ELETTRONICA E MISURE INDUSTRIALI

Attività formativa monodisciplinare
Codice dell'attività formativa: 
38004

Scheda dell'insegnamento

Per studenti immatricolati al 1° anno a.a.: 
2018/2019
Insegnamento (nome in italiano): 
ELETTRONICA E MISURE INDUSTRIALI
Insegnamento (nome in inglese): 
ELECTRONICS FOR INDUSTRIAL MEASUREMENTS
Tipo di attività formativa: 
Attività formativa Affine/Integrativa
Tipo di insegnamento: 
Opzionale
Settore disciplinare: 
ELETTRONICA (ING-INF/01)
Anno di corso: 
1
Anno accademico di offerta: 
2018/2019
Crediti: 
12
Responsabile della didattica: 
Altri docenti: 
Mutuazioni

Altre informazioni sull'insegnamento

Modalità di erogazione: 
Didattica Convenzionale
Lingua: 
Italiano
Ciclo: 
Secondo Semestre
Obbligo di frequenza: 
No
Ore di attività frontale: 
96
Ambito: 
Attività formative affini o integrative
Materiali didattici: 
Prerequisiti

Conoscenze di base sull'elettronica.

Obiettivi formativi

Il corso offre una vasta panoramica sulla strumentazione elettronica utilizzata per misure accurate in campo industriale. Vengono approfondite le tematiche legate all'amplificazione, al filtraggio, al campionamento dei segnali, alla conversione analogico-digitale, all'effetto del rumore elettronico. Vengono inoltre presentati gli strumenti di misura comunemente utilizzati per la caratterizzazione di circuiti elettronici. Infine vengono descritti alcuni esempi di sistemi per l'acquisizione di segnali da sensori realizzati con le più evolute tecnologie microelettroniche. Il corso prevede un'intensa attività pratica di laboratorio.

Contenuti dell'insegnamento

1. Introduzione. Catena elettronica di acquisizione di segnali. Amplificazione, filtraggio, campionamento, quantizzazione, conversione analogico-digitale. Analisi di Fourier e trasformata di Laplace. 2. Amplificatori operazionali. Transistori bipolari. Stadi di amplificazione. Amplificatori operazionali. Amplificatori per strumentazione. Specifiche degli OPAMP. Offset, corrente di ingresso e loro compensazione. Effetti del guadagno finito. Effetti della reazione su resistenze di ingresso e uscita. Effetto della reazione sulla risposta in frequenza. Prodotto banda-guadagno. Criteri di stabilità. 3. Disturbi e rumore. Rumore di interferenza. Rumore dalle alimentazioni. PSRR. Rumore stocastico. Rapporto segnale-rumore. Densità spettrale di potenza. Sorgenti di rumore nei dispositivi elettronici. Rumore negli amplificatori operazionali. Effetto del rumore in un circuito di elaborazione analogica di segnali da sensori. 4. Filtri attivi. Filtri low-pass, high-pass, bandpass. Filtri Butterworth, Chebyshev, Bessel. Realizzazione di filtri con amplificatori operazionali. Filtri a condensatori commutati. 5. Campionamento di segnali analogici. Analisi di Fourier di segnali campionati. Teorema di campionamento. Aliasing e filtri antialiasing. DFT e FFT. Spectral leakage e windowing. 6. ADC e DAC. Rumore di quantizzazione. Bit effettivi di risoluzione. Schemi di convertitori D/A. Convertitori A/D. Convertitori a rampa, ad approssimazioni successive, pipeline, Flash ADC. Convertitori a sovracampionamento (sigma-delta). 7. Strumenti elettronici di misura. Multimetri. Misura di tensioni e correnti. Misure di impedenze. Oscilloscopi digitali. Analizzatori di segnale a FFT. Analizzatori di spettro a supereterodina. Analizzatori di rete. Analizzatori di stati logici. Generatori di segnale.

Testi di riferimento

P. F. Manfredi, P. Maranesi, T. Tacchi: "L'amplificatore operazionale", Ed. Bollati Boringhieri (1978).

S. Haykin: "An Introduction to Analog and Digital Communications", John Wiley & Sons; (1989).

T. R. Padmanabhan: "Industrial Instrumentation: Principles and Design", Springer Verlag; ; 1st edition (2000)

C. F. Coombs, "Electronic Instrument Handbook", McGraw-Hill, 3 ed. (1999).

D. Johns, K. Martin: "Analog Integrated Circuit Design", John Wiley & Sons (1996).

Metodi didattici

Lezioni in aula, esercitazioni in laboratorio

Modalità verifica profitto e valutazione

Esame orale al termine del corso. Agli studenti viene richiesto inoltre di consegnare una relazione sulle attività svolte in laboratorio. L'esame prevede domande sugli argomenti svolti durante il corso e la discussione della relazione di laboratorio.

Prerequisites

Basic electronics.

Educational goals

The course gives a wide overview of electronic instrumentation for accurate measurements in industrial applications. The main subjects are signal amplification, filtering, sampling, analog-to-digital conversion and electronic noise. The course also includes a discussion of the electronic instruments that are commonly used for the characterization of electronic circuits. Moreover, some examples of signal processing systems in advanced microelectronic technologies are presented. The course includes experimental activities that are carried out in the electronics laboratory.

Course content

1. Introduction. Electronic chain for signal acquisition, Signal amplification, filtering, sampling, quantization, analog-to-digital conversion. Fourier analysis and Laplace transform. 2. Operational amplifiers. Bipolar transistors. Amplification stages. OPAMP specifications. Offset, input currents and their compensation. Effects of finite gain. Effects of feedback on input and output impedances. Effects of feedback on frequency response. Gain-bandwidth product. Stability criteria. 3. Noise. Interferences. Noise from power supplies. PSRR. Stochastic noise. Signal-to-noise ratio. Power spectral density. Noise sources in electronic devices. Noise in operational amplifiers. Effects of noise in a circuit for the analog processing of signals from semiconductor sensors. 4. Active filters. Low-pass, high-pass, bandpass filters. Butterworth, Chebyshev, Bessel filters. Filters with operational amplifiers. Switched capacitor filters. 5. Sampling of analog signals. Fourier analysis of sampled signals. Sampling theorem. Aliasing and antialiasing filters. DFT and FFT. Spectral leakage and windowing. 6. ADC and DAC. Quantization noise. Effective number of bits. Architectures of D/A converter. A/D converters. Single slope converters, successive approximation ADC, pipeline ADC, Flash ADC. Oversampling converters (sigma-delta). 7. Instrumentation for electronic measurements. Multimeters. Measurements of voltages and currents. Impedances measurements. Digital oscilloscopes. FFT signal analyzers. Superheterodyne spectrum analyzers. Network analyzers. Logic state analyzers. Signal generators.

Textbooks and reading lists

P. F. Manfredi, P. Maranesi, T. Tacchi: "L'amplificatore operazionale", Ed. Bollati Boringhieri (1978).

S. Haykin: "An Introduction to Analog and Digital Communications", John Wiley & Sons; (1989).

T. R. Padmanabhan: "Industrial Instrumentation: Principles and Design", Springer Verlag; ; 1st edition (2000)

C. F. Coombs, "Electronic Instrument Handbook", McGraw-Hill, 3 ed. (1999).

D. Johns, K. Martin: "Analog Integrated Circuit Design", John Wiley & Sons (1996).

Teaching methods

Classroom lectures, experimental activities in the electronics lab

Assessment and Evaluation

Oral exam at the end of the course. Students are required to write a report on the experimental activities that were carried out in the laboratory during the course. The exam includes a discussion about this report.