ECTS - University of Pisa
Lo studente che seguirà con successo il corso, acquisirà conoscenze di base sui dispositivi e sistemi elettronici per l’elaborazione delle informazioni.
The student who successfully completes the course will be able to demonstrate a solid but not deeply specialized knowledge of the basics of the main electronic devices, of simple analogue and digital circuits for processing signals and data.
Domande in forma orale mirate a verificare la comprensione e la padronanza degli argomenti trattati nel corso.
During the oral exam the student must be able to demonstrate his/her knowledge of the course material and be able to discuss the reading matter thoughtfully and with propriety of expression.
Methods:
Further information:
The evaluation is performed by means of oral examination. However the student may be asked to develop some questions or details in written report during the examination.
Capacità di comprendere l’architettura di un sistema elettronico per l’elaborazione delle informazioni e di valutare e analizzare criticamente le scelte progettuale per la progettazione dei blocchi principali, sia analogici che digitali del sistema.
Risoluzione di semplici problemi di analisi e sintesi di circuiti analogici e reti logiche.
È suggerita la partecipazione attiva alle lezioni del corso.
Durante le lezioni sono poste domande per stimolare la discussione degli argomenti trattati nella lezione e proposti problemi da risolvere in modo autonomo.
Conoscenze acquisite nei corsi di analisi matematica, fisica, elettrotecnica e teoria dei controlli.
È suggerita la partecipazione attiva alle lezioni, lo studio e l’analisi critica degli argomenti trattati tra una lezione e la successiva e la risoluzione dei problemi proposti al termine delle lezioni.
Delivery: face to face
Attendance: Not mandatory
Learning activities:
Teaching methods:
Breve storia dell'elettronica. Legge di Moore. Definizione di un sistema elettronico di elaborazione delle informazioni. Concetto di segnale analogico e digitale. Concetto di rumore. Conversione A/D.
Materiali per elettronica: metalli, semiconduttori e isolanti. Conduzione nei metalli. Semiconduttori intrinseci. Drogaggio. Legge di azione di massa. Modello di deriva e diffusione.
Diodo a giunzione pn. Equazione di Shockley. Limiti dell'equazione di Shockley del diodo. Dipendenza dalla temperatura. Breakdown. Metodo grafico per risoluzione circuito con un bipolo non lineare. Modelli per grandi e piccoli segnali di un diodo. Metodo di risoluzione circuiti a diodi. Circuito tagliatore. Porta AND a diodi. Porta OR a diodi. Raddrizzatore a singola semionda. Filtro capacitivo. Rivelatore di inviluppo. Raddrizzatore a singola semionda. Filtro capacitivo. Rivelatore di inviluppo. Raddrizzatore a doppia semionda con trasformatore a presa centrale. Ponte di Graetz. Circuiti fissatori a diodo.
Definizione di regolatore di tensione: parametri di merito. Regolatore parallelo con diodo zener.
Richiami sui sistemi lineari tempo-invarianti. Cenni alla serie di Fourier e alla trasformata continua di Fourier. Spettro di un segnale. Risposta in frequenza.
Definizione di amplificatore. Circuiti a 2-porte. Modello a parametri ibridi. Ipotesi unidirezionalità. Trasformazione tra modelli equivalenti (nell'ipotesi di unidirezionalità). Effetto della resistenza di sorgente e carico. Classificazione degli amplificatori.
Definizione di amplificatore operazionale e amplificatore differenziale. CMRR. Saturazione della tensione di uscita. Metodo del corto circuito virtuale. Amplificatore non invertente, invertente, sommatore, differenziale e integratore. Circuito derivatore con operazionale. Definizione dello slew rate. Risposta in frequenza degli operazionali compensati e non compensati. Definizione di prodotto guadagno banda. Effetto del polo dominante sulla funzione di trasferimento del non invertente.
Richiami ai sistemi retroazionati. La reazione nei circuiti elettronici. Tipologie di prelievo dell'uscita e di confronto in ingresso. Effetto della reazioni sulle resistenze di ingresso e di uscita.
Definizione di filtro. Filtri passivi e attivi. Risposta in frequenza ideale dei filtri passa basso, passa alto, passa banda, reiezione di banda e passa tutto. Maschera di un filtro reale: esempio passa basso. Filtri passa basso e passa alto del primo rodine realizzati con resistenza e capacità. Funzione biquadratica. Cella di Sallen-Key passa basso.
