Ingegneria Informatica e Intelligenza artificiale L-8

L’insegnamento di Fondamenti di Elettronica si propone di fornire allo studente le basi teoriche e metodologiche dell'elettronica analogica e digitale, necessarie per comprendere i principi di funzionamento dei principali dispositivi elettronici e delle loro applicazioni fondamentali.

Il corso guida lo studente attraverso un percorso formativo che parte dalla fisica dei dispositivi a semiconduttore fino allo studio e all'analisi di circuiti elettronici. Al termine dell’insegnamento, lo studente avrà acquisito:

• Comprensione dei Dispositivi: Capacità di descrivere il funzionamento fisico e le curve caratteristiche dei principali componenti a semiconduttore come Diodi, BJT e MOSFET.
• Capacità Analitica: Abilità nel determinare il punto di lavoro (Q-point) di circuiti elettronici attraverso l'uso di modelli matematici appropriati.
• Analisi dei Piccoli Segnali: Capacità di estrarre modelli lineari e calcolare le prestazioni di stadi amplificatori.
• Competenze Digitali: Conoscenza della struttura hardware delle porte logiche elementari e dei principi di conversione analogico-digitale.

Conoscenza e capacità di comprensione

Lo studente dovrà aver acquisito conoscenza e capacità di comprensione:

• dei fondamenti dei segnali elettrici, della loro classificazione (analogico/digitale) e della rappresentazione nel dominio del tempo e della frequenza.
• dei principi fisici dei semiconduttori (meccanismi di drift e diffusione) e della fisica della giunzione PN.
• della modellistica circuitale per componenti attivi e passivi, inclusi i modelli per piccoli segnali e le tecniche di polarizzazione.
• delle strutture fondamentali dell'elettronica digitale CMOS e dei sistemi di conversione ADC/DAC.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione

Lo studente dovrà sviluppare la capacità di applicare le conoscenze acquisite per:

• risolvere reti elettriche applicando le leggi fondamentali per calcolare i valori di tensione e di corrente all’interno della rete stessa
• dimensionare semplici circuiti elettronici basati sull'utilizzo di diodi.
• analizzare stadi amplificatori a singolo transistor, calcolandone il guadagno di tensione e le resistenze di ingresso e uscita.

Abilità di giudizio

Lo studente dovrà aver sviluppato capacità di giudizio critico per:

• valutare la validità dei modelli circuitali (ideali vs reali) in base alle condizioni operative del sistema.
• individuare le strategie di polarizzazione più stabili per garantire il corretto funzionamento di un circuito attivo.
• interpretare le specifiche tecniche dei componenti elettronici presenti nei datasheet per la scelta dei dispositivi più idonei.

Abilità di comunicare

Lo studente svilupperà la capacità di:

• esporre concetti tecnici e descrivere il funzionamento di sistemi elettronici utilizzando un linguaggio tecnico rigoroso e appropriato.
• documentare in modo chiaro i risultati delle analisi circuitali effettuate.

Capacità di apprendimento

Lo studente dovrà aver acquisito le basi necessarie per:

• proseguire autonomamente negli studi successivi riguardanti l'architettura dei calcolatori e i sistemi digitali.
• approfondire le proprie conoscenze attraverso lo studio individuale di testi specialistici e documentazione tecnica di settore.

Il programma dell’insegnamento si articola attraverso lo studio dei fondamenti dell'elettronica, partendo dall'analisi dei circuiti di base fino alla comprensione dei sistemi digitali complessi:

• Introduzione all'Elettronica e Teoria dei Segnali:
  • Evoluzione storica (dalle valvole al transistor);
  • distinzione tra segnali analogici e digitali;
  • parametri fondamentali dei segnali elettrici (ampiezza, periodo, frequenza, fase).
• Leggi Fondamentali e Analisi dei Circuiti:
  • Richiami sulla Legge di Ohm e sulle Leggi di Kirchhoff;
  • analisi di reti resistive in serie e parallelo;
  • teoremi di Thévenin e Norton applicati alla semplificazione dei circuiti;
  • partitori di tensione e di corrente.
• Fisica dei Semiconduttori:
  • Proprietà elettriche dei materiali semiconduttori;
  • concetto di drogaggio (tipo n e tipo p);
  • meccanismi di trasporto della carica (trascinamento e diffusione).
• Il Diodo a Giunzione:
  • Struttura e principio di funzionamento della giunzione PN;
  • caratteristica I-V;
  • modelli del diodo (ideale, a caduta di tensione costante, per piccoli segnali);
  • analisi di circuiti elementari con diodi;
  • cenni al diodo Zener.
• Transistor a Effetto di Campo (MOSFET):
  • Struttura fisica del MOSFET ad arricchimento;
  • regioni di funzionamento (interdizione, triodo, saturazione);
  • modelli matematici della corrente di drain;
  • circuiti di polarizzazione e determinazione del punto di lavoro.
• Transistor a Giunzione Bipolare (BJT):
  • Struttura fisica NPN e PNP;
  • modi di funzionamento;
  • equazioni caratteristiche;
  • tecniche di polarizzazione e stabilità del punto di riposo.
• Amplificazione ed Elettronica Analogica:
  • Concetto di amplificazione lineare;
  • modelli a piccoli segnali per MOSFET e BJT;
  • analisi di configurazioni amplificatrici fondamentali (Sorgente Comune, Emettitore Comune);
  • parametri prestazionali (guadagno, resistenze d'ingresso e uscita).
• Elettronica Digitale e Conversione:
  • Fondamenti delle porte logiche;
  • tecnologia CMOS;
  • sistemi di conversione dei segnali: convertitori Analogico-Digitali (ADC) e Digitali-Analogici (DAC).

