COURSE LANGUAGE: English

YEAR OF THE DEGREE PROGRAMME (I, II, III): III

SEMESTER (I, II, ANNUAL): I

CFU: 9

REQUIRED PRELIMINARY COURSES (IF MENTIONED IN THE COURSE STRUCTURE “REGOLAMENTO”) 
Foundations of electrical engineering.

PREREQUISITES (IF APPLICABLE) 
None.

LEARNING GOALS 
The course aims to teach fundamental concepts related to the operation and use of semiconductor electronic devices for processing analog and digital signals. Students are able to analyze the behavior of simple circuits, even at various levels of abstraction, based on common devices such as diodes, transistors, and operational amplifiers. The theoretical tools for analyzing small-signal sinusoidal circuits are provided. The analysis of circuits operating in the presence of large signals is primarily performed graphically. The course also includes a circuit synthesis section aimed at providing students with the basic elements necessary for designing digital circuits based on MOSFET logic gates. 

EXPECTED LEARNING OUTCOMES (DUBLIN DESCRIPTORS) 
Learning outcomes are statements of what students, endowed with adequate initial background, are expected to know, understand and/or be able to demonstrate or have acquired on successful completion of their studies (knowledge and abilities). 
Descriptors such as “Knowledge and understanding” and “Applying knowledge and understanding” refer to disciplinary knowledge and should be used to designate peculiar capabilities conferred by the specific degree. The content of these sections should be relevant to what is mentioned in the course structure “Ordinamento” (see the SUA-section A4.b.1) and “Regolamento” (see the SUA-section A4.b.2). 
For integrated courses, this field should be filled by the reference teacher for the course. If the course is delivered through several channels, this field should be the same for all channels and agreed upon among the teachers of all the channels

Knowledge and understanding 
The student will possess essential knowledge of the physical principles underlying the operation of simple solid-state electronic devices. They will understand the fundamental characteristics of the most commonly used solid-state devices in electronics (diodes, MOSFET and BJT transistors), and will be able to highlight their similarities and differences in terms of terminal characteristics. They will understand the classification of amplifiers based on input-output characteristics, and the main circuit configurations of BJT and MOSFET-based amplifiers. They will understand some fundamental applications of MOSFETs in circuits for processing and storing logic signals. They will understand the properties of operational amplifiers and some fundamental circuits based on them. 

Applying knowledge and understanding 
Students must be able to illustrate the theoretical and technical rationales underlying the properties of fundamental analog and digital circuits. Specifically, they must demonstrate the ability to analyze simple electronic circuits using MOSFET or BJT diodes and transistors, using the most appropriate models of these devices depending on the intended application. They must also be able to predict the electrical behavior of simple circuit configurations known in the literature, whether for digital or analog applications, using, where necessary, direct current analysis for small sinusoidal signals or for large signals. Students must also be able to analyze some fundamental circuits based on single-stage or multi-stage operational amplifiers, or, starting from these, appropriately size their passive components to achieve given specifications in terms of amplification or input and output resistance. 

COURSE CONTENT/SYLLABUS 
Analog and digital signals, analog signal amplification, general amplifier models and characteristic parameters. The Operational Amplifier (OpAmp): simplified model and fundamental OpAmp circuits (inverting, non-inverting, summing, integrating, differentiating). Semiconductor materials, charge transport in semiconductors, doping. The p-n junction: potential barrier, junction capacitance. Diode biasing, rectifiers, small-signal model of the diode. Diode switching. Circuit simulators: SPICE. MOSFET operating principles, large-signal model, the MOSFET as a controlled switch. Characteristic parameters of real logic circuits, noise margins, performance, power dissipation. MOSFET-based logic circuits, CMOS technology, synthesis of static CMOS logic networks. Semiconductor memories. Small-signal models of the MOSFET, the MOSFET as an amplifier, MOSFET amplifier stages. BJT operating principle, large-signal model, small-signal models. The BJT as an amplifier, characteristics of BJT amplifiers. Introduction to signal acquisition and processing using simple programmable systems. 

READINGS/BIBLIOGRAPHY 

• Sedra, K. Smith, Microelectronic circuits.

• Agarwal, J. H. Lang, Foundations of analog and digital electronic circuits.

TEACHING METHODS 
The instructor will use: a) lectures for approximately 70% of the total hours, b) exercises to apply and deepen the theoretical aspects, both numerical and based on the use of circuit simulators or simple programmable systems. 

EXAMINATION/EVALUATION CRITERIA 

Exam type:

• Only oral.