PRESENTAZIONE

Il corso di elettronica applicata e' rivolto a fisici con forti interessi per la fisica sperimentale e applicata.

Nella prima parte del corso si forniscono le basi di argomenti analogici "avanzati" (linee di trasmissione, rumore elettrico e condizionamento segnale analogico) mentre la seconda parte e' totalmente dedicata all'elettronica digitale sia dal punto di vista pratico (progettazione di sistemi digitali "embedded" con l'uso di FPGA e relativo software di progettazione), sia dal punto di vista concettuale (Digital signal processing).

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

L’insegnamento si propone di studiare il principio fisico, i principali aspetti costruttivi e applicazioni dei moderni sensori e strumenti. Gli studenti acquisiranno capacità di progettare modelli e usare schematizzazioni con piena coscienza delle limitazioni connesse.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Fornire gli elementi indispensabili per l’utilizzo delle tecniche e degli strumenti dell’elettronica nel lavoro e nella ricerca scientifica. Ciò deve permettere allo studente di acquisire una buona conoscenza dell’elettronica analogica e digitale, con capacità di progettare reti passive e attive per il condizionamento dei segnali; dimestichezza nell’impiego delle tecniche di riduzione delle interferenze e di estrazione di segnale da rumore.

Inoltre l'introduzione ai linguaggi per la descrizione dell'hardware (Verilog) permettera' la comprensione e lo sviluppo di sistemi digitali relativamente complessi.

PREREQUISITI

Nozioni di elettronica generale.

MODALITA' DIDATTICHE

Lezioni in aula con esercitazioni e dimostrazioni in laboratorio.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Linee di trasmissione:  modello a costanti distribuite di una linea di trasmissione, linea non dissipativa, impedenza caratteristica, concetto di terminazione della linea.
Tecniche TDR, cenno alle tecniche di network analysys.
Cenno alla descrizione dei sistemi lineari attraverso la matrice S.

Processi stocastici: Il rumore nei dispositivi elettronici: rapporto segnale rumore, figura di rumore. Rumore man-made: tecniche di riduzione delle interferenze. Tecniche di estrazione di segnale da rumore, filtro shaper, antialiasing, pile up. Esempi di applicazione delle tecniche di estrazione di segnale da rumore.

Condizionamento segnale:

Cenni sul tipo di segnale analogico generato da sensori per applicazione nella fisica. Preamplificatore per misure di risoluzione temporale e di carica, filtraggio del rumore nella banda di interesse, minimizzazione distorsione di segnale. Tecniche di digitalizzazione del segnale analogico, comparatori a singola soglia, doppia soglia, Constant Fraction Discriminator, Time Over Threshold. Convertitori DAC e ADC, effetti non lineari, numero effettivo di bit.

Introduzione al digital signal processing.

Introduzione alle tecnologie digitali avanzate: programmazione di FPGA con l'ausilio di "hardware description language"  (Verilog), sistemi "embedded".

Esperienze di laboratorio:

L’adattamento di impedenza: onde stazionarie su cavo coassiale non correttamente terminato;

Uso di simulatore analogico: Terminazione linee di trasmissione, condizionamento segnale analogico.

Programmazione di una scheda di sviluppo con FPGA

Proposta e sviluppo di tesine di laboratorio su temi di acquisizione di segnali da trasduttori e loro condizionamento per la misura di grandezze fisiche

TESTI/BIBLIOGRAFIA

R.A. Chipman, Transmission lines, Schaum's Outline Series (o equivalente)

G. V. Pallottino, Il rumore elettrico, Springer

P.Ottonello, G.Vallini., Elettronica applicata, Jackson Milano, 1995.

T.R. Padmanabahn, B. Bala tripura Sundari, Design through Verilog HDL, Wiley Interscience

Dispense preparate dal docente.

DOCENTI E COMMISSIONI

Commissione d'esame

PAOLO MUSICO (Presidente)

SAVERIO MINUTOLI

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

25 Settembre 2023

Orari delle lezioni

L'orario di tutti gli insegnamenti è consultabile all'indirizzo EasyAcademy.

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

Tesina scritta, singola o di gruppo, e successiva discussione orale su progetto implementato in laboratorio, e orale sugli argomenti trattati durante l'anno scolastico.

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

Valutazione della tesina e valutazione della esposizione orale

L'esame orale è sempre condotto dai docenti responsabili ed ha una durata che, di norma,  varia tra circa 20 e circa 40 minuti.  E’ articolato su un numero prefissato di domande (uguale per tutti gli studenti) che vertono sul programma d’esame e consente alla commissione di giudicare, oltre che la preparazione, il grado di raggiungimento degli obiettivi di comunicazione, autonomia ecc.
La tesina consente la verifica del raggiungimento dei seguenti obiettivi: saper applicare le conoscenze, saper esprimere e fare rapporti sui risultati ottenuti, saper elaborare autonomamente risultati ecc.

Il voto viene definito pesando ugualmente l'esposizione della tesina e le risposte alle domande sul programma del corso.