STRUMENTAZIONE FISICA
cod. 1005272

Anno accademico 2013/14
2° anno di corso - Secondo semestre
Docente
Settore scientifico disciplinare
Elettronica (ING-INF/01)
Field
Attività formative affini o integrative
Tipologia attività formativa
Affine/Integrativa
52 ore
di attività frontali
6 crediti
sede: PARMA
insegnamento
in - - -

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.

Modalità verifica apprendimento

Esame orale

Altre informazioni

Possibilità di ampliamento del programma in base alle esigenze specifiche degli studenti.