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Docente
GIOVANNI MARTINES (Tit.)
Periodo
Secondo Semestre 
Modalità d'Erogazione
Teledidattica 
Lingua Insegnamento
ITALIANO 



Informazioni aggiuntive

Corso Percorso CFU Durata(h)
[70/89]  INGEGNERIA ELETTRICA, ELETTRONICA E INFORMATICA [89/46 - Ord. 2016]  ELETTRICA ON LINE E IN PRESENZA (BLENDED) 10 60
[70/89]  INGEGNERIA ELETTRICA, ELETTRONICA E INFORMATICA [89/56 - Ord. 2016]  ELETTRONICA ON LINE E IN PRESENZA (BLENDED) 10 60
[70/89]  INGEGNERIA ELETTRICA, ELETTRONICA E INFORMATICA [89/66 - Ord. 2016]  INFORMATICA ON LINE E IN PRESENZA (BLENDED) 10 60

Obiettivi

[Conoscenza e comprensione]
Acquisire conoscenze specifiche per la comprensione del principio di funzionamento dei dispositivi elettronici a stato solido.
Acquisire le conoscenze necessarie per comprendere ed analizzare il funzionamento degli amplificatori elettronici.
Comprendere il funzionamento degli stadi amplificatori realizzati con dispositivi elettronici a stato solido anche con le tecnologie proprie dei circuiti integrati.
Comprendere il funzionamento delle porte logiche elementari in tecnologia CMOS.

[Capacità di applicare conoscenza e comprensione]
Sapere scegliere modelli equivalenti e metodologie di analisi di complessità adeguata alla approssimazione richiesta dal contesto.
Sapere valutare le prestazioni degli amplificatori realizzati con dispositivi elettronici a stato solido.
Sapere analizzare il funzionamento degli amplificatori realizzati con stadi in cascata anche con le tecnologie dei circuiti integrati di bassa complessità.
Sapere analizzare il funzionamento degli amplificatori realizzati con le metodologie della reazione negativa.

[Autonomia di giudizio]
Essere in grado di valutare l'applicabilità delle metodologie per la semplificazione della analisi dei circuiti elettronici.
Essere in grado di paragonare le prestazioni ottenibili da sistemi elettronici differenti.

[Abilità comunicative]
Essere in grado di presentare e discutere i punti di forza e di debolezza di un sistema elettronico di bassa complessità.

[Capacità di apprendimento]
Avere la capacità di consultare fonti bibliografiche e di raccogliere dati aggiuntivi per comprendere le problematiche connesse al progresso di un circuito elettronico di bassa complessità.

Prerequisiti

Le propedeuticità obbligatorie sono indicate nel Regolamento didattico del Corso di Studio
È utile conoscere la trasformata di Fourier, la struttura atomica ed il sistema periodico degli elementi, la teoria dei gas. È indispensabile sapere analizzare circuiti elettrici a più maglie in regime stazionario ed in regime sinusoidale, determinando le espressioni delle tensioni di nodo e delle correnti di ramo anche in presenza di generatori controllati.
È importante conoscere i principi per la caratterizzazione delle reti come bipolo e come doppio bipolo, sapere riconoscere e tracciare reti elettriche equivalenti.
È indispensabile sapere analizzare i modelli ingresso-uscita di un sistema fisico nel dominio del tempo, della variabile di Laplace e della frequenza, sapere tracciare i diagrammi di Bode di una funzione di trasferimento, sapere valutare la stabilità dei sistemi lineari.
È utile sapere usare i fogli elettronici di calcolo e i programmi di simulazione numerica.