Per l'approfondimento degli argomenti trattati nel corso, si consigliano i seguenti testi:

• A. S. Sedra, K. C. Smith, Circuiti per l’Elettronica, Ed. Edises.
• R. C. Jaeger, T. N. Blalock, Microelettronica, Ed. McGraw-Hill.
• G. Givone, Digital Principles and Design, Ed. McGraw-Hill.
• Materiale didattico: dispense.

L'acquisizione dei risultati di apprendimento previsti viene accertata attraverso: le attività di autovalutazione associate ad ogni video-lezione, i test associati alla didattica sincrona, la prova intermedia online e la prova finale in presenza.

• Test di autovalutazione: i test di autovalutazione permettono allo studente di monitorare la comprensione degli argomenti somministrati ed eventualmente di attivarsi per colmare le lacune.
  
• Test post-didattica sincrona: I test successivi alla didattica sincrona verificano l’applicazione delle conoscenze in situazione guidata e la capacità di apprendimento autonomo. Consentono di osservare l’uso operativo dei saperi e la capacità di trasferimento.
• La prova intermedia online e la prova finale in presenza: consente una verifica sistematica e standardizzata delle conoscenze disciplinari e della comprensione concettuale e permette di valutare l’autonomia di giudizio, ovvero la capacità di formulare valutazioni motivate e sostenere argomentazioni critiche.

La valutazione finale avverrà nelle date d’appello previste dall’Ateneo e pubblicate in piattaforma, in modalità scritta online (prova in itinere), scritta in presenza.

Viene riportato di seguito la suddivisione delle lezioni da studiare:

1. Lezioni da studiare per la PROVA INTERMEDIA ONLINE: da 1 a 20
2. Lezioni da studiare per la PROVA DI PROFITTO FINALE IN PRESENZA: da 21 a 30

Per affrontare con profitto l'insegnamento di Fondamenti di Elettronica, si consigliano i seguenti prerequisiti:

• Matematica: Padronanza degli strumenti analitici di base forniti dal corso di Analisi Matematica, con particolare riferimento alla risoluzione di sistemi di equazioni lineari e allo studio di funzioni.
• Fisica: Conoscenza dei concetti fondamentali dell’elettromagnetismo trattati nel corso di Fisica (tensione, corrente, carica elettrica, leggi dei circuiti in corrente continua).

Modalità di erogazione del corso:

Nel corso sono comprese videolezioni, attività di didattica sincrona e un’attività di laboratorio.

L’attività didattica si avvale di videolezioni che costituiscono il nucleo centrale del programma d'esame. Tuttavia, data la natura tecnica della disciplina, si suggerisce di integrare lo studio con la consultazione dei testi consigliati, indispensabili per acquisire il necessario rigore analitico e per l'approfondimento degli aspetti metodologici più complessi.

Attività didattiche previste

Le attività di didattica, suddivise tra didattica erogativa (DE) e didattica sincrona (DS), saranno costituite da 7 ore per CFU e ripartite secondo la seguente struttura:

• 2,5 ore di DE (5 ore, tenuta in considerazione la necessità di riascolto)
• 2 ore di DS.

Attività didattica erogativa (15 ore):

L’attività didattica erogativa sarà composta da 30 lezioni videoregistrate. Ogni lezione avrà una durata di circa 30 minuti e saranno sempre disponibili in piattaforma didattica.

Si fa presente che ogni videolezione corrisponde ad 1 ora di didattica erogativa considerando la necessità di riascolto.

Attività didattica sincrona (12 ore):

La didattica sincrona sarà composta da 12 lezioni. Ogni lezione avrà una durata di circa 60 minuti, saranno svolte in aula virtuale e in modalità sincrona.

Le attività interattive mirano a integrare il percorso formativo attraverso sessioni di chiarimento sui contenuti del corso e l'esplorazione di tematiche avanzate del settore elettronico. Tali incontri rappresentano uno spazio di confronto diretto volto a risolvere criticità nell'apprendimento e a contestualizzare i principi teorici in scenari reali.

Attività di Laboratorio:

Le ultime 5 lezioni videoregistrate, relative ad 1 CFU del corso, corrisponderanno all'attività di laboratorio. Ogni lezione avrà una durata di circa 30 minuti e saranno sempre disponibili in piattaforma didattica.

Si fa presente che ogni videolezione corrisponde ad 1 ora di didattica erogativa considerando la necessità di riascolto.

Attività di autoapprendimento:

Il percorso di apprendimento autonomo è supportato da strumenti di verifica e materiali integrativi disponibili in piattaforma:

• Test di autovalutazione: al termine di ogni lezione sono presenti quiz a risposta multipla che consentono allo studente di monitorare in tempo reale il grado di assimilazione dei concetti trattati.
• Materiale di approfondimento: oltre alle dispense e alle slide, vengono suggeriti materiali didattici integrativi per favorire l'approfondimento dei contenuti del corso e l'aggiornamento sulle tecnologie elettroniche.
• Coerenza Didattica: l’articolazione tra Didattica Erogativa (DE) e Didattica Sincrona (DS) è strutturata in modo da garantire il raggiungimento degli obiettivi formativi specifici, bilanciando l'acquisizione delle basi teoriche con momenti di confronto e consolidamento metodologico.

Il docente è disponibile per fornire supporto e chiarimenti sui contenuti del corso.

• Modalità: online, previo appuntamento.
• Contatto: per concordare il colloquio, scrivere a daniele.giardino@uniroma5.it