piccolo segnale, dinamica, non-linearita’).

- Terzo laboratorio: configurazioni circuitali basate su amplificatori operazionali (filtro passa-banda, integratore e generatore di forme d’onda): simulazione pSpice e misure su prototipo


Prerequisiti

I prerequisiti dell'insegnamento si possono trovare essenzialmente negli insegnamenti di Analisi Matematica, Fisica ed Elettromagnetismo, ed Elettrotecnica. Si consiglia vivamente di seguire il corso di Dispositivi Elettronici e di Fondamenti di Automatica che si tengono in parallelo.


Modalità di valutazione

L'esame consta di una prova scritta e di una prova orale (a discrezione del docente). A seguito della emergenza sanitaria in corso, secondo delibera rettorale, non sono piu' previste le 2 prove in itinere. Sono, esclusivamente, previsti cinque appelli d'esame (che constano di una prova scritta e di un'eventuale prova orale a discrezione del docente) sull'intero programma del corso (due nella 1° sessione al termine del 2° semestre, uno nella 2° sessione prevista nel mese di settembre e due nella 3° sessione, al termine del 1° semestre) per coloro che devono recuperare o intendono migliorare (o peggiorare!) il voto gia' ottenuto. L'esame e' superato se viene raggiunta la sufficienza sia nella prova scritta che nella eventuale prova orale. L'ammissione alla prova orale e' subordinata al raggiungimento della sufficienza nella prova scritta. La prova orale, se superata, puo' variare il voto dello scritto al massimo di piu' o meno 5/30. La prova scritta, se superata ha valore per l'ammissione all'orale una sola volta per tutto l'anno accademico. La prova orale puo' essere sostenuta con cadenza quasi mensile in date prestabilite. 


Bibliografia
Risorsa bibliografica obbligatoriaSedra-Smith, Microelectronic Circuits - 6th edition or 5th edition, Editore: Oxford University Press, ISBN: 0-19-511663-1
Note:

esistono anche versioni italiane del medesimo testo: Circuiti per la microelettronica, Edizione: I / 2005, ISBN: 8879593285, Edizione: IV/2012, ISBN: 9788879597340. Nelle edizioni piu' recenti vengono tolti capitoli (talora disponibili on-line). Non tutti gli argomenti del corso sono coperti.

Risorsa bibliografica obbligatoriaHome page del corso di Fondamenti di Elettronica http://home.deib.polimi.it/guazzoni/fde
Note:

Il sito contiene i lucidi e gli argomenti dettagliati affrontati a lezione, i temi d'esame degli anni precedenti in gran parte risolti, le tracce di esercitazioni degli anni passati e un elevato numero di esercizi di autovalutazione completamente risolti.

Risorsa bibliografica facoltativaRichard Jaeger and Travis Blalock, Microelectronic Circuit Design, Editore: Mc Graw Hill http://www.jaegerblalock.com/
Note:

per consultazione


Forme didattiche
Tipo Forma Didattica Ore di attività svolte in aula
(hh:mm)
Ore di studio autonome
(hh:mm)
Lezione
55:00
55:00
Esercitazione
27:00
74:00
Laboratorio Informatico
0:00
0:00
Laboratorio Sperimentale
8:00
6:00
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 materiale didattico/slides in lingua inglese
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
25/11/2020