Esperimentazioni di Fisica 2 a.a. 2006/07

Esperimentazioni di Fisica 2 a.a. 2006/07

Annarita Margiotta [email protected]

tel. 0512095226

Gianni Siroli [email protected] tel.: 051209xxxx

Scopi del corso

• fornire i principii di base e gli elementi tecnico- pratici relativi allo studio dei circuiti elettrici e

dell’elettronica a semiconduttori lineare e digitale

• introduzione all’uso della strumentazione di base per le misure elettriche

• introduzione alla strumentazione in uso nelle

osservazioni astronomiche e astrofisiche

Programma del corso

• cenni di elettromagnetismo classico:

• cariche, forze, potenziali, campi

• elettronica analogica:

– grandezze fondamentali per l’analisi dei circuiti elettronici ed elementi lineari dei circuiti:

• tensione

• corrente

• resistenza

• capacità

• induttanza

– leggi di Ohm e di Kirchhoff

• legge di Ohm generalizzata

– formalismo complesso – filtri

• cenni sulla struttura a bande

• semiconduttori

• elementi non lineari

– passivi : diodi

– attivi : transistor - BJT; FET

• amplificatori

• ADC/DAC

• richiami sulla teoria degli errori

• introduzione al laboratorio

• elettronica digitale:

– fondamenti di logica simbolica (algeba di Boole) – porte logiche e tavole di verità

– circuiti digitali combinatori:

• multiplexer

• codificatori

• decodificatori

• sommatori

• genaatori di parità

• ROM

• PLA

– circuiti sequenziali :

• flip-flop

• registri

• contatori

• introduzione ai sistemi di acquisizione dati

• CCD ad uso astronomico

• fotomoltiplicatori

• radiotelescopi

• Esercitazioni di laboratorio

Testi consigliati

• Resnick, Halliday, Krane – Fisica 2, C.E.A.

• Millman, Grabel - Microelettronica, McGraw-Hill

• Dell’Orso, Falchini, Flaminio,Nicolò, Roda, Spinella – Introduzione all’elettronica – parte I, Edizioni ETS

• Dell’Orso, Falchini, Flaminio,Nicolò, Roda, Spinella – Introduzione all’elettronica – parte II, Edizioni ETS

• Martinez, Klotz – A practical guide to CCD astronomy, Cambridge University Press

Tutti i testi sono disponibili nella biblioteca del Dipartimento di Astronomia

 = 10⁺¹⁵  m

 = 10^{- 8}  m

 = da 10^{- 3} a 10 ²  m Isolanti: Vetro, plastica, polistirolo

Semiconduttori: Germanio, silicio, boro Conduttori: Rame, ferro, alluminio

0,01 

da 1 K a 100 M

10¹³  isolante

semiconduttore conduttore



Resistenza di un filo di lunghezza 3 m e sezione 3 mm

L = 3 m A = 3 mm²

RESISTIVITA’ : metro (ohm metro) RESISTENZA R =   L / A ohm

RESISTORI

schema di reticolo cristallino moto caotico delle cariche libere

velocità media tra 2 urti ≈ 10⁶ m/s

velocità di deriva ≈ 10^-2 - 10^-3 m/s

• simbolo circuitale resistenza

• dipendenza di e quindi di R dalla temperatura

questi valori valgono per una temperatura prefissata

• legge di Ohm: in un conduttore metallico l'intensità di corrente (a temperatura T costante) è direttamente proporzionale alla tensione applicata ai suoi capi e

inversamente proporzionale alla resistenza del conduttore.

i(t) = 1/R v(t)

• Per un conduttore ohmico la resistenza è indipendente dalla ddp applicata

R V

I

- +

v (t) = R  i(t)

IMPORTANTE:

il verso convenzionale della corrente va dal polo positivo al polo

facciamo il punto della situazione 1

• conduttori - isolanti

• intensità di corrente i = dq/dt : 1 Ampere = 1 Coulomb/s

• nei conduttori la corrente è data dal movimento di elettroni (unipolare).

• per convenzione il verso positivo della corrente è quello che si avrebbe se si muovessero le cariche positive.

• differenza di potenziale elettrica (o forza elettromotrice o tensione):

Volt

• generatore di tensione (ideale): dispositivo che mantiene costante una ddp ai capi di un carico, indipendentemente dal valore del

carico

• generatore di corrente (ideale): dispositivo che fornisce una corrente indipendentemente dal carico

• resistenza : Ohm

• RESISTORI : v(t) = R i(t) legge di Ohm

• capacità : Farad

• CAPACITORI (CONDENSATORI) : q(t) = C v(t)  v(t) = 1/C ∫ i(t) dt

• induttanza : Henry

• INDUTTORI : v(t) = L di(t)/dt

facciamo il punto della situazione 2

definizione di circuito – maglia – ramo – nodo leggi di Kirchhoff

resistenze serie /parallelo condensatori serie/parallelo generatori ideali/reali

Generatore di tensione ideale e reale

Un generatore di tensione ideale è un generatore che produce la stessa tensione indipendentemente dal carico; questo equivale a dire che ha una resistenza interna nulla.

Ciò non accade nel generatore reale in cui, a causa della resistenza interna, la tensione decresce all’aumentare del carico.

L i

i L

i L

i L

R R R V

R R

V V

1   0



 

R_i



R_L V_i

V_L

Generatore di corrente ideale e reale

resistenza interna infinita.

Ciò non accade nel generatore reale, la cui la resistenza interna ha un valore finito.



 





 







i L L

L i

L i L

L L

R I R

R R

R

R I R

R I V

1

1 1

R_i R_L

I V_L

i(t) = dq / dt

capacità – analogia idraulica