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Elementi di Elettronica (INF)
Elements of Electronics
Paolo Crippa

Sede Ingegneria
A.A. 2016/2017
Crediti 9
Ore 72
Periodo I
Lingua ITA

Prerequisiti
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Risultati di apprendimento attesi
CONOSCENZE E COMPRENSIONE:
L’obiettivo del corso è di fornire allo studente i concetti di base delle reti logiche e dell’elettronica analogica e digitale, di fornire le competenze per analizzare semplici circuiti analogici e digitali, di fornire competenze di base per il progetto di sistemi digitali.
CAPACITA' DI APPLICARE LE CONOSCENZE:
Lo studente dovrà acquisire la capacità di analisi e di progetto nelle reti logiche e nell’elettronica analogica e digitale di base. Tale capacità si estrinsecherà attraverso una serie di abilità professionalizzanti, quali: 1. la capacità di scegliere appropriatamente i componenti elettronici sia analogici che digitali discreti; 2. ottimizzare reti combinatorie e sequenziali; 3. simulare semplici circuiti analogici e digitali e interpretarne il risultati; 4. progettare semplici circuiti digitali.
COMPETENZE TRASVERSALI:
Lo studente attraverso la risoluzione e il progetto di semplici circuiti analogici e digitali sarà in grado di integrare le competenze acquisite in questo corso e negli altri corsi per affinare e sviluppare le proprie abilità nell’ambito dell’elettronica di base. Lo studente per mezzo del lavoro di gruppo, acquisirà capacità di dialogo critico, di organizzazione, di collaborazione finalizzata al progetto, migliorerà la sua autonomia di giudizio in generale e la sua capacità comunicativa.

Programma
Contenuti (lezioni frontali, 72 ore) - Sistemi di numerazione. Aritmetica binaria; notazione in virgola fissa e virgola mobile; codici binari, codici a rilevazione e correzione di errore. - Funzioni binarie: AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR, XNOR; full-adder; relazioni logiche. - Algebra Booleana. - Reti combinatorie: circuiti logici, rappresentazione algebrica; somma di prodotti, prodotto di somme, mintermine, maxtermine, somma e prodotto canonici; sintesi di circuiti combinatori; Programmable Logic Array (PLA); mappa di Karnaugh, implicanti primi, celle singolari, implicanti primi essenziali, don’t care. Metodo di Quine-McCluskey. Implementazioni a NAND o NOR. - I circuiti integrati, le famiglie logiche e le loro caratteristiche. Progettazione di circuiti combinatori: analisi e sintesi. Convertitori di codice. Codificatori e decodificatori. Multiplexer e demultiplexer. Implementazione di circuiti combinatori con decodificatori e multiplexer. Sommatori binari, full adder, sommatori con riporto in cascata o anticipato. Moltiplicatori binari. - Reti sequenziali. Latch SR, S'R', D. Flip-flop SR, JK, D, T. Macchine a stati, classificazione secondo Mealy e Moore. Analisi e progetto di circuiti sequenziali. Registri: a caricamento parallelo e a scorrimento. Contatori. - Rappresentazione di segnali analogici e digitali. Bipoli e doppi bipoli lineari e non; risoluzione di circuiti non lineari; amplificatori ideali, guadagni di tensione e corrente, impedenze di ingresso e uscita; risposta in frequenza. - L’amplificatore operazionale (Op-Amp). L'Op-Amp ideale. Circuiti con Op-Amp. - Cenni di elettronica dello stato solido. Giunzione p-n. - Il diodo: caratteristica I-V, modello di Shockley, modelli semplificati. Circuiti con diodi. Logica a diodi. - Il transistore MOS (MOSFET) a canale n e a canale p: funzionamento, modello, caratteristiche di drain. - Il transistore bipolare (BJT): funzionamento, modello, caratteristiche di trasferimento e d'uscita. - Amplificatori a singolo transistore a BJT e a MOSFET: circuiti di polarizzazione, configurazioni fondamentali. - Analisi di circuiti elettronici con diodi, MOSFET, BJT: linearizzazione, studio in DC e alle variazioni. - Inverter: caratteristiche e margini di rumore. Analisi in DC, consumo di potenza, analisi del transitorio: tempi di salita e discesa, ritardo di propagazione. Inverter NMOS con carico resistivo e con carico attivo. Inverter CMOS. - Logica random CMOS, nMOS, pseudo-nMOS. Strutture complesse e PLA.

