ECTS - University of Pisa
Lo studente che completa il corso con successo avra` una comprensione ad ampio spettro dell'elettronica analogica e avra` la capacita` sia di analizzare sia di progettare circuiti per il trattamento analogico dei segnali elettrici in banda base. In particolare, acquisira` anche una conoscenza operativa delle sorgenti di rumore nei dispositivi elettronici e sara` capace di progettare amplificatori a basso rumore. In aggiunta, sara` a conoscenza delle tecniche per interfacciare i circuiti elettronici con la rete di distribuzione dell'energia e delle problematiche relative all'isolamento galvanico.
The student who successfully completes the course will have an overall understanding of analog electronics and will have the ability to both analyze and design circuits for the analog processing of baseband electric signals. In particular, he/she will also acquire a working knowledge of the noise sources in electron devices and will be able to design low-noise amplifiers. In addition, he/she will be aware of the techniques to interface electronic circuits with the power mains and will be familiar with the issues related to galvanic isolation.
L'esame consiste in una parte scritta e in una parte orale. Nella parte scritta dell'esame viene verificata la capacita` dello studente di analizzare un circuito in reazione in termini di funzione di trasferimento e rumore, oltre che la capacita` di progettare un circuito che soddisfa alcune specifiche. Durante la prove scritta lo studente puo` utilizzare una calcolatrice scientifica e le stampe delle caratteristiche dei componenti elettronici rilevanti per il contenuto della prova. Nella parte orale lo studente deve saper dimostrare la sua conoscenza e la sua comprensione del materiale del corso, oltre alla sua capacita` di applicare tale conoscenza a casi pratici.
The exam consists of a written part and an oral part. In the written part of the exam, the student is assessed on his/her ability to analyze a feedback circuit in terms of transfer function and noise, as well as on the his/her ability to design a circuit that satisfies a few given specifications. During the written test the student is allowed to use a scientific calculator and the data sheets of the electronic components relevant to the contents of the exam. In the oral part the student must be able to demonstrate his/her knowledge and understanding of the course material, and his/her ability to apply such knowledge to practical cases.
Analisi e progetto di circuiti in reazione, ottimizzazione degli amplificatori dal punto di vista del rumore, implementazione di semplici circuiti di controllo e per l'identificazione di segnali.
Analysis and design of feedback circuits, amplifier optimization from the point of view of noise, implementation of simple control circuits e of circuits for signal identification.
Attraverso la parte scritta dell'esame, che include una sezione di analisi e una sezione di progetto.
Through the written part of the exam, which includes an analysis and a design section.
Lo studente sviluppera` la capacita` di analizzare e progettare circuiti per il trattamento analogico di segnali in banda base e per lo svolgimento di funzioni di controllo o monitoraggio.
The student will develop an ability to analyze or design circuits for analog processing of baseband signals or for the implementation of control or monitoring functions.
Una verifica sara` condotta durante l'esame.
An assessment will be performed during the exam.
Conoscenza della teoria dei circuiti e dei dispositivi elettronici di base.
Knowledge of circuit theory and of basic electron devices.
Tipo di insegnamento: lezioni frontali
Metodi di apprendimento:
Frequenza: raccomandata
Forme di insegnamento:
Delivery: face to face
Learning activities:
Attendance: Advised
Teaching methods:
Il corso include l'analisi della struttura interna di un comune amplificatore operazionale; tecniche per la determinazione della funzione di trasferimento per ispezione; la teoria elementare della reazione; il trattamento della reazione con il teorema di Pellegrini; il criterio di stabilita` di Nyquist; le tecniche di compensazione; i filtri analogici, con particolare attenzione a varie configurazioni di filtri attivi biquadratici e alla loro implementazione a condensatori commutati; filtri di Butterworth e Chebishev; il circuito di Antoniou; oscillatore di Holbrook; l'analisi del luogo delle radici e della stabilizzazione di ampiezza dell'oscillatore a ponte di Wien, l'origine delle principali tipologie di rumore elettronico (shot, termico, generazione-ricombinazione, flicker); il teorema di Thevenin generalizzato; i circuiti equivalenti dal punto di vista del rumore per vari dispositivi e per gli amplificatori, fattore di rumore e sua minimizzazione; l'ottimizzazione degli amplificatori dal punto di vista del rumore, l'utilizza dei rele` e l'isolamento galvanico con trasformatori e rele`, il moltiplicatore analogico di Gilbert.
