Corso di Laboratoriodi FisicaIII anno accademico 2017-18 Contenuti: Modulo 1 Elettronica analogica Circuiti in alta frequenza Linee di trasmissione Caratterizzazione linee di trasmissione Trasporto elettrico nella materia Introduzione ai semiconduttori Giunzione PN, Diodi raddrizzatori, LED, fotodiodi, celle solari Circuiti con diodi Transistor BJT Circuiti con transistor BJT Transistor FET MOSFET Circuiti con transistor MOSFET Amplificatori Operazionali, feedback Circuiti con Amplificatori Operazionali Rumore elettrico
Corso di Laboratoriodi FisicaIII anno accademico 2017-18 Contenuti: modulo 2 Eletttronica Digitale Numeri binari Porte Logiche Famiglie logiche Algebra booleana Analisi logica combinatoria Funzioni di logica combinatoria Logica sequenziale Contatori e registri a scorrimento Memoria e storage Introduzione ai microcontroller: Amtel Arduino + Esperienze di Laboratorio
TESTI DI RIFERIMENTO RICHARD C. JAEGER, TRAVIS N. BLALOCK: MICROELECTRONIC CIRCUIT DESIGN. MCGRAW-HILL NY ISBN 978-0-07-338045-2 THOMAS L. FLOYD: DIGITAL FUNDAMENTALS, 10E, PEARSON EDUCATION, INC. NJ 2009. DAVID M. BUCHLA: EXPERIMENTS IN DIGITAL FUNDAMENTALS, 10E, PEARSON EDUCATION, INC. NJ 2009. COURSE NOTES (SLIDES). WWW.ARDUINO.CC WWW.NI.COM Appunti del Prof. Marcello Carlà Univ. Firenze http://studenti.fisica.unifi.it/~carla/appunti/ Docenti del corso: Modulo 1 Sergio Pagano (spagano@unisa.it) Modulo 2 Giovanni Carapella (giocar@sa.infn.it)
Obiettivi L'INSEGNAMENTO È DIVISO IN DUE MODULI E FORNISCE CONOSCENZE E CAPACITÀ PRATICHE NEL SETTORE DELL'ELETTRONICA ANALOGICA (MODULO 1) E DIGITALE (MODULO 2). FORNISCE UNA INTRODUZIONE ALLA FISICA DEI DISPOSITIVI A SEMICONDUTTORE E INSEGNA A USARE LA STRUMENTAZIONE ELETTRONICA DI LABORATORIO PER LA REALIZZAZIONE E CARATTERIZZAZIONE DI SEMPLICI CIRCUITI ATTIVI.CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE:L'INSEGNAMENTO HA L'OBIETTIVO DI FORNIRE AGLI STUDENTI CONOSCENZE TEORICO PRATICHE RELATIVE ALL'ELETTRONICA ANALOGICA E DIGITALE, DAL PUNTO DI VISTA DELLA FISICA DEI DISPOSITIVI E DA QUELLO DELLE APPLICAZIONI TECNOLOGICHE. L'INSEGNAMENTO SI BASA SULLE COMPETENZE ACQUISITE NEI CORSI PRECEDENTI, IN SPECIAL MODO DI ELETTROMAGNETISMO E DI TEORIA DEI CIRCUITI.CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE:GLI STUDENTI SARANNO IN GRADO DI PROGETTARE E REALIZZARE SEMPLICI CIRCUITI ELETTRONICI ANALOGICI E DIGITALI ED UTILIZZARE STRUMENTAZIONE AVANZATA PER LA MISURA DI GRANDEZZE ELETTRICHE. Prerequisiti CONOSCENZA ADEGUATA DI FISICA GENERALE E IN PARTICOLARE DEI CIRCUITI ELETTRICI.
