ingegneria elettronica

Al termine del corso si richiede che lo studente abbia acquisito familiarità con le nozioni di spazio vettoriale, funzione lineare, matrici e loro proprietà, prodotti scalari, forme bilineari simmetriche, e abbia raggiunto una buona padronanza del calcolo con vettori e matrici. Si richiede che lo studente sia in grado di applicare tali risultati alla risoluzione di problemi di algebra lineare e di semplici problemi di geometria analitica che riguardano le sottovarietà lineari di uno spazio affine.

Cenni su alcune strutture algebriche quali gruppi, anelli e campi. Il campo dei numeri reali e il campo dei numeri complessi. Spazi e sottospazi vettoriali. Basi. Dimensione di uno spazio vettoriale. Coordinate di un vettore. Cambiamenti di base. Intersezioni, somme e somme dirette di sottospazi vettoriali.

Funzioni lineari. Matrici e operazioni tra matrici. Matrici associate a una funzione lineare. Riduzione di una matrice in forma a scala. Matrici invertibili. Sistemi di equazioni lineari. Determinanti. Autovalori, autovettori e autospazi di un endomorfismo o di una matrice. Polinomio caratteristico. Endomorfismi e matrici diagonalizzabili. Matrici simili.

Prodotti scalari negli spazi vettoriali reali. Norma di un vettore, angolo tra due vettori. Ortogonalità tra vettori e tra sottospazi vettoriali. Il procedimento di Gram-Schmidt. Matrici ortogonali. Forme bilineari simmetriche. Matrici simmetriche reali e loro diagonalizzabilità. Il Teorema Spettrale. Spazi affini. Punti, rette e piani nello spazio. Sottovarietà lineari di uno spazio affine. Parallelismo, incidenza, ortogonalità. Distanza tra sottovarietà lineari.

I prerequisiti corrispondono ai contenuti del MOOC di Matematica di Base consigliato in preparazione al test di ingresso per l'iscrizione universitaria (https://www.cisiaonline.it/archivio-mooc/home/).

Le attività didattiche prevedono ore di lezioni frontali in aula.

Le lezioni vengono effettuate mediante l'utilizzo di un tablet pc collegato a un proiettore.

Gli appunti delle lezioni (in formato pdf) vengono preventivamente caricati nella piattaforma Moodle e resi disponibili agli studenti prima delle lezioni stesse.

Un ulteriore supporto allo studio individuale è dato dalla presenza, in un apposito canale YouTube ( https://www.youtube.com/channel/UCpJGeVBfmf-6S3neeImAw1w ) di tutti i video delle lezioni svolte in aula.

Oltre a rivolgersi al/la docente del corso, studentesse e studenti con disabilità, DSA, BES e altre condizioni di salute, possono contattare l'Ufficio Servizi agli studenti - Settore Inclusione per ricevere maggiori informazioni sulle opportunità di fruizione della didattica con specifici supporti e strumenti.

I criteri di valutazione con cui verrà effettuata la verifica delle conoscenze e delle abilità acquisite sono:

• Completezza delle conoscenze acquisite
• Capacità di applicare le conoscenze acquisite alla risoluzione di problemi concreti
• Rigore metodologico e utilizzo di un linguaggio appropriato

• Titolo: Algebra Lineare e Geometria, Autori: Francesco Bottacin, Luogo: Bologna, Anno: 2021, Editore: Esculapio, Note: III Ed.
• Titolo: Esercizi di Algebra Lineare e Geometria, Autori: Francesco Bottacin, Luogo: Bologna, Anno: 2021, Editore: Esculapio, Note: III Ed.

Descrizione generale Il corso offre una solida base di concetti, metodi e strumenti di Analisi Matematica utili per trattare problemi che coinvolgono funzioni di una variabile reale come, ad esempio: • studiare il comportamento di una funzione di variabile reale • operare con somme infinite • determinare il minimo o il massimo di una funzione di variabile reale • calcolare aree di figure piane • risolvere alcune semplici equazioni differenziali Conoscenze e competenze da acquisire (1) Conoscenza e comprensione • Conoscere definizioni, concetti, enunciati e metodi fondamentali del calcolo dei limiti, del calcolo differenziale e del calcolo integrale per funzioni di una variabile reale. • Comprendere il significato teorico dei principali risultati presentati in un primo corso di analisi matematica e le relazioni tra i diversi argomenti del corso. • Saper analizzare e comprendere un argomento dimostrativo ipotetico-deduttivo. (2) Capacità di applicare conoscenza e comprensione • Saper utilizzare correttamente strumenti e metodi dell’analisi matematica per la risoluzione di esercizi e problemi. • Saper individuare le tecniche più appropriate in relazione alle diverse tipologie di problemi teorici e applicativi affrontati nel corso. • Saper applicare definizioni, teoremi e procedure di calcolo in contesti nuovi ma coerenti con gli argomenti trattati. (3) Autonomia di giudizio • Sviluppare la capacità di analizzare criticamente problemi matematici, valutando l’adeguatezza dei metodi utilizzati e la correttezza dei risultati ottenuti. • Essere in grado di riconoscere ipotesi, condizioni di applicabilità e limiti degli strumenti teorici introdotti nel corso. • Acquisire autonomia nell’impostazione di strategie risolutive e nella verifica logica dei procedimenti adottati. (4) Abilità comunicative • Acquisire una solida padronanza del linguaggio matematico, sapendo esporre in modo corretto, chiaro ed efficace definizioni, teoremi e procedimenti risolutivi. • Saper presentare dimostrazioni con rigore logico e coerenza argomentativa. • Saper utilizzare in modo appropriato simbolismo, notazione e terminologia propri dell’analisi matematica. (5) Capacità di apprendimento • Acquisire capacità logiche, analitiche e metodologiche utili per affrontare studi successivi in ambito matematico e scientifico. • Sviluppare un metodo di studio autonomo e rigoroso, capace di favorire l’approfondimento individuale degli argomenti trattati. • Essere in grado di consultare e utilizzare autonomamente testi e materiali di supporto relativi agli argomenti del corso.

• Conoscere la logica elementare e il calcolo algebrico.
• Saper risolvere equazioni e disequazioni di primo e secondo grado, razionali, irrazionali e con valore assoluto.
• Saper risolvere sistemi di equazioni e disequazioni.
• Conoscere rappresentazione analitica e geometrica nel piano cartesiano di rette, parabole, iperboli, circonferenze ed ellissi.
• Conoscere la definizione, i valori principali e le proprietà delle funzioni trigonometriche (seno, coseno, tangente).
• Conoscere la definizione e le proprietà elementari delle funzioni esponenziali e logaritmiche, saper risolvere relative equazioni e disequazioni.

Si consiglia di svolgere l’attività Precalculus https://www.ingegneria.unipd.it/futuri-studenti/mooc-di-matematica-di-base prima dell’inizio dei corsi.

L’insegnamento è erogato in presenza e prevede:

• lezioni frontali

Metodologie:

• problem solving
• esercitazioni guidate

Studentesse e studenti con disabilità, DSA, BES e altre condizioni di salute, possono contattare l’Ufficio Servizi agli studenti - Settore Inclusione per ricevere maggiori informazioni sulle opportunità di fruizione della didattica con specifici supporti e strumenti.

I criteri di valutazione sono:

(1) capacità di impostare con rigore metodologico e risolvere correttamente gli esercizi

(2) chiarezza e completezza delle argomentazioni prodotte

(3) proprietà e precisione nell’uso del linguaggio logico-deduttivo

(4) capacità di adattare tecniche note a situazioni non note.

Nella valutazione della prova scritta,

• 2/3 del punteggio sono attribuiti alla parte di esercizi,
• 1/3 del punteggio è attribuito alla parte teorica L’esame è superato se entrambe le parti della prova scritta sono svolte correttamente per almeno il 50% ciascuna (requisito minimo), ed il voto complessivo è almeno pari a 18/30.

La prova integrativa può determinare un aumento, la conferma o una diminuzione del voto della prova scritta. Se il voto complessivo finale è minore di 18/30 tutta la prova d’esame deve essere ripetuta in un appello successivo.

Dispensa delle Lezioni fornita gratuitamente dal docente.

DESCRIZIONE DELL'INSEGNAMENTO: questo insegnamento offre l'opportunità di studiare e comprendere le basi della progettazione digitale e conoscere le metodologie e gli strumenti principali a disposizione di un ingegnere elettronico in questo campo. OBIETTIVI DI APPRENDIMENTO: al termine del corso gli studenti e le studentesse saranno in grado di: - Rappresentare l’informazione in un formato elaborabile da un calcolatore - Manipolare espressioni e funzioni logiche, per ottenere le forme più convenienti per l'implementazione con dispositivi elettronici - Tradurre in forma di funzione logica specifiche funzionali di alto livello - Tradurre un problema astratto di media complessità nella formulazione di una macchina a stati finiti - Sintetizzare una macchina a stati finiti attraverso la combinazione di porte logiche fondamentali e registri di memoria - Stimare le prestazioni dinamiche di un sistema di media complessità, sulla base delle specifiche dei singoli blocchi logici fondamentali - Comprendere e approfondire il concetto di livello di astrazione nella progettazione digitale - Rappresentare sistemi mediamente complessi come combinazione di sottosistemi di complessità più ridotta - Comprendere e utilizzare alcuni dei protocolli di controllo e comunicazione tra i vari blocchi fondamentali e di riconoscere i potenziali problemi derivanti dai limiti dinamici dei componenti reali - Acquisire le basi del processo di ottimizzazione delle prestazioni attraverso opportune scelte architetturali - Conoscere e individuare potenziali e limiti dei principali tipi di memoria, in funzione del contesto applicativo - Applicare delle tecniche di priorità e dei protocolli di comunicazione nella gestione di risorse condivise - Descrivere sistemi digitali con un linguaggio dedicato - Individuare una formulazione del codice che risulti sintetizzabile - Organizzare il codice per la descrizione di sistemi complessi in livelli gerarchici

• Rappresentazione in forma binaria di informazione numerica e non. - Algebra di Boole e teoremi fondamentali. - Concetto di operatore logico e porta logica; differenza tra porta logica ideale e reale. - Sintesi, trasformazione e ottimizzazione di circuiti logici e implementazioni standard. - Concetto di sistema sequenziale, variabili di stato e rappresentazione come combinazione tra sistema combinatorio e elementi di memoria. - Conoscenza dei vari latch e registri e relative proprietà dinamiche. - Principali limiti dinamici di un sistema sequenziale. - Architettura fondamentale di in elaboratore e comprensione del flusso di controllo. - Blocchi fondamentali di una ALU e delle relative soluzioni architetturali - Principali tipologie di memorie e delle relative architetture. Conoscenza dei principali limiti dinamici e delle loro conseguenze a livello di sistema. - Principali tecniche di gestione dell’accesso al BUS e dei protocolli di input/output. - Uso del linguaggio VHDL per la rappresentazione, simulazione logica e sintesi di sistemi digitali, anche complessi.

Fondamenti di Informatica.

L’insegnamento prevede lezioni frontali in aula ed esercitazioni, anche con strumenti di simulazione logica di sistemi digitali tramite linguaggio VHDL. Oltre a rivolgersi al/la docente del corso, studentesse e studenti con disabilità, DSA, BES e altre condizioni di salute, possono contattare l'Ufficio Servizi agli studenti - Settore Inclusione per ricevere maggiori informazioni sulle opportunità di fruizione della didattica con specifici supporti e strumenti.

La valutazione si basa sulla conoscenza e comprensione dei concetti e metodologie presentati durante il corso, e sulla capacità di applicarli per risolvere specifici problemi di analisi o sintesi di sistemi digitali. I criteri di valutazione per la prova scritta saranno: - correttezza delle risposte - completezza delle risposte

• Titolo: Logic and Computer Design Fundamentals, Autori: M. Mano, C. R. Kime, T. Martin, Anno: 2015, Editore: Pearson

Con riferimento agli obiettivi formativi del RAD del CdS in Ingegneria delle Telecomunicazioni, Internet e Multimedia, il corso ha come obiettivo quello di fornire allo studente una solida preparazione sulla fisica di base, in particolare di meccanica e termodinamica. Più in dettaglio, lo studente acquisirà la conoscenza dei concetti di base e delle leggi fondamentali della meccanica classica e della termodinamica. Imparerà a formalizzare in equazioni le leggi che regolano il comportamento di semplici sistemi meccanici e termodinamici, risolvendo i problemi proposti in funzione dei parametri di input. Svilupperà criticamente l’analisi dei risultati, controllandone la consistenza in termini di analisi dimensionale e l’autoconsistenza in termini numerici. Svolgerà attività di laboratorio nelle quali si familiarizzerà con le principali problematiche inerenti alla misura di grandezze fisiche; confronterà i risultati delle misure svolte con le predizioni della teoria, valutandone la consistenza in funzione degli errori sperimentali da cui le misure sono affette, sulla base delle conoscenze acquisite in relazione alla trattazione statistica degli errori casuali e alla presenza di possibili errori di tipo sistematico.

I risultati di apprendimento attesi, secondo i Descrittori di Dublino, sono i seguenti:

• Conoscenza e comprensione: al termine dell’insegnamento, lo studente conoscerà le leggi fondamentali della meccanica classica e della termodinamica, strumenti basilari per la comprensione di svariati argomenti propri dell’ingegneria
• Capacità di applicare conoscenza e comprensione: lo studente sarà in grado di applicare le leggi studiate ai casi reali, verificarle tramite esperienze e utilizzare le conoscenze acquisite di elaborazione dei dati per analizzare i risultati di misure
• Autonomia di giudizio: lo studente avrà sviluppato la capacità di analizzare criticamente i risultati di una misura sperimentale e di valutarne in maniera appropriata l’eventuale differenza rispetto al risultato previsto in teoria
• Abilità comunicative: lo studente verrà valutato con verifiche di apprendimento scritta e orale, nelle quali dimostrerà di essere in grado di esporre in modo appropriato gli argomenti studiati e lo svolgimento dei compiti assegnati
• Capacità di apprendimento: lo studente acquisirà competenze di base che gli permetteranno in seguito di approfondire autonomamente gli argomenti trattati nei corsi degli anni successivi

Meccanica: Grandezze fisiche. Il Sistema Internazionale. Vettori e calcolo vettoriale. Cinematica scalare e vettoriale. Dinamica del punto materiale: Le tre leggi di Newton. Concetti generali sui moti relativi e i sistemi di riferimento. Quantità di moto, impulso della forza, teorema dell'impulso, conservazione della quantità di moto. Le interazioni fondamentali. Forza peso. Reazioni vincolari. Forze d'attrito. Forza elastica e moto armonico. Tensione dei fili. Lavoro, energia cinetica, teorema dell'energia cinetica, forze conservative, energia potenziale, conservazione dell'energia meccanica, bilancio energetico con forze dissipative. Momento angolare, teorema del momento angolare. Forze centrali. La legge di gravitazione universale. Sistemi di punti materiali. Forze interne ed esterne. Centro di massa. Teoremi del moto del centro di massa, del momento angolare e dell'energia. Sistema di riferimento del CM. Teoremi di Koenig. Lavoro delle forze interne ed esterne. Corpo rigido: momento d'inerzia, teorema di Huygens-Steiner, dinamica traslazionale e rotazionale. Fenomeni d' urto: urti elastici ed anelastici. Leggi di conservazione. Fluidi: pressione, elementi di statica e dinamica dei fluidi. Termodinamica: Sistemi e variabili termodinamiche, stati di equilibrio, equazione di stato. Calorimetria. Temperatura, termometri e scale di temperatura. Lavoro nei sistemi termodinamici. Primo Principio della termodinamica. Gas ideali. Cicli termodinamici, macchine termiche e frigorifere. Secondo Principio della Termodinamica. Entropia. Cenni di teoria Cinetica dei gas ideali.

