ELEMENTI DI ELETTRONICA
Anno accademico 2023/2024 - Docente: DOMENICO LO PRESTIRisultati di apprendimento attesi
Il taglio di questo corso è di tipo sperimentale e applicativo.
Obbiettivi formativi specifici di questo corso sono:
- Comprendere i fenomeni elettrici, magnetici e ottici alla base del funzionamento dei sensori in maniera sperimentale, pratica e operativa.
- Essere capaci di realizzare circuiti elettrici e dispositivi elettrici, magnetici e ottici e di effettuare misure di proprietà fisiche e di caratteristiche tecniche.
- Acquisire conoscenze di base sui principi di funzionamento delle apparecchiature, metodi generali, e attitudini mentali utili a investigare fenomeni elettromagnetici e ottici anche diversi da quelli già proposti nel corso.
- Acquisire conoscenza di base e abilità utili alla progettazione di dispositivi nuovi nello stesso campo.
- Acquisire conoscenza di base e abilità utili alla programmazione di semplici sistemi di acquisizione dati.
- Acquisire capacità di analizzare correttamente dati sperimentali e di produrre una relazione scientifica che descriva l' esperimento eseguito, riporti i suoi risultati prodotti mediante tale analisi e li sappia interpretare.
- Acquisire la capacità di comunicare i risultati di un esperimento e/o di una misura scientifica in maniera corretta, esaustiva, chiara e efficace.
Inoltre, in riferimento ai cosiddetti Descrittori di Dublino, questo corso contribuisce a acquisire le seguenti competenze trasversali:
Conoscenza e capacità di comprensione:
- Capacità di ragionamento induttivo e deduttivo.
- Capacità di schematizzare un fenomeno naturale in termini di grandezze fisiche scalari e vettoriali.
- Capacità di impostare un problema utilizzando opportune relazioni fra grandezze fisiche (di tipo algebrico, integrale o differenziale) e di risolverlo con metodi analitici o numerici.
- Capacità di montare e mettere a punto semplici configurazioni sperimentali, e di utilizzare strumentazione scientifica per misure termomeccaniche ed elettromagnetiche.
- Capacità di effettuare l'analisi statistica dei dati.
Capacità di applicare conoscenza:
- Capacità di applicare le conoscenze acquisite per la descrizione dei fenomeni fisici utilizzando con rigore il metodo scientifico.
- Capacità di progettare semplici esperimenti ed effettuare l'analisi dei dati sperimentali ottenuti in tutte le aree di interesse della fisica, incluse quelle con implicazioni tecnologiche.
Autonomia di giudizio:
- Capacità di ragionamento critico.
- Capacità di individuare i metodi più appropriati per analizzare criticamente, interpretare ed elaborare i dati sperimentali.
- Capacità di individuare le previsioni di una teoria o di un modello.
- Capacità di valutare l'accuratezza delle misure, la linearità delle risposte strumentali, la sensibilità e selettività delle tecniche utilizzate.
Abilità comunicative:
- Capacità di esporre oralmente, con proprietà di linguaggio e rigore terminologico, un argomento scientifico, illustrandone motivazioni e risultati.
- Capacità di descrivere in forma scritta, con proprietà di linguaggio e rigore terminologico, un argomento scientifico, illustrandone motivazioni e risultati.
- Modalità di svolgimento dell'insegnamento
Il primo ciclo di lezioni in Aula dimostrerà i principi fisici alla base del funzionamento di diversi tipi di sensori, di semplici sistemi di acquisizione dati e delle strategie di analisi dati.
La parte conclusiva del corso prevede cicli di esercitazioni pratiche e la costruzione di sistemi di misura selezionati, la caratterizzazione dei sensori utilizzati mediante l'acquisizione di set di misure e l'analisi dati.
Durante i cicli di esercitazioni pratiche in Laboratorio gli studenti svolgono praticamente gli esperimenti e eseguono effettivamente le misure, precedentemente introdotte in Aula.
5 CFU (corrispondenti a 7 ore ciascuno) sono dedicati a lezioni in Aula, per un totale di 35 ore, e 1 CFU (corrispondenti a 7 ore) sono dedicati a esercitazioni in Laboratorio, per un totale di 42 ore.
Il corso, di 6 CFU, comprende quindi complessivamente a 42 ore di attività didattiche.
Durante i periodi di lezioni in Aula NON si svolgono esercitazioni in Laboratorio. Durante i periodi di esercitazione in Laboratorio NON si svolgono lezioni in Aula.
Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.
La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.
Modalità di svolgimento dell'insegnamento
Il primo ciclo di lezioni in Aula dimostrerà i principi fisici alla base del funzionamento di diversi tipi di sensori, di semplci sistemi di acquisizione dati e delle strategie di analisi dati.
La parte conclusiva del corso approfondirà le procedure per la costruzione di sistemi di misura selezionati, la caratterizzazione dei sensori utilizzati mediante l'acquisizione di set di misure e l'analisi dati.
