ADVANCED ELECTRONICS - MOD. 1
- Anno accademico
- 2023/2024 Programmi anni precedenti
- Titolo corso in inglese
- ADVANCED ELECTRONICS - MOD. 1
- Codice insegnamento
- CM0602 (AF:441354 AR:251418)
- Modalità
- In presenza
- Crediti formativi universitari
- 9
- Livello laurea
- Laurea magistrale (DM270)
- Settore scientifico disciplinare
- ING-INF/01
- Periodo
- II Semestre
- Anno corso
- 1
- Spazio Moodle
- Link allo spazio del corso
Inquadramento dell'insegnamento nel percorso del corso di studio
Alla fine del corso lo studente avrà una solida conoscenza del funzionamento di amplificatori operazionali e delle loro caratteristiche e limitazioni. Lo studente sarà in grado di comprendere e progettare i blocchi principali di un sistema integrato analogico e di circuiti lineari contenti amplificatori operazionali.
Inoltre, il corso permetterà la comprensione del rumore nei circuiti elettronici e nei sistemi di acquisizione, attraverso lo studio delle sue sorgenti fisiche e delle sue rappresentazioni equivalenti. Lo studio delle principali tecniche di filtraggio e dell’implementazione di filtri attivi fornirà gli strumenti necessari per l’ottimizzazione del rapporto segnale-rumore che è un elemento chiave nella progettazione di catene di misura.
Per affrontare i possibili aspetti applicativi nell’ambito dell’ingegneria fisica, nel corso verranno anche introdotti i concetti base dei sistemi di rivelazione di radiazione basati su sensori a semiconduttore. Lo studente verrà introdotto ai concetti di base dell’interazione tra radiazione e materia e alle principali architetture di rivelatori al silicio con l’associata elettronica di lettura a basso rumore.
Risultati di apprendimento attesi
• Conoscenza approfondita delle configurazioni e delle caratteristiche fondamentali degli amplificatori operazionali e del loro utilizzo.
• Conoscenza delle principali architetture dei convertitori A/D e D/A.
• Comprensione delle sorgenti di rumore nei circuiti elettronici e conoscenza di tecniche di filtraggio di base
• Comprensione dei principi operativi di alcuni dei principali rivelatori di radiazione a semiconduttore e dell’elettronica di lettura associata.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione
• Analisi di un circuito elettronico a partire dall’individuazione dei parametri di funzionamento dei componenti individuali, mantenendo la consapevolezza delle approssimazioni utilizzate.
• Progettazione e dimensionamento di circuiti analogici retroazionati contenenti amplificatori operazionali.
• Verifica delle analisi e del dimensionamento dei circuiti attraverso l’utilizzo di un simulatore. Conoscenza e uso autonomo di software per la simulazione circuitale (es. PSpice).
• Analisi e stima delle figure di merito e delle prestazioni di uno specifico sistema di rivelazione anche tenendo conto delle caratteristiche dell’elettronica di lettura utilizzata
Abilità comunicative
• Saper comunicare le conoscenze apprese e il risultato della loro applicazione utilizzando una terminologia appropriata
Capacità di apprendimento
• Saper prendere appunti, selezionando e raccogliendo le informazioni a seconda della loro importanza e priorità
Prerequisiti
Contenuti
• concetti di base di teoria dei circuiti elettrici.
• Circuiti equivalenti Thevenin e Norton.
• Risposta nel tempo e analisi in frequenza di circuiti elementari.
• Diagrammi di Bode.
• Diodi e transistori MOS.
Amplificatori Operazionali (OpAmps)
• Caratteristiche principali di amplificatori operazionali ideali e non ideali.
• Utilizzo di OpAmp ad anello aperto (comparatore)
• Caratteristiche di sistemi retroazionati. Concetto di guadagno ideale, guadagno d’anello e guadagno reale. Calcolo delle impedenze di ingresso e di uscita.
• Risposta in frequenza e stabilità di circuiti retroazionati con OpAmp
• Circuiti con amplificatori operazionali: amplificatore sommatore, amplificatore delle differenze, amplificatore per strumentazione, integratore di Miller e approssimato, derivatore ideale e derivatore approssimato, filtri.
• Blocchi elementari della struttura interna di OpAmp: stadio differenziale, specchi di corrente e stadi di uscita
• Circuiti non lineari con OpAmp e configurazioni con retroazione positiva. Cenni di generatori di forme d'onda e oscillatori.
Conversione Digitale-Analogica (DAC) e Analogico-Digitale (ADC)
• Convertitori DAC: architetture principali (es. R scalate, R-2R), precisione, errori e non linearità.
• Convertitori ADC. Caratteristica di trasferimento di un ADC, errore di offset, di guadagno, di nonlinearità, INL e DNL, errore di quantizzazione.
• Esempi delle principali architetture ADC: flash, a contatore-rampa, tracking a gradinata, ad approssimazione successiva
• Circuiti di Sample-and-Hold
Rumore nei dispositivi e nei circuiti elettronici:
• Sorgenti di rumore nei resistori e nei transistori e rappresentazione tramite generatori equivalenti di ingresso. Romore termico, rumore shot e rumore 1/f.
• Generatori di rumore equivalenti di ingresso negli Amplificatori Operazionali.
Rivelatori a semiconduttore e elettronica associata:
• Semiconduttori come rivelatori di radiazione.
• Tipica catena elettronica di lettura.
• Principali caratteristiche dei sensori in Si (es. PIN diodes, CCDs, Active pixels).
• Esempi di applicazioni.
Testi di riferimento
• Richard Jaeger, Travis Blalock, Microelectronic Circuit Design, 6th Edition, ISBN10: 1259852687 | ISBN13: 9781259852688
Modalità di verifica dell'apprendimento
Metodi didattici
Nelle ore di laboratorio è previsto l’utilizzo di un software di simulatore circuitale. Questo permetterà allo studente di verificare le conoscenze acquisite e apprezzare l’impatto delle approssimazioni introdotte per la soluzione analitica di alcuni esercizi.
Lingua di insegnamento
Modalità di esame
Obiettivi Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
Questo insegnamento tratta argomenti connessi alla macroarea "Capitale umano, salute, educazione" e concorre alla realizzazione dei relativi obiettivi ONU dell'Agenda 2030 per lo Sviluppo Sostenibile