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Codice:  
Course code:
38004
Anno accademico:
Academic year:
2010-2011
Titolo del corso:
Course title:
Elettronica e misure industriali
Electronics for industrial measurements
Modulo:  
Module:
Unico
U - Electronics for industrial measurements
Docente 1:
Teacher 1:
Ruolo Docente 1:
Teacher 1:
Modalitą 1:
Type 1:
Convenzionale
Settore scientifico-disciplinare:
Reference sector:
ING-INF/01 Elettronica
Anno di corso:
Year of degree course:
primo
First
Facoltą:
Faculty:
Ingegneria
Modalitą di frequenza:
Type:
Non obbligatoria
Semestre:
Semester:
2
Sottoperiodo:
Sub period:
Numero totale di crediti:
Total credits:
12.0
Carico di lavoro
Workload
Attività frontale:
Lectures:
90.0
Esercitazioni:
Applied activities:
30.0
Studio individuale:
Individual work:
180.0
Attività didattica a piccoli gruppi:
Group work:
0.0
Seminari:
Seminars:
0.0
Laboratori:
Laboratories:
0.0
TOTALE (voci sopra-elencate):
TOTAL:
300.0
Ore di lezione settimanali:
0.0
Prerequisiti:
Prerequisites:
Obiettivi formativi:
Educational goals:
Il corso offre una vasta panoramica sulla strumentazione elettronica utilizzata per misure accurate in campo industriale. Vengono approfondite le tematiche legate all'amplificazione, al filtraggio, al campionamento, alla conversione analogico-digitale, all'effetto del rumore elettronico e alla modulazione e demodulazione di segnali. Vengono inoltre presentati gli strumenti di misura comunemente utilizzati per la caratterizzazione di circuiti elettronici. Infine vengono descritti alcuni esempi di sistemi per l'acquisizione di segnali da sensori realizzati con le pił evolute tecnologie microelettroniche. Il corso prevede un'intensa attivitą pratica di laboratorio.
The course gives a wide overview of electronic instrumentation for accurate measurements in industrial applications. The main subjects are signal amplification, filtering, sampling, analog-to-digital conversion and electronic noise. The course also includes a discussion of the electronic instruments that are commonly used for the characterization of electronic circuits. Moreover, some examples of signal processing systems in advanced microelectronic technologies are presented. The course includes experimental activities that are carried out in the electronics laboratory.
Contenuto del corso:
Course contents:
1. Introduzione. Catena elettronica di acquisizione di segnali. Amplificazione, filtraggio, campionamento, quantizzazione, conversione analogico-digitale. Analisi di Fourier e trasformata di Laplace. 2. Amplificatori operazionali. Transistori bipolari. Stadi di amplificazione. Amplificatori operazionali. Amplificatori per strumentazione. Specifiche degli OPAMP. Offset, corrente di ingresso e loro compensazione. Effetti del guadagno finito. Effetti della reazione su resistenze di ingresso e uscita. Effetto della reazione sulla risposta in frequenza. Prodotto banda-guadagno. Criteri di stabilitą. 3. Disturbi e rumore. Rumore di interferenza. Rumore dalle alimentazioni. PSRR. Rumore stocastico. Rapporto segnale-rumore. Densitą spettrale di potenza. Sorgenti di rumore nei dispositivi elettronici. Rumore negli amplificatori operazionali. Effetto del rumore in un circuito di elaborazione analogica di segnali da sensori. 4. Filtri attivi. Filtri low-pass, high-pass, bandpass. Filtri Butterworth, Chebyshev, Bessel. Realizzazione di filtri con amplificatori operazionali. Filtri a condensatori commutati. 5. Campionamento di segnali analogici. Analisi di Fourier di segnali campionati. Teorema di campionamento. Aliasing e filtri antialiasing. DFT e FFT. Spectral leakage e windowing. 6. ADC e DAC. Rumore di quantizzazione. Bit effettivi di risoluzione. Schemi di convertitori D/A. Convertitori A/D. Convertitori a rampa, ad approssimazioni successive, pipeline, Flash ADC. Convertitori a sovracampionamento (sigma-delta). 7. Circuiti elettronici in sistemi di trasmissione e ricezione. Amplificatori accordati. Mixer. Rivelatori. Ricevitori a supereterodina. Anelli ad aggancio di fase (PLL). 8. Strumenti elettronici di misura. Multimetri. Misura di tensioni e correnti. Misure di impedenze. Oscilloscopi digitali. Analizzatori di segnale a FFT. Analizzatori di spettro a supereterodina. Analizzatori di rete. Analizzatori di stati logici. Generatori di segnale.