Il corso, di 6 CFU, comprende quindi complessivamente a 42 ore di attività didattiche.
Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.
La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.
Prerequisiti richiesti
È indispensabile avere acquisito conoscenze di base della teoria degli errori e dei metodi di analisi dei dati.
Sono importanti conoscenze di base: analisi matematica, elettromagnetismo e ottica.
È utile, e quindi fortemente consigliato, avere superato gli esami di tutti i corsi di Fisica Generale.
Frequenza lezioni
La frequenza sia alle lezioni in Aula sia alle sedute in Laboratorio è di norma obbligatoria.
Durante le lezioni sono raccolte firme di presenza.
Le lezioni in Aula si tengono di norma 2 volte la settimana, 2 ore ciascuna lezione.
ll Prof. Lo Presti riceve il lunedì dalle 10 alle 11 e il giovedì dalle 10 alle 11; si consiglia comunque di contattare il docente in anticipo per verificare che impegni istituzionali o personali non lo costringano a spostare il ricevimento di un giorno specifico.
Contenuti del corso
Durante il primo ciclo di lezioni verranno introdotti diverse tipologie di sensori, spiegando il principio fisico alla base del funzionamento e le modalità di impiego in una misura dei sensori. Saranno introdotti i concetti alla base dell'elettronica di lettura di un sensore, della digitalizzazione dei segnali e della loro successiva memorizzazione ed elaborazione.
Nel secondo ciclo, lo studente verrà guidato nell'utilizzo di un sistema di misura composto da un sensore, da un sistema di acquisizione e da esempi di analisi di dati al fine di una caratterizzazione del sensore impiegato.
Testi di riferimento
Per approfondimenti in cui lo studente volesse impegnarsi, la seguente è una selezione di testi che possono essere consultati in quanto descrivono i metodi di analisi dei dati, alcuni degli strumenti elettrici e ottici utilizzati nel corso e le relative procedure di misura.
1) Handbook of modern sensors: physics, designs and applications - Jacob Fraden, Springer edition
2) Robot sensors and transducers - S. R. Ruocco - HALSTED PRESS, John Wiley & Sons, New York - Toronto and OPEN UNIVERSITY PRESS, Milton Keynes
| Autore | Titolo | Editore | Anno | ISBN |
|---|---|---|---|---|
| Jacob Fraden | Handbook of modern sensors: physics, designs and applications | Springer edition | 1997 | 978-3-319-19302-1 |
| S. R. Ruocco | Robot sensors and transducers | HALSTED PRESS, John Wiley & Sons, New York - Toronto and OPEN UNIVERSITY PRESS, Milton Keynes | 1987 | 0470208945, 9780470208946 |
Programmazione del corso
| Argomenti | Riferimenti testi | |
|---|---|---|
| 1 | Fondamenti di elettronica analogica e digitale (10h) | Dispense, ref. 1,2 |
| 2 | Trasduttori e attuatori (4h) | Dispense, ref. 1,2 |
| 3 | Sensori Ottici (4h) | Dispense, ref. 1,2 |
| 4 | Sensori Meccanici (3h) | Dispense, ref. 1,2 |
| 5 | Sensori Pressione (3h) | Dispense, ref. 1,2 |
| 6 | Sensori Temperatura (4h) | Dispense, ref. 1,2 |
| 7 | Sensori Flusso (3h) | Dispense, ref. 1,2 |
| 8 | Introduzione ai sistemi retroazionati (3h) | Dispense, ref. 1,2 |
| 9 | Esempi di sistemi di misura automatica (4h) | Dispense, ref. 1,2 |
| 10 | Panoramica sui sistemi di rivelazione ed elettronica associata (4h) | Dispense, ref. 1,2 |
Verifica dell'apprendimento
Modalità di verifica dell'apprendimento
L'esame prevede una prova orale che verte su tutti gli argomenti del corso.
Per superare la prova orale, lo studente deve mostrare di conoscere tutti gli argomenti discussi e deve esporli in maniera chiara e comprensibile a chiunque avesse le necessarie conoscenze preliminari ma non conoscesse già l’argomento specifico. La votazione è proporzionale al grado con cui tali due requisiti appaiono soddisfatti.
La durata tipica della prova orale va da 30 a 60 minuti, con una media di 40 minuti.
Il voto finale tiene conto della valutazione della prova orale.
Esempi di domande e/o esercizi frequenti
La scelta degli argomenti è effettuata esclusivamente dal docente con criteri casuali al momento dell’ assegnazione.
Alcuni argomenti, a titolo di esempio, tipicamente oggetto di domanda durante la prova orale sono i seguenti:
- Si descriva il principio di funzionamento di un trasduttori di pressione;
- Si elenchino i criteri per la scelta dell'elettronica di interfaccia di un sensore di temperatura;
- Si descriva le proprietà principale di un sensori di luce.
- Spiegare il concetto di campionamento e i criteri per la scelta dei parametri ottimali di conversione Analogico-digitale