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)