Conoscenze di base di algebra e trigonometria; elementi di analisi matematica: derivazione ed integrazione di funzioni continue in una variabile reale.

ll corso si sviluppa in 96 ore di lezione frontale in aula ed esercitazioni di laboratorio. Durante le lezioni in aula, si descrive la parte teorica del corso, in cui lo studente acquisisce le nozioni fondamentali per l'apprendimento della Meccanica e della Termodinamica, e si risolvono esercizi relativi a semplici sistemi fisici che consentono allo studente di acquisire una metodologia per la soluzione di problemi applicativi. Durante le attività di laboratorio, lo studente svolge delle esperienze che gli consentono di verificare sperimentalmente alcune delle leggi fisiche descritte a lezione, e di applicare praticamente i concetti appresi relativi alle misure fisiche.

Oltre a rivolgersi al/la docente del corso, studentesse e studenti con disabilità, DSA, BES e altre condizioni di salute, possono contattare l'Ufficio Servizi agli studenti - Settore Inclusione per ricevere maggiori informazioni sulle opportunità di fruizione della didattica con specifici supporti e strumenti.

Per lo studio della materia è consentito l'utilizzo di software di intelligenza artificiale (AI). L'AI può essere utilizzata come ausilio alla comprensione degli argomenti trattati, sempre ricordando però che il riferimento principale per lo studio deve essere il libro di testo consigliato, che raccoglie tutte le informazioni correttamente, coerentemente e in modo organico. L'AI può anche essere utilizzata come supporto alla soluzione dei problemi proposti e/o discussi in aula così come a quelli di preparazione per la prova scritta. Si fa però presente che, soprattutto in questo secondo caso, l'AI può fornire indicazioni fuorvianti: l'AI va utilizzata sempre con spirito critico, analizzando in particolare se il testo fornito ha delle possibili ambiguità, se il testo è stato correttamente compreso dall'AI e se la logica dei passaggi seguiti per conseguire il risultato effettivamente corrisponde a quanto ci si aspetta. Ovviamente, software di AI non possono essere utilizzati durante le prove scritte e orali.

La valutazione della preparazione dello studente si baserà nella prova scritta sulla capacità di risoluzione, in modo autonomo e appropriato sulla base delle conoscenze e metodologie acquisite, di problemi numerici sugli argomenti descritti durante il corso. Inoltre, nella prova orale, si valuteranno la comprensione ed il livello di conoscenza degli argomenti trattati durante il corso, che dovranno essere esposti dallo studente con rigore e proprietà di linguaggio.

Il voto finale è dato dalla media delle prove scritta e orale, con il complemento del risultato del test di laboratorio.

Titolo: Fisica Vol. I – Meccanica e termodinamica, Autori: P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci, Luogo: Napoli, Anno: 2023, Editore: Edises, Note: Terza Edizione. Testo di riferimento per la parte di teoria.

Titolo: Problemi di Fisica Generale - Meccanica Termodinamica, Autori: P. Zotto, S. Lo Russo, P. Sartori, Luogo: --, Anno: 2015, Editore: Edizioni La Dotta, Note: Seconda edizione. Testo consigliato per lo svolgimento di esercizi.

1.Conoscenza e comprensione

• Comprendere i principi fondamentali del funzionamento di un computer
• Comprendere gli approcci fondamentali alla soluzione computazionale di problemi
• Acquisire familiarità con gli elementi fondamentali dei linguaggi di programmazione

2.Capacità di applicare conoscenza e comprensione

• Applicare strategie computazionali alla risoluzione dei problemi
• Progettare semplici algoritmi
• Utilizzare in maniera appropriata la libreria standard di C
• Implementare semplici strutture dati in C
• Realizzare semplici applicazioni in linguaggio C

3. Autonomia di giudizio

• Valutare la correttezza di algoritmi e codice esistenti, e correggerne gli errori

4. Abilità comunicative

• Esprimere concetti in modo chiaro e sintetico
• Utilizzare terminologia disciplinare/tecnica appropriata

5. Capacità di apprendimento

• Sviluppare autonomia nella risoluzione di problemi computazionali
• Integrare conoscenze teoriche e applicative

Struttura di un elaboratore

Paradigmi di programmazione

Il linguaggio Python e il linguaggio C

Variabili e tipi di dato

Logica booleana e decisioni

Cicli while e for

Funzioni

Array, liste e stringhe

Input/Output

Pattern algoritmici iterativi e ricorsivi

Cenni di analisi della complessità

Puntatori in C

Gestione della memoria in C

Abstract data types

Debugging e testing

Nessuno

Lezioni frontali, esercitazioni in aula e laboratorio guidato in aula Taliercio.

Durante il laboratorio verranno proposti esercizi per preparare gli studenti al raggiungimento dell'obiettivo di saper sviluppare in modo autonomo un'applicazione in linguaggio C.

Dal momento che si reputa importante che lo sviluppo delle semplici applicazioni avvenga appunto in modo autonomo, non è permesso l’uso degli strumenti di intelligenza artificiale generativa (es. ChatGPT o Lucrez-IA) durante lo svolgimento degli esercizi durante il corso e all’esame.

Oltre a rivolgersi al/la docente del corso, studentesse e studenti con disabilità, DSA, BES e altre condizioni di salute, possono contattare l'Ufficio Servizi agli studenti - Settore Inclusione per ricevere maggiori informazioni sulle opportunità di fruizione della didattica con specifici supporti e strumenti.

Criteri di valutazione

• correttezza delle soluzioni
• capacità di applicazione dei metodi
• chiarezza dei procedimenti

La valutazione:

• richiede almeno 18/30 in entrambe le parti
• è calcolata come media aritmetica delle due parti

La lode può essere attribuita a fronte di una prova eccellente in entrambe le componenti e in assenza di errori concettuali rilevanti.

Goodrich, Tamassia e Goldwasser, "Data Structures and Algorithms in Python", 2013, Wiley, 978-1118290279 Deitel e Deitel, "Il linguaggio C. Fondamenti e tecniche di programmazione" 2022, Pearson, 978-8891906236

Lingua inglese B2 (abilità ricettive). Test di Abilità Linguistica (TAL), informatizzato, per la verifica della conoscenza della lingua inglese, livello B2 abilità ricettive (ascolto e lettura) del Quadro Comune Europeo di riferimento per la conoscenza delle lingue, da sostenere presso il Centro Linguistico di Ateneo (CLA). L’attività non include l’erogazione di un corso ma solo il test. Chi è in possesso di una certificazione di livello B2 o superiore può richiederne il riconoscimento. Tutte le informazioni relative alla Lingua inglese per Ingegneria sono disponibili all'indirizzo https://www.ingegneria.unipd.it/prove-inglese. Gli studenti sono pregati di NON contattare direttamente il docente responsabile.

Le caratteristiche della prova finale sono definite nel Regolamento Didattico del corso di studio. La prova finale avviene in forma orale e prevede la stesura di un elaborato finale. Il materiale presentato dallo studente per la prova finale verrà valutato da una commissione preparatoria, nominata dal Direttore del Dipartimento e composta da almeno due docenti. La commissione preparatoria formulerà un giudizio/esprimerà una valutazione del lavoro svolto, e lo trasmetterà alla Commissione di laurea nominata dal Direttore del Dipartimento che esprimerà il giudizio finale. La prova finale potrà essere scritta e sostenuta in lingua inglese e in questo caso dovrà essere predisposto anche un riassunto esteso, in lingua italiana, dell’attività svolta. Ulteriori informazioni sono disponibili alla pagina https://stem.elearning.unipd.it/mod/book/view.php?id=234&chapterid=46

Alla fine del corso, gli studenti saranno in grado di (Intende Learning Outcome - ILO): 1. Descrivere paradigmi algoritmici e strutture dati fondamentali (Conoscenze). 2. Analizzare la complessità di algoritmi (Applicazione). 3. Progettare algoritmi efficienti in pseudocodice (Applicazione). 4. Confrontare soluzioni algoritmiche in base a prestazioni e vincoli (Giudizio). 5. Implementare algoritmi in linguaggio C (Applicazione). 6. Effettuare il debug di programmi in C (Applicazione).

• Introduzione alla programmazione in linguaggio C.
• Specifica di algoritmi: modello di calcolo, problema computazionale, algoritmo.
• Analisi di algoritmi: elementi di calcolo combinatorio e asintotico, induzione, analisi di complessità e correttezza.
• Alberi: definizioni, proprietà, visite. Alberi binari.
• Code con priorità e heap.
• Mappe e tabelle hash. Dizionari.
• Alberi di ricerca: definizioni e casi particolari. Alberi binari di ricerca; alberi (2,4).
• Algoritmi di ordinamento.
• Grafi: definizioni, proprietà, strutture dati per la loro rappresentazione, visite (BFS e DFS). Shortest paths. Minimum spanning tree. Ordinamento topologico.

La valutazione si baserà sulla comprensione degli argomenti di teoria svolti e sulla capacità di applicarli nella progettazione di algoritmi e strutture dati efficienti.

• Titolo: Algoritmi e strutture dati in Java, edizione italiana a cura di Marcello Dalpasso, Autori: Goodrich, Michael T.; Tamassia, Roberto; Goldwasser, Michael H., Luogo: Santarcangelo di Romagna, Anno: 2015, Editore: Maggioli, Note: ISBN 978-88-916-1339-4.
• Titolo: Data structures and algorithms in Java, SIXTH EDITION, Autori: in alternativa, Goodrich, Michael T.; Tamassia, Roberto; Goldwasser, Michael H., Luogo: Hoboken, NJ, Anno: 2015, Editore: Wiley & Sons Singapore Pte, Note: ISBN 978-1-118-77133-4.
• Titolo: Programmazione in C, Autori: King, K., Luogo: --, Anno: 2014, Editore: Apogeo, Note: --.

L'insegnamento fornisce le conoscenze teoriche e pratiche necessarie per comprendere, progettare e verificare sistemi digitali basati su tecnologia CMOS e dispositivi logici programmabili (FPGA), integrando gli aspetti circuitali, architetturali e metodologici della progettazione digitale.

1. Conoscenza e comprensione

Al termine dell'insegnamento lo studente sarà in grado di:

• comprendere il funzionamento dei circuiti digitali CMOS, con particolare riferimento alle caratteristiche statiche e dinamiche delle porte logiche;
• conoscere le principali metodologie di progettazione di reti combinatorie e sequenziali;
• comprendere le caratteristiche delle diverse famiglie logiche e delle principali architetture digitali;
• conoscere i principi della descrizione hardware mediante VHDL e del flusso di progettazione su FPGA;
• comprendere i fondamenti del processo di fabbricazione dei circuiti integrati CMOS e le implicazioni sulle scelte progettuali.

2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione

Lo studente sarà in grado di:

• progettare reti logiche combinatorie e sequenziali di media complessità;
• analizzare ritardi di propagazione, consumo di potenza e area occupata nelle principali architetture digitali;
• descrivere sistemi digitali mediante VHDL e verificarne il corretto funzionamento attraverso simulazione;
• implementare e validare semplici sistemi digitali su dispositivi FPGA;
• confrontare differenti soluzioni progettuali individuando quella più adatta ai requisiti assegnati.

3. Autonomia di giudizio

Lo studente sarà in grado di:

• valutare criticamente differenti soluzioni circuitali e architetturali considerando prestazioni, area e consumo di potenza;
• individuare i principali compromessi progettuali nella realizzazione di sistemi digitali.

4. Abilità comunicative

Lo studente sarà in grado di:

• utilizzare correttamente la terminologia tecnica della progettazione digitale;
• descrivere e documentare circuiti digitali mediante schemi, diagrammi temporali e codice VHDL;
• collaborare efficacemente alle attività di progettazione e verifica svolte durante il laboratorio.

5. Capacità di apprendimento

Lo studente sarà in grado di:

• affrontare autonomamente lo studio di architetture digitali più avanzate;
• utilizzare documentazione tecnica, datasheet e manuali di strumenti CAD per approfondire metodologie e tecnologie di progettazione;
• aggiornare le proprie competenze in un settore caratterizzato da una continua evoluzione tecnologica.

L'insegnamento è articolato nei seguenti moduli tematici.

1. Fondamenti dei sistemi digitali (4 ore)

• Segnali digitali e loro rappresentazione.
• Margini di rumore e robustezza dei sistemi digitali.
• Rappresentazione di dati numerici e informazioni complesse.

2. Circuiti CMOS (18 ore)

• Il transistor MOS come elemento fondamentale dell'elettronica digitale.
• L'invertitore CMOS: caratteristiche statiche e dinamiche.
• Ritardi di propagazione e consumo di potenza.
• Porte logiche CMOS in logica statica.
• Introduzione alle logiche dinamiche e a pass-transistor.

3. Elementi di memoria (6 ore)

• Latch e Flip-Flop.
• Registri e registri a scorrimento.
• Memorie SRAM, DRAM e memorie non volatili.

4. Blocchi funzionali dei sistemi digitali (8 ore)

• Blocchi aritmetici fondamentali di una ALU.
• Traslatori.
• Sommatori.
• Comparatori.
• Moltiplicatori.

