ELETTRONICA ANALOGICA
Anno accademico e docente
Non hai trovato la Scheda dell'insegnamento riferita a un anno accademico precedente?
Ecco come fare >>
- English course description
- Anno accademico
- 2018/2019
- Docente
- GIORGIO VANNINI
- Crediti formativi
- 9
- Periodo didattico
- Primo Semestre
- SSD
- ING-INF/01
Obiettivi formativi
- Il corso è il primo nell'area dell'elettronica analogica e si focalizza su diversi componenti circuitali fondamentali per l’elaborazione di segnali elettrici analogici.
L’obiettivo principale è di fornire, dopo avere introdotto le caratteristiche elettriche dei principali dispositivi a semiconduttore, gli strumenti fondamentali per l'analisi e la sintesi di circuiti elettronici analogici lineari e non lineari con riferimenti applicativi ai principali componenti circuitali dell’elettronica analogica.
Le principali conoscenze acquisite saranno:
principi di funzionamento di dispositivi a semiconduttore;
analisi di circuiti elettronici analogici;
funzioni di rete e risposta in frequenza di amplificatori per piccoli segnali;
elaborazione di segnali analogici con amplificatori operazionali;
analisi di circuiti non lineari: amplificatori e oscillatori;
elementi di base su circuiti di alimentazione lineari e in commutazione.
Le principali abilità (ossia la capacità di applicare le conoscenze acquisite) saranno:
individuare le caratteristiche elettriche di dispositivi a semiconduttore in funzione della relativa applicazione circuitale;
analizzare il comportamento statico e dinamico di circuiti analogici lineari;
valutare le prestazioni di amplificatori lineari;
implementare funzioni analogiche con amplificatori operazionali;
dimensionare oscillatori sinusoidali e amplificatori di potenza in classe A e B;
dimensionare i circuiti di alimentazione fondamentali. Prerequisiti
- E’ necessario avere acquisito e assimilato le conoscenze fornite nei seguenti insegnamenti (fra parentesi sono riportati gli argomenti più rilevanti):
Teoria dei circuiti (componenti circuitali e loro equazioni costitutive, leggi di Kirchhoff e loro applicazione, teoremi di Thevenin e Norton)
Fondamenti di Automatica (funzioni di trasferimento e di risposta armonica, retroazione e stabilità)
Segnali e Comunicazioni (segnali nel dominio del tempo e della frequenza - spettri, modulazione) Contenuti del corso
- Il corso prevede 90 ore di didattica tra lezioni ed esercitazioni. In particolare sono previste 70 ore di lezione in aula, 20 ore di esercitazione in aula e/o in laboratorio
Introduzione e richiami (5 ore). Ruolo dell'elettronica analogica. Richiami di teoria dei circuiti. Amplificazione di potenza e dispositivi elettronici. Esempi di elaborazione non lineare dei segnali.
Diodi (4 ore). Cenni a semiconduttori, drogaggio e funzionamento della giunzione pn. Diodo e relativi modelli. Strumenti di analisi di circuiti con diodi.
Circuiti di alimentazione (9 ore). Raddrizzatori e relativi filtri. Utilizzo di trasformatori. Regolatori DC/DC lineari e in commutazione. Amplificatore switching.
Transistore bipolare e polarizzazione (6 ore). Struttura e funzionamento; modello di Ebers-Moll. Modelli semplificati e analisi stazionaria. Richiami sulle equazioni di transistori MOS. Il transistore come amplificatore. Polarizzazione a tensione impressa, con resistenza di base, resistenza di emettitore. Specchio di corrente.
Amplificazione di piccoli segnali (11 ore). Linearizzazione. Modelli linearizzati di diodi e BJT. Stadi amplificatori elementari: concetto di banda passante e centro banda. Analisi di stadi amplificatori a emettitore, collettore e base comune. Analogia con amplificatori per piccoli segnali a FET.
Risposta in bassa e alta frequenza di stadi amplificatori (5 ore). Capacità di disaccoppiamento e funzione di risposta armonica. Calcolo della frequenza di taglio inferiore e metodo delle costanti di tempo in corto circuito. Cenni alle capacità parassite in BJT e FET. Frequenza di taglio e di transizione. Risposta in alta frequenza di amplificatore a emettitore comune (cenni a stadi a collettore e base comune). Metodo delle costanti di tempo a circuito aperto.
Elaborazione differenziale dei segnali (3 ore). Amplificatori a più stadi e accoppiamento a condensatore e diretto. Amplificatore differenziale e implementazione pratica.