MODULO 1 ELETTRONICA ANALOGICA (6 CFU) Contenuti LEZIONI TEORICHE (4 CFU): -LINEE DI TRASMISSIONE (ONDE ELETTROMAGNETICHE IN LINEE DI TRASMISSIONE: VELOCITÀ DI PROPAGAZIONE, IMPEDENZA, ADATTAMENTO DEL CARICO, COEFFICIENTE DI RIFLESSIONE). -INTRODUZIONE AI SEMICONDUTTORI ( CONDUZIONE ELETTRICA NELLA MATERIA. CONDUTTORI, ISOLANTI E SEMICONDUTTORI. CENNI ALLA TEORIA A BANDE DI ENERGIA NEI SOLIDI. GAP DI ENERGIA. ELETTRONI E LACUNE. CARATTERISTICHE ELETTRICHE DEI SEMICONDUTTORI). -GIUNZIONE PN( MODELLO DI TRASPORTO. CARATTERISTICHE CORRENTE TENSIONE. TIPI DI DIODI: RADDRIZZATORI, LED, FOTODIODO, CELLA SOLARE). -TRANSISTOR A GIUNZIONE( MODELLO DI TRASPORTO. CARATTERISTICHE CORRENTE TENSIONE, AMPLIFICATORE CON TRANSITOR. PUNTO DI LAVORO, GUADAGNO, BANDA PASSANTE, RANGE DINAMICO). -MOSFET ( MODELLO DI TRASPORTO. CARATTERISTICHE CORRENTE TENSIONE, AMPLIFICATORE CON MOSFET. PUNTO DI LAVORO, GUADAGNO, BANDA PASSANTE, RANGE DINAMICO). -AMPLIFICATORI OPERAZIONALI (MODELLO IDEALE DI AMPLIFICATORE OPERAZIONALE, CIRCUITI CON AMPLIFICATORI OPERAZIONALI, AMPLIFICATORI REALI, BANDA PASSANTE, OFFSET). -CONVERTITORI A/D E D/A (CARATTERISTICHE GENERALI DEI CONVERTITORI DIGITALE-ANALOGICO E ANALOGICO-DIGITALE. PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO E CIRCUITI PRINCIPALI DEI CONVERTITORI A/D E D/A). ESERCITAZIONI DI LABORATORIO (2 CFU): -MISURA DELLA VELOCITÀ DI PROPAGAZIONE, IMPEDENZA E COEFFICIENTE DI RIFLESSIONE DI UNA LINEA DI TRASMISSIONE COASSIALE. -CARATTERIZZAZIONE DI UN DIODO AL SILICIO, UN DIODO LED, UNA CELLA SOLARE. -COSTRUZIONE E CARATTERIZZAZIONE DI UN CIRCUITO AMPLIFICATORE UTILIZZANTE TRANSISTOR. -COSTRUZIONE E CARATTERIZZAZIONE DI UN CIRCUITO AMPLIFICATORE UTILIZZANTE MOSFET. -REALIZZAZIONE E CARATTERIZZAZIONE DI UN CIRCUITO UTILIZZANTE AMPLIFICATORI OPERAZIONALI.
Contenuti MODULO 2 ELETTRONICA DIGITALE (6 CFU) LEZIONI TEORICHE (3 CFU): -INTRODUZIONE A ELETTRONICA DIGITALE (QUANTITÀ DIGITALI E ANALOGICHE; LIVELLI LOGICI; FORME D'ONDA; OPERAZIONI LOGICHE). -SISTEMI DI NUMERAZIONE E CODICI (NUMERI BINARI; ARITMETICA BINARIA; COMPLEMENTO AD 1 E A 2; CODICE BCD E GRAY). - PORTE LOGICHE (INVERTER, AND, OR, NAND, NOR, XOR E XNOR; LOGICA PROGRAMMABILE; LOGICHE FISSE). FAMIGLIE LOGICHE (TECNOLOGIE, CARATTERISTICHE E PARAMETRI; CIRCUITI PMOS, NMOS, CMOS, TTL, ECL.) -ALGEBRA BOOLEANA E SEMPLIFICAZIONE LOGICA (TEOREMI DI DEMORGAN; ESPRESSIONI BOOLEANE E TAVOLE DI VERITÀ; MAPPA DI KARNAUGH. INTRODUZIONE A MULTISIM; UNIVERSALITA DELLE PORTE NAND E NOR). -LOGICA COMBINATORIA (SOMMATORI; COMPARATORI; DECODIFICATORI, CODIFICATORI; MULTIPLATORI; DEMULTIPLATORI; GENERAZIONE/VERIFICA DI PARITÀ). - LOGICA SEQUENZIALE (MULTIVIBRATORI, MEMORIE, FLIP/FLOP; IL TIMER 555). -CONTATORI E REGISTRI A SCORRIMENTO (CONTATORI; DECODIFICA DEI CONTATORI, CLOCK DIGITALE; REGISTRI A SCORRIMENTO; REGISTRI A SCORRIMENTO BIDIREZIONALE). -MEMORIA E STORAGE (MEMORIE A SEMICONDUTTORI; RAM, ROM, PROM E EPROM; MEMORIE FLASH; MEMORIE MAGNETICHE E OTTICHE). -LOGICHE PROGRAMMABILI (INTRODUZIONE AL DSP, ALL ACQUISIZIONE AUTOMATICA DEI DATI E AL MICROCONTROLLORE). ESERCITAZIONI DI LABORATORIO (3 CFU): -REALIZZAZIONE DI UNA SONDA LOGICA. -CONVERSIONE BINARIO A BCD USANDO IL BCD/7-SEGMENT DISPLAY DECODER. -VERIFICA SPERIMENTALE DI TAVOLA DELLE VERITA DI PORTE LOGICHE. -MISURA DELLE CARATTERISTICHE DICHIARATE NEI DATA SHEETS PER PORTE AND E INV. -ALGEBRA BOOLEANA VERIFICATA MEDIANTE PORTE LOGICHE OR, AND, INV; PORTE AND, INV, OR COSTRUITE CON PORTE NAND O NOR. -MULTIPLEXER COME DISPOSITIVO LOGICO PROGRAMMABILE. -ESPERIMENTI CON FLIP/FLOP E LM555. -ESPERIMENTI CON CONTATORI. -SVILUPPO DI UN PROGETTO MEDIANTE USO DEL MICROCONTROLLORE ARDUINO.
Metodi Didattici LEZIONI FRONTALI SUGLI ASPETTI TEORICI DEL CORSO. (7CFU) ESERCITAZIONI DI LABORATORIO ORIENTATE ALLA REALIZZAZIONE ED ALLA CARATTERIZZAZIONE DI SEMPLICI CIRCUITI ELETTRONICI. (5CFU) NON E' PREVISTO UN OBBLIGO DI FREQUENZA ALLE LEZIONI FRONTALI, MENTRE PER LE ESERCITAZIONI DI LABORATORIO BISOGNA FREQUENTARE ALMENO I 2/3 DELLE STESSE Verifica dell'apprendimento PER SOSTENERE L'ESAME BISOGNA AVER EFFETTUATO ALMENO 2/3 DELLE ESPERIENZE DI LABORATORIO ED AVER PRESENTATO LE RELATIVE RELAZIONI TECNICHE. L'ESAME CONSISTE IN UNA PROVA ORALE NELLE QUALE LO STUDENTE - ESPONE IL LAVORO SVOLTO IN LABORATORIO - RISPONDE A DOMANDE RELATIVE AI CONTENUTI DELLE LEZIONI FRONTALI. IL VOTO FINALE SARÀ STABILITO IN BASE ALLA VALUTAZIONE DELLE RELAZIONI PRESENTATE ED ALLA VALUTAZIONE DELLA QUALITA' E COMPLETEZZA DELL'ESPOSIZIONE ORALE. Testi RICHARD C. JAEGER, TRAVIS N. BLALOCK: MICROELECTRONIC CIRCUIT DESIGN. MCGRAW-HILL NY ISBN 978-0-07-338045-2 THOMAS L. FLOYD: DIGITAL FUNDAMENTALS, 10E, PEARSON EDUCATION, INC. NJ 2009. DAVID M. BUCHLA: EXPERIMENTS IN DIGITAL FUNDAMENTALS, 10E, PEARSON EDUCATION, INC. NJ 2009. COURSE NOTES (SLIDES). WWW.ARDUINO.CC WWW.NI.COM Altre Informazioni PER CONTATTARE IL DOCENTE DEL CORSO INVIARE UNA MAIL A SPAGANO@UNISA.IT O A GCARAPELLA@UNISA.IT INFORMAZIONI SUL CORSO E SUI CONTENUTI SONO ANCHE DISPONIBILI SUL SITO DEL DOCENTE