Laboratorio di Fisica 3

Università degli Studi di Napoli “Federico II” – Area Didattica di Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali
Corso di Laurea in Fisica
Classe L-30 “Fisica” del DM 270/04
Programmi degli insegnamenti dell’A.A. 2013/2014
Laboratorio di Fisica 3
Prof. Mariagrazia Alviggi (gruppo 2)
III anno, 1° semestre; 10 CFU/94 ore (LF = 6.5 CFU/52 ore, LAB = 3.5 CFU/42 ore)
[1 CFU di lezione frontale (LF) o esercitazioni (ES) = 8 ore (+ 17 di studio);
1 CFU di attività in laboratorio (LAB) = 12 ore (+ 13 di studio).]
E-mail del docente:
Tel. del docente:
Sito web del docente:
[email protected]
081676135
http://www.docenti.unina.it/mariagrazia.alviggi
Codice del Corso di Laurea: N85
Codice dell’insegnamento: 12440
Linee di trasmissione
Rappresentazione elettrica di una linea di trasmissione reale. Linee di trasmissione ideali: velocità di
propagazione del segnale ed impedenza caratteristica della linea. Terminazione di una linea di
trasmissione. Il coefficiente di riflessione. Riflessioni multiple. Adattamento di una linea.
Generazione di impulsi rettangolari. Attenuazione di una linea di trasmissione reale. Cavo coassiale.
Splitter passivo. Attenuatore compensato, sonda dell’oscilloscopio.
Diodi a giunzione
Cenni sulle caratteristiche dei semiconduttori. Il diodo a giunzione. Caratteristica voltamperometrica e
dipendenza dalla temperatura. Capacità di transizione e di diffusione. Il diodo come elemento circuitale.
Modelli del diodo. Circuiti tosatori.
Il transistor a giunzione
Nomenclatura, simboli circuitali e convenzioni. Il transistor a circuito aperto. Il transistor polarizzato
nella regione attiva. Le componenti della corrente in un transistor. Il parametro.
Caratteristiche di ingresso e di uscita del transistor. Il transitor nella configurazione ad emettitore comune:
regione d’interdizione, regione attiva, regione di saturazione. Effetto Early. Il parametro.
Il transistor come elemento circuitale. Il punto di lavoro. Il circuito di polarizzazione fissa. Il circuito di
autopolarizzazione. Modello lineare del transistor per piccoli segnali e basse frequenze: il modello a
parametri ibridi. Il modello a parametri ibridi semplificato. Applicazioni del modello a parametri ibridi
semplificato: l’amplificatore CE, l’amplificatore CE con resistenza sull’emettitore, l’amplificatore CC.
Stadi di amplificazione in cascata. La risposta in frequenza degli amplificatori.
Larghezza di banda. Diagrammi di Bode. Il transistor come interruttore. Tempi di commutazione del
transistor.
Circuiti fondamentali per sistemi digitali
Sistema di numerazione binario. Le funzioni logiche fondamentali: OR, AND, NOT. Tabella di verità di
una funzione logica. Relazioni di algebra booleana. La funzione XOR. Le leggi di De Morgan. Porte
NAND e NOR. La porta NAND nella logica transistor-transistor (TTL). Fan-in e fan-out di una porta
logica. Stadi di uscita della logica TTL: a totem-pole, a collettore aperto.
Sistemi logici integrati sequenziali e combinatori
Sommatori binari. Sottrazione binaria. Comparatore digitale. Decodificatori. Il codice BCD.
Codificatori. Multiplexer e Demultiplexer. Memorie a sola lettura (ROM). Flip-flop SR, JK, JK masterslave, D e T. Il Registro a scorrimento. Scale di conteggio asincrone.
Amplificatori operazionali
L'amplificatore differenziale con accoppiamento sull'emettitore e la sua caratteristica di trasferimento.
L’amplificatore operazionale. Caratteristiche di un amplificatore operazionale ideale.
Caratteristiche degli amplificatori operazionali reali. Applicazioni lineari degli operazionali: amplificatore
invertente e non invertente, sommatore e sottrattore analogico, derivatore ed integratore. Applicazioni non
lineari degli operazionali: comparatori, trigger di Schmitt, astabile, monostabile. Convertitori digitaleanalogico ‘a resistori pesati’ ed analogico-digitale ‘a contatore’ e flash ADC.
Transistor a effetto di campo
Il transistor a effetto campo a giunzione (J-FET). Principio di funzionamento e caratteristiche. Il transistor
a effetto campo metallo-ossido-semiconduttore (MOSFET). Il MOSFET ad arricchimento e sue
caratteristiche. Invertitore e circuiti logici a MOSFET. MOSFET complementari e funzioni logiche
CMOS.
Interazione della radiazione con la materia
La sezione d’urto differenziale ed integrale. Perdita di energia di particelle cariche per collisioni: il
calcolo di Bohr e la formula di Bethe-Bloch. Range. Straggling. Calcolo della perdita di energia con il
dE/dx e con il metodo del range. Perdita di energia per gli elettroni. Bremsstrahlung. Interazione dei
fotoni con la materia: effetto fotoelettrico, diffusione Compton, creazione di coppie elettrone-positrone. Il
coefficiente di attenuazione totale. Sciami elettromagnetici. Radiazione Cherenkov.
Rivelatori di radiazione e particelle cariche
Rivelatori a gas. Regimi di funzionamento. Camera a ionizzazione. Contatore proporzionale.
Camere proporzionali multifilo. Camere a drift. Rivelatori a scintillazione: scintillatori, raccolta di luce,
fotomoltiplicatore, partitore di tensione. Rivelatori a stato solido: compensati e iperpuri.
Rivelatori a silicio ed al germanio.
Testi consigliati
J. Millman : Circuiti e sistemi microelettronici (Boringhieri)
W.R. Leo: Technique for nuclear and particle physics experiments (SpringerVerlag)