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Oggetto:
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Laboratorio di elettronica

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Electronics laboratory

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Anno accademico 2024/2025

Codice attività didattica
MFN0580
Docenti
Ernesto Migliore (Titolare del corso)
Carlo Francesco Vigorito (Titolare del corso)
Corso di studio
008703 Laurea in Fisica
Anno
3° anno
Periodo
Primo semestre
Tipologia
C=Affine o integrativo
Crediti/Valenza
6
SSD attività didattica
FIS/01 - fisica sperimentale
Erogazione
Tradizionale
Lingua
Italiano
Frequenza
Obbligatoria
Tipologia esame
Prova pratica
Tipologia unità didattica
corso
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Sommario insegnamento

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Obiettivi formativi

L'insegnamento concorre alla realizzazione degli obiettivi formativi del Corso di Laurea in Fisica (L30), in particolare per quanto riguardo alla capacità di utilizzo in modo autonomo di strumentazione di laboratorio adeguate alle tecnologie attualmente in uso.
Scopo dell'insegnamento è  acquisire i fondamenti di elettronica applicati alla misura e la capacità di realizzare circuiti elettronici con componenti di tipo analogico e digitale, quali amplificatori operazionali, multivibratori e convertitori analogico digitali.  

The course contributes to the achievement of the educational goals of the Bachelor Degree in Phyiscs (L30), specifically with respect to the ability to use independently laboratory equipments adequately for the current technologies. The aim of this course is to learn fundamentals of electronics applied to the measurement and the ability to implement simple electronic circuits using analog and digital components such as operational amplifiers, mono/bi-stable vibrators and analog-to-digital converters.

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Risultati dell'apprendimento attesi

Conoscenza e comprensione.
L'insegnamento, rivisitando argomenti di elettronica di base per presentarne poi la verifica sperimentale, permette di approfondire la conoscenza dei principi dell'elettronica analogica e digitale.
Gli studenti devono comprendere le modalità di funzionamento delle strumentazioni di laboratorio e della componentistica tipicamente utilizzate nelle misure di elettronica nonché effettuare analisi statistiche.
Infine la necessità di analizzare i dati sperimentali e di redigere una relazione di laboratorio rafforza le competenze computazionali e informatiche.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione.
L’attività di laboratorio richiede innanzitutto la capacità di effettuare misure di laboratorio e la capacità di interpretare i dati sperimentali attraverso una corretta trattazione statistica.
Soprattutto l'attività di laboratorio permette di imparare ad affrontare i problemi in nuovi contesti e di comprendere nuovi problemi riconoscendone gli aspetti essenziali; permette inoltre di progettare studi sperimentali e di analizzarne i risultati.

Capacità di giudizio.
Acquisizione di criteri di base per realizzare e verificare il corretto funzionamento di un semplice circuito con componenti elettroniche discrete.

Abilità comunicative.
Acquisizione di competenze nel redigere una relazione scientifica sulle esperienze effettuate in laboratorio e nel discutere le procedure adottate ed i risultati ottenuti.

Capacità di apprendimento.
Al termine dell'insegnamento lo studente avrà acquisito la capacità di realizzare e caratterizzare in modo autonomo circuiti elettronici di difficoltà intermedia grazie alle capacità che avrà sviluppato nell'uso della documentazione tecnica dei componenti e dei manuali di laboratorio.

Knowledge and understanding.
The course, rexamining the basic topics in electronics and presenting their experimental verification, allows to increase knowledge of fundamentals of analog and digital electronics.
The students must understand how laboratory equipments and components typically used in the electronics measurement work, as well as perform statistical analysis.
Eventually, the need to analyze the experimental data and to prepare a lab report strengthens the computational and computing skills.

Applying knowledge and understanding.
Lab activity requires the skills of performing lab measurements and to interpret them through a correct statistical treatment of the experimental data.
Specifically, lab activity allows to learn how to deal with problems in different contexts and to understand new problems by recognizing the essential aspects; also it allows to design simple experiments and to analyze their results.

Making judgements.
Acquisition of basic criteria to set up and verify the correct functioning of a simple circuit with discrete electronic components.

Communication skills.
Acquisition of skills in preparing a scientific report of the activity carried on in the lab, and in discsussing/defeniding the procdures followed and the results obtained.

Learning skills.
At the end of the course the student will acquire the ability to set up and characterize independetly electronic circuits of intermediate difficulty, thanks to the skills developed in using the technical documentation of the components and the manuals of the lab equipments.

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Programma

Elettronica analogica

  • Fondamenti di elettronica applicata alla misura di grandezze fisiche.
  • Uso dei componenti e circuiti fondamentali.
  • Linee di trasmissione.
  • Fondamenti sui semiconduttori e circuiti con diodi.
  • Gli amplificatori: caratteristiche e amplificatori operazionali.

