elettronica per ingegneria elettronica -...

ELETTRONICAper Ingegneria Elettronica

prof. ing. Giovanni Martines

(insegnamento da 8 CFU codice 70/0052-M)

prof. ing. Giovanni Martines

� Riceve gli studenti� tutti i martedì dalle 11 alle 13� tutti i giovedì dalle 15 alle 17� Eccezionalmente su appuntamento richiesto telefonicamente o via e-mail

� Tutti gli avvisi nella sezione Info&News del sito WEB del DIEE

� Recapiti� e_mail: [email protected]� tel. 070675 5766� Ufficio al 2° piano del pad. B del DIEE

Introduzione al corso

� Obiettivi

� Cosa è necessario conoscere

� Argomenti del corso

� Organizzazione didattica

� Testi consigliati

� Esami di profitto

� Consigli

Obiettivi

� Per il profilo professionale:� Conoscere le metodologie per l’analisi ed il progetto di

sistemi elettronici analogici di complessità medio-bassa

� Acquisire la capacità di identificare, formulare e risolvere problemi tipici dell’Ingegneria Elettronica

� Sapere valutare l’efficacia e l’efficienza, anche economica, di diverse soluzioni alternative e scegliere la soluzione più adatta a soddisfare le specifiche assegnate

� Avere la capacità di procedere al continuo aggiornamento delle proprie conoscenze per seguire la rapida evoluzione che caratterizza il settore dell’Ingegneria dell’Informazione

Obiettivi

� Per il superamento dell’esame:� Essere in grado di trattare i più comuni amplificatori

elettronici, realizzati con stadi in cascata di differente complessità

� Conoscere le prestazioni ottenibili e le equazioni di progetto degli stadi amplificatori, sia elementari (un solo transistore) che di media complessità (due o più transistori con diversi funzioni) o realizzati con amplificatori operazionali

� Sapere analizzare o progettare un amplificatore elettronico di media complessità, determinandone le prestazioni anche in presenza di controreazione o assegnandone la configurazione e le specifiche dei singoli stadi a partire da quelle richieste per l’intero sistema

Obiettivi

� Incremento di competenze. A partire da specifiche assegnate per le prestazioni, saprete:� progettare un amplificatore elementare con BJT o FET

� progettare una coppia differenziale in diverse tecnologie

� progettare uno stadio di uscita di bassa potenza

� assegnare la struttura di un amplificatore determinando numero e tipo degli stadi da utilizzare e le specifiche che ciascuno di essi deve soddisfare

� modificare le prestazioni di un amplificatore elettronico attraverso la controreazione

� realizzare sistemi elettronici basati su amplificatori operazionali

Obiettivi

� Incremento di abilità. Alla fine del corso saprete:� scegliere la complessità dei modelli equivalenti e delle

metodologie di analisi, più adatta alla approssimazione richiesta dal contesto

� “leggere” lo schema di un amplificatore elettronico, cioè analizzarne qualitativamente le prestazioni attraverso il riconoscimento dei circuiti elementari presenti e delle loro funzioni

� presentare un progetto elettronico secondo i canoni definiti in sede internazionale, discutendone le proprietà, le caratteristiche e le prestazioni

� studiare il comportamento e valutare le prestazioni di un amplificatore elettronico di complessità medio-bassa utilizzando un software di simulazione basato su SPICE


� Obiettivi






� Consigli

Cosa è necessario conoscere

� Propedeuticità culturali (insegnamenti):

� Elettrotecnica

� Analisi e Controllo dei Sistemi Dinamici

� Fisica dei Dispositivi Elettronicioltre alle conoscenze di base di matematica e fisica


� Per seguire con profitto è particolarmente importante la conoscenza dei seguenti argomenti:� Analisi dei circuiti in regime permanente

� Caratterizzazione esterna di reti ad una porta e a due porte

� Analisi dei circuiti in funzionamento dinamico

� Analisi nel dominio del tempo, della variabile di Laplace e della frequenza dei modelli ingresso-uscita di un sistema

� Sistemi a retroazione.