5. Sistemi digitali programmabili (12 ore)

• Circuiti logici programmabili.
• Architettura delle FPGA.
• Descrizione di logiche combinatorie mediante VHDL.
• Descrizione di logiche sequenziali mediante VHDL.
• Vincoli di temporizzazione.
• Sintesi, implementazione e verifica di sistemi digitali su FPGA.

L'ordine di presentazione degli argomenti potrà subire variazioni al fine di coordinare in modo ottimale le attività teoriche con quelle di laboratorio.

Non sono previste propedeuticità obbligatorie. Per seguire con profitto l'insegnamento è tuttavia fortemente consigliato aver acquisito le conoscenze di base fornite dagli insegnamenti di Fondamenti di Informatica e Fondamenti di Elettronica (quest'ultimo può essere frequentato in parallelo).

È inoltre consigliato aver seguito un insegnamento introduttivo ai sistemi digitali, quale Circuiti Digitali o Architettura degli Elaboratori, che fornisce le basi dell'organizzazione logica e fisica dei sistemi digitali e dell'uso dei linguaggi di descrizione dell'hardware.

In particolare, lo studente dovrebbe essere in grado di:

• applicare le proprietà dell'algebra di Boole alla sintesi e all'analisi di semplici reti logiche;
• descrivere l'architettura generale di un sistema digitale (registri, bus, memoria, ALU e interconnessioni);
• utilizzare un linguaggio di descrizione dell'hardware (preferibilmente VHDL) per descrivere semplici circuiti combinatori e sequenziali;
• spiegare il funzionamento del transistor MOS come interruttore e i principi fondamentali della logica CMOS;
• analizzare semplici circuiti digitali dal punto di vista funzionale, avendo familiarità con il concetto di temporizzazione dei segnali.

L'insegnamento prevede 72 ore di attività didattica, articolate in:

• Lezioni teoriche (48 ore) dedicate ai fondamenti dell'elettronica dei sistemi digitali, comprendenti la tecnologia CMOS, la progettazione di circuiti combinatori e sequenziali, gli elementi di memoria, le architetture digitali e i principali blocchi funzionali dei sistemi digitali.
• Lezioni applicative (14 ore) dedicate alla progettazione digitale mediante linguaggi di descrizione dell'hardware, al flusso di progettazione su dispositivi programmabili e all'analisi dell'architettura di una moderna piattaforma FPGA attraverso la documentazione tecnica del dispositivo.
• Attività di laboratorio (10 ore) dedicate alla descrizione di sistemi digitali in VHDL, alla simulazione funzionale, alla sintesi, all'implementazione e alla verifica sperimentale su schede FPGA.

Le lezioni sono integrate da esercitazioni e discussioni guidate finalizzate alla progettazione e all'analisi di circuiti digitali combinatori e sequenziali.

L'insegnamento adotta metodologie didattiche volte a favorire un apprendimento progressivo e applicativo. In particolare sono previste:

• risoluzione guidata di problemi di progettazione digitale;
• analisi e confronto di differenti soluzioni progettuali;
• simulazione e verifica del comportamento di circuiti descritti mediante VHDL;
• sviluppo e validazione di semplici sistemi digitali su dispositivi FPGA.

Utilizzo dell'Intelligenza Artificiale

Durante le lezioni teoriche e le esercitazioni individuali è richiesto che lo studente sviluppi autonomamente le proprie competenze progettuali.

Nelle attività di laboratorio è consentito l'utilizzo di strumenti di Intelligenza Artificiale generativa come supporto alla progettazione, ad esempio per la generazione di template VHDL, testbench o suggerimenti di implementazione. Gli studenti sono tenuti a dichiararne esplicitamente l'utilizzo, distinguendo il contributo generato automaticamente dalle parti sviluppate o modificate autonomamente.

Materiale didattico

Slide, esercizi, esempi di codice, tracce di laboratorio e ulteriori materiali di approfondimento sono resi disponibili attraverso la piattaforma Moodle dell'insegnamento.

Inclusione e accessibilità

Studentesse e studenti con disabilità, DSA, BES e altre condizioni di salute, possono contattare l'Ufficio Servizi agli studenti - Settore Inclusione per ricevere maggiori informazioni sulle opportunità di fruizione della didattica con specifici supporti e strumenti.

La valutazione della prova scritta è finalizzata a verificare il raggiungimento dei risultati di apprendimento previsti dall'insegnamento e tiene conto dei seguenti aspetti:

• Conoscenza e comprensione dei contenuti teorici, con particolare riferimento ai circuiti CMOS, alle principali architetture dei sistemi digitali, alle memorie, alle unità aritmetico-logiche, ai dispositivi programmabili e ai principi della progettazione digitale.
• Capacità di applicare le conoscenze acquisite, mediante la sintesi e l'analisi di reti logiche combinatorie e sequenziali e la risoluzione di problemi di progettazione.
• Capacità di analisi e progettazione a livello circuitale, attraverso esercizi riguardanti circuiti CMOS a livello transistor e la valutazione delle principali metriche progettuali, quali ritardo di propagazione, consumo di potenza e area.
• Comprensione dei linguaggi di descrizione dell'hardware, con particolare riferimento alla lettura, interpretazione e analisi di descrizioni VHDL.
• Conoscenza delle metodologie di progettazione su FPGA, inclusi gli aspetti fondamentali del flusso di sintesi, simulazione e verifica temporale.
• Chiarezza espositiva, correttezza del linguaggio tecnico e completezza delle motivazioni fornite nello svolgimento degli esercizi e delle risposte teoriche.

Il punteggio massimo conseguibile è 30/30; la prova si considera superata con una votazione di almeno 18/30.

L'attribuzione della lode è riservata a elaborati che, oltre a conseguire il punteggio massimo, dimostrino padronanza completa degli argomenti, rigore metodologico, capacità di collegamento tra i diversi temi dell'insegnamento e particolare chiarezza espositiva.

1. Rabaey, Jan M.; Chandrakasan, Anantha; Nikolić, Borivoje; Gerosa, Andrea; Cester, Andrea. Circuiti integrati digitali. L'ottica del progettista. Pearson Education Italia, 2005. ISBN: 9788871922485. Note: OBBLIGATORIO. Testo di riferimento principale per gli argomenti relativi ai circuiti CMOS e alla progettazione digitale.
2. Rabaey, Jan M.; Chandrakasan, Anantha; Nikolić, Borivoje. Digital Integrated Circuits: A Design Perspective. 3rd Edition, Pearson, 2010. ISBN: 9780136085256. Note: CONSIGLIATO. Versione aggiornata del testo di riferimento, utile per approfondire gli aspetti più recenti della progettazione di circuiti integrati digitali CMOS.
3. Dally, William J.; Harting, R. Curtis; Aamodt, Tor M. Digital Design Using VHDL: A Systems Approach. Cambridge University Press, 2016. ISBN: 9781107096882. Note: CONSIGLIATO. Approfondimento sulla progettazione di sistemi digitali mediante VHDL.
4. Jasinski, Ricardo. Effective Coding with VHDL: Principles and Best Practice. MIT Press, 2016. ISBN: 9780262529679. Note: CONSIGLIATO. Approfondimento sulle metodologie di progettazione e sulle buone pratiche di sviluppo in VHDL.
5. Gerosa, Andrea. Elettronica Digitale. Esercizi Risolti. Libreria Progetto, Padova, 2004. Note: CONSIGLIATO. Raccolta di esercizi svolti per la preparazione della prova scritta.

Lo studente, alla fine del corso, deve acquisire nozioni di base di elettromagnetismo e ottica fondate sul metodo scientifico sperimentale; deve saper affrontare problemi attinenti agli argomenti trattati, impostando e risolvendo correttamente una situazione fisica propostagli sotto forma di esercizio, mediante l'applicazione delle leggi fisiche appropriate, dimostrando di saper risolvere algebricamente e numericamente problemi proposti; deve inoltre saper fornire una descrizione critica dei fenomeni fisici presi in considerazione formulando le leggi in modo matematicamente corretto.

Carica elettrica. Legge di Coulomb. Campo e potenziale elettrostatico. Principio di sovrapposizione. Densità di carica. Lavoro della forza elettrica. Energia elettrostatica e potenziale elettrostatico. Gradiente del potenziale elettrostatico. Dipolo elettrico. Campo e potenziale elettrostatico di distribuzioni continue di carica. Carica elementare e sua quantizzazione Flusso del campo elettrostatico. Teorema di Gauss. Circuitazione rotore e divergenza. Applicazioni della legge di Gauss Equilibrio elettrostatico. Induzione elettrostatica. Conduttori cavi. Capacità. Condensatore. Calcolo della capacità . Collegamenti in serie e parallelo di condensatori. Energia elettrostatica. Pressione elettrostatica. Polarizzazione di un dielettrico. Carica di polarizzazione e sua densità superficiale . Relazione fra polarizzazione e campo elettrico: suscettività elettrica. Dielettrici nei condensatori. Il vettore induzione dielettrica. Legge di Gauss nei dielettrici. Conduzione elettrica nei solidi. Forza elettromotrice. Corrente elettrica e densita’ di corrente elettrica. Conservazione della carica. Leggi di Ohm (prima e seconda). Resistenza. Resistività e conduttività, legge di Ohm della conduzione. Teoria classica della conduzione.Effetto Joule. Conduttori ohmici. Resistori in serie e parallelo. Generatori di fem e resistenza interna. Correnti stazionarie. Leggi di Kirchhoff. Campo elettromotore. Amperometro,voltmetro, ohmetro. Carica e scarica di un condensatore. Definizione di campo magnetico. Forza di Lorentz. Forza magnetica su un conduttore percorso da corrente: II legge elementare di Laplace. Moto di cariche in campo magnetico. Effetto Hall. Momento meccanico su una spira percorsa da corrente. Momento magnetico. Energia magnetica. Galvanometro a bobina mobile. Campo magnetico prodotto da una corrente. I legge elementare di Laplace. Applicazioni della prima legge di Laplace. Interazione fra fili percorsi da corrente. Flusso del campo magnetico e legge di Gauss. Flusso concatenato con una linea chiusa. Teorema di Ampere. Campo di un solenoide rettilineo infinito e di un solenoide toroidale. Cenni sulle origini del dipolo magnetico. Polarizzazione del dipolo magnetico. Correnti amperiane. Vettore densità di magnetizzazione. Il campo magnetizzante H. Suscettività magnetica . Relazione fra B, H e M. Sostanze paramagnetiche, diamagnetiche e ferromagnetiche. Ciclo di isteresi. Legge di Curie e temperatura critica. Campi magnetici variabili nel tempo. Induzione elettromagnetica. Leggi di Faraday e Lenz. Alternatore. Autoinduzione. Induttanza. Circuiti RL. Energia magnetica. Mutua induzione. Forze elettromotrici alternate. Impedenza. Metodo dei vettori rotanti e legge di Ohm generalizzata. Oscillatore ideale. Energia elettrica e magnetica dell’oscillatore. Circuito RCL in serie: oscillazioni smorzate e forzate. Risonanza. Trasformatore. Campi elettrici variabili nel tempo. Corrente di spostamento. Legge di Ampere-Maxwell. Equazioni di Maxwell. Onde e vibrazioni nella materia. Equazione d'onda. Onde armoniche. Numero d'onda, frequenza e lunghezza d'onda. Onde elettromagnetiche. Derivazione delle onde elettromagnetiche dalla soluzione delle equazioni di Maxwell nel vuoto. Onde piane. Polarizzazione. Indice di rifrazione. Energia e intensità dell'onda elettromagnetica. Pressione di radiazione. Principio di Huygens. Riflessione. Rifrazione. Coefficienti di Fresnel. Polarizzazione per riflessione. (Cenni su materiali anisotropi dicroismo e polarizzatori). Diffusione. Interferenza di due sorgenti puntiformi. Interferenza di N sorgenti. Onde stazionarie. Diffrazione di Fraunhofer da una fenditura. Reticolo di diffrazione.

Conoscenza di nozioni elementari di matematica: algebra, geometria, calcolo differenziale, calcolo integrale, equazioni differenziali, calcolo vettoriale. Conoscenza dei sistemi di unità di misura e delle leggi fondamentali della meccanica newtoniana e della termodinamica.

Lezioni frontali di teoria con esercizi ed esempi applicativi. Attività di laboratorio con lo svolgimento di esperienze significative per la comprensione dei modelli teorici. Oltre a rivolgersi al/la docente del corso, studentesse e studenti con disabilità, DSA, BES e altre condizioni di salute, possono contattare l'Ufficio Servizi agli studenti - Settore Inclusione per ricevere maggiori informazioni sulle opportunità di fruizione della didattica con specifici supporti e strumenti. L'emergenza COVID-19 ha forzato l'utilizzo di strumenti telematici per l'insegnamento a distanza. Seguendo le indicazioni dell'Ateneo e i Decreti governativi, nel caso del ripresentarsi di situazioni di emergenza, si potrà fare ricorso anche a questi strumenti.

Capacità di portare a termine con correttezza e precisione gli esercizi, utilizzando le metodologie imparate durante il corso. Completezza nell'esposizione durante la prova orale (tipicamente 2 domande abbastanza aperte su uno degli argomenti del corso). Lo studente/essa dovrà enunciare i principi fisici, dimostrare le tesi con passaggi matematici, fornire grafici ed esempi.

• Titolo: Fisica generale Elettromagnetismo - Ottica., Autori: Zotto, Lorusso, Sartori, Luogo: Bologna, Anno: 2022, Editore: Società Editrice Esculapio srl, Note: --.
• Titolo: Fisica II, Autori: Mazzoldi, Nigro, Voci, Luogo: Napoli, Anno: 1998, Editore: Edises, Note: --.
• Titolo: Fisica in laboratorio, Autori: Mazzi, Ronchese, Zotto, Luogo: Bologna, Anno: 2013, Editore: Esculapio, Note: (2a edizione).
• Titolo: Problemi di fisica generale Elettromagnetismo - Ottica, Autori: Zotto, Nigro, Luogo: Bologna, Anno: 2022, Editore: Società Editrice Esculapio srl, Note: --.

