ECTS - University of Pisa
Durante il corso lo studente potrà:
The student who successfully complete the course will acquire the following abilities:
Per la verifica delle conoscenze acquisite verrà utilizzato:
The student knowledge will be assessed on the following criteria:
Al termine del corso lo studente avrà:
During the course the student will acquire:
Per la verifica delle capacità acquisite verrà utilizzato:
The student skills will be assessed on the following criteria:
Durante il corso:
During the course:
I comportamenti saranno verificati con le segeunti modalità:
Behaviors will be assessed using the following criteria:
Conoscenze di base di meccanica ed elettromagnetismo. Circuiti elettrici. Uso della strumentazione elettronica di base (multimetro ed oscilloscopio). Competenze di calcolo differenziale e algebra lineare.
Basic knowledge of mechanics and electromagnetism. Electrical circuit. Usage of basic electronics instrumentation (multimeter and oscilloscope). Calculus and linear algebra competency.
Il corso si svolge con le seguenti metodologie:
Delivery: face to face
Learning activities:
Attendance: Mandatory
Teaching methods:
Argomenti svolti in aula
Introduzione metodologica. Significato della misura in fisica. Metodo di preparazione delle relazioni. Software di analisi e visualizzazione dei dati sperimentali.
Circuiti lineari: richiami di teoria dei circuiti. Leggi di Ohm, Kirchoff. Modello di Thevenin.Risposta di un circuito a segnali sinusoidali o impulsivi. Uso delle trasformate di Fourier e Laplace. Induttanze e capacità. Componenti ideali e reali. Resistenza serie e parallela. Resistenza di ingresso e uscita. Metodo di soluzione dei circuiti e software di simulazione.
Dispositivi a semiconduttore: il diodo. Cenni alla teoria dei semiconduttori. Drogaggio. Giunzioni p-n. Corrente nei semiconduttori. Diodo a giunzione. Struttura e caratteristiche di un diodo. Corrente, svuotamento, capacità. Diodi Zener. Il diodo come elemento circuitale. Circuiti limitatori e rettificatori. Filtri capacitivi. Rivelatori di picco. Duplicatore di tensione.
Dispositivi per amplificazione: transistor. Transistor a giunzione bipolare (BJT). Caratteristiche del transistor. Zona attiva, di saturazione edi interdizione. Implementazione di circuiti logici. Logica TTL. Modello a parametri h del transistor. Amplificatori a transistor con configurazione di collettore o emettitore comune. Transistors a giunzione ad effetto di campo (JFET) e sue caratteristiche. Transistor MOSFET di tipo p e di tipo n. Circuiti CMOS. Amplificatori differenziali.
Circuiti con reazione (feedback). Circuiti con feedback positivo o negativo. Feedback di tensione e di corrente. Uso del feedback negativo per migliorare le prestazioni degli amplificatori. Feedback positivo.
Amplificatori operazionali (OpAmp). Il feedback negli OpAmp. Principio della massa virtuale. Circuiti che effettuano operazioni matematiche: sommatore, derivatore, integratore. Impedenza di ingresso e uscita nei circuiti con OpAmp. Teorema di Miller. Filtri attivi. Usi non lineari degli OpAmp. Rivelatori di picco. Sistemi di Sample-And-Hold. Oscillatori. Trigger di Schmitt.
Cenni al rumore nei circuiti elettronici.
Circuiti digitali. Base binaria, ottale, esadecimale, decimale e conversione tra le varie basi. Rappresentazioni dei numeri binari: modulo e segno, complemento a uno e a due, codice Gray e BCD. Porte logiche a 1 e 2 ingressi. Caratteristiche fisiche dei circuiti logici: livelli logici di tensione, fan-out, ritardi. Implementazione di NAND con elementi discreti in logica TTL. Definizione di reti logiche combinatorie e sequenziali, tabella delle verità.
Logica combinatoria. Forme standard di funzioni logiche: somma di prodotti e prodotti di somme. Algebra di Boole e leggi di De Morgan. NOR e NAND come porte logiche universali. Mappe di Karnaugh ed esempi di applicazioni: comparatore di numeri binari e sommatore. Implementazione di circuiti per controllo del display a sette segmenti, half adder e full adder.
Logica sequenziale. Elementi logici sequenziali di base. Flip-flop (FF). FF Set-reset sincrono e asincrono con porte NOR e NAND. Latch di tipo D e JK. Circuito di master-slave. Ingressi sincroni e asincroni. Applicazioni dei FF: contatori asincroni e sincroni, registri a scorrimento, moltiplicatore e divisore, generatore di numeri pseudocasuali, registro ad anello, contatore decadico. Temporizzazione con FF.
Progettazione di circuiti in logica sequenziale. Macchina a stati finiti. (FSM). Applicazione della FSM: controllo/calcolo della parità, registro a scorrimento come FSM, macchina distributrice.
Circuiti integrati logici complessi. Multiplexer, demultiplexer, ROM, PAL, PLA, FPGA. Metodologie per l'implementazione di un circuito combinatorio: parti standard, look-up tables, template based logic.
MicroControllori. Struttura e funzionamento, porte tri-state, bus, architettura Harvward e Von Neumann, memorie, ALU, esecuzioni di una istruzione, porte in-out. Concetto e gestione di interrupt. Il sistema di sviluppo di Arduino con microcontrollore ATMEGA 328
Circuiti per la conversione digitale/analogica e analogica/digitale (DAC e ADC): a contatore, ad approssimazioni successive, a singola e doppia rampa.
Esercitazioni
Il corso include circa 15 esercitazioni di laboratorio di elettronica:
ed alcune esperienze di fisica fondamentale tra le seguenti:
Measurement errors and data analysis in physics experiments. Analog electronics with passive components, transistors, operational circuits. Feedback circuits, stability and oscillation. Noise in analog circuits. Digital electronics basic elements. Combinational and sequential digital circuits. Finite state machines. Realization, data taking, and analysis of some basic modern physics experiments: optics, e/m measurement, photoelectric effect.
Testi consigliati
Elettronica:
Statistica e probabilità:
Textbooks:
Elettronics:
Statistics and probability:
La frequenza al corso e' obbligatoria
Attendance is mandatory
L'esame finale consiste in una prova pratica di laboratorio ed un colloquio.
La valutazione finale prenderà in considerazione:
The final exam consists in a laboratory test and an oral examination.
The final assessment will include:
Poichè il numero di postazioni è limitato, l'iscrizione al corso deve avvenire con largo anticipo, tipicamente tra metà luglio e metà settembre, attraverso una pagina dedicata sul sito del dipartimento di fisica, in modo da poter organizzare la frequenza.
Since the number of positions is limited, students must enroll in the course well in advance, typically between mid-July to mid-September, using a dedicate page on the physics department web site, to allow a better organization of the course.
