-Revisione dei concetti di base di elettronica.
-Trasformate di Laplace e impedenza di ingresso e di uscita in un sistema lineare.
-Rumore elettronico e applicazioni
-Sistemi di retroazione e loro applicazioni
-Amplificatori operazionali
-Circuiti per rivelazione di segnali luminosi
-Applicazioni dell'amplificatore operazionale (fra cui controllo PID)
-Cenni a elettronica a radiofrequenza
-Stabilizzazione di fase di oscillatori (Phase Locked Loops)
-Esperienze di laboratorio.
Il corso ha lo scopo di introdurre allo studente i sistemi di controllo per varie applicazioni nel campo della fisica e degli esperimenti in fisica. Al termine del corso lo studente avrà a disposizione strumenti matematici e capacità sperimentali per l'analisi di a) sistemi lineari, b) sistemi di controllo e c) rumore (fluttuazioni) in sistemi fisici. Lo studente avrà acquisito esperienza tale da condurre misure con strumenti elettronici con consapevolezza delle caratteristiche e tale da progettare circuiti elettronici (analogici) semplici.
In questo senso il corso risponde a Descrittori di Dublino, ovvero si sviluppano:
- conoscenza e comprensione;
- capacità di applicare conoscenza e comprensione;
- autonomia di giudizio;
- abilità comunicative;
- capacità di apprendimento.
Prerequisiti
Analisi di circuiti elettronici semplici con generatori di tensione/corrente, resistori, condensatori e induttori.
Metodi Didattici
Lezioni frontali e sessioni di laboratorio. Numero di ore totale: 56
Altre Informazioni
Ricevimento su appuntamento: nicola.poli@unifi.it
davide.bacco@unifi.it
leonardo.salvi@unifi.it
Modalità di verifica apprendimento
Relazioni scritte sulle esperienze di laboratorio ed esame orale, basato sulla presentazione dei dati sperimentali e successiva discussione e verifica di tutto il programma.
Programma del corso
- Sistemi lineari tempo-invarianti, risposta, funzione di trasferimento nel dominio di Laplace, poli e zeri della funzione di trasferimento, applicazioni a sistemi del primo e del secondo ordine, calcolo impedenza di ingresso e di uscita per una rete lineare, esempi e applicazioni
- Rumore elettronico, processi ergodici e stazionari, varianza, densità spettrale di rumore, sorgenti di rumore elettronico comuni, rumore in uscita ad un sistema lineare con ingresso rumoroso, combinazione di sorgenti di rumore, rumore Johnson e shot e applicazioni, rumore di fase e frequenza negli oscillatori, varianza di Allan e applicazioni a sorgenti di rumore, trasformata di Fourier discreta.
- Sistemi di retroazione, funzione di trasferimento ad anello chiuso, sensibilità al guadagno ad anello aperto, effetti del rumore e di nonlinearità, applicazioni a sistemi di controllo di corrente, dinamica dei sistemi di retroazione, sistemi del primo, secondo e terzo ordine, stabilità e test di Nyquist, stabilità relativa, compensazione, margine di fase e di guadagno, considerazioni generali sulla costruzione di sistemi di retroazione, applicazioni all'operazionale in configurazione non invertente, caratteristiche statiche e dinamiche degli operazionali.
- Rivelazione di segnali ottici, fotodiodi, circuiti con resistenza di carico, polarizzazione inversa dei fotodiodi, amplificatore a transimpedenza, banda e rumore, fotodiodi differenziali e boostrapped, esperienza in laboratorio.
- Segnali singoli e differenziali, amplificatori differenziali e per strumentazione, pompa di Howland, circuiti comparatori, trigger di Schmitt, integratori, derivatori, sommatori e controllo PID, esperienza in laboratorio sul controllo di temperatura, filtri passa-tutto e sistemi a non minima fase.
- Cenni a elettronica a radiofrequenza, linee di trasmissione, trasformatori, mixers, analizzatori di spettro, oscillatori controllati in tensione, contatori di frequenza, rivelatori di fase e di fase-frequenza, esperienza in laboratorio su sistemi ad aggangio di fase (Phase Locked Loops).