ABILITÀ COGNITIVE Essere in grado di: • Ricordare, riconoscere e inquadrare gli strumenti matematici sviluppati nel corso • Esporre, utilizzando consapevolmente e correttamente il linguaggio matematico, definizioni ed enunciati • Argomentare le dimostrazioni indicate nel programma dettagliato del corso • Risolvere quesiti di tipo e difficoltà analoghi a quelli svolti in aula e proposti per esercizio durante il corso, eventualmente con qualche elemento nuovo per i voti più alti • Spiegare la risoluzione di quesiti di tipo e difficoltà analoghi a quelli svolti in aula e proposti per esercizio durante il corso, con terminologia appropriata e facendo riferimento preciso ai teoremi del corso • Riconoscere l'utilità delle applicazioni di alcuni strumenti del corso in altre discipline, come in fisica COMPETENZE PRATICHE E TRASFERIBILI Verranno sviluppati: • Il pensiero critico e analitico, includendo la capacità di confrontarsi con l'intelligenza artificiale • La capacità di risolvere problemi, o di indagare e presentare possibili strategie • La capacità di calcolare quantità rilevanti degli oggetti matematici introdotti • In modo opzionale, la capacità di valutazione e l'abilità di collaborare in gruppo

Modalità di erogazione dell’insegnamento L’insegnamento si svolge in modalità blended, per un totale di 72 ore di didattica assistita, così ripartite: • 48 ore frontali in aula • 24 ore in attività online, sincrone e asincrone Questa modalità mira a integrare efficacemente quanto proposto in classe con quanto svolto in autonomia, offrendo maggiore flessibilità e sostenibilità ambientale. Le due lezioni settimanali frontali in aula seguono un approccio tradizionale, con apertura interattiva. La lezione sincrona online, invece, può adottare, a seconda della parte del programma, un formato misto: • Una parte flipped (contenuti studiati in anticipo in autonomia con relativo feedback in piattaforma, seguiti da esercitazioni e discussioni) • Una parte di lezione tradizionale A supporto del corso, oltre a note e libri di testo, sono disponibili: • MOOC (Massive Open Online Course) sulla parte di Analisi, con contenuti video, testuali e quiz MOOC Analisi: https://lms.federica.eu/course/view.php?id=137 All'accesso inserire il codice corso 1ng_BIOEL*26 • MOOC (Massive Open Online Course) sulla parte di Probabilità, con contenuti video, testuali e quiz MOOC Probabilità: https://lms.federica.eu/course/view.php?id=178 All'accesso inserire il codice corso 1ng_BIOEL*26 • Video integrali delle lezioni degli anni accademici precedenti https://mediaspace.unipd.it/channel/FAMP-CAMP%2B2019_20%253A%2BAnalisi%2B2%2Be%2BProbabilit%25C3%25A0/141025451 Questi materiali consentono anche lo studio autonomo della materia. La sequenza dettagliata delle attività in itinere, facoltative per la possibilità di bonus utilizzabile nella sessione invernale, sarà pubblicata su Moodle. Queste includono: • Quiz settimanali: esercizi di base, esercizi tipo esame, domande teoriche • Commento condiviso tra pari su parti del testo assegnate per la lezione sincrona online • Partecipazione attiva alla lezione, svolgendo un esercizio per la classe • Valutazione tra pari: svolgimento di esercizi e correzione degli elaborati di altri studenti Utilizzo della IA generativa L’IA generativa può essere utilizzata sia dai docenti sia dalla classe per migliorare l’esperienza didattica (es. chatbot, tutor, assistenti virtuali, simulazioni, analisi dei dati) e l’accessibilità (es. testo in voce, traduzione automatica), favorendo l’inclusione. Può facilitare lo sviluppo di competenze tecniche, lavoro di gruppo, rielaborazione e brainstorming, la revisione tra pari. Può aiutare a esplorare, rielaborare ed applicare il materiale, consolidare e riflettere sul lavoro svolto, con chatbot disciplinari proprie o proposte in aula. Video su Imparare con la IA: https://www.youtube.com/playlist?list=PLmKUwJ0KJQnUBletxHnGWQ_NK3gq2j75e Non è consentito l'uso di strumenti di IA generativa per la stesura di compiti e per sostituire il proprio ragionamento nei quiz settimanali. La valutazione finale, sommativa, sarà interamente curata dalla commissione: l'IA generativa aiuterà a dare feedback solo su compiti in itinere, per la valutazione formativa. Oltre a rivolgersi al/la docente del corso, studentesse e studenti con disabilità, DSA, BES e altre condizioni di salute, possono contattare l'Ufficio Servizi agli studenti - Settore Inclusione per ricevere maggiori informazioni sulle opportunità di fruizione della didattica con specifici supporti e strumenti.

L'esame si articola in una prova orale e una prova scritta.

La prova orale consiste in due domande di teoria e richiede la conoscenza delle definizioni e degli enunciati del corso. La prova si considera superata se lo studente risponde in modo pienamente corretto ad almeno una delle due domande. Una volta superata, la prova orale rimane valida come requisito di ammissione a tutte le prove scritte degli appelli successivi dello stesso anno accademico.

La prova scritta consiste nello svolgimento di esercizi sotto forma di quiz su Moodle Esami, accompagnati dalla giustificazione scritta delle risposte. Le risposte corrette prive di una giustificazione adeguata, oppure accompagnate da ragionamenti errati, incompleti o che non conducono correttamente alla soluzione, non vengono valutate.

L'esame può essere sostenuto secondo una delle seguenti modalità.

1) Modalità "Follower"

Le attività svolte durante il corso, sia online sia in aula, consentono di acquisire una valutazione formativa, che viene integrata con il voto ottenuto in un appello della prima sessione (prova orale e prova scritta sostenute nella prima sessione d'esame). Questa modalità può consentire di ottenere un punteggio finale più elevato, ma richiede un impegno costante durante il semestre e la frequenza alle attività previste. L'integrazione della valutazione formativa è applicabile esclusivamente agli appelli della prima sessione.

La prova scritta comprende 4 problemi e 2 brevi esercizi concettuali.

2) Modalità standard

Si tratta della modalità tradizionale, con prova scritta svolta ai terminali e consegna dell'elaborato cartaceo contenente le giustificazioni. In casi eccezionali, la commissione si riserva di richiedere una prova orale integrativa. L'attribuzione della lode richiede il conseguimento del punteggio massimo nella prova svolta in aula.

La prova scritta comprende 6 problemi e 2 brevi esercizi concettuali.

• Titolo: Calcolo delle probabilità, Autori: S. Ross, Luogo: --, Anno: 0, Editore: Apogeo education - Maggioli, Note: testo di riferimento della parte di probabilità.
• Titolo: Calcolo delle probabilità, Autori: C. Mariconda, Luogo: --, Anno: 0, Editore: Moodle, Note: ebook del docente per la parte di probabilità.
• Titolo: Fondamenti e complementi di Analisi matematica 2, Autori: Hass Joel; Weir Maurice D., Luogo: --, Anno: 0, Editore: Pearson, Note: approfondimento con esercizi guidati online per la parte di analisi.
• Titolo: Introduzione al calcolo in più variabili ed equazioni differenziali, Autori: C. Mariconda, Luogo: --, Anno: 2023, Editore: Springer, Note: Book: 978-88-470-4021-2 eBook: 978-88-470-4022-9.

Il corso fornisce le conoscenze fondamentali relative ai principi fisici di funzionamento dei principali dispositivi a semiconduttore: diodi a giunzione pn, transistori bipolari e transistori ad effetto di campo. Inoltre, prevede che sia acquisita familiarità con i circuiti elettronici analogici più comuni tra quelli realizzati con amplificatori operazionali (e.g. filtri, sommatori, integratori, derivatori), transistor (amplificatori a stadio singolo e multi-stadio) e diodi (raddrizzatori, limitatori, circuiti a transcaratteristica non lineare).

Al termine del corso, gli studenti dovranno essere in grado di analizzare semplici circuiti con amplificatori operazionali, diodi, transistori bipolari e ad effetto di campo. Dovranno, in particolare, saper determinare il punto operativo di un amplificatore e calcolare i suoi parametri fondamentali per piccoli segnali a centro banda, il guadagno di tensione, il guadagno di corrente, la resistenze di ingresso e di uscita e tracciare la risposta in frequenza (diagrammi di Bode) di circuiti lineari. 

Principi fisici del funzionamento dei dispositivi elettronici fondamentali: diodi e transistori (bipolari e ad effetto di campo). Analisi di circuiti a diodi, in particolare di raddrizzatori, limitatori e reti a risposta lineare a tratti. Circuiti amplificatori a singolo transistore: reti di polarizzazione, modelli ai piccoli segnali. Amplificatori a più transistori e multistadio. Amplificatori differenziali. Amplificatori operazionali ed applicazioni: amplificatore invertente e non invertente, sommatore, integratore, derivatore, differenziale e amplificatore per strumentazione. Effetti delle non idealità degli amplificatori operazionali: resistenze di ingresso e di uscita, correnti e tensioni di offset, slew-rate, limiti in frequenza. Risposta in frequenza, diagrammi di Bode e regole di tracciamento. Esempi di semplici applicazioni degli amplificatori operazionali, in particolare nella realizzazione reti non lineari e di filtri.

Il corso richiede che gli studenti possiedano le competenze fornite dagli insegnamenti di Teoria dei circuiti e di Fisica 2.

Il corso è erogato attraverso lezioni frontali ed esercitazioni. Nelle lezioni vengono fornite le competenze teoriche e illustrate le metodologie di approccio ai problemi di analisi e progetto che sono oggetto delle prove di esame. Le esercitazioni, invece, forniscono esempi di tali problemi e permettono allo studente di verificare il suo grado di confidenza con gli argomenti già presentati. Al fine di allenare lo studente alla soluzione dei problemi connessi agli argomenti svolti nell'insegnamento, tramite il sito moodle del corso, vengono settimanalmente forniti esercizi (homework) la cui soluzione viene, comunque, pubblicata la settimana successiva. Oltre a rivolgersi al/la docente del corso, studentesse e studenti con disabilità, DSA, BES e altre condizioni di salute, possono contattare l'Ufficio Servizi agli studenti - Settore Inclusione per ricevere maggiori informazioni sulle opportunità di fruizione della didattica con specifici supporti e strumenti. Infine, l'uso di strumenti di intelligenza artificiale generativa (es. ChatGPT) è consentito purché sia accompagnato da una valutazione critica delle informazioni ottenute con tali strumenti.

La valutazione della preparazione dello studente si basa sull'accertamento del livello di conoscenza degli argomenti teorici del corso e della capacità di applicare a problemi specifici e in modo autonomo le tecniche di analisi illustrate a lezione. Trattandosi di un corso a carattere tecnologico-ingegneristico, il superamento dell'esame richiede che lo studente abbia acquisito una sufficiente capacità di sintesi delle conoscenze teoriche, potendole così tradurre in procedimenti di analisi e/o progetto dei circuiti elettronici fondamentali trattati durante il corso. La valutazione considera non solo la correttezza tecnica dei procedimenti, ma anche la chiarezza e l'ordine nell'esposizione orale e nello svolgimento dei calcoli.

• Titolo: Lezioni di elettronica analogica - Fondamenti, Autori: Rossetto, Leopoldo, Luogo: Bologna, Anno: 2023, Editore: Società Editrice Esculapio s.r.l., Note: ISBN 978-88-9385-351-4.
• Titolo: Microelettronica, Autori: R.C. Jaeger, T.N. Blalock, Luogo: --, Anno: 2013, Editore: McGraw-Hill, Note: ISBN 978-88-386-6504-2.
• Titolo: Circuiti per la microelettronica, Autori: S. Sedra, K. C. Smith, Luogo: --, Anno: 2019, Editore: Edises, Note: ISBN 9788833190549.
• Titolo: Esercizi per il corso di Fondamenti di Elettronica, Autori: Buso, Simone, Luogo: Bologna, Anno: 2017, Editore: Società Editrice Esculapio s.r.l., Note: ISBN 978-88-9385-053-7.
• Titolo: Introduction to electronic circuit design, Autori: Spencer, Richard R.; Ghausi, Mohammed S., Luogo: Upper Saddle River, Anno: 2003, Editore: Prentice Hall, Note: ISBN 0-201-36183-3.
• Titolo: Microelectronics, Autori: Millman, Jacob; Grabel, Arvin, Luogo: New York, Anno: 1987, Editore: McGraw-Hill, Note: ISBN 0-07-100596-X.

Al termine del corso, lo studente o la studentessa avrà acquisito le seguenti conoscenze ed abilità:

1. Conoscenza e comprensione:

• Conoscere la terminologia relativa ai segnali ed ai sistemi (tempo discreto e tempo continuo);
• Conoscere e comprendere i principi di base dei segnali generalizzati (delta o impulso di Dirac);
• Conoscere e comprendere gli strumenti dell'analisi di Fourer per segnali e sistemi;
• Conoscere e comprendere gli strumenti per la risoluzione delle equazioni differenziali ordinarie lineari a coefficienti costanti.

2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione

• Applicare strumenti matematici avanzati per rappresentare e analizzare segnali di diversa natura (tempo continuo o discreto, periodici o aperiodici);
• Identificare e descrivere le proprietà di trasformazioni e sistemi, in particolare dei sistemi lineari tempo invarianti;
• Utilizzare l’analisi di Fourier per interpretare i segnali ed i sistemi nel dominio della frequenza e comprenderne la caratteristiche spettrali;
• Padroneggiare i concetti di risposta impulsiva, risposta in frequenza, e funzione di trasferimento di un sistema lineare tempo-invariante;
• Analizzare le conseguenze del campionamento e progettare procedure per la ricostruzione di segnali continui da dati discreti;
• Risolvere equazioni differenziali e alle differenze nel dominio del tempo e con trasformate di Laplace e Zeta, e interpretarne i risultati in contesti ingegneristici;
• Utilizzare script di calcolo per l’analisi di segnali e sistemi, con particolare attenzione alla rappresentazione grafica e alla valutazione spettrale.

3. Autonomia di giudzio

• Valutare gli strumenti più adeguati allo scopo di analizzare e progettare sistemi lineari tempo-invarianti.

4. Abilità comunicative

• Spiegare concetti teorici e approcci alla risoluzione dei problemi utilizzando un linguaggio tecnico appropriato e un ragionamento logico chiaro in formato scritto.

Queste conoscenze e abilità costituiscono una base fondamentale per insegnamenti successivi in ambito elettronico, delle telecomunicazioni e dell’elaborazione dei segnali.

1 I segnali nel dominio del tempo (2 CFU)

Richiami sull'aritmetica e sull'analisi complessa. Formula di Eulero. Definizione dei segnli d'interesse. Parametri riassuntivi dei segnali. Richiami su spazi vettoriali. Definizione degli spazi di segnali d'interesse: L-1, L-2, L-infinito (a tempo continuo ed a tempo discreto). Segnali periodici: sinusoide ed esponenziale immaginario puro. Delta di Dirac, funzioni generalizzate, derivate generalizzate.