� Stabilità dei sistemi lineari e stazionari in retroazione

� La giunzione pn

� Transistori bipolari (BJT)

� Transistori ad effetto di campo (MOSFET, JFET, etc)


� Le seguenti abilità sono assolutamente necessarie:� Sapere risolvere circuiti elettrici a più maglie determinando il

valore delle tensioni di nodo e delle correnti di ramo

� Sapere tracciare i diagrammi di Bode di una funzione di trasferimento

� Sapere esprimere ed analizzare una funzione di trasferimento in termini di poli e zeri

� Sapere leggere e tracciare le caratteristiche i-v dei principali dispositivi elettronici (diodi, BJT, MOSFET, JFET)

� Sapere riconoscere e tracciare reti elettriche equivalenti

� Sapere usare i fogli elettronici e programmi di simulazione dei circuiti elettronici basati su SPICE


� Obiettivi






� Consigli

Argomenti del corso

� Amplificatori elettronici (1 CFU)� Amplificatori Operazionali (1.8 CFU)� Amplificatori con reazione negativa (0.8 CFU)� Amplificatori elementari a singolo transistore

(1.8 CFU)

� Amplificatori elementari nei circuiti integrati analogici (1.8 CFU)

� Stadi di uscita (0.8 CFU)

Nota: 1 CFU = 25 ore studio studente (10 in aula + 15 a casa)

Argomenti del corso

� Amplificatori Elettronici� Definizione delle grandezze caratteristiche e bilancio energetico

� Caratteristica di trasferimento e modelli equivalenti per il segnale, nel dominio del tempo e della frequenza, e per il rumore

� Amplificatori in cascata

� Metodologie di progetto di amplificatori con stadi in cascata

Argomenti del corso

� Amplificatori operazionali� Amplificatore differenziale ed operazionale� Operazionali ideali: configurazione invertente e non-invertente e cortocircuito virtuale

� Operazionali reali: effetti delle limitazioni sulle prestazioni dell’amplificatore ad anello chiuso

� Effetti delle limitazioni a largo segnale e degli offset

� Esempi di applicazioni circuitali� Progetto di amplificatori con più operazionali in cascata

Argomenti del corso

� La reazione negli amplificatori elettronici� Struttura generale degli amplificatori elettronici con reazione negativa

� Classificazione ed analisi delle topologie dicontroreazione

� Anelli di reazione e metodologie per il calcolo del guadagno d’anello

� Stabilità degli amplificatori reazionati

Argomenti del corso

� Amplificatori elementari a singolo transistore� Caratteristiche v-i e regioni di funzionamento dei transistori� Retta di carico e polarizzazione del transistore� Trans-caratteristiche e modelli a piccolo segnale a frequenze

intermedie � Equazioni di progetto della configurazione invertente (CS,

CE) � Equazioni di progetto della configurazione non-invertente

(CG, CB)� Equazioni di progetto degli inseguitori di tensione (CD, CC)� Modelli equivalenti a piccolo segnale ad alta frequenza� Metodi approssimati per la determinazione della risposta ad

alta e bassa frequenza in presenza di polo dominante

Argomenti del corso� Amplificatori elementari nei circuiti integrati analogici

� Amplificatori elementari con carico attivo� Circuiti di polarizzazione basati sullo specchio di corrente� Analisi del funzionamento della coppia differenziale ed

equazioni di progetto� Realizzazione della coppia differenziale in differenti

tecnologie� Risposta in frequenza della coppia differenziale e problema

del CMRR� Configurazioni Darlington, Cascode, etc.

Argomenti del corso

� Stadi di uscita � Classificazione e specifiche di progetto

� Criteri di progetto di uno stadio in classe A

� Criteri di progetto di uno stadio in classe B

� Circuiti di polarizzazione e criteri di progetto di uno stadio in classe AB


� Obiettivi






� Consigli

Organizzazione didattica

� Lezioni basate sulla presentazione di trasparenti con figure ed equazioni tratte dai testi consigliati

� Esercitazioni teoriche (si presenta una sola delle possibili soluzioni di progetto)

� Esercitazioni sperimentali con simulatore circuitale (basato SPICE)

Organizzazione didattica� Lezioni

� Si presentano slide in cui compaiono solo figure e formule (con eventuali passaggi), generalmente direttamente tratte dai testi consigliati.

� Le slide sono generalmente disponibili in rete prima della presentazione a lezione per facilitare coloro che prendono appunti

� La lavagna viene utilizzata per esempi o schemi esemplificativi non essenziali

� Sono incoraggiate o sollecitate le domande durante lo svolgimento della lezione

� Non ci sono dispense e lo studio su uno dei testi consigliati è sufficiente per raggiungere gli obbiettivi formativi e superare le prove d’esame

Organizzazione didattica� Esercitazioni

� Circa il 35% del tempo di presenza in aula viene riservato allo sviluppo di esercizi

� Generalmente l’esercizio viene presentato alla fine di una lezione e svolto e commentato in una lezione successiva per permettere allo studente di affrontare il problema da solo o in gruppo

� Generalmente gli esercizi sono di tipo progettuale e quindi ammettono soluzioni diverse a seconda delle scelte adottate su ipotesi diverse ma egualmente valide

� Lo studente dovrebbe sempre provare a risolvere l’esercizio in più modi motivando ogni volta le scelte adottate e commentando i risultati ottenuti. La verifica dovrebbe essere fatta simulando il funzionamento con SPICE