Contenuti

Generalità sugli amplificatori (5,5E-3I) Specifiche e prestazioni dei sistemi elettronici. Bilancio energetico. Standardizzazione, terminologia e norme per il disegno. Rappresentazioni approssimate e tolleranza costruttiva. Modelli circuitali equivalenti e parametri quadripolari. Segnali e spettro di frequenza. Distorsione. Analisi di amplificatori con stadi in cascata. Classificazione nel dominio del tempo e della frequenza, modelli unidirezionali. Saturazione, polarizzazione e linearizzazione. Rumore e metodi di analisi. Interazione fra stadi. Metodi di analisi approssimata.
Diodo a giunzione pn (5,6E-2I) Semiconduttori, drogaggio, materiali n e p, concentrazione dei portatori. Corrente di drift e di diffusione. La giunzione pn, equazione della corrente, caratteristica vi, breakdown. Capacità di giunzione e diffusione. Modelli del diodo. Modello in SPICE. Linea di carico statica, dinamica e punto di lavoro. Modello a piccolo segnale. Limiti di potenza, modello per il trasferimento del calore. Raddrizzatori e rivelatori di picco, tosatori e circuiti di aggancio, limitatori. Waveform shaper.
Transistore MOS (8,0E-3I) Struttura, strato di inversione e tensione di soglia. MOSFET a canale n ad arricchimento: regioni di funzionamento, equazione della corrente. Caratteristiche di uscita e trasferimento, modulazione della lunghezza del canale, effetto body. MOSFET canale n a svuotamento. MOSFET a canale p. Confronto prestazioni. Tecnologia CMOS. Amplificatore elementare in configurazione invertente (CS): trans-caratteristica, limiti funzionamento, linea di carico; specifiche e scelta del punto di lavoro. Approssimazione di piccolo segnale, estrazione modello equivalente, fattore di amplificazione. Rete di polarizzazione e stabilità del punto di riposo. Criteri di progetto. Configurazione non-invertente (CG). Inseguitore di tensione (CD). Confronto prestazioni. Risposta in frequenza e metodologie SCTC ed OCTC.
Amplificatori per circuiti integrati CMOS (7,0E-2I) Specchio di corrente semplice, di Wilson, di Widlar e cascode. Confronto prestazioni, figure di merito. Stadi CS con carico attivo. Coppia differenziale: funzionamento a largo segnale, limiti di funzionamento, regione di funzionamento lineare. Equazioni di progetto, mezzo circuito equivalente. Coppia CMOS e Cascode. CMRR e risposta in frequenza.
Stadi di uscita (2,3E-2I) Specifiche, prestazioni, classificazione. Esempi di realizzazione e progetto di stadi in classe A, B e AB. Protezioni.
Amplificatori operazionali (4,8E-3I) Definizioni. Cortocircuito virtuale. Configurazione invertente e non-invertente. Limitazione di guadagno, banda, impedenza di ingresso e uscita. Errori da CMRR, slew rate, offset. Criteri di progetto. Applicazioni: sommatore, amplificatore differenziale, convertitore i-v, integratore, derivatore.
Amplificatori con reazione negativa (2,8E-2I). Topologie di reazione, metodologie di analisi, confronto delle prestazioni.
Transistore bipolare a giunzione (3,3E-2I). Struttura di un NPN, flussi di corrente, concentrazioni dei portatori minoritari, equazioni delle correnti e del beta, caratteristiche di ingresso e uscita. Tecnologia epitassiale. Modelli a T e Pi-greco, Ebers-Moll, effetto Early. Transistore PNP. Modello a piccolo segnale. Polarizzazione del BJT. Stadi elementari CE, CB, CC. Equazioni di progetto, confronto prestazioni. Tiristori, triac, diac con esempi applicativi.
Porte logiche in tecnologia CMOS (2,8E-1I) Invertitore: VTC, livelli segnale, immunità al rumore. Invertitore CMOS. Definizione prestazioni, energy-delay product. Rete di pull-up e pull-down, schemi equivalenti. Classificazione gerarchica, porte logiche, simboli e tabelle di verità. Porta NOR. Porta NAND. Metodologie di sintesi di PUN e PDN.