2 I sitemi nel dominio del tempo. (1.5 CFU)

Definizione di sistema e sistemi notevoli (trasformazioni affini del tempo). Proprietà dei sistemi. Sistemi LTI. Teorema della risposta impulsiva. Convoluzione a tempo discreto e tempo continuo. Risposta in ampiezza e fase di un LTI. Risposta ad ingresso sinusoidale.

3. Segnali e sistemi nel dominio della frequenza (2.5 CFU)

Serie di Fourier: esponenziali immaginari puri in relazione armonica, teoremi fondamentali della serie di Fourier (Riesz-Fischer e Dirichlet). Formule di analisi e di sintesi. Calcolo dei coefficienti di Fourier per segnali notevoli. Proprietà dei coefficienti di Fourier. Convoluzione periodica. Sistemi LTI in regime periodico. Trasformata di Fourier Discreta (TFD). Isomorfismo tra i segnali periodici a t.d. e spazio euclideo C^N. TFD come prodotto matriciale. TFD inversa. Convoluzione circolare. Proprietà della TFD. Trasformata di Fourier: definizione esempi di calcolo. Teoremi d'inversione in L-1 e in L-2. Proprietà della TF. TF di segnali periodici. Sistemi nel dominio della frequenza: LTI come prodotto in frequenza. Applicazione alla trasmissione AM. Trasformata di Fourier a tempo discreto (TFtd): definizione, proprietà, relazione con la TFD (zero-padding). Il campionamento dei segnali a tempo continuo: formula di Poisson, teorema del campionamento, formula d'interpolazione ideale (sinc). Campinamento dei segnali a banda non limitata. Conversione A/D. Campionamento ed aliasing.

4 Trasformata di Laplace e Z. (2 CFU)

Equazioni Differenziali Ordinarie Lineari a Coeffcienti Costanti. Definizioni. Teoremi principali: esistenza ed unicità della silzione di un problema di Cauchy, struttura delle soluzioni d un'EDOLCC. Modi. Risposta libera e risposta forzata. Esempio massa-molla-smorzatore (sistema di secondo grado). Soluzione delle EDOLCC tramite TF. Trasformata di Laplace. Regione di convergenza. Esempi per segnali notevoli. Proprietà. TL inversa del fratto semplice. TL inversa di funzioni razionali. TL monolatera ed applicazione al problema di Cauchy causale. Cenni su trasformata Z ed equazioni alle differenze.

5. Attività pratiche e dimostrazioni al calcolatore (1 CFU)

Introduzione agli strumenti software per il calcolo scientifico (es. Matlab, Python). Sperimentazione guidata su modelli matematici di segnali e sistemi. Applicazioni computazionali per l'analisi armonica e lo studio del comportamento in frequenza. Casi di studio scelti nell'ambito della teoria dei segnali e dei sistemi LTI.

Il corso richiede conoscenze consolidate in Analisi Matematica, Algebra Lineare e Geometria, in particolare sui seguenti argomenti: numeri complessi, calcolo differenziale e integrale, spazi vettoriali. Sono inoltre utili competenze generali di programmazione. Lo studente o la studentessa dovrebbero essere in grado di: utilizzare i numeri complessi e le funzioni elementari per risolvere problemi matematici; applicare il calcolo differenziale e integrale a funzioni di variabile reale e complessa; manipolare spazi vettoriali e operare con matrici; comprendere e risolvere equazioni differenziali ordinarie lineari di primo ordine; sviluppare semplici algoritmi e codificarli in un linguaggio di programmazione. Non sono previste propedeuticità obbligatorie da regolamento, ma si raccomanda fortemente il superamento preliminare degli insegnamenti di Analisi Matematica e di Algebra Lineare e Geometria. Per verificare il proprio livello, si consiglia lo svolgimento autonomo di esercizi su calcolo differenziale e integrale, algebra lineare e programmazione, anche tramite l’utilizzo di materiali online o corsi aperti.

Si prevedono lezioni frontali di approfondimento sugli aspetti matematici alternati alla soluzione di esercizi. Le attività pratiche al calcolatore si svolgeranno sotto forma di dimostrazioni interattive (demo) guidate dal docente in aula. Verrà privilegiato un approccio orientato al problem-based learning, in cui l'analisi e la risoluzione dei problemi proposti avverranno in modo congiunto e partecipativo.

Oltre a rivolgersi al docente del corso, studentesse e studenti con disabilità, DSA, BES e altre condizioni di salute, possono contattare l'Ufifcio Servizi agli studenti - Settore Inclusione per ricevere maggiori informazioni sulle opportunità di fruizione della didattica con specifici supporti e strumenti.

I criteri di valutazione con cui verrà effettuata la verifica delle conoscenze e delle abilità attese saranno: 1. Completezza delle conoscenze acquisite 2. Livello di comprensione e capacità di applicazione delle metodologie studiate 3. Proprietà nella terminologia tecnica usata nella prova scritta ed in quella orale 4. Capacità di selezionare, nella soluzione degli esercizi, i migliori strumenti tra quelli appresi 5. Capacità di soluzione di problemi con complessità incrementale 6. Competenza nell'utilizzo di strumenti informatici per lo studio di segnali e sistemi

• Segnali e Sistemi, Autori: L. Finesso, Luogo: Padova, Anno: 2021, Editore: Edizioni Libreria Progetto.
• Signals & systems, Autori: Alan V. Oppenheim, Alan S. Willsky, S. Hamid Nawab, Luogo: Upper Saddle River, Anno: 1997, Editore: Prentice-Hall, 2nd Edition, o seguenti.

1. Conoscenza e comprensione.

Comprendere le proprietà di base dei circuiti tempo-varianti.

Conoscere i metodi di base per l’analisi dei circuiti resistivi di bipoli e introduzione ai circuiti con generatori pilotati ideali.

Conoscere i metodi di base per l’analisi con i fasori dei circuiti di bipoli in regime sinusoidale.

2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione

Applicare conoscenze e metodi per risolvere circuiti lineari introduttivi.

3. Autonomia di giudizio

Sviluppare capacità di riflessione autonoma con riferimento ai circuiti introduttivi indicati.

4. Abilità comunicative

Utilizzare correttamente la terminologia tecnica del settore.

5. Capacità di apprendimento

Sviluppare autonomia nello studio.

Introduzione. Corrente e tensione.

Circuiti tempo-varianti. Leggi di Kirchhoff. N-poli, bipoli. Potenza. Topologia delle reti di bipoli. Bipoli adinamici.

Circuiti resistivi di bipoli. Metodi di base di analisi e teoremi.

Introduzione ai circuiti resistivi lineari con generatori pilotati ideali.

Circuiti tempo-invarianti: alcuni casi del primo ordine e introduzione al secondo ordine.

Circuiti di bipoli in regime sinusoidale. Metodo dei fasori. Metodi di base di analisi e teoremi. Serie RLC e parallelo RLC in regime sinusoidale.

Il corso prevede conoscenze di base di analisi matematica e algebra lineare.

Il corso consiste in lezioni in aula in cui vengono presentati gli argomenti dell’insegnamento.

Durante l’esame è vietato l’uso dell’Intelligenza Artificiale, così come di qualsiasi altro strumento non espressamente autorizzato.

Oltre a rivolgersi al docente del corso, studentesse e studenti con disabilità, DSA, BES e altre condizioni di salute, possono contattare l'Ufficio Servizi agli studenti - Settore Inclusione per ricevere maggiori informazioni sulle opportunità di fruizione della didattica con specifici supporti e strumenti.

Gli esercizi hanno lo scopo di verificare il livello di capacità raggiunto dallo studente nella risoluzione di un circuito lineare in regime stazionario e in regime sinusoidale.

Le domande di teoria hanno lo scopo di accertare il livello di conoscenze acquisito dallo studente sui circuiti.

I testi per la parte di teoria e per la parte di esercizi, in formato pdf, saranno resi disponibil su Moodle durante il corso.

Il corso fornisce conoscenze di base sulle moderne reti di telecomunicazioni e gli strumenti matematici essenziali per la progettazione e l'analisi delle prestazioni delle stesse. Particolare attenzione viene riservata alla pila protocollare TCP/IP e alle tecnologie Ethernet e WiFi. Le esercitazioni di laboratorio hanno l'obiettivo di conseguire competenze di base nella configurazione delle reti e nella risoluzione delle problematiche più comuni.

Il programma del corso coprira' i seguenti argomenti: - Introduzione al corso --- concetti di rete di base (topologie/switching/Internet) --- livelli della pila protocollare - Livello Data Link -- rilevazione e correzione degli errori -- Tecniche CRC & ARQ -- Tecniche di accesso al mezzo delle tecnologie di comunicazione --- Ethernet (CSMA/CD) --- IEEE802.11 (CSMA/CA) --- analisi delle prestazioni - Livello Rete - Conoscenza approfondita del protocollo di indirizzamento IP -- Classfull/Classless IPv4 -- Protocolli di instradamento (routing) dei dati --- AODV e Distance Vector --- reti cablate (Ethernet) --- reti radio (802.11) - Livello Trasporto - Protocollo UDP - Protocollo di trasporto TCP

Conoscenze base di analisi matematica e teoria della probabilità.

Didattica frontale ed esercitazioni in laboratorio. Oltre a rivolgersi al/la docente del corso, studentesse e studenti con disabilità, DSA, BES e altre condizioni di salute, possono contattare l'Ufficio Servizi agli studenti - Settore Inclusione per ricevere maggiori informazioni sulle opportunità di fruizione della didattica con specifici supporti e strumenti.

La valutazione dello studente si baserà sulla comprensione degli argomenti svolti, sull'acquisizione dei concetti e delle metodologie proposte e sulla capacità di applicarli in modo autonomo e consapevole.

• Titolo: Computer networkinga top-down approach by James F. Kurose, Keith W. Ross, Autori: Kurose, James F.; Ross, Keith W., Luogo: Boston, Anno: 2013, Editore: Pearson, Note: --.

Conoscenza e comprensione

• Conoscere i costituenti fondamentali della materia e le principali interazioni che ne regolano il comportamento.
• Comprendere la relazione tra composizione, struttura, configurazione elettronica e proprietà chimico-fisiche dei materiali.
• Comprendere i fenomeni chimici fondamentali, le leggi che li governano e il ruolo della chimica nella descrizione di materiali e processi di interesse per l’ingegneria elettronica.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione

• Correlare struttura, composizione, legame chimico e configurazione elettronica con le proprietà macroscopiche dei materiali.
• Applicare i principi della chimica generale alla risoluzione di esercizi e problemi relativi ai contenuti del corso.
• Interpretare dati, risultati numerici e modelli chimico-fisici in relazione alle proprietà dei materiali e a possibili applicazioni tecnologiche.

Autonomia di giudizio

• Valutare la correttezza dei procedimenti utilizzati nella risoluzione di esercizi e problemi.
• Interpretare criticamente i risultati ottenuti, riconoscendone coerenza, limiti e significato chimico.
• Selezionare in modo autonomo gli strumenti concettuali e operativi più appropriati per affrontare un problema chimico o chimico-fisico.

Abilità comunicative

• Esporre per iscritto, in modo chiaro, sintetico e ordinato, procedimenti, calcoli e risultati.
• Utilizzare correttamente il linguaggio e la simbologia propri della chimica.
• Argomentare le scelte effettuate nella risoluzione di un problema.

Capacità di apprendimento

• Organizzare autonomamente lo studio della chimica generale, integrando lezioni, appunti, testi di riferimento, esercizi e materiali disponibili sulla piattaforma didattica.
• Utilizzare gli esercizi proposti come punto di partenza per un percorso personale di consolidamento e approfondimento.
• Sviluppare un approccio attivo allo studio, collegando i concetti del corso al proprio percorso formativo in ingegneria elettronica.

Il corso introduce i fondamenti della chimica generale, con attenzione alla relazione tra struttura della materia, configurazione elettronica e proprietà chimico-fisiche dei materiali. Sono trattati struttura atomica e nucleare, isotopi, mole, massa atomica e molecolare, composizione delle sostanze e principi essenziali della meccanica quantistica: dualità onda-particella, effetto fotoelettrico, principio di indeterminazione, funzione d’onda, orbitali atomici e numeri quantici. Tali concetti sono collegati alla comprensione della struttura elettronica e di fenomeni rilevanti per dispositivi optoelettronici e fotovoltaici.

Sono quindi affrontati configurazione elettronica degli atomi, proprietà periodiche degli elementi e legame chimico, includendo legami ionici, covalenti e metallici, modello di Lewis, risonanza, modello VSEPR, polarità molecolare, orbitali molecolari, ibridazione e legami deboli. Sono inoltre trattati formule chimiche, numeri di ossidazione, bilanciamento delle reazioni e calcoli stechiometrici.

Una parte rilevante dell’insegnamento riguarda gli stati della materia e, in particolare, i solidi: solidi amorfi e cristallini, reticoli, difetti e microstruttura. Particolare enfasi è posta sui legami nelle fasi condensate, sulla formazione delle bande energetiche e sulla classificazione dei materiali in conduttori, semiconduttori e isolanti. Sono discussi semiconduttori intrinseci ed estrinseci, portatori di carica, coppie elettrone-buca, drogaggio p e n, semiconduttori elementari e composti, superconduttività e applicazioni tecnologiche.

Seguono i fondamenti di termodinamica chimica, equilibrio chimico e cinetica, con riferimento a entalpia, entropia, energia libera di Gibbs, spontaneità, costante di equilibrio, principio di Le Chatelier, catalisi e velocità di reazione. Sono trattati anche equilibri acido-base, pH, soluzioni tampone, solubilità ed effetto dello ione comune.

Il corso si conclude con elettrochimica e preparazione di materiali semiconduttori: coppie redox, celle galvaniche ed elettrolitiche, potenziali standard, equazione di Nernst, leggi di Faraday, sovratensione, silicio metallurgico e ultrapuro, silicio monocristallino, raffinazione a zona, arseniuro di gallio, drogaggio e deposizione di strati sottili mediante MOCVD.

Non sono necessarie specifiche conoscenze e competenze per seguire l’insegnamento con profitto. L’insegnamento non prevede propedeuticità.

L’attività di apprendimento si sviluppa attraverso lezioni frontali, dedicate alla presentazione degli argomenti teorici, alla discussione di esempi applicativi e alla risoluzione guidata di esercizi e problemi.

