B2248 - ELECTRONICS FOR PHYSICS OF THINGS

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 participate to specific laboratory sessions dedicated to FPGA implementations of digital architectures and signal transmissions via high-speed electro/optical lines.

Contenuti

CONTENUTI GENERALI
Il corso fornisce le competenze di base, in relazione ai moderni metodi di progettazione elettronica e di elaborazione dei segnali analogici e digitali, per trattare i segnali provenienti dai dispositivi utilizzati nella fisica sperimentale.


Transistor
Studio dei transistor MOS e BJT a canale n e a canale p e del loro modello per piccoli segnali. Studio di configurazioni di amplificatori con drain e source comuni per i MOS e collettore ed emettitore comuni per i BJT.
Studio delle linee di trasmissione con le equazioni del telegrafista, le costanti e i metodi di terminazione per una buona trasmissione della forma d'onda.
Nozioni di base sulla modulazione di frequenza.
Nozioni di base sui trasformatori e sui trasformatori risonanti.
Soluzioni per circuiti risonanti: il principio dell'antenna.
Principio e teoria della bobina di Tesla.
Fondamenti dei sistemi di acquisizione dati, trasformazioni analogico-digitali e digitale-analogiche. La condizione di Nyquist.

APPLICAZIONI
Algoritmi matematici utilizzati in fisica nucleare e delle alte energie per il tracciamento delle particelle, implementati in dispositivi FPGA. L'esempio della trasformata di Hough.

ESEMPI DI LABORATORIO
La sessione di laboratorio consiste in una serie di dimostrazioni di circuiti analogici che verranno mostrati in aula. Particolare enfasi sarà data alla programmazione digitale delle FPGA commerciali (famiglie Xilinx).
La bobina Mini-Tesla sarà studiata, simulata e mostrata in una sessione di laboratorio.

Testi/Bibliografia

Il corso fornisce le slides delle lezioni

- L. Ricci, A. Perinelli, M. Prevedelli - The Physics Behind Electronics - Springer 2024

Metodi didattici

Il corso è suddiviso in due moduli separati.

Un modulo è orientato principalmente all'elettronica analogica, con particolare attenzione agli amplificatori e ai circuiti ad alta frequenza.
Un secondo modulo è incentrato principalmente sulle implementazioni FPGA di frontiera.

Verranno trattate le alte frequenze digitali, la sincronizzazione e i processi di lettura.

A ogni studente verranno mostrate alcune esperienze di laboratorio.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La valutazione complessiva consiste in

una valutazione orale su tutti gli argomenti del corso

oppure

un progetto/disegno realizzato dallo studente in accordo con il professore.

La seconda opzione deve essere realizzata con una relazione del lavoro.

In ogni caso, lo studente deve presentare oralmente il proprio lavoro alla commissione d'esame e, se possibile, ad altri studenti. Dopo la presentazione, ci sarà una sessione di domande aperte: in media tre.

Solo se lo studente risponde completamente alle domande il voto sarà 30. In caso contrario, il voto sarà detratto. In caso contrario, il voto sarà detratto di 1-4 punti per ogni domanda incompleta.

Studenti con DSA o disabilità temporanee o permanenti: si raccomanda di contattare per tempo l'ufficio universitario competente (https://site.unibo.it/studenti-con-disabilita-e-dsa/it): sarà loro cura proporre agli studenti interessati eventuali adattamenti, che dovranno comunque essere sottoposti, con 15 giorni di anticipo, all'approvazione del docente, che valuterà l'opportunità anche in relazione agli obiettivi formativi del corso.

Strumenti a supporto della didattica

Gli studenti avranno a disposizione le slides relative agli argomenti trattati nel corso e il materiale trattato durante gli esperimenti di laboratorio.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Alessandro Gabrielli

Consulta il sito web di Nicolò Tosi