Elettronica digitale

  • Le funzioni logiche e i circuiti logici fondamentali.
  • I circuiti logici integrati, la logica TTL, multivibratori e applicazioni connesse.
  • La conversione digitale-analogico.
  • La conversione analogico-digitale.

Esperienze di laboratorio

  • Misure di linee di trasmissione
  • Realizzazione di un circuito con SiPM
  • Applicazioni di circuiti con diodi
  • Esperienze con amplificatori operazionali
  • Realizzazione di un convertitore analogico-digitale (SAR): progettazione, montaggio analogico e digitale, verifiche, caratterizzazioni, campionamento. Acquisizione dati tramite una scheda Arduino UNO.

Analog electronics

  • Fundamental concepts in electronics applied to measurements.
  • Use of fundamental components and circuits.
  • Transmission lines.
  • Fundamental concepts in semiconductors and diode circuits.
  • Amplifiers: characteristics and operational amplifiers.

Digital electronics

  • Logical functions and fundamental logic gates.
  • Integrated logic gates, TTL logic, multivibrators and connected applications.
  • Digital-to-analog conversion.
  • Analog-to-digital conversion.

Laboratory experiments

  • Measurements with transmisson lines
  • Assembly and characterization of a circuit with a SiPM
  • Applications of circuits with diodes
  • Experiments with operational amplifiers
  • Assembly and characterization of an analog-to-digital converter (SAR): design, analog and digital assembly, tests, characterizations, sampling. Data acquisition using an Arduino UNO board.
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Modalità di insegnamento

Lezioni frontali di introduzione alle esperienze di laboratorio (10h per la parte di elettronica analogica e 10h per la parte di elettronica digitale). Sessioni in laboratorio (11 sessioni distribuite su 5 settimane con frequenza obbligatoria, 3h-4h per ciascuna sessione) per la realizzazione delle esperienze proposte.

Frontal lecturing introducing the laboratory activities (analog electronics: 10h; digital electronics: 10h). Hands-on sessions in the lab (11 sessions scheduled in 5 weeks, 3h-4h per session, attendance required) for carrying out the proposed experiments.

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Modalità di verifica dell'apprendimento

Verifica dello stato di avanzamento nella realizzazione dei circuiti assegnati nelle varie lezioni in laboratorio.

La verifica d'esame consiste di:

  • discussione delle relazioni svolte;
  • verifica pratica e discussione in laboratorio dei circuiti realizzati;
  • calcolo scritto di un particolare aspetto;
  • verifica orale dei fondamenti teorici di funzionamento e relative applicazioni.

La durata totale dell'intera prova è di ca. 1 ora. L'esame viene svolto in sede di laboratorio.


Progress in the implementation of the circuits is monitored on a daily basis during the lab sessions.

The examination test consists of:

  • discussion of the reports on the experiments;
  • practical test and discussion in the laboratory of the circuits made;
  • written calculation of some parameter of the circuits implemented;
  • oral test about the foundations of the devices used and of the related applications.

The total duration of the test is about 1 hour. The examination is carried out in the laboratory.

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Attività di supporto

Le videoregistrazioni delle lezioni dell'a.a. 2021/22 sono disponibili su moodle (link).

The video-recordings of the lectures hold in 2021/22 are available on moodle (link).

Testi consigliati e bibliografia

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Copie delle slides mostrate a lezione, indicazioni di testi base, schemi di base delle esperienze da realizzare, manuali e specifiche dei componenti sono reperibili sulla pagina web del corso.

Slides shown during the lectures,  schematics of the experiments, manuals and datahseets of the devices used can be found on the course web page.



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Note

Gli/le studenti/esse con DSA o disabilità, sono pregati di prendere visione delle modalità di supporto (https://www.unito.it/servizi/lo-studio/studenti-e-studentesse-con-disabilita) e di accoglienza (https://www.unito.it/accoglienza-studenti-con-disabilita-e-dsa) di Ateneo, e in particolare delle procedure necessarie per il supporto in sede d’esame (https://www.unito.it/servizi/lo-studio/studenti-e-studentesse-con-disturbi-specifici-di-apprendimento-dsa/supporto)

Students with SLD or disabilities are kindly asked to read the support options
(https://www.unito.it/servizi/lo-studio/studenti-e-studentesse-con-disabilita) and the reception methods (https://www.unito.it/accoglienza-studenti-con-disabilita-e-dsa) of UniTo, and specifically the procedures for support during the exam (https://www.unito.it/servizi/lo-studio/studenti-e-studentesse-con-disturbi-specifici-di-apprendimento-dsa/supporto
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    Ultimo aggiornamento: 22/05/2024 16:32
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