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Insegnamento: Fondamenti di elettronica (Offerta Formativa a.a. 2017/2018)

Corso di studio: INGEGNERIA MECCATRONICA (D.M.270/04)

CFU12
Moduli

Modulo: Elettronica
TAF: Affine/Integrativa; SSD: ING-INF/01; Ambito: Attività formative affini o integrative
Docenti: Giovanni VERZELLESI

Materiale Didattico Accedi al materiale didattico su Dolly
Propedeuticità obbligatorie
Modalità di accertamento del profitto Orale
Modalità di valutazione Voto
Esse3 Accedi ai dati dell'insegnamento su Esse3
Lingua di insegnamento

Italiano

Partizionamento studenti

Nessun partizionamento

Obiettivi

Il corso intende fornire le conoscenze di base sui dispositivi elettronici a semiconduttore, i circuiti a diodi, i circuiti amplificatori basati su amplificatori operazionali e i circuiti digitali CMOS. Intende inoltre fornire la capacità di analizzare e progettare tali circuiti e sviluppare una mentalità orientata al progetto degli stessi.

Prerequisiti

Elettromagnetismo. Circuiti elettrici lineari.

Contenuti

1. Fisica dei semiconduttori: carica, corrente e tensione; legge di Ohm; isolanti, conduttori e semiconduttori; elettroni e lacune; struttura a bande; drogaggio; legge di azione di massa; correnti di diffusione; modello a deriva-diffusione; tecnologia del silicio.
2. Giunzione p-n e circuiti a diodi: realizzazione; principio di funzionamento; caratteristica statica; diodo Zener; raddrizzatori; limitatori; regolatore di tensione Zener; fotodiodi; LED.
3. MOSFET: storia; condensatore MOS; tensione di soglia; struttura e principio di funzionamento; equazioni della corrente e caratteristiche statiche; effetto body; MOSFET a canale p; realizzazione del MOSFET; legge di Moore; MOSFET come interruttore e come amplificatore; polarizzazione negli amplificatori; modello linearizzato; amplificatore a source comune.
4.Transistor bipolare a giunzione: realizzazione; regioni di funzionamento; principio di funzionamento; caratteristiche statiche; effetto Early; BJT pnp; BJT come interruttore e come amplificatore di tensione; polarizzazione negli amplificatori; modello linearizzato, amplificatore a emettitore comune.
5. Amplificatori operazionali: breve storia; operazionale ideale; configurazione non invertente: amplificatore non invertente, stadio separatore; configurazione invertente: amplificatore invertente, sommatore; amplificatore operazionale reale: risposta in frequenza, saturazione della tensione di uscita, CMRR, non idealità DC; slew rate; applicazioni: amplificatore differenziale, amplificatore per strumentazione, integratore, derivatore, amplificatore logaritmico e antilogaritmico, circuito estrattore di radice quadrata, moltiplicatore, divisore.
6. Circuiti logici e memorie: famiglie e porte logiche; figure di merito statiche e dinamiche delle porte logiche; porte logiche con interruttori ideali e resistori; interruttori ideali complementari; logica CMOS; invertitore CMOS; porte logiche CMOS (NOR, NAND, compound gates); RAM statica; RAM dinamica; memoria FLASH.

Metodi didattici

Il corso prevede lezioni teoriche ed esercitazioni CAD.

Verifica dell'apprendimento

L’esame prevede: 1. La valutazione di quattro “homework” volti a permettere allo studente di verificare lo stato di avanzamento del processo di apprendimento. Gli “homework” prevedono la risposta a domande a risposta chiusa e/o aperta e la soluzione di esercizi numerici sui seguenti argomenti del programma: HW1) Fisica dei semiconduttori, giunzione pn e circuiti a diodi. HW2) MOSFET e transistor bipolare a giunzione. HW3) Amplificatori operazionali. HW4) Circuiti logici e memorie CMOS. Gli “homework” sono completati dallo studente in autonomia e consegnati per via informatica preferibilmente entro una settimana dall’assegnazione e al più tardi entro la data di svolgimento della prova orale. 2. La valutazione di un esercizio CAD volto a verificare il conseguimento dell’obiettivo di apprendimento 11. L’esercizio CAD è svolto utilizzando un simulatore di circuiti elettrici e riguarda il progetto o l’analisi di un circuito elettronico. L’esercizio è assegnato durante lo svolgimento del corso, è completato dallo studente in autonomia e consegnato per via informatica preferibilmente entro una settimana dall’assegnazione e al più tardi entro la data di svolgimento della prova orale. 3. Una prova orale volta a verificare il conseguimento da parte dello studente degli obiettivi di apprendimento 1-11. Durante la prova orale vengono rivolte allo studente 4 domande così distribuite: OR1) Concetti base della fisica dei semiconduttori e della giunzione p-n, circuiti a diodi. OR2) Principi di funzionamento, caratteristiche elettriche, modelli matematici del MOSFET o del transistore bipolare a giunzione. OR3) Amplificatori operazionali e loro applicazioni. OR4) Circuiti logici e memorie in tecnologia CMOS. Il voto è il risultato della media pesata delle valutazioni delle tre componenti 1-3 dell’esame con i seguenti pesi: -Homework: 20%. -Esercizio CAD: 5%. -Prova orale: 75%.

Risultati attesi

A seguito del completamento del corso e superamento del relativo esame lo studente avrà conseguito i seguenti obiettivi di apprendimento: 1. Conoscenza e comprensione dei concetti di base della fisica dei semiconduttori. 2. Conoscenza e comprensione dei principi di funzionamento della giunzione p-n. 3. Conoscenza e comprensione delle principali applicazioni circuitali dei diodi. 4. Conoscenza e comprensione dei principi di funzionamento del transistore bipolare. 5. Conoscenza e comprensione dei principi di funzionamento del MOSFET. 6. Conoscenza e comprensione delle principali applicazioni degli amplificatori operazionali. 7. Conoscenza e comprensione dei circuiti logici elementari in tecnologia CMOS e delle memorie a semiconduttore. 8. Capacità di analizzare e progettare circuiti elementari a diodi utilizzando tecniche analitiche. 9. Capacità di analizzare e progettare un amplificatore a source comune e a emettitore comume. 10. Capacità di analizzare e progettare circuiti contenenti amplificatori operazionali utilizzando tecniche analitiche. 11. Capacità di analizzare e progettare circuiti logici elementari in tecnologia CMOS utilizzando tecniche analitiche. 12. Capacità di utilizzare un simulatore circuitale per analizzare e progettare circuiti elettronici elementari.

Testi

Massimiliano Pieraccini, "Microelettronica", Pearson, 2016, ISBN 9788865189412.

Docenti

Giovanni VERZELLESI