Le lezioni saranno svolte mediante l’utilizzo di strumenti didattici tradizionali, quali presentazioni, lavagna e modalità equivalenti. Questo approccio consentirà agli studenti di seguire progressivamente lo sviluppo dei concetti e dei procedimenti risolutivi, favorendo la comprensione dei passaggi logici, l’individuazione delle principali difficoltà e il riconoscimento di eventuali errori di impostazione.

Durante il corso saranno inoltre proposte attività di supporto all’apprendimento, anche attraverso l’utilizzo della piattaforma Moodle e, ove opportuno, l’analisi di casi di studio. Tali attività hanno lo scopo di favorire un apprendimento attivo, nel quale studentesse e studenti sono chiamati non solo ad acquisire contenuti, ma anche a rielaborarli, applicarli e collegarli al proprio percorso formativo. Al termine delle lezioni, il docente sarà disponibile per fornire chiarimenti su eventuali dubbi emersi durante l’attività didattica.

Studentesse e studenti con disabilità, DSA, BES o altre condizioni di salute possono rivolgersi, oltre che al docente del corso, all’Ufficio Servizi agli studenti – Settore Inclusione, per ricevere informazioni sulle opportunità di fruizione della didattica mediante specifici supporti e strumenti.

La valutazione della preparazione dello studente terrà conto della comprensione degli argomenti trattati, dell’acquisizione dei concetti e delle metodologie proposte, nonché della capacità di applicarli in modo autonomo, corretto e consapevole alla risoluzione di esercizi e problemi. Saranno inoltre valutate la chiarezza, la sinteticità e la correttezza dell’esposizione dei procedimenti e dei risultati. Particolare attenzione sarà rivolta alla capacità di selezionare autonomamente il metodo risolutivo più appropriato, di interpretare criticamente i risultati ottenuti e di collegare i concetti chimico-fisici studiati a materiali, processi e fenomeni di interesse per l’ingegneria elettronica.

• R. Bertani, M. Dettin, M. Mozzon, P. Sgarbossa, Fondamenti di chimica per le tecnologie, EDISES, 2020. Testo principale del corso. ISBN: 978-88-3623-006-8.
• R. H. Petrucci, F. G. Herring, J. D. Madura, C. Bissonnette, Chimica generale. Principi ed applicazioni moderne, 11ª edizione, Piccin-Nuova Libraria, 2018. Testo consigliato per approfondimenti. ISBN: 978-88-299-2933-7.
• R. H. Petrucci, F. G. Herring, J. D. Madura, C. Bissonnette, Chimica generale. Esercizi svolti, 10ª edizione, Piccin-Nuova Libraria, 2015. Testo consigliato per esercizi e preparazione alla prova scritta. ISBN: 978-88-299-2738-8.

Conoscenze di base nel campo dell'ottica e fotonica e delle relative applicazioni. Capacità di ideare e progettare semplici dispositivi ottici. Conoscenza di tecniche e metodi per la simulazione e caratterizzazione delle prestazioni di semplici sistemi ottici.

Le lezioni sono frontali e divise a blocchi di argomenti. Allo studente vengono fornite le slide utilizzate dal docente, in modo che lo studente possa assistere alle lezioni integrando il materiale con i propri appunti. Alla fine di ogni blocco è prevista una lezione in laboratorio di ottica, dove lo studente potrà assistere ad esperimenti volti a dimostrare e quindi chiarire quanto proposto nelle lezioni teoriche.

Oltre a rivolgersi al/la docente del corso, studentesse e studenti con disabilità, DSA, BES e altre condizioni di salute possono contattare l'Ufficio Servizi agli studenti - Settore Inclusione per ricevere maggiori informazioni sulle opportunità di fruizione della didattica con specifici supporti e strumenti.

Conoscenze acquisite, con particolare attenzione alla comprensione dei risvolti applicativi della disciplina. Capacità di applicare i concetti teorici a casi concreti; questo aspetto verrà accertato tramite lo svolgimento di esercizi. Nella valutazione, in entrambi i casi, si terrà conto della capacità di esporre i concetti tramite adeguata terminologia.

• Titolo: Introduction to optics, Autori: Pedrotti, Frank L.; Pedrotti, Leno S.; Pedrotti, Leno Matthew, Luogo: Cambridge, Anno: 2018, Editore: Cambridge University Press, Note: --.
• Titolo: Onde, Autori: Mazzoldi, Paolo; Nigro, Massimo; Voci, Cesare, Luogo: Napoli, Anno: 2002, Editore: EdiSES, Note: --.
• Titolo: Optics, Autori: Hecht, Eugene, Luogo: --, Anno: 2016, Editore: Pearson International Content, Note: --.

Al termine dell'insegnamento lo studente sarà in grado di comprendere il funzionamento dei principali dispositivi e convertitori elettronici di potenza, analizzarne le prestazioni, progettare convertitori switching di base e i relativi sistemi di controllo, utilizzare la strumentazione di laboratorio per la verifica sperimentale e interpretare criticamente i risultati confrontandoli con i modelli teorici.

Dispositivi elettronici di potenza: caratteristiche e funzionamento.

Convertitori statici CC/CC e CC/CA.

Tecniche di modulazione PWM.

Modellistica e analisi dei convertitori switching.

Tecniche di controllo in tensione e in corrente.

Aspetti progettuali: efficienza, affidabilità e limiti operativi.

Attività sperimentali di laboratorio su convertitori elettronici.

L'insegnamento prevede lezioni frontali integrate da esercitazioni e attività di laboratorio finalizzate alla progettazione, alla realizzazione sperimentale e alla caratterizzazione di convertitori elettronici di potenza. Durante il corso vengono proposti esempi applicativi e discussioni di casi reali per favorire il collegamento tra teoria e pratica.

Studentesse e studenti con disabilità, DSA, BES e altre condizioni di salute, possono contattare l'Ufficio Servizi agli studenti - Settore Inclusione per ricevere maggiori informazioni sulle opportunità di fruizione della didattica con specifici supporti e strumenti.

La valutazione tiene conto di:

correttezza dell'attività sperimentale e dell'utilizzo della strumentazione;

capacità di interpretare criticamente i risultati di misura;

padronanza dei modelli teorici e delle tecniche di analisi dei convertitori elettronici;

capacità di collegare teoria e risultati sperimentali;

chiarezza espositiva e correttezza del linguaggio tecnico.

• M. Stellini, T. Caldognetto, Convertitore BUCK - dispensa disponibile sulla pagina del corso
• Mohan N., Undeland T.M., Robbins W.P., Power Electronics: Converters, Applications, and Design, 3rd Edition, John Wiley & Sons, 2003.
• Erickson R.W., Maksimović D., Fundamentals of Power Electronics, 3rd Edition, Springer, 2020.

Il corso intende fornire una conoscenza operativa dell'architettura e dell’organizzazione circuitale di un microcontrollore e/o di un digital signal processor (DSP), con particolare riferimento ai dispositivi orientati al controllo in tempo reale di sistemi e processi industriali.

Fanno inoltre parte delle competenze da acquisire la conoscenza del funzionamento e della struttura interna delle principali periferiche di interfacciamento utilizzate nell'ambito industriale, nonché la capacità di realizzare, in un ambiente di sviluppo integrato professionale per microcontrollori e/o DSP, semplici progetti di codice in linguaggio C.

Struttura di base dell'hardware e del software di un microcontrollore e/o di un DSP. Circuiti fondamentali di un’unità di elaborazione aritmetico-logica: sommatore, registro a scorrimento, moltiplicatore. Circuiti di controllo cablato e micro-programmato.

Unità periferiche principali di un microcontrollore: timer e modulatore PWM, convertitore A/D, unità di "capture and compare", moduli di comunicazione seriale, interfacce verso bus di campo.

Gestione delle periferiche tramite polling, interruzioni e DMA. Tipi di memoria disponibili in un microcontrollore.

Caratteristiche del repertorio di istruzioni.

Aritmetica a virgola fissa e a virgola mobile.

Sistemi di sviluppo integrati (IDE). Costruzione di un progetto e realizzazione di codice applicativo.

Esperienze di laboratorio: analisi di semplici progetti di codice per microcontrollori basati su core ARM Cortex M4, tra i quali filtri numerici, algoritmi di sincronizzazione, regolatori per sistemi controllati a PWM, protocolli di comunicazione seriale.

Il corso estende alcune delle competenze fornite dai corsi di base di Informatica, con particolare riferimento alla programmazione e organizzazione degli eleboratori. Sono inoltre richieste le conoscenze fondamentali fornite nei corsi di Fondamenti di Elettronica e di Elettronica dei Sistemi Digitali.

L’apprendimento avviene attraverso lezioni frontali ed esercitazioni di laboratorio. Il materiale delle lezioni viene video-proiettato, con occasionali integrazioni alla lavagna. Le esercitazioni sfruttano un sistema di sviluppo integrato (IDE) per microcontrollori basati su core ARM Cortex M4 e una piattaforma sperimentale sviluppata ad-hoc. Vengono illustrati, sempre tramite video proiezione, alcuni problemi risolti, che le studentesse e gli studenti devono verificare sperimentalmente in laboratorio. Le studentesse e gli studenti potranno avvalersi, per la creazione di codice, anche di strumenti di IA, come Chat GPT, ma saranno valutati sulla capacità di analizzare, valutare criticamente ed eventualmente modificare autonomamente il risultato prodotto.

Oltre a rivolgersi al docente del corso, studentesse e studenti con disabilità, DSA, BES e altre condizioni di salute, possono contattare l'Ufficio Servizi agli studenti - Settore Inclusione per ricevere maggiori informazioni sulle opportunità di fruizione della didattica con specifici supporti e strumenti.

La natura operativa del corso orienta i criteri di valutazione verso l’accertamento di un insieme di competenze e di capacità progettuali più che di conoscenze astratte. Si valuta quindi la conoscenza del materiale presentato a lezione, ma, con maggiore importanza, la capacità di usarlo nella soluzione di problemi di interesse pratico.

• Titolo: ARM Assembly Language: Fundamentals and Techniques, Autori: W. Hohl, Luogo: --, Anno: 2009, Editore: CRC Press, Note: ISBN: 9781439806104.
• Titolo: Computer organization and design, Autori: D.A. Patterson, J.L. Hennessy, Luogo: --, Anno: 2008, Editore: Morgan Kaufmann, Note: ISBN: 9780123744937.
• Titolo: Introduzione alle applicazioni industriali di microcontrollori e DSP, Autori: S.Buso, Luogo: Bologna, Anno: 2015, Editore: Esculapio, Note: ISBN: 978-88-7488-839-9.
• Titolo: The principles of computer hardware, fourth edition, Autori: A. Clements, Luogo: --, Anno: 2006, Editore: Oxford, Note: ISBN: 9780199273133.

L’obiettivo fondamentale del corso è sviluppare le conoscenze e competenze necessarie per analizzare e controllare sistemi dinamici a tempo continuo, descrivibili tramite modelli ingresso/uscita lineari e tempo-invarianti, con particolare attenzione alla progettazione di controllori per raggiungere prestazioni desiderate espresse in termini di comportamento in frequenza.

Entro la fine del corso, gli studenti saranno in grado di:

Conoscenza e capacità di comprensione

ILO 1

Descrivere e interpretare il comportamento dinamico di sistemi lineari tempo-invarianti a singolo ingresso e singola uscita (SISO), distinguendo evoluzione libera ed evoluzione forzata mediante modelli ingresso/uscita nel dominio del tempo e delle trasformate di Laplace.

ILO 2

Spiegare e confrontare i concetti di stabilità, risposta transitoria, risposta a regime permanente e risposta in frequenza di sistemi dinamici a tempo continuo dalla loro rappresentazione nel dominio del tempo (equazioni differenziali) e della frequenza (funzione di trasferimento), utilizzando gli strumenti analitici e grafici introdotti nel corso.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione

ILO 3

Determinare le prestazioni temporali e frequenziali di un sistema SISO lineare tempo-invariante, calcolando parametri quali tipo, tempo di salita, sovraelongazione, tempo di assestamento, banda passante ed errore a regime a partire dal modello matematico assegnato.

ILO 4

Utilizzare diagrammi di Bode, diagrammi di Nyquist e luogo delle radici per analizzare le proprietà dinamiche di sistemi di controllo in retroazione e per sintetizzare controllori partendo da un sistema SISO e specifiche prestazionali assegnati.

ILO 5

Progettare controllori P, PI, PD, PID e reti correttive per migliorare le prestazioni di un sistema retroazionato tramite sintesi per tentativi, applicando tecniche di sintesi nel dominio della frequenza.

Autonomia di giudizio

ILO 6

Valutare la stabilità BIBO e la robustezza di sistemi retroazionati dalle loro rappresentazioni nel dominio della frequenza mediante i criteri di Routh e Nyquist, formulando giudizi motivati sulle scelte progettuali e sulle variazioni dei parametri del sistema.

ILO 7

Selezionare la strategia di controllo più appropriata tra P, PI, PD e PID, confrontandone vantaggi e limiti rispetto alle prestazioni richieste in applicazioni di controllo assegnate.

Abilità comunicative

ILO 8

Argomentare e comunicare in modo efficace le scelte di progettazione di un sistema di controllo, anche in contesti applicativi, utilizzando correttamente la terminologia specifica, le rappresentazioni grafiche e gli strumenti matematici propri dell'ingegneria dei controlli.

Capacità di apprendimento

ILO 9

Simulare il comportamento di sistemi dinamici controllati mediante strumenti software didattici, interpretando criticamente i risultati ottenuti per verificare le prestazioni del progetto di controllo.

ILO 10

Applicare autonomamente metodi e strumenti di analisi e sintesi dei sistemi di controllo a nuovi problemi modellistici e applicativi, anche diversi dagli esempi sviluppati durante il corso.

