37063 - FONDAMENTI DI ELETTRONICA PER L'AUTOMAZIONE T

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso lo studente possiede competenze elettroniche di base su: dispositivi e circuiti per l’elaborazione di segnali in applicazioni quasi-lineari; circuiti per l’acquisizione di segnali da sensori; elettronica di potenza; circuiti per l’elaborazione elettronica di segnali digitali; memorie digitali. In particolare, lo studente: · acquisisce conoscenze elementari su: utilizzo di BJT, MOSFET e amplificatori operazionali; componenti di catene di acquisizione di segnali; circuiti elettronici operanti in commutazione; circuiti per la generazione di forme d’onda e la trasmissione di segnali; gate logici CMOS, figure di merito di circuiti elettronici digitali, memorie digitali. · è in grado di impostare l’analisi di: circuiti basati su transistori e amplificatori operazionali in regime di funzionamento dc e ac; circuiti con comparatori di tensione; circuiti con transistori operanti in commutazione; circuiti basati su gate logici CMOS.

Contenuti

Il corso di Fondamenti di Elettronica per l'Automazione T è suddiviso in due parti, una tenuta dal prof. Alberto Santarelli (90 ore - Moduli 1 e 2), e l'altra dal prof. Nicolò Speciale (30 ore - Modulo 3).

 

Moduli 1 e 2 (9 cfu)

Dispositivi elettronici e circuiti di amplificazione di segnali

 Diodo a giunzione. Convertitore AC/DC monofase a singola e a doppia semionda. Capacità di spianamento. Diodo Zener. Limitatori di tensione. Circuiti per fissare riferimenti di tensione. Transistori bipolari a giunzione. Transistori MOSFET a canale n e canale p. Circuiti di polarizzazione. Amplificatori di segnale quasi-lineari. Linearizzazione di bipoli elementari. Circuito equivalente per piccoli segnali del BJT e del MOSFET. Parametri fisici e ibridi. Effetti dinamici. Analisi alle variazioni di stadi elementari di amplificazione. Accoppiamento a condensatore tra stadi in cascata. Amplificatori accoppiati in continua. Deriva termica. Offset. Amplificatore differenziale: guadagno differenziale e di modo comune; fattore di reiezione del modo comune. Amplificatori operazionali. Circuiti elementari quasi-lineari basati su amplificatori operazionali. Amplificatore alle differenze. Amplificatore differenziale per strumentazione. Comparatori di tensione. Trigger di Schmitt. Generazione di forme d'onda triangolari. Modulatori PWM analogici. Convertitore DC/DC switching (chopper). 

Circuiti per l'acquisizione e la conversione dei segnali

Cenni sulla qualità dei segnali: messa in scala delle variabili, rumore, immunità ai disturbi. Classificazione dei sensori: sensori multipli, differenziali e bilanciati. Cenni sui principi di funzionamento dei sensori di tipo diretto (elettrodinamici, termocoppie, piezoelelettrici). Dispositivi opto-elettronici: diodo fotorivelatore e LED. Sensori modulanti (parametrici). Cenni su alcuni sensori parametrici di tipo resistivo, induttivo e capacitivo ed esempi di sensore differenziale. Circuiti per la generazione di segnali impieganti sensori parametrici. Circuiti a mezzo ponte e ponte intero di impedenze. Introduzione ai segnali modulati in ampiezza, frequenza e fase. Cenni su modulazioni di tipo impulsivo (PAM, PWM, PPM, PFM). Circuiti demodulatori d'ampiezza (rivelatore di cresta, demodulatore a mixer analogico e switching). Demodulazione di segnali con modulazione impulsiva. Principi di funzionamento dei circuiti oscillatori sinusoidali. Impieghi degli oscillatori come generatori di portante, clock, modulatori di frequenza (VCO) e come generatori di segnali modulati impieganti sensori di tipo risonante. Conversioni Analogico/Digitale e Digitale/Analogico: quantizzazione, codifica binaria, errore di quantizzazione. Circuiti per la conversione D/A. Circuiti per la conversione A/D: a successive approssimazioni, flash/parallelo e a doppia rampa. Campionamento dei segnali e circuiti Sample/Hold.

Modulo 3 (3 cfu)

Circuiti elettronici digitali

Caratteristiche peculiari dei circuiti digitali. Definizione e proprietà generali delle famiglie logiche: margini di immunità ai disturbi, fan in, fan out, tempi di commutazione, dissipazione di potenza. Il transistore visto come un interruttore controllato: calcolo della caratteristica di trasferimento statica ingresso-uscita di un invertitore a MOSFET con carico resistivo. Invertitore CMOS. Famiglie logiche CMOS e relative proprietà. Realizzazione di gate NOR e NAND in tecnologia CMOS. Circuiti CMOS statici e dinamici. Concetti di pass-transistor e transfer-gate. Esempi di realizzazione di circuiti logici combinatori e sequenziali in tecnologia CMOS. L'interfacciamento nei circuiti logici. L'architettura delle memorie e principali tipologie di celle (statiche e dinamiche).

 

Testi/Bibliografia

- J. Millman, A. Grabel, P. Terreni, Elettronica di Millman, McGraw-Hill.

- R. C. Jaeger, T. N. Blalock, Microelettronica (1, 2, 3), McGraw-Hill.

- P. U. Calzolari, S. Graffi, Elementi di Elettronica, Zanichelli.

Metodi didattici

Il corso prevede lezioni frontali ed esercitazioni. Le esercitazioni saranno svolte presso il LAB 1 oppure usando un laptop personale con il programma LTSPICE e consentiranno agli studenti di studiare mediante simulazione numerica il comportamento di diversi tipi di circuiti elettronici impiegati nell'ambito dell'automazione industriale.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La prova di accertamento è orale anche se potrà essere prevista una parte di esame sotto forma di quiz a risposte multiple e/o lo svolgimento di un breve esercizio. La prova mira a verificare: 1. l'acquisizione dei concetti alla base degli argomenti del programma del corso; 2. a valutare il livello con cui è stato approfondito lo studio delle tematiche proposte a lezione e in laboratorio; 3. la capacità di esposizione degli argomenti in termini di chiarezza e proprietà di linguaggio tecnico. Al Candidato verrà chiesto di esporre tre argomenti e, su richiesta, gli si consentirà prima del colloquio un tempo adeguato per la stesura in forma scritta dei supporti (formule, grafici, schemi) che riterrà opportuni per la successiva discussione.

Strumenti a supporto della didattica

Appunti del corso. Dispense delle esercitazioni

Link ad altre eventuali informazioni

https://dei.unibo.it/en/research/research-groups/edm

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Alberto Santarelli

Consulta il sito web di Nicolò Attilio Speciale