87949 - ELECTRONICS FOR APPLIED PHYSICS

Conoscenze e abilità da conseguire

At the end of the course, the student will learn modern methods to design electronic circuits for analog and digital signals coming from experimental apparata. He/she will also acquire knowledge of the technological processes that are the basis of digital integrated circuits. In particular, in the laboratory sessions he/she will be able to design circuits with analog components and discrete programmable digital circuits (FPGA) and verify their operation. Also, the student will possess the knowledge to design relatively complex electronic circuits for high-speed data acquisition systems. The student will finally face real-world problems with dedicated laboratory sessions addressing the main sensors used in the Applied Physics field.

Contenuti

1. Generalità, tipo di segnali, semiconduttori di base

1.1 Il BJT

1.2 Il FET

1.3 competenze di base, in relazione ai moderni metodi di progettazione elettronica ed elaborazione di segnali analogici e digitali, per il trattamento di segnali provenienti da dispositivi utilizzati nella fisica sperimentale 1.4 Elettronica digitale e famiglie logiche

2. L'amplificatore operazionale

2.1 gli amplificatori operazionali nelle varie configurazioni e gli amplificatori a feedback negativo

3. Il MOSFET

3.1 modello a piccoli segnali, studio di configurazioni di amplificatori con MOSFET

3.2 processi tecnologici alla base dei circuiti integrati digitali CMOS

4. linee di trasmissione

4.1 equazioni, costanti e metodi di terminazione per una buona trasmissione delle forme d'onda

5. Conversione AD

5.1 progettare e testare architetture digitali relativamente complesse attraverso l'uso di VHDL. Parametri tecnologici e tempi caratteristici delle porte logiche e logica sequenziale.

6. Filtri

6.1 l'approccio a tutti i problemi sperimentali che emergono durante la trasmissione di segnali ad alta frequenza. Studiamo i filtri analogici passivi e attivi con operativi.

7. Principi di digital signal processing

8. Sensori e trasduttori

8.1 Principi fisici

8.1.1 Sensori di temperatura

8.1.2 Sensori di deformazione

8.1.3 Sensori piezoelettrici

8.1.4 Sensori ottici

8.1.5 Tecnologie MEMS

8.1.6 Sensori di posizione, spostamento e livello

8.1.7 Sensori di velocità e accelerazione

8.2 Sensori biologici e medici

8.2.1 Elettronica ECG

8.2.3 Sensori indossabili

8.2.4 Sequenziamento del DNA

9. Applicazioni industriali

9.1 Processori embedded e intelligenza distribuita

9.2 Sensori intelligenti

9.2.1 Applicazioni con Raspberry PI e Microchip PIC embedded

9.2.2 Sensori senza fili

9.2.3 Introduzione alla robotica

10. Rivelatori di radiazioni

10.1 Rivelatori avanzati di radiazione a semiconduttore

10.1.1 Il front-end lineare e digitale

10.2 Rivelatori scintillatori avanzati

10.3 Spettrometria di raggi X e gamma

10.3.1 Elettronica di condizionamento analogica

10.3.2 Sintesi digitale delle forme degli impulsi

10.3.3 Applicazioni nella ricerca fisica

10.4 Riveatori per lo spazio

10.4.1 Rivelatori satellitari per lo spettro X e gamma

10.4.2 Nanosatelliti

 

Esperienze di laboratorio

Testi/Bibliografia

Millman & Halchias, Electronic devices and circuits, McGraw-Hill

Jacob Fraden, Handbook of modern sensors, Springer (third ed.) 2004

Gerhard Lutz, Semiconductor radiation detectors, Springer 1999

Sabrie Soloman, Sensors Handbook, Mc Graw Hill 2010

G.F. Knoll, Radiation Detection and Measurement, J. Wiley & Sons

Slides e altro materiale fornito dal docente

Metodi didattici

Didattica frontale e dimostrazioni pratiche/laboratorio

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Esame orale.

Opzionale: sviluppo di un progetto significativo utilizzando sensori/trasduttori gestiti da un microcontrollore (sviluppo hardware e software).

L'esame finale mira a valutare il raggiungimento degli obiettivi didattici: conoscenza di sensori e trasduttori e dei principi fisici che li caratterizzano; conoscenza dei circuiti di front-end, condizionamento, acquisizione; conoscenze di base sui microcontrollori

Strumenti a supporto della didattica

Dimostrazioni pratiche/laboratorio

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Giuseppe Baldazzi