1.    Concetti elementari ed esempi: Introduzione ai concetti di fenomeno, sistema fisico e sistema dinamico.

2.    Dinamica dei sistemi a tempo continuo:

·     Funzioni elementari

·     Prodotto di convoluzione

·     Evoluzione libera di modelli ingresso/uscita SISO

·     Risposta impulsiva ed evoluzione forzata

·     Evoluzione complessiva dei modelli ingresso/uscita

·     Esempi

3.    Analisi mediante trasformate di Laplace

·     Trasformata di Laplace e sue proprietà

·     Antitrasformata di Laplace

·     Le trasformate di Laplace nell'analisi dei sistemi

4.    Stabilità e risposta di regime permanente

·     Definizioni e caratterizzazioni della stabilità

·     Criterio di Routh

·     Risposta a regime permanente e in frequenza

·     Risposte in frequenza elementari

5.    Grafici della risposta in frequenza

·     Diagrammi di Bode

·     Diagrammi di Nyquist

6.    Proprietà della risposta al gradino

·     Risposta al gradino ed in frequenza

·     Tempo di salita e banda

·     Tempo di assestamento e picco di risonanza

·     Tipo di un sistema

7.    Retroazione dall'uscita e stabilità BIBO

·     Controllo del moto di un carrello

·     Retroazione dall'uscita

·     Stabilità BIBO di un sistema retroazionato

·     Criterio di Nyquist

·     Applicazioni del criterio di Routh

·     Amplificatori operazionali

8.    Il luogo delle radici

·     Definizione e preliminari

·     Regole per il tracciamento

·     Esempi di tracciamento e applicazioni del luogo delle radici.

9.    Controllo in retroazione

·     Tracking di segnali sinusoidali e reiezione di disturbi

·     Schema di controllo e considerazioni preliminari

·     Progetto del compensatore: tecnica di sintesi per tentativi

·     Controllori PID

·     Tracking di segnali sinusoidali e reiezione di disturbi.

10. Applicazioni dei Controlli Automatici

·     SISO tool

·     Esempi di sistemi meccanici: derivazione del modello e sintesi del controllo

I punti 1, 2 e 3 fanno parte di un ripasso preliminare volto a richiamare i concetti fondamentali per i contenuti del corso e a stabilire lessico e simbologia.

Per seguire con profitto l'insegnamento, gli studenti dovrebbero aver acquisito familiarità con concetti di base comunemente insegnati nei corsi di Analisi 1, Fondamenti di Analisi Matematica e Probabilità, e Segnali e Sistemi.

In particolare, gli studenti dovrebbero essere in grado di:

PLO1: Eseguire operazioni elementari su numeri complessi espressi in forma algebrica e polare.

PLO 2: Risolvere equazioni differenziali lineari ordinarie, determinandone la soluzione generale e particolare, nel dominio del tempo e tramite la trasformata di Laplace

PLO 3: Descrivere e interpretare le proprietà fondamentali dei sistemi lineari tempo-invarianti (LTI), distinguendo causalità, linearità, e tempo-invarianza a partire dalle equazioni differenziali.

PLO 4: Calcolare il prodotto di convoluzione tra segnali continui nel tempo per determinare la risposta di sistemi LTI a ingressi assegnati.

PLO 5: Calcolare evoluzione libera e forzata di un modello ingresso/uscita LTI descritto da un'equazione differenziale lineare ordinaria.

PLO 6: Applicare la trasformata e l'antitrasformata di Laplace per rappresentare segnali e risolvere equazioni differenziali nel dominio trasformato.

PLO 7: Identificare poli e zeri di funzioni di trasferimento date ed eseguire la loro decomposizione in fratti semplici per analizzare il comportamento dinamico di sistemi LTI.

Per verificare l’adeguatezza e rafforzare la preparazione preliminare, si consiglia di svolgere le seguenti attività autovalutative prima dell’inizio del corso:

·     Ripasso individuale dei PLO1-PLO7 da libri di testo e note dei corsi di Analisi 1, Fondamenti di Analisi e Probabilità, e Segnali e Sistemi.

·     Svolgimento di esercizi guidati con soluzioni, disponibili sulla piattaforma di e-learning STEM, che richiedono:

o  operazioni con numeri complessi;

o  equazioni differenziali lineari a coefficienti costanti.

o  calcolo della risposta impulsiva tramite convoluzione;

o  analisi del comportamento dei sistemi LTI;

o  calcolo di trasformate e antitrasformate di Laplace.

L'insegnamento si focalizza sulla derivazione analitica delle diverse tecniche numeriche o grafiche su cui l'intera sintesi per tentativi si basa. Il corso è principalmente organizzato in lezioni frontali dove vengono presentate i concetti teorici e le tecniche di sintesi di sistemi di controllo. Le lezioni sono supportate da video didattici per veicolare i contenuti, da sessioni in aula di risoluzione di esercizi e da esercitazioni al calcolatore.

Gli studenti sono invitati all'approfondimento individuale attraverso test di autovalutazione assegnati settimanalmente sulla piattaforma e-learning STEM, di cui prima viene pubblicato il testo e pochi giorni dopo la soluzione, e attraverso raccolte di esercizi segnalati come fondamentali per la comprensione di specifici argomenti, pubblicati su STEM contestualmente alle lezioni teoriche su tali argomenti.

Oltre a rivolgersi ai docenti del corso, studentesse e studenti con disabilità, DSA, BES e altre condizioni di salute, possono contattare l'Ufficio Servizi agli studenti - Settore Inclusione per ricevere maggiori informazioni sulle opportunità di fruizione della didattica con specifici supporti e strumenti.

Uso di strumenti di intelligenza artificiale generativa: Gli studenti non possono usare strumenti di intelligenza artificiale generativa a cui vengano fornite registrazioni vocali delle spiegazioni dei docenti, sia durante che al di fuori delle lezioni. L’uso di strumenti di intelligenza artificiale generativa è sconsigliato durante le attività di studio di gruppo e di apprendimento attivo. Gli studenti possono usare strumenti di intelligenza artificiale generativa come supporto allo studio individuale al di fuori delle lezioni, per aiutare la comprensione di concetti e la risoluzione di esercizi.

La verifica dell’apprendimento è finalizzata ad accertare il raggiungimento dei risultati di apprendimento attesi relativi all’analisi di sistemi dinamici e allo sviluppo di controllori.

La prestazione dello studente è valutata tramite cinque criteri secondo i livelli Eccellente (29–30 e lode), Buono (25–28), Adeguato (21–24), Sufficiente (18–20) e Insufficiente (<18). Il voto finale è determinato tramite una media ponderata dei diversi criteri. Una valutazione insufficiente in uno dei criteri può comportare una valutazione insufficiente dell’intero esame.

Comprensione degli argomenti teorici. Eccellente: conoscenza completa, approfondita e criticamente rielaborata dei concetti, con collegamenti tra argomenti e discussione di limiti e implicazioni. Buono: conoscenza solida e corretta degli argomenti principali e delle loro relazioni. Adeguato: conoscenza essenziale dei principali concetti e dei loro aspetti fondamentali. Sufficiente: comprensione parziale e frammentaria, con lacune su concetti rilevanti. Insufficiente: conoscenze gravemente carenti o scorrette dei concetti fondamentali.

Conoscenza delle metodologie di analisi grafiche. Eccellente: utilizza con piena padronanza diagrammi di Bode, Nyquist e luogo delle radici, collegandoli alle proprietà dinamiche del sistema. Buono: applica correttamente le principali tecniche grafiche e ne interpreta i risultati. Adeguato: utilizza le metodologie essenziali con limitate imprecisioni. Sufficiente: applica le tecniche in modo incompleto o con errori significativi. Insufficiente: non utilizza correttamente le metodologie grafiche o le interpreta erroneamente.

Capacità di analizzare e sintetizzare sistemi di controllo. Eccellente: analizza con rigore le prestazioni temporali e frequenziali e progetta controllori coerenti con le specifiche. Buono: analizza correttamente i sistemi e realizza progetti adeguati. Adeguato: risolve problemi standard applicando correttamente le procedure principali. Sufficiente: mostra difficoltà nell’applicazione dei metodi o nella verifica delle specifiche. Insufficiente: non riesce ad applicare i metodi di analisi e progettazione o produce risultati sostanzialmente errati.

Padronanza del linguaggio tecnico. Eccellente: utilizza una terminologia rigorosa e appropriata. Buono: impiega correttamente il linguaggio tecnico con occasionali imprecisioni. Adeguato: utilizza un linguaggio generalmente corretto. Sufficiente: ricorre a una terminologia spesso imprecisa. Insufficiente: usa un linguaggio inadeguato o scorretto.

Chiarezza e accuratezza espositiva. Eccellente: espone in modo chiaro, logico e rigoroso, con argomentazioni complete e corrette. Buono: presenta i contenuti in maniera ordinata e comprensibile. Adeguato: esposizione sufficientemente chiara e corretta, con limitate imprecisioni. Sufficiente: esposizione poco organica, con passaggi incompleti. Insufficiente: esposizione confusa, incoerente o caratterizzata da errori che impediscono la valutazione delle competenze.

• Titolo: Controlli Automatici, Autori: M.Bisiacco, M.E. Valcher, Luogo: Padova, Anno: 2015, Editore: Libreria Progetto, Note: II Edizione.

Nel corso vengono fornite le conoscenze sui sistemi di comunicazione. In particolare: - architettura di un sistema di comunicazione e modello di riferimento OSI, - caratterizzazione nel tempo e in frequenza dei segnali digitali, - conversione analogico-digitale e quantizzazione, - principi di teoria dell'informazione: entropia e codifica di sorgente, - caratterizzazione del rumore termico e valutazione del rapporto segnale/rumore (SNR), -principi di modulazione digitale, -valutazione delle prestazioni di un sistema di comunicazione punto-punto in termini di probabilità di errore, Le competenze da acquisire riguarderanno quindi la capacità di dimensionare il link-budget di un collegamento mettendo in relazione risorse a disposizione e indicatori di performance da raggiungere come SNR e probabilità di errore sul bit.

·      I sistemi di comunicazione

• Introduzione ai sistemi e servizi di comunicazione. Il modello OSI.

·      Segnali e processi aleatori

• Segnali deterministici: rappresentazione nel dominio del tempo e della frequenza. Banda, energia e potenza.
• Variabile e vettori aleatori.
• Processi aleatori.

·      Sorgenti di informazione digitale

• Rappresentazione digitale dei segnali.
• Conversione analogico-digitale (A/D).
• Quantizzazione: errori e SNR di quantizzazione.
• Informazione e entropia.
• Codifica di sorgente.

·      Caratterizzazione di mezzi e dispositivi di trasmissione

• Dispositivi a due porte
• Reti a due porte
• Sistemi di trasmissione: modello elettronico e AWGN
• Modello di canale a banda stretta e link budget

·      Sistemi di modulazione digitale

• Modulazione digitale per un canale AWGN.
• Modulazione binaria e M-aria.
• Caraterizzazione di un sistemi di modulazione digitale.
• Esempi di schemi di modulazione: PAM, QAM, PSK.

Alcuni argomenti, tra cui gli elementi di teoria dei segnali, processi aleatori, teoria della probabilità e rappresentazione dei segnali, sono richiamati da precedenti insegnamenti e successivamente approfonditi nel contesto dei sistemi di comunicazione.

La valutazione della preparazione dello studente sarà basata sulla verifica dell'apprendimento delle nozioni proposte e sulla capacità di elaborarle al fine di affrontare problemi nuovi nello studio e nella progettazione di semplici sistemi di comunicazione. La valutazione terrà conto non soltanto della correttezza dei risultati ottenuti, ma anche dello svolgimento degli esercizi, della chiarezza espositiva e della capacità dello studente di motivare criticamente le scelte metodologiche adottate nella risoluzione dei problemi.

• Titolo: Communication Systems fundamentals and design methods, Autori: Benvenuto, Nevio, Luogo: Chichester, Anno: 2007, Editore: John Wiley, Note: --.
• Titolo: Principles of communications networks and systems, Autori: Benvenuto, Nevio, Luogo: Chichester, Anno: 2011, Editore: Wiley, Note: --.

1. Conoscenza e comprensione. Il corso mira a fornire conoscenze di base sull’uso di strumenti di simulazione quali SPICE e MatLab/Simulink per l’analisi di circuiti e sistemi elettrici ed elettronici, nonchè conoscenze generali sui componenti passivi.
2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione. Attraverso l'analisi di semplici circuiti elettronici, si vuole dare una metodologia di progetto che, a partire da una analisi critica delle specifiche date, porta alla scelta circuitale e dei componenti da utilizzare. Si vuole anche affinare la capacità di valutare i modelli matematici dei componenti elettronici più adatti in funzione dell'obiettivo preposto.
3. Autonomia di giudizio. Valutare la bontà dell'analisi e dei progetti effettuati attraverso una valutazione critica dei risultati ottenuti e mediante l'utilizzo della simulazione.
4. Abilità comunicative. Attraverso semplici attività sperimentali in piccoli gruppi si vuole allenare la capacità di esporre concetti più o meno complessi.
5. Capacità di apprendimento. L'approccio problem solving dell'insegnamento vuole sviluppare capacità autonome di studio e apprendimento.

• Descrizione dell'ambiente di simulazione Matlab/Simulink e del simulatore circuitale PSPICE.
• Illustrazione dei tipi di analisi di SPICE, delle modalità di funzionamento del simulatore e dei modelli adottati per i principali componenti elettronici.
• Cenni ai metodi di integrazione numerici utilizzati in SPICE.
• Componenti passivi: resistori e condensatori.
• Esempi di progetto di semplici sistemi e circuiti elettronici che, a partire dalle specifiche date, portano alla definizione della topologia circuitale ed alla scelta dei componenti attraverso una analisi teorica approssimata coadiuvata dall'utilizzo della simulazione come strumento di verifica del progetto. Esempi di possibili argomenti: differenziale con amplificatore operazionale, filtro RC, controllo di motore a corrente continua, multivibratore astabile con operazionale, amplificatore a singolo transistore, raddrizzatore a semionda di precisione, controllo di una piastra riscaldante, etc

Oltre alle conoscenze fondamentali di matematica e fisica, per la frequenza con profitto del corso è necessario possedere conoscenze nell'ambito della teoria dei circuiti (proprietà delle reti elettriche e teoremi fondamentali della teoria delle reti) e nei corsi di base di elettronica (dispositivi elettronici, amplificatori operazionali) e di controlli automatici (retroazione, stabilità, risposta in frequenza, diagrammi di Bode).

Metodologie di insegnamento:

• Lezioni frontali mediante l'uso di slides e lavagna;
• Esercitazioni in laboratorio sull'utilizzo degli strumenti CAD trattati nel corso durante le quali verranno incentivati la collaborazione ed il dialogo tra studenti;
• Attività sperimentali in laboratorio che prevede la realizzazione, tramite breadboard, di alcuni dei circuiti studiati mediante analisi teorica e simulazione.