Organizzazione didattica

� Esercitazioni sperimentali� Alcune esercitazioni vengono svolte in aula con SPICE per simulare il reale processo di progettazione con metodologia try and error

� L’esercizio viene prima risolto, poi simulato e sulla base dei risultati della simulazione si diagnosticano le cause della mancata prestazione e si provvede a correggerle. Si ripete la simulazione e si ripete la procedura fino a che tutti i problemi di prestazione non sono risolti

Organizzazione didattica� Autovalutazione delle conoscenze

� Test anonimo basato su quiz a risposta multipla per valutare il possesso dei prerequisiti dell’insegnamento

� Prima prova intermedia, nel periodo previsto dalla organizzazione didattica della Facoltà. La prova consiste in una prova scritta, che si svolge con le stesse modalità dell’esame finale, sulla parte di programma già svolto. La prova scritta verrà corretta e valutata, se consegnata, e potrà fare parte dell’esame finale.

� Seconda prova scritta, ancora nel periodo previsto dalla organizzazione didattica della Facoltà e cioè subito alla fine dei corsi del 2° semestre. La prova si svolge con le stesse modalità di quella precedente ma su argomenti del programma svolti dopo la prima prova intermedia.


� Obiettivi






� Consigli

Testi consigliati� Per il conseguimento degli obiettivi formativi e per il

superamento dell’esame finale è sufficiente studiare gli argomenti citati nel programma d’esame su uno dei due testi qui di seguito citati:� Adel Sedra, Kenneth Smith: "Microelectronic circuits", Oxford

University Press (in italiano "Circuiti per la Microelettronica" a cura Prof. G. Vitale, Edises, Napoli).

� Richard C. Jaeger, Travis N. Blalock “Microelectronic Circuit Design, Second Edition”, McGraw-Hill, New York (in italiano in tre volumi “Microelettronica” a cura prof. Paolo Spirito,McGraw-Hill Italia, Milano).

Testi consigliati� Il materiale disponibile in rete è solo di ausilio allo

studio su uno dei testi consigliati. Per approfondire alcuni degli argomenti trattati si possono consultare i seguenti ulteriori testi:� Jacob Millman, Arvin Grabel, "Microelectronics", McGraw-Hill,

New York (in italiano "Microelettronica" a cura Prof. Terreni,McGraw-Hill Italia, Milano).

� Paul Gray, Robert Meyer: "Analysis and Design of AnalogIntegrated Circuits", John Wiley, New York (in italiano “Circuiti integrati analogici” a cura M. Bertolaccini, G. Padovini, McGraw-Hill Italia, Milano).


� Obiettivi






� Consigli

Esami di profitto

� Prova scritta da completare in 2 ore, su un problema di progetto o dimensionamento o analisi di un sistema elettronico. � Alla prova scritta si può portare solo un libro di testo, le copie delle slide presentate a lezione ed una calcolatrice

� Prova orale integrativa facoltativa, senza ammissione� consiste nella discussione della prova scritta ed in una domanda alla lavagna su uno degli argomenti del programma

Esami di profitto� Non ci sono fino ad oggi limitazioni sulle iscrizioni alla prova

scritta ma è assolutamente sconsigliato presentarsi alla prova successiva se si è ottenuta una votazione bassa

� L’unica prova scritta valida è comunque l’ultima che è stata consegnata

� Le procedure di iscrizione sono quelle unificate gestite dalla Facoltà di Ingegneria

� I calendari delle prove d’esame sono pubblicati a cura della Facoltà di Ingegneria

� L’aula e l’orario di inizio della prova scritta sono comunicati con avviso nella sezione Info&News del sito del DIEE


� Obiettivi






� Consigli

Siti WEB per PSPICE

� Versione minima ma completa MicroSim vers. 6.2 (1996)� Nome file: 62awine.exe (circa 6 MB)

� Sito: basta cercare con un motore di ricerca

� Versione disponibile ORCAD vers. 9.1 (2000)� Versione per studenti (circa 28 MB + 20 MB manuali)

� Versione aggiornata ORCAD vers. 10.5 (2006)� Versione per studenti

� Sito: BRM Italia srl (www.brm.it)

Materiale didattico in rete

� Orcad PSPICE vers. 9.1 e relativi manuali in formato PDF (complessivamente circa 50 MB)

� I lucidi mostrati a lezione in formato PDF (complessivamente circa 8.5 MB)

� Esempi di testi di prove scritte.

� Il programma dettagliato del corso, gli orari di ricevimento, il calendario degli esami, le procedure di iscrizione all’esame finale, gli esiti della prove scritte.

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