Metodi Didattici

Il corso è erogato in modalità e-learning: per circa due terzi come didattica erogativa (40 ore E), cioè come un insieme di pacchetti precostituiti, disponibili e tracciabili su piattaforma e-learning dedicata, costituiti da video-lezioni e materiali testuali; per il rimanente terzo come didattica interattiva (20 ore I), cioè con attività che prevedono l'interazione dello studente col docente od il tutor d'aula virtuale con modalità scritta o video, utilizzando strumenti quali e-mail, forum e aula virtuale/videoconferenza.
La Didattica Erogativa è suddivisa in 9 moduli per complessive 31 lezioni, a loro volta suddivise in unità didattiche della durata di circa 20 minuti ciascuna. Ciascuna unità didattica è organizzata in modo funzionale allo specifico obbiettivo formativo ed è costituita dalla registrazione della lezione del docente col supporto di slide e materiale testuale.

Verifica dell'apprendimento

Ai fini della autovalutazione dell'apprendimento da parte dello studente e del monitoraggio da parte del docente, durante il corso vengono somministrati:
-nelle ore di lezione, un test anonimo con quesiti a risposta multipla e soluzione alla conclusione della prova;
-nei periodi previsti dal calendario accademico al di fuori delle ore di lezione, due prove intermedie che si svolgono con le stesse modalità delle prove scritte degli esami finali ma su circa metà del programma e che vengono corrette e valutate dal docente.
Le due prove scritte intermedie possono sostituire la prova scritta dell'esame finale.

L'esame finale consiste in una prova scritta obbligatoria ed una prova orale facoltativa. Alla prova orale si è ammessi anche con valutazione insufficiente nella prova scritta.
La prova scritta consiste nella soluzione di un semplice problema di analisi di un circuito elettronico di bassa complessità, attraverso il riconoscimento dei circuiti elementari che lo costituiscono e la applicazione delle metodologie proprie dell'elettronica. Per lo svolgimento della prova scritta sono disponibili 2 ore ed è ammesso l'uso di un testo di riferimento, delle diapositive presentate a lezione e di una calcolatrice. La prova orale si basa sulla discussione della prova scritta e sulla esposizione di un argomento citato nel programma del corso.
Nella prova scritta si valuta il raggiungimento degli obiettivi formativi con particolare riferimento a:
-capacità di riconoscere circuiti noti in uno schema elettrico di limitata complessità;
-capacità di scegliere metodologie di analisi di complessità adeguata all'approssimazione richiesta dal contesto;
-capacità di sviluppare l'analisi di un circuito di bassa complessità a partire dallo schema elettrico.

Nella prova orale si valutano le conoscenze specifiche acquisite per la comprensione e l'analisi dei circuiti elettronici e la capacita di verificare le soluzioni adottate e di identificare le cause di comportamenti inattesi.
Il voto è attribuito alla prova scritta sulla base di una griglia di valutazione associata ai quesiti esplicitamente posti al candidato nel testo d'esame. La votazione massima della prova scritta è di 28/30.
Il voto finale alla fine della prova orale, è attribuito sulla base della rivalutazione della prova scritta derivante dalla discussione con il candidato e dalla valutazione nella trattazione dell'argomento chiesto, delle conoscenze specifiche e della proprietà del linguaggio.

Per soddisfare esigenze derivanti dalla situazione epidemiologica, le prove scritte intermedie potranno essere eliminate e la prova scritta dell’esame finale potrà essere sostituita da colloqui orali.

Testi

- Adel Sedra, Kenneth Smith: "Microelectronic circuits", Oxford University Press (in italiano "Circuiti per la Microelettronica" a cura Prof. F. Corsi, Edises, Napoli).
- Richard C. Jaeger, Travis N. Blalock “Microelectronic Circuit Design, Third Edition”, McGraw-Hill, New York (in italiano “Microelettronica” a cura prof. Paolo Spirito, McGraw-Hill Italia, Milano).

Altre Informazioni

Le video-lezioni sono fruibili in rete in maniera asincrona mediante i più comuni supporti multimediali (pc, smartphone, tablet) ed i più comuni software di collegamento in rete (Explorer, Crome, Mozilla, etc).
È inoltre possibile scaricare sul proprio supporto multimediale, per una fruizione off-line, alcuni contenuti specifici quali slide, tabelle, esercizi proposti e svolti.

Questionario e social

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