1. Introduction. Electronic chain for sugnal acquisition, Signal amplification, filtering, sampling, quantization, analog-to-digital conversion. Fourier analysis and Laplace transform. 2. Operational amplifiers. Bipolar transistors. Amplification stages. OPAMP specifications. Offset, input currents and their compensation. Effects of finite gain. Effects of feedback on input and output impedances. Effects of feedback on frequency response. Gain-bandwidth product. Stability criteria. 3. Noise. Interferences. Noise from power supplies. PSRR. Stochastic noise. Signal-to-noise ratio. Power spectral density. Noise sources in electronic devices. Noise in operationl amplifiers. Effects of noise in a circuit for the analog processing of signals from semiconductor sensors. 4. Active filters. Low-pass, high-pass, bandpass filters. Butterworth, Chebyshev, Bessel filters . Filters with operational amplifiers. Switched capacitor filters. 5. Sampling of analog signals. Fourier analysis of sampled signals. Sampling theorem. Aliasing and antialiasing filters. DFT and FFT. Spectral leakage and windowing. 6. ADC and DAC. Quantization noise. Effective number of bits. Architectures of D/A converter. A/D converters. Single slope converters, successive approximation ADC, pipeline ADC, Flash ADC. Oversampling converters (sigma-delta). 7. Electronic circuits in telecommunication systems. Tuned amplifiers. Mixer. Demodulators. Superheterodyne receivers. Phase-locked loops (PLL). 8. Instrumentation for electronic measurements. Multimeters. Measurements of voltages and currents.Impedances measurements. Digital oscilloscopes. FFT signal analyzers. Superheterodyne spectrum analyzers. Network analyzers. Logic state analyzers. Signal generators.
Testo di riferimento 1:
Course text 1:
P. F. Manfredi, P. Maranesi, T. Tacchi: "L'amplificatore operazionale", Ed. Bollati Boringhieri (1978). (pagine/pages: 450)
Testo di riferimento 2:
Course text 2:
S. Haykin: "An Introduction to Analog and Digital Communications", John Wiley & Sons; (1989). (pagine/pages: 650)
Testo di riferimento 3:
Course text 3:
T. R. Padmanabhan: "Industrial Instrumentation: Principles and Design", Springer Verlag; ; 1st edition (2000) (pagine/pages: 650)
Testo di riferimento 4:
Course text 4:
C. F. Coombs, "Electronic Instrument Handbook", McGraw-Hill, 3 ed. (1999). (pagine/pages: 600)
Testo di riferimento 5:
Course text 5:
D. Johns, K. Martin: "Analog Integrated Circuit Design", John Wiley & Sons (1996). (pagine/pages: 700)
Metodi didattici:
Teaching activities:
lezioni, esercitazioni in laboratorio
Lectures, experimental activities in the electronics lab
Struttura della verifica del profitto:
Assessment:
orale
oral
Descrizione verifica del profitto:
L'esame consiste in una prova orale alla fine del corso, e include la discussione di relazioni sull'attivitą svolta in laboratorio.
Lingua di insegnamento:
Teaching language:
Italiano
Italian
Altre informazioni:
Other information:
 
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