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