ELECTRONICS AND APPLICATIONS

Obiettivi formativi

Il corso si propone di fornire allo studente gli elementi di base e una panoramica sullo stato dell’arte delle catene elettroniche associate a rivelatori di radiazioni e particelle: conoscenza delle architetture elettroniche per l’estrazione ottimale delle informazioni prodotte nei rivelatori; Criteri di progetto dell’elettronica di front-end e della caratterizzazione dei rivelatori; metodologie di indagine utilizzate per lo studio del funzionamento dei circuiti elettronici e dei risultati delle misure.

Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding).

Comprensione critica dei principali fenomeni che determinano il rumore elettronico. Comprensione dei metodi di ottimizzazione del rapporto segnale rumore. Misure di tempo e di carica. La conversione analogico-digitale. Le logiche programmabili. I simulatori elettronici e la strumentazione di test. I programmi di calcolo per l’analisi automatica dei risultati.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione (applying knowledge and understanding)

Capacità di identificare i blocchi essenziali di una catena elettronica associata ad un rivelatore. Capacità di simulare e verificare il funzionamento di circuiti elettronici. Capacità di realizzare piattaforme di test e analisi automatiche. Capacità di utilizzare gli strumenti per applicare soluzioni a nuovi problemi (problem solving) e in diversi contesti.

Abilità comunicative (communication skills).

Competenze nella comunicazione nell’ambito dei rivelatori e dell’elettronica associata.

Capacità di apprendimento (learning skills).

Acquisizione di adeguati strumenti conoscitivi per l'aggiornamento continuo delle conoscenze e della capacità di accedere alla letteratura specializzata nel campo dell’elettronica associata ai rivelatori.

Le lezioni frontali sono condotte in aula avvalendosi di lavagna multimediale per consentire l'interattività con gli studenti e l'integrazione del materiale didattico.

Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato sopra, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.

Durante le lezioni gli studenti possono intervenire per domande o approfondimenti. Nella parte conclusiva di ogni lezione il docente effettua una verifica a campione del livello di apprendimento e introduce il contenuto della lezione seguente.

La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.

Obbligatoria

Il corso si propone di fornire allo studente gli elementi di base e una panoramica sullo stato dell’arte delle catene elettroniche associate a rivelatori di radiazioni e particelle: conoscenza delle architetture elettroniche per l’estrazione ottimale delle informazioni prodotte nei rivelatori; Criteri di progetto dell’elettronica di front-end e della caratterizzazione dei rivelatori; metodologie di indagine utilizzate per lo studio del funzionamento dei circuiti elettronici e dei risultati delle misure.

Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding).
Comprensione critica dei principali fenomeni che determinano il rumore elettronico. Comprensione dei metodi di ottimizzazione del rapporto segnale rumore. Misure di tempo e di carica. La conversione analogico-digitale. Le logiche programmabili. I simulatori elettronici e la strumentazione di test. I programmi di calcolo per l’analisi automatica dei risultati.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione (applying knowledge and understanding)
Capacità di identificare i blocchi essenziali di una catena elettronica associata ad un rivelatore. Capacità di simulare e verificare il funzionamento di circuiti elettronici. Capacità di realizzare piattaforme di test e analisi automatiche. Capacità di utilizzare gli strumenti per applicare soluzioni a nuovi problemi (problem solving) e in diversi contesti.
Abilità comunicative (communication skills).
Competenze nella comunicazione nell’ambito dei rivelatori e dell’elettronica associata.
Capacità di apprendimento (learning skills).
Acquisizione di adeguati strumenti conoscitivi per l'aggiornamento continuo delle conoscenze e della capacità di accedere alla letteratura specializzata nel campo dell’elettronica associata ai rivelatori.

Contenuti del corso

Teoria dei segnali. Fisica dei dispositivi elettronici. Cenni sui meccanismi di rivelazione, modello semplificato del rivelatore. Il rumore elettronico, strategie di misura. Ottimizzazione rapporto segnale rumore ed influenza nelle misure di tempo, carica, energia, hit. Amplificatori di tensione, corrente e carica. Il preamplificatore, il formatore, shaping dei segnali e rapporto segnale-rumore. Le linee di trasmissione nel dominio del tempo, linea ideale e con perdite. Il simulatore SPICE. Il campionamento e la conversione analogico-digitale (ADC). Le logiche programmabili. Cenni sulla piattaforma LabView per l’acquisizione e l’analisi automatica dei risultati.

1) H. Spieler, Semiconductor Detector Systems, Oxford Science Publications;
2) Bolognesi - Tecnologia dei semiconduttori - Zanichelli - 1965;
3) Calzolari, Grafi - Elementi di elettronica - Zanichelli- 1984;
4) Massobrio - Modelli dei Dispositivi a Semiconduttore - Angeli - 1986;
5) Millman - Circuiti e Sistemi Microelettronici - Boringheri - 1985.

Verifica dell’apprendimento

La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.

I criteri adottati per la valutazione sono: la pertinenza delle risposte rispetto alle domande formulate, il livello di approfondimento dei contenuti esposti, la capacità di collegamento con altri temi oggetto del programma e con argomenti già acquisiti in corsi di anni precedenti, la capacità di riportare esempi, la proprietà di linguaggio e la chiarezza espositiva.

Descrizione dell'effetto transistor e schemi di polarizzazione. Ottimizzazione del rapporto segnale rumore riferita alla catena elettronica di acquisizione per un rivelatore. Linee di trasmissione nel dominio del tempo. Configurazioni per amplificatori operazionali. Meccanismi di generazione di rumore elettronico. Rivelazione diretta e indiretta di radiazioni. Conversione analogico-digitale.