The course includes the analysis of the internal structure of a common operational amplifier; techniques for the determination of the transfer function by inspection; the elementary theory of feedback circuits, as well as the treatement of feedback circuits with Pellegrini's theorem; the Nyquist stability criterion; compensation techniques; analog filters, with specific emphasis on several configurations of biquadratic filters and to their implementation with switched capacitors; Butterworth and Chebishev filters; the Antoniou circuit; Holbrook oscillator; the analysis of the root locus and amplitude stabilization of the Wien bridge oscillator; compensation techniques; the cut-insertion theorem for the analysis of feedback circuits; the origin of the main types of electronic noise (shot, thermal, generation-recombination, flicker); the generalized Thevenin theorem; equivalent noise circuits for the main devices and for amplifiers; noise factor and its minimization; optimization of amplifiers from the point of view of noise; usage of relays and galvanic isolation with transformers and relays; the Gilbert analog multiplier;
Non c'e` un testo ufficiale. Del materiale scritto e` disponibile sul sito web del corso, oltre alle immagini delle lavagne e alle registrazioni audio di tutte le lezioni. Le letture suggerite includono i seguenti testi: Adel S. Sedra and Kenneth C. Smith, "Microelectronic Circuits" (Oxford University Press, 2010). Jacob Millman and Arvin Grabel, "Microelectronics" (Mc Graw-Hill, 2001). Jacob Millman, Arvin Grabel, and Pierangelo Terreni, "L'elettronica di Millman" (Mc Graw-Hill, 2005).
There is no official textbook. Some written material is available on the course website, besides blackboard images and audio recordings of all lectures. Suggested readings include the following books: Adel S. Sedra and Kenneth C. Smith, "Microelectronic Circuits" (Oxford University Press, 2010). Jacob Millman and Arvin Grabel, "Microelectronics" (Mc Graw-Hill, 2001). Jacob Millman, Arvin Grabel, and Pierangelo Terreni, "L'elettronica di Millman" (Mc Graw-Hill, 2005).
Tutte le lezioni sono disponibili sul sito web, ricevimenti con il docente possono essere fissati per e-mail o per telefono.
All lectures are available on the web site, meetings with the instructor can be arranged by e-mail or by phone.
Modalita`:
Ulteriori informazioni:
L'esame scritto, della durata di 4 ore, consiste in due parti. La prima parte include tre domande sull'analisi di un circuito in reazione; la prima domanda e` sul calcolo del punto di lavoro, la seconda sulla funzione di trasferimento (se si tratta di un amplificatore) o sulla frequenza di oscillazione (se si tratta di un oscillatore), la terza domanda e` sul contributo delle sorgenti di rumore (se si tratta di un amplificatore) o sulla valutazione dell'ampiezza del segnale di uscita (se si tratta di un oscillatore). La seconda parte e` sul progetto dettagliato di un circuito a partire da una descrizione del comportamento desiderato.
L'esame orale consiste di tre domande sugli argomenti trattati durante il corso. La sua durata media e` di trenta-quaranta minuti.
La prova scritta e` considerata valida se ottiene una valutazione di almeno 15 su 30, ed e` valida per la prova orale nello stesso appello, oltre che per quelle dei due appelli successivi (senza considerare gli appelli orali di aprile e novembre, che non sono aperti a tutti gli studenti). La valutazione della prova scritta e` effettuata con procedura sottrattiva a partire da 30 punti: si tolgono 2 punti per ogni errore analitico, 1 punto per ogni errore numerico, 0.5 punti per ogni unita` di misura mancante. Gli errori causati da precedenti errori non vengono considerati (e` sufficiente che i risultati siano consistenti con quelli precedentemente ottenuti).
Anche nella prova orale e` necessario raggiungere almeno una votazione di 15 su 30 e la media tra prova scritta e orale deve essere almeno 18. Il voto finale e` il risultato della media aritmetica, con pesi uguali, del voto della prova orale e di quello della prova scritta.
Methods:
Further information:
The written exam, lasting 4 hours, consists of two parts. The first part includes three questions on the analysis of a feedback network: the first question is on the calculation of the bias point, the second on the transfer function (if dealing with an amplifier) or on the oscillation frequency (if dealing with an oscillator), the third question is on the contribution of noise sources (if dealing with an amplifier) or on the evaluation of the amplitude of the output signal (if dealing with an oscillator). The second part is on the detailed design of a circuit starting from a description of the desired behavior.
The oral exam consists of three questions on the material covered during the course, and, on average, it lasts between 30 and 40 minutes.
The written test is considered valid if it receives a grade of at least 15 out of 30, and is valid for the corresponding oral exam and for the two following oral exams (without considering the oral exams in April and November, which are not open to all students). Grading of the written part is performed with a subtractive procedure, starting from 30 points: 2 points are subtracted for each algebraic error, 1 point is subtracted for each numerical error, 0.5 points are subtracted for each missing measurement unit. The errors resulting from previous errors are not taken into consideration (it is sufficient that results be consistent, even with the previous errors).
Also in the oral part of the exam a minimum grade of 15 out of 30 must be reached, and the average grade between the oral and the written part must be at least 18. The final grade is the mean of the grades for the written and the oral parts, with equal weights.