Sono previsti:

• esercizi disponibili su Moodle
• video su Moodle con richiami di argomenti trattati in corsi precedenti utili per la comprensione degli esempi considerati nel corso
• quiz e attività di autovalutazione

Uso dell’IA: non previsto né autorizzato nelle attività didattiche e valutative

Studentesse e studenti con disabilità, DSA, BES e altre condizioni di salute, possono contattare l'Ufficio Servizi agli studenti - Settore Inclusione per ricevere maggiori informazioni sulle opportunità di fruizione della didattica con specifici supporti e strumenti.

La valutazione si basa sulle abilità acquisite nell'uso degli strumenti CAD trattati a lezione e, soprattutto, sulla capacità di interpretazione dei risultati ottenuti. Verrà valutata anche la capacità di affrontare il progetto di un semplice circuito elettronico, con particolare riguardo procedura utilizzata ed alla scelta dei modelli matematici da adottare a seconda dell'obiettivo prefissato.

Titolo: Mastering Simulink

Autori: James B. Dabney, Thomas L. Harman,

Anno: 2003, Editore: Prentice Hall,

Note: ISBN-13: 978-0131424777.

Titolo: Semiconductor Device Modeling with SPICE

Autori: G. Massobrio, P. Antognetti,

Anno: 1993, Editore: McGraw-Hill,

Note: ISBN-13: 978-0071349550.

Il corso si propone di far acquisire agli studenti una conoscenza di base della propagazione guidata di campi elettromagnetici in strutture guidanti reali come linee di trasmissione e fibre ottiche, della propagazione in spazio libero e le caratteristiche principali delle antenne più utilizzate (dipoli e paraboliche).

1. Conoscenza e comprensione

Comprendere i principi di propagazione dei segnali elettromagnetici sia guidati che in spazio libero

Conoscere le leggi della propagazione guidata

Conoscere i principali parametri che specificano il funzionamento di un sistema di antenna

Conoscere le applicazioni dei segnali elettromagnetici nella trasmissione dell'informazione

2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione

Essere in grado identificare il sistema di trasmissione più adatto a partire dalle specifiche

Essere in grado di formulare specifiche per sistemi elettromagnetici di trasmissione

Essere in grado di interpretare e redigere report su sistemi elettromagnetici

3. Autonomia di giudizio

Valutare criticamente i parameteri di speficica di dispositivi elettromagnetici (guide d'onda, fibre ottiche, antenne)

Selezionare sistemi di trasmissione appropriati al diverso contesto applicativo

4. Abilità comunicative

Utilizzare correttamente la terminologia relativa ai sistemi elettromagnetici

Comunicare efficacemente con produttori ed utilizzatori di dispositivi elettromagnetici

5. Capacità di apprendimento

Sviluppare autonomia nel problem solving nelle applicazioni

Integrare conoscenze teoriche e pratiche

Aggiornarsi attraverso fonti scientifiche e tecniche

3 CFU Propagazione guidata:

• Linee di trasmisisone: equazioni del telegrafo e del telefono.
• Onde di tensione e corrente; impedenza d’onda e coefficiente di riflessione.
• Linee con perdite ed ideali.
• Onda progressiva, stazionaria e parzialmente stazionaria.
• Rapporto d’onda stazionaria.
• Adattamento di potenza e di uniformità.
• Adattatore a quarto d’onda e a singolo stub
• Propagazione in regime istantaneo: impulsi con carico disadattato.
• Legge di Snell; introduzione alle fibre ottiche.

3 CFU Propagazione libera:

• Equazioni di Maxwell e di Helmholtz.
• Onde piane: generalità.
• Polarizzazione
• Parametri di antenna.
• Dipoli ed antenne paraboliche.
• Formula di Friis.
• Concetti di radioprotezione.

Il corso prevede la conoscenza delle leggi fondamentali dell'elettromagnetismo e dell'elettrotecnica acquisibili nei corsi di Fisica II, Elettrotecnica o Teoria dei circuiti.

Lezioni:

• 22 lezioni frontali
• 2 lezioni con attività di laboratorio.

Valutazione formativa: durante il corso saranno assegnati esercizi esemplificativi da risolvere individualmente con lo scopo di far verificare allo studente la propria preparazione (Esercitazioni di autovalutazione). Anche le attività di laboratorio serviranno a verificare ed applicare l'apprendimento delle nozioni svolte in aula.

Valutazione sommativa: ci potranno essere una o più prove in itinere.

Oltre a rivolgersi al/la docente del corso, studentesse e studenti con disabilità, DSA, BES e altre condizioni di salute, possono contattare l'Ufficio Servizi agli studenti - Settore Inclusione per ricevere maggiori informazioni sulle opportunità di fruizione della didattica con specifici supporti e strumenti.

La valutazione dello studente si baserà

• sulla comprensione degli argomenti svolti in aula e in laboratorio
• sull'acquisizione e comprensione dei concetti alla base dell'elettromagnetismo
• sulla capacità di applicarli in modo autonomo risolvendo problemi nuovi

Fondamenti di campi elettromagnetici (ottava edizione)., F. Ulaby, U. Ravaioli, Pearson, Milano-Torino, 2021, Note: Testo per consultazione.

Requisito fondamentale per un/un'ingegnere elettronico consiste nel saper caratterizzare dispositivi, sistemi elettronici comunque complessi, usando in modo appropriato la strumentazione disponibile. Questo corso ha il duplice obiettivo di fornire, in primo luogo, allo studente/studentessa le nozioni di base sul funzionamento e corretto impiego dei più comuni strumenti di laboratorio e, in secondo luogo, aiutare a sviluppare le competenze necessarie per la progettazione, caratterizzazione e gestione di procedure di misura, oltre che alla produzione di documentazione tecnica.

Lo studente/La studentessa avrà modo di acquisire le seguenti abilità:

1) utilizzare in modo competente la strumentazione di laboratorio

2) organizzare in modo autonomo semplici prove di laboratorio

3) produrre in modo adeguato e rigoroso relazioni tecniche

4) realizzare software per l’esecuzione automatica di misure

Fondamenti della teoria della misurazione, grandezze fondamentali. Incertezza di misura: metodi di calcolo e rappresentazione del risultato di misura. Strumenti digitali: architettura e blocchi fondamentali. Front-end analogico. Conversione analogico-digitale. Richiami del teorema del campionamento. Quantizzazione. Memoria di acquisizione. Misure riferite a massa, misure differenziali e misure pseudo-differenziali.

Strumentazione di laboratorio: multimetro, misuratore di impedenza, oscilloscopio, schede di acquisizione, generatori di segnali. Segnali: principali segnali di test e loro parametri nel dominio del tempo e della frequenza. Metodi e algoritmi per le misure: trasformata di Fourier, algoritmi per la stima di parametri nel dominio del tempo e della frequenza.

Laboratorio: metodo round-robin per la caratterizzazione dell’incertezza di misura, acquisizione di segnali e misura di parametri con schede commerciali e oscilloscopi digitali, generazione di segnali di test, misure di resistenza e impedenza, misura della risposta in frequenza per dispositivi lineari, caratterizzazione di circuiti non lineari.

Ambiente di programmazione: Matlab.

Si suppongono acquisiti i contenuti degli insegnamenti dei primi due anni. Si richiede la conoscenza delle principali grandezze elettriche, leggi di Kirchoff, teoremi di Thevenin e Norton, modello a bipolo e doppio bipolo. Saranno indispensabili alcuni concetti basilari su variabili aleatorie e concetti basilari di statistica (valore medio, varianza, densità di probabilità, variabili aleatoria uniforme e gaussiana, calcolo della media e varianza campionaria).

L’insegnamento è strutturato in lezioni frontali durante le quali verranno fornite nozione di carattere generale, e in lezioni di laboratorio (dieci) durante le quali lo studente/la studentessa avrà la possibilità di affrontare diversi problemi di misura usando strumenti, hardware e software fondamentali.

Studenti/le studentesse con disabilità, Disturbi Specifici dell’Apprendimento (DSA), Bisogni Educativi Speciali (BES) o altre condizioni di salute possono rivolgersi all’Ufficio Servizi agli Studenti – Unità Inclusione, per ricevere maggiori informazioni sulle opportunità di accesso alla didattica con supporti e strumenti specifici.

Lo studente/La studentessa dovrà dimostrare di saper usare la strumentazione di laboratorio illustrata a lezione in modo idoneo e rigoroso, e di saper allestire e condurre in piena autonomia una semplice misura, giustificando la procedura seguita. Dovrà infine dimostrare di saper risolvere semplici casi di dimensionamento e conoscere le nozioni base sui metodi di misura che verranno illustrati a lezione.

• Titolo: Electronic instrument handbook, Autori: Coombs, Clyde F., Editore: McGraw-Hill
• Titolo: Principles of measurement systems, Autori: Bentley, John P., Editore Pearson Prentice Hall,
• Titolo: Transducers and instrumentation, Autori: Murty, D. V. S., Editore: PHI Learning Private Limited, 

Il corso mira a fornire agli studenti le seguenti conoscenze e abilità: 1. Conoscenza di base dei processi tecnologici microelettronici per la realizzazione dei circuiti integrati. 2. Conoscenza delle principali tecniche di simulazione dei circuiti integrati per l&#39;analisi del loro comportamento e la verifica delle loro prestazioni. 3. Conoscenza dei principi e delle tecniche per la realizzazione del layout fisico dei circuiti integrati mediante software di progettazione assistita da computer. 4. Comprensione delle limitazioni fondamentali nella realizzazione pratica dei circuiti integrati, degli effetti parassiti legati al layout fisico dei dispositivi e dei sistemi, delle tecniche per ridurre al minimo le non idealità dei circuiti realizzati.

Processi planari microelettronici per la realizzazione di circuiti integrati. Realizzazione fisica di dispositivi integrati passivi (resistori, condensatori, induttori) e attivi (transistor, diodi). Layout fisico dei dispositivi integrati; regole di layout. Elementi ed effetti parassiti dovuti al layout fisico dei dispositivi microelettronici. Tecniche base di simulazione circuitale dei circuiti integrati: analisi di punto di lavoro, analisi di piccolo segnale, analisi in transitorio. Esempi pratici di analisi e simulazione di circuiti integrati elementari, analogici e digitali, e di realizzazione del loro layout fisico. Tecniche di estrazione degli elementi parassiti dovuti al layout. Tecniche di simulazione post-layout, con esempi pratici, e valutazione dell&#39;impatto degli elementi parassiti sul funzionamento dei circuiti. Valutazione degli effetti delle variazioni di processo e del mismatch.

È richiesta una buona padronanza nella risoluzione di rete elettriche applicando le leggi fondamentali della teoria dei circuiti e dei concetti base di elettronica (analisi di punto di lavoro, analisi a piccolo segnale, ecc.). È utile una conoscenza di base della teoria dei segnali e dei sistemi, con particolare riferimento ai concetti di risposta impulsiva, risposta in frequenza e funzione di trasferimento di un sistema lineare tempo-invariante, e agli operatori trasformata di Laplace e trasformata di Fourier. Il corso non prevede alcuna propedeuticità.

Il corso è organizzato in lezioni frontali di cui circa metà dedicate allo studio dei concetti base e dei contenuti teorici della materia, e l&#39;altra metà dedicate all’analisi di esempi pratici e alla soluzione di problemi numerici. I concetti base e i contenuti teorici verranno presentati sia con la proiezione di diapositive che, per quanto riguarda gli argomenti che richiedono analisi matematiche più complesse, alla lavagna. Per quanto riguarda i problemi numerici, verrà presentata una metodologia generale per organizzare la soluzione e la verifica dei risultati in modo sistematico e rigoroso. Oltre a rivolgersi al/la docente del corso, studentesse e studenti con disabilità, DSA, BES e altre condizioni di salute, possono contattare l&#39;Ufficio Servizi agli studenti - Settore Inclusione per ricevere maggiori informazioni sulle opportunità di fruizione della didattica con specifici supporti e strumenti.

I criteri di valutazione con cui verrà effettuata la verifica delle conoscenze e delle abilità acquisite sono: 1. Completezza delle conoscenze acquisite. 2. Capacità di giungere ad una soluzione analitica dei problemi proposti in fase di prova d&#39;esame. 3. Correttezza e accuratezza della soluzione numerica dei problemi proposti nella prova d&#39;esame; capacità critica nel giudicare la verosimiglianza dei risultati numerici ottenuti, anche quando questi ultimi sono ottenuti mediante simulazione. 4. Capacità di applicazione delle metodologie di analisi e simulazione di circuiti integrati descritte nel corso a problemi specifici nuovi.

• Titolo: Circuiti Integrati Digitali: l'ottica del progettista - Seconda Edizione, Autori: Rabaey, Jan; Chandrakasan, Anantha; Nikolic, Bora, Luogo: Milano, Anno: 2005, Editore: Person Education Italia S.r.l., Note: --.
• Titolo: Circuiti per la microelettronica, Autori: Sedra, Adel S.; Smith, Kenneth C., Luogo: Napoli, Anno: 2019, Editore: Edises, Note: --.
• Titolo: IC layout basics: a practical guide, Autori: Saint, Christopher; Saint, Judy, Luogo: New York, N.Y, Anno: 2002, Editore: McGraw-Hill Education, Note: --.
• Titolo: IC mask design: essential layout techniques, Autori: Saint, Christopher; Saint, Judy, Luogo: New York, N.Y, Anno: 2002, Editore: McGraw-Hill Education, Note: --.

L’attività di tirocinio (o stage) ha, come obiettivo formativo, quello di consentire allo studente di acquisire esperienze pratiche lavorando su problemi reali. Il tirocinio può essere condotto presso un ente o gruppo di ricerca, una azienda accreditata presso il nostro Ateneo, o una società contattata dallo studente (previa approvazione da parte del responsabile dei tirocini e l’accreditamento dell&#39;azienda da parte dell’Università di Padova). Il tirocinio può essere combinato con l’attività di tesi finale, al fine di costruire un&#39;esperienza formativa più ampia. Tuttavia, è anche possibile separare le esperienza di tirocinio e di tesi, svolgendole in due diversi istituti. Le attività di tirocinio in azienda possono consistere nello sviluppo di uno specifico progetto applicativo, in collaborazione con i dipendenti dell&#39;azienda, nella caratterizzazione di un prodotto in fase pre-commerciale, nello svolgimento di attività professionali, in collaborazione con i dipendenti dell&#39;azienda, nell’ottica di sviluppare competenze pratiche e acquisire conoscenze professionali. Gli studenti che desiderano svolgere uno stage universitario possono contattare direttamente il professore responsabile degli argomenti di intesse.