Obiettivi formativi
Scopo del corso è di acquisire i fondamenti dell’elettronica applicati agli strumenti di misura tipicamente presenti in un laboratorio di ricerca di fisica.
Al termine del corso saranno acquisite:
conoscenze di base sul funzionamento fisico di alcuni dei principali dispositivi elettronici a semiconduttore e loro applicazioni nella realizzazione di circuiti con elementi discreti e integrati nell’ambito dell’elettronica analogica e digitale.
conoscenze di base sul funzionamento di sensori e trasduttori e sui relativi metodi di condizionamento dei segnali.
conoscenze di base sul controllo, sull’acquisizione ed elaborazione di segnali elettronici.
Prerequisiti
Conoscenze di base di fisica 1 (meccanica e termodinamica) e fisica 2 (elettromagnetismo e ottica).
Contenuti dell'insegnamento
Alla fine del corso, lo studente sarà in grado di capire il funzionamento fisico dei principali strumenti comunemente usati in un laboratorio di ricerca. Sarà in grado di comprendere le misure delle grandezze fisiche anche dal punto di vista dell’acquisizione dei dati sperimentali elaborandoli criticamente in funzione dell’elettronica utilizzata.
Programma esteso
Elettronica di base
La giunzione p-n, il diodo e il transistor
Il diodo come elemento circuitale, transistor pnp e npn, modi di operazione del transistor, utilizzazione del transistor, amplificatore a emettitore comune, amplificatore a collettore comune, amplificatore a base comune, transistor MOSFET, modello per piccoli segnali, amplificatore Common-Source, amplificatore Common-Drain (Source Follower), cenni sul transistor JFET.
Amplificatori Operazionali
Caratteristiche generali, amplificatori operazionali reali, applicazioni, filtri attivi, filtro passa-basso e passa-alto, filtro passa-banda.
Misure in sistemi complessi
Concetti generali, misure di grandezze fisiche
Misure di tensione, corrente, resistenza; (multimetri analogici e digitali), analisi nel dominio del tempo, analisi nel dominio della frequenza, rapporto segnale-rumore, amplificatore Lock-in.
Sensori attivi
Termocoppie, sensori fotoelettrici e fotovoltaici, sensori piezoelettrici, sensori a effetto Hall.
Sensori passivi
Termometri, estensimetri, sensori capacitivi, sensori induttivi
Struttura di un sistema di misura
Trasduttori e condizionamento del segnale
Amplificazione e attenuazione, filtraggio, somma e differenza con segnale di riferimento, integrazione e linearizzazione, conversione di una corrente/tensione in un segnale in tensione/corrente, conversione di una frequenza in un segnale di tensione.
Acquisizione e controllo
Sistema di controllo analogico: il controllore P.I.D.
Azione proporzionale, azione integrativa, azione derivativa, regole empiriche
Convertitori A/D
Campionamento dei segnali, digitalizzazione dei segnali, acquisizione ed elaborazione dei segnali.
Convertitori D/A
Alterazione dei segnali analogici, controllo del sistema di misura
Bibliografia
Appunti dalle lezioni
Per approfondimenti:
MICROELETTRONICA - Millman Jacob and Halkias Christos C., Ed. BOLLATI BORINGHIERI.
MICROELETTRONICA - Milmann-Grabel, Ed. MC GRAW-HILL.
APPUNTI DI ELETTRONICA. DISPOSITIVI ED ELETTRONICA ANALOGICA LINEARE - Roberto Menozzi, Ed. PITAGORA.
FONDAMENTI DI PROGETTAZIONE ELETTRONICA ANALOGICA E DIGITALE - A. De Gloria, Ed. Franco Angeli.
THE ART OF ELECTRONICS - P. Horowitz, W. Hill, Ed. Cambridge University Press (Libro enciclopedico, molto chiaro, ben fatto e abbastanza aggiornato).
Metodi didattici
Lezioni in aula arricchite con applicazioni ed esercizi.
Altre informazioni
Possibilità di ampliamento del programma in base alle esigenze specifiche degli studenti.