Principio di funzionamento del transistore bipolare. Regioni di funzionamento. Modello per grandi segnali del transistore bipolare nelle tre regioni di funzionamento. Modello linearizzato per piccoli segnali del transistore bipolare. Esempio rete di polarizzazione. Retta di carico.
Principio di funzionamento dei MOSFET. Modello quadratico per grandi segnali. Modello per piccoli segnali in zona di saturazione. Polarizzazione MOSFET. Caratteristiche e modello transistore PMOS. Cenni storici alle tecnologie digitali. Inverter CMOS. Analisi punti estremi della caratteristica ingresso-uscita. Cenno alla potenza dinamica.
Definizione di sistemi digitale. Livelli di astrazione, evoluzione e scaling. Definizione algebra booleana. Algebra delle commutazioni: definizioni, operazioni, principio di dualità, postulati e teoremi.
Generalità e classificazione di reti logiche. Limiti del modello. Porte logiche AND, OR, NOT, BUFFER, NAND, NOR. Porte degeneri: generatori di costanti. Altre porte logiche: XOR, XNOR
Generalizzazione AND e OR a 4 e 8 ingressi. Universalità delle porte NAND e NOR. Modello per reti combinatorie. Scomposizione reti combinatorie con M>1 uscite. Reti combinatorie significative: decoder, decoder con enable, demux e mux. Mux come rete combinatoria universale.
Modello universale per reti combinatorie a 2 livelli di logica. Definizioni di forma canionica SP e PS. Definizioni mintermine, implicante e implicante principale. Sintesi a costo minimo: definizione, obiettivo, metriche di costo. Mappe di Karnaugh: introduzione, definizioni, mappe a 1,2,3 e 4 variabili.
Mappe di Karnaugh: ricerca di sottocubi principali e liste di copertura non ridondanti. Esempi di utilizzo delle mappe per sintesi SP. Sintesi in presenza di non-specificato (con esempio). Sintesi in forma PS (con esempio). Sintesi in forma NAND-NAND. Sintesi in formaNOR-NOR.
Elemento di memoria bistabile. Latch SR. Latch SR con enable. D-Latch. FF D Edge-Triggered: generalità, temporizzazione, architettura master-slave. Registri. Concetto di rete sequenziale. RS asincrona vs sincronizzata.
Definizione di RS sincronizzata. Segnale di clock: definizione, caratteristiche e condizioni sul periodo. Condizioni periodo di clock (registro-logica-registro). Modelli per RSS. Macchina di Moore: definizione, architettura, temporizzazione e caratteristiche. Macchina di Mealy: definizione, architettura, temporizzazione e caratteristiche. Raffronto Mealy vs Moore. Modello di Mealy ritardato: definizione e caratteristiche. Flusso di progettazione e sintesi di RSS. Grafo di flusso, tabella di flusso, tabella transizioni, codifica stati, utilizzo K-Map. Esempio di progettazione e sintesi di riconoscitore di sequenza con modello Moore e Mealy. Cenni su sintesi di RSS complesse: parte operativa e parte controllo.
Basics of PN diode, BJT transistor, MOS transistors. Basic amplifier circuits. Operational Amplifier and circuits for analog signal amplification and filtering. Noise characteristics. Triggers, comparators and not-linear circuits. basic of power electronics for power conversion. Basics of the electronic measurements. Block diagram and main circuits of the Electronic multimeter. Basic physics of the light phenomenon, of the light production and detection devices. Optical measurements of geometrical, mechanical and cinematic parameters.
Il materiale didattico è reso disponibile sul portale e-learning della Scuola di Ingegneria dell’Università di Pisa.
Recommended reading includes the traditional text books used in the specialized professional high schools; further bibliography will be indicated.
Gli argomenti trattati nelle varie lezioni del corso sono disponibili nel registro delle lezioni consultabile su UNIMAP. Il materiale didattico è disponibile sul portale e-learning della Scuola di Ingegneria dell’Università di Pisa. Possibilità di usufruire del ricevimento per il chiarimento di eventuali dubbi, che possono emergere durante lo studio della materia.
Prova orale durante la quale è verificata la conoscenza e la capacità di esporre con linguaggio appropriato gli argomenti del corso. La prova orale prevede la risoluzione di semplici problemi in forma scritta.
