Elettronica e Sensori Ottici

Elettronica e Sensori Ottici

    1.           Informazioni generali

1.1      SSD: ING-INF/01

1.2      Crediti: 6 (Elettronica) + 3 (Sensori Ottici)

1.3    Lingua: Italiano

1.4      Calendarizzazione e orario: I anno – II semestre - 

1.5      Offerto a: Laurea Magistrale in Ingegneria Spaziale e Astronautica

1.6      Tipologia di valutazione: esame scritto e orale con votazione in trentesimi.

1.7    Appelli e date: iscriversi agli appelli su INFOSTUD.  Prossima data e aula dello scritto 10 Febbraio 2017 ore 15 aula 11

2.           Obiettivi del modulo e capacità acquisite dallo  studente

L’obiettivo del corso di Elettronica da 6 crediti consiste nel fornire una conoscenza solida e coordinata delle caratteristiche e delle metodologie di dimensionamento di componenti e circuiti elettronici elementari di base per qualunque tipologia di sistema elettronico. Attraverso concetti generali unitamente alle esperienza di laboratorio e con qualche cenno ad alcune informazioni di base sulle tecnologie dei semiconduttori e le loro proprietà elettroniche, lo studente alla fine del corso è in grado di comprendere le caratteristiche e le specifiche principali di componenti, circuiti e sistemi elettronici. 

L'obiettivo del modulo di Sensori ottici da 3 crediti è quello di fornire le conoscenze basilari dei fotorivelatori a semiconduttore, la struttura e il funzionamento dei sensori ottici per la rivelazioni di immagini in applicazioni spaziali e di telerilevamento.

3.           Prerequisiti

Concetti base di circuiti elettrici dai corsi di Fisica II ed Elettrotecnica

4.           Risultati di apprendimento attesi

MODULO DI ELETTRONICA: gli studenti saranno in grado di analizzare circuiti elettronici analogici e digitali e sapranno progettare semplici sistemi elettronici. MODULO DI SENSORI OTTICI :Gli studenti saranno in grado di comprendere il funzionamento dei sensori di immagine e confrontare le prestazioni delle diverse tecnologie disponibili in funzione dei requisiti di sistema. 

5.           Programma

Modulo da 6 crediti di Elettronica

Introduzione ai segnali elettronici analogici e digitali. Teorema di Shannon. Campionamento e discretizzazione di segnali tempo-continui. Rappresentazione di segnali nel dominio della frequenza. Bande di frequenza e relative applicazioni elettroniche. Generalità sui sistemi elettronici. Richiami di componenti bipolari e reti lineari due porte. Definizioni e caratteristiche degli amplificatori elettronici: concetti di saturazione, rumore, banda passante. Circuiti a singola costante di tempo (STC) e loro comportamento nel dominio del tempo in risposta a segnali canonici (gradini e impulsi). Risposta in frequenza di circuiti STC. Amplificatori operazionali (OP-AMP) e loro principali impieghi nelle configurazioni invertenti e non invertenti. Circuiti con OP-AMP: filtri attivi, derivatori, integratori, sommatori, amplificatori differenziali, convertitori tensione-corrente. Limitazioni di OP-AMP: slew rate, reiezione di modo comune, correnti di polarizzazione, tensione di offset. Proprietà elettroniche dei semiconduttori e meccanismi di trasporto di carica. Correnti di diffusione, di trasporto, generazione e ricombinazione di portatori. Le giunzioni a semiconduttore: proprietà all’equilibrio e in polarizzazione. Struttura e principio di funzionamento di diodi, transistor bipolari (BJT) e transistori ad effetto di campo MOSFET. Principali circuiti a diodi e loro applicazioni: raddrizzatori a singola e doppia semionda. Regolatori di tensione con diodi Zener. Progetto di alimentatori in continua. Rivelatori di picco. Analisi e confronto di stadi di amplificazione a  BJT: a emettitore comune, base comune e collettore comune. Analisi e confronto di stadi di amplificazione a MOSFET: source comune, gate comune, drain comune.  Specchi di corrente. Coppie differenziali. Cenni introduttivi di elettronica digitale. Esperienze di laboratorio su circuiti didattici a diodi e OP-AMP su cui gli studenti effettuano misure mediante impiego di alimentatori stabilizzati, oscilloscopi digitali e generatori di segnali. 

Modulo da 3 crediti Sensori Ottici

Fotorivelatori a semiconduttore. Concetti di base: efficienza  quantica, sensibilità, compromesso banda-sensibilità, correnti di buio. Fotoconduttori, fotodiodi a giunzione p-n, p-i-n e a barriera Schottky, celle solari. Fotodiodi a valanga. Principio di funzionamento e caratteristiche di celle solari. Fotocatodi, fotorivelatori in tubi a vuoto e fotomoltiplicatori: strutture, tecnologie applicazioni e prestazioni. Struttura e principio di funzionamento di charge coupled devices e CMOS per sensori di immagini. Rumore nei fotorivelatori, calcolo rapporto segnale-rumore e confronto prestazioni. Fotorivelatori termici e a semiconduttori operanti a vicino e medio infrarosso per applicazioni di telerilevametno ambinetale a altre applicazioni spaziali.

           6.    Materiale didattico

• A. S. Sedra, K. C. Smith, Circuiti per la microelettronica, 4a Ed. Italiana (6a Inglese) EdiSES o precedenti.

• S. M. Sze, Dispositivi a semiconduttore, Hoepli.

• A. d’Alessandro, Diapositive del corso in pdf.

• S. Donati, Fonorivelatori, AEI

• Appunti di lezione

• Materiale integrativo (lucidi/diapositive del corso, articoli) disponibile sul sito web

        7.           Sito web di riferimento con materiale per lo studio (accesso riservato con password)

https://elearning2.uniroma1.it/course/view.php?id=4067