FONDAMENTI DI ELETTRONICA

Attività formativa monodisciplinare
Codice dell'attività formativa: 
21020

Scheda dell'insegnamento

Per studenti immatricolati al 1° anno a.a.: 
2017/2018
Insegnamento (nome in italiano): 
FONDAMENTI DI ELETTRONICA
Insegnamento (nome in inglese): 
FUNDAMENTALS OF ELECTRONICS
Tipo di attività formativa: 
Attività formativa Caratterizzante
Tipo di insegnamento: 
Obbligatoria
Settore disciplinare: 
ELETTRONICA (ING-INF/01)
Anno di corso: 
2
Anno accademico di offerta: 
2018/2019
Crediti: 
9
Responsabile della didattica: 
Altri docenti: 

Altre informazioni sull'insegnamento

Modalità di erogazione: 
Didattica Convenzionale
Lingua: 
Italiano
Ciclo: 
Secondo Semestre
Obbligo di frequenza: 
No
Ore di attività frontale: 
72
Ambito: 
Ingegneria elettronica
Materiali didattici: 
Prerequisiti

Concetti di base di elettromagnetismo (dai corsi di Fisica e/o Elettrotecnica).

Obiettivi formativi

ll corso offre una vasta panoramica sull'elettronica analogica e digitale, con particolare attenzione alle problematiche relative ai sistemi di misura e di controllo industriali. L'obiettivo è rendere gli studenti familiari con dispositivi e tecniche ampiamente utilizzati nella strumentazione elettronica. Gli argomenti principali affrontati durante il corso sono tecnologie e dispositivi microelettronici, amplificatori operazionali (applicazioni ad elaborazione lineare e nonlineare di segnali analogici), convertitori A/D e D/A, sistemi digitali in tecnologia CMOS (dalle porte logiche elementari fino a sistemi logici complessi come le memorie RAM e ROM).

Contenuti dell'insegnamento

1. Introduzione. Evoluzione delle tecnologie microelettroniche. Legge di Moore. Catena elettronica di acquisizione e controllo. Segnali analogici e digitali. 2. Strumenti matematici. Analisi di Fourier. Spettro in frequenza. Metodo delle variabili complesse. Impedenze complesse. Filtri passa-basso, passa-alto, passa-banda. Diagrammi di Bode. Analisi della risposta al gradino. 3. Dispositivi elettronici. Semiconduttori intrinseci e drogati. Diodi a giunzione P-N. Dispositivi MOSFET. NMOS e PMOS. Caratteristiche statiche e dinamiche. Processo di fabbricazione in tecnologie "deep submicron". 4. Amplificatori operazionali. Amplificatori differenziali a MOSFET. Amplificatore operazionale ideale. Reazione negativa. Amplificatore invertente e non invertente. Amplificatore per strumentazione. Integratore (puro e approssimato). Differenziatore. Filtro passa-banda. 5. Circuiti non lineari con amplificatori operazionali. Comparatore. Rettificatori a mezza onda e a onda intera. Rivelatori di picco. Amplificatori logaritmici ed esponenziali. Circuiti analogici con interruttori. Multiplexer. Sample & Hold. 6. Elettronica digitale. Stati logici. Immunità al rumore. Codice binario e codice Gray. Famiglie logiche. Margini di rumore, ritardo di propagazione, dissipazione di potenza. Porte OR, AND, NOT, NAND, NOR, Exclusive OR. Identità logiche. Teorema di De Morgan. Porte logiche in tecnologia CMOS (Inverter, NAND e NOR). Dimensionamento dei dispositivi. Circuiti combinatori e sequenziali CMOS. Decoder. Strutture CMOS per circuiti VLSI. Logiche pseudo NMOS. Latch a porte NAND e NOR. Flip-flop D. Flip-flop J-K. Contatori. Sistemi per misure di frequenza e di tempo. Memorie ROM. Tempo di accesso. RAM. Cella elementare SRAM. Sense amplifier. Cella elementare DRAM. 7. Convertitori analogico-digitali. Campionamento. Errore di quantizzazione. Flash ADC.

Testi di riferimento

P. Horowitz, W. Hill: "L'arte dell'elettronica", Zanichelli editore, 2018.

A.S. Sedra, K.C. Smith: "Microelectronic circuits", 7th edition, Oxford University Press, 2015.

P. Spirito: "Elettronica digitale", 3rd edition, McGraw-Hill libri Italia, 2006

T. C. Hayes, P. Horowitz: "Student Manual for the Art of Electronics", Cambridge University Press, 1989.

Metodi didattici

lezioni frontali, esercitazioni in aula

Modalità verifica profitto e valutazione

Prova scritta al termine del corso. L'esame richiede la risoluzione di due problemi relativi all'analisi di circuiti elettronici, e la risposta a tre domande sugli argomenti svolti durante il corso.

Prerequisites

Basic electromagnetism

Educational goals

The course provides a broad survey of analog and digital electronics, with particular focus on the issues relevant to measurement and control systems in industry. The aim is to familiarise students with the devices and techniques commonly used in electronic instrumentation. The main topics are microelectronic technologies and devices, operational amplifiers (linear and non-linear analog signal processing), A/D and D/A converters, CMOS digital systems (from basic logic gates to complex systems such as RAM and ROM memories).

Course content

1. Introduction. Evolution of microelectronic technologies. Moore's Law. Electronic systems for signal acquisition and control. Analog and digital signals. 2. Mathematical tools. Fourier analysis. Frequency spectrum. Inductive and capacitive impedances. Low pass, high pass, bandpass filters. Bode diagrams. Step response. 3. Electronic devices. Intrinsic and doped semiconductors. P-N Junction diodes. MOSFET. NMOS e PMOS. Static characteristics and small-signal model. Deep submicron CMOS fabrication process. 4. Operational amplifiers. MOSFET differential amplifiers. Ideal operational amplifier. Negative feedback. Inverting and noninverting amplifier. Instrumentation amplifier. Integrators and differentiators. Bandpass filter. 5. Nonlinear circuits with operational amplifiers. Comparator. Half-wave and full-wave rectifiers. Peak detectors. Logarithmic and exponential amplifiers. Analog circuits with switches. Multiplexer. Sample & Hold. 6. Digital electronics. Logic states. Noise immunity. Binary code, Gray code. Logic families. Noise margin, propagation delay, power dissipation. OR, AND, NOT, NAND, NOR, Exclusive OR. De Morgan theorem. CMOS logic gates (Inverter, NAND, NOR). Combinatorial e sequential CMOS circuits. Decoder. CMOS VLSI circuits. Pseudo-NMOS logic. NAND and NOR gate Latch. D Flip-flop. J-K Flip-flop. Counters. Systems for frequency and time measurements. Memories. ROM. Access time. RAM. SRAM elementary cell. Sense amplifier. DRAM elementary cell. 7. Analog-to-digital converters. Sampling. Quantization error. Flash ADC.

Textbooks and reading lists

P. Horowitz, W. Hill: "The Art of Electronics", 3rd edition, Cambridge University Press, 2015.

A.S. Sedra, K.C. Smith: "Microelectronic circuits", 7th edition, Oxford University Press, 2015.

P. Spirito: "Elettronica digitale", 3rd edition, McGraw-Hill libri Italia, 2006

T. C. Hayes, P. Horowitz: "Student Manual for the Art of Electronics", Cambridge University Press, 1989.

Teaching methods

Classroom lectures

Assessment and Evaluation

Written exam at the end of the course. The exam requires that students provide the solution to two exercises about electronic circuits, and answer three questions about the subjects discussed during the course.