Modalità di svolgimento dell'esame
METODI DI VALUTAZIONE DELL'APPRENDIMENTO
La valutazione del livello di apprendimento degli studenti è basata su due prove: - una prova scritta, consistente nella soluzione di esercizi inerenti ad argomenti trattati nel corso, da completare in due ore; - una prova orale, consistente nella discussione di uno o più argomenti trattati nel corso; se necessario, i quesiti la cui risposta richiede anche l'esecuzione di brevi calcoli o la rappresentazione di semplici circuiti saranno svolti in forma scritta durante la prova orale. La prova scritta è propedeutica alla prova orale, per accedere alla quale lo studente deve aver ottenuto almeno sedici trentesimi nella prova scritta. La prova orale deve essere sostenuta nello stesso appello della prova scritta. Nel caso di esito negativo per la prova orale, lo studente deve ripetere anche la prova scritta.

CRITERI DI VALUTAZIONE DELL'APPRENDIMENTO
Nella prova scritta lo studente dovrà dimostrare di aver ben appreso i concetti e gli strumenti di base delle reti logiche e di aver acquisito la capacità di analizzare e di risolvere semplici circuiti elettronici analogici e digitali. Nella prova orale lo studente dovrà dimostrare di possedere una complessiva conoscenza dell’elettronica analogica e digitale di base e di avere acquisito la capacità di progettare circuiti logici combinatori e sequenziali.

CRITERI DI MISURAZIONE DELL'APPRENDIMENTO
Alla prova scritta è assegnato un punteggio compreso tra zero e trenta trentesimi ottenuto come somma dei voti ottenuti nello svolgimento degli esercizi proposti pesati sulla base della tipologia e della complessità dei singoli esercizi. Alla prova orale è assegnato un punteggio compreso tra zero e trenta trentesimi.

CRITERI DI ATTRIBUZIONE DEL VOTO FINALE
Il voto complessivo, in trentesimi, è dato dal voto ottenuto nella prova orale che tiene conto anche del risultato conseguito nella prova scritta. La valutazione massima è raggiunta dimostrando una conoscenza approfondita dei contenuti del corso nell'ambito delle prove. La lode è attribuita agli studenti che, avendo svolto tutte le prove in modo corretto e completo, abbiano dimostrato una particolare brillantezza nella esposizione orale e nell'esecuzione degli esercizi scritti.

Testi consigliati
- C. Turchetti, M. Conti, “Elementi di Elettronica”, Pitagora. - A. S. Sedra, K. C. Smith, “Circuiti per la Microelettronica”, EdiSES. - M. M. Mano, C. R. Kime, “Reti Logiche“, Pearson Education Italia (Addison Wesley). - R. C. Jaeger, T. N. Blalock, “Microelettronica: 1 elettronica analogica”, McGraw-Hill (2° Ed.). - R. C. Jaeger, T. N. Blalock, “Microelettronica: 3 elettronica digitale”, McGraw-Hill (2° Ed.).- J. Millman, A. Grabel, P. Terreni, “Elettronica di Millman“, McGraw-Hill, (4° Ed.). P. U. Calzolari, S. Graffi, “Elementi di Elettronica”, Zanichelli. - F. Fummi, M. G. Sami, C. Silvano, “Progettazione Digitale “, McGraw-Hill. - J. F. Wakerly, “Digital Design“, Prentice Hall. - R. S. Muller, T. I. Kamins, Device Electronics for Integrated Circuits, 2nd Ed., John Wiley & Sons. - Dispense disponibili sul sito web istituzionale del corso (Moodle).

Corsi di laurea

• Ingegneria Informatica e dell'Automazione (Corso di Laurea Triennale (DM 270/04))