Amplificatori operazionali (7 ore). Richiami su retroazione negativa e desensibilizzazione. Amplificatore operazionale: caratteristiche ideali. Analisi a riposo e dinamica. Circuiti basati su operazionali. Non idealità degli operazionali. CMRR. Limiti in frequenza. Polo dominante e criterio di compensazione. Risposta nel dominio del tempo e slew-rate.
Amplificatori di Potenza (10 ore). Distorsione e rendimento. Definizione delle classi di funzionamento (A, B e C). Curva di carico statica e dinamica. Amplificatori di potenza in classe A e B (rendimento, distorsione e dimensionamento termico). Amplificatori di potenza in classe C (cenni). Amplificazione di segnali modulati angolarmente e analogia con amplificatore switching PWM.
Oscillatori (10 ore). Oscillatori quasi sinusoidali a retroazione: ampiezza e frequenza di oscillazione, condizione di innesco. Esempi di oscillatori LC e RC. Oscillatori LC a tre punti. Cenni a stabilità in frequenza (risonatori elettrici e quarzi).
Esercitazioni in aula e/o laboratorio (20 ore). Esercizi di analisi e sintesi di circuiti svolti a valle delle lezioni teoriche sui vari argomenti del corso con particolare attenzione agli argomenti oggetto della prova scritta d’esame. Alcuni argomenti del corso potranno essere approfonditi con esercitazioni nei laboratori di informatica e/o elettronica. Metodi didattici
- Il corso è organizzato con la seguente modalità:
lezioni in aula su tutti gli argomenti del corso;
esercitazioni di analisi e sintesi di circuiti in aula con particolare attenzione agli argomenti oggetto della prova d'esame; eventuali esercitazioni di approfondimento nei laboratori di Informatica e/o di Elettronica. Modalità di verifica dell'apprendimento
- L'esame si svolge in forma scritta ed è diviso in due parti.
- Un esercizio di analisi di un circuito amplificatore a transistor operante in regime di piccoli segnali che include tipicamente: analisi statica, analisi dinamica e calcolo della banda passante.
- Una serie di tre domande sugli argomenti svolti a lezione che ha lo scopo di valutare la comprensione delle problematiche affrontate e la padronanza degli strumenti di analisi e sintesi introdotti.
Le due parti NON possono essere sostenute separatamente, devono risultare entrambe almeno sufficienti e contribuiscono con pesi uguali alla valutazione finale.
La valutazione della prova di teoria viene fatta in base alle sole prime due domande selezionate a piacere dallo studente fra le tre proposte. L'eventuale risposta alla terza domanda viene presa in esame solo in caso di risposta corretta alle prime due ed unicamente ai fini di un eventuale arrotondamento del voto o di una possibile lode.
Le risposte non possono essere solo discorsive ma devono riportare più o meno quanto sviluppato a lezione dal docente anche in termini di formule/procedimenti (al limite omettendo i passaggi banali e puramente matematici, e.g. soluzione di integrali ecc...).
Si sottolinea che avendo la possibilità di scegliere 2 delle 3 domande proposte, se si risponde ad una sola domanda la prova è del tutto insufficiente.
Lo studente, in caso di superamento dell'esame, se non soddisfatto del voto, può richiedere al docente una integrazione della prova scritta con una prova orale.
La durata complessiva della prova è di circa 3 ore (1:45 esercizio + 1:15 teoria).
Durante la prova NON è possibile consultare testi, appunti o altro materiale.
Per motivi organizzativi la lista d'esame si chiude due giorni prima della data dell'appello.
Il superamento dell’esame è prova dell’aver acquisito la capacità di applicare le conoscenze relative all'utilizzo di dispositivi a semiconduttore e all'analisi e sintesi di circuiti elettronici per l'elaborazione analogica dei segnali. Testi di riferimento
- Materiale didattico fornito dal docente su argomenti specifici.
Non esiste un testo che copra tutti gli argomenti del corso.
Per approfondimenti si suggerisce il seguente testo (o sue edizioni precedenti):
- R.C.Jaeger, T.N.Blalock, Microelettronica, quarta edizione, Mc Graw-Hill, 2013, 2017.
- R.C.Jaeger, T.N.Blalock, Microelettronica, terza edizione, Mc Graw-Hill, 2009.
- R.C.Jaeger, Microelettronica, seconda edizione, Mc Graw-Hill, 2005. Volume 1 (e 2).
