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 dei segnali, alla conversione analogico-digitale, all'effetto del rumore elettronico. 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 più evolute tecnologie microelettroniche. Il corso prevede un'intensa attività pratica di laboratorio.
Prerequisiti
Conoscenze di base sull'elettronica.
Metodi didattici
Lezioni in aula, esercitazioni in laboratorio
Verifica Apprendimento
Esame orale al termine del corso. Agli studenti viene richiesto inoltre di consegnare una relazione sulle attività svolte in laboratorio. L'esame prevede domande sugli argomenti svolti durante il corso e la discussione della relazione di laboratorio.
Contenuti
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. 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 stabilità. 3. Disturbi e rumore. Rumore di interferenza. Rumore dalle alimentazioni. PSRR. Rumore stocastico. Rapporto segnale-rumore. Densità 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. 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.
