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CORSO DI SIMULAZIONE ELETTRONICA Studenti: Baldolini Igor, Bernardini Mirco, Broccato Christian, Buttinelli Marco, DAntonio Alessio, De Santis Riccardo,

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1 CORSO DI SIMULAZIONE ELETTRONICA Studenti: Baldolini Igor, Bernardini Mirco, Broccato Christian, Buttinelli Marco, DAntonio Alessio, De Santis Riccardo, Fadda Cristiano, Fazi Alessio, Finikopoulos Kostas, Lupi Gianluca, Mastrodonato Eracle, Mignucci Giulio, Mattia Moreno, Poggi Marco, Popescu Doinel Narci, Russo Davide, Stefoni Dario, Sciascera Claudio, Scintu Matteo, Sorrenti Emanuele, Tomaselli Emanuele. Tutor: G. Corradi, D. Lenci, D.Tagnani

2 Stage 2005 Obbiettivi Corso di Simulazione elettronica Corso di Simulazione elettronica Esercitazioni tramite il simulatore Pspice Esercitazioni tramite il simulatore Pspice Simulazione di filtri (integratori e derivatori),circuiti risonanti, diodi e circuiti di polarizzazione dei transistor. Simulazione di filtri (integratori e derivatori),circuiti risonanti, diodi e circuiti di polarizzazione dei transistor. Analisi termica di vari circuiti elettronici. Analisi termica di vari circuiti elettronici. Progetto di un amplificatore a transimpedenza per segnali provenienti da un fotomoltiplicatore. Progetto di un amplificatore a transimpedenza per segnali provenienti da un fotomoltiplicatore.

3 Definire un circuito elettrico Si possono creare modelli tramite il modellatore di SPICE Si possono creare modelli tramite il modellatore di SPICE È possibile creare nuovi modelli di componenti tramite opportuni linguaggi verilog oppure il più diffuso VHDL È possibile creare nuovi modelli di componenti tramite opportuni linguaggi verilog oppure il più diffuso VHDL Disposti i componenti elettronici, devono essere collegati tra di loro come se fosse un circuito elettrico fisico Disposti i componenti elettronici, devono essere collegati tra di loro come se fosse un circuito elettrico fisico Si devono collegare le alimentazioni e le sorgenti di segnale Si devono collegare le alimentazioni e le sorgenti di segnale È obbligatorio connettere sempre una massa di riferimento alla quale si riferiscono tutti i generatori di tensione e di segnale È obbligatorio connettere sempre una massa di riferimento alla quale si riferiscono tutti i generatori di tensione e di segnale Ovviamente le modalità di connessione e di inserimento dati dipendono dal tipo di versione di SPICE Ovviamente le modalità di connessione e di inserimento dati dipendono dal tipo di versione di SPICE

4 Definire un circuito elettrico Simboli elettrici Simboli elettrici

5 Definire un circuito elettrico Pannello libreria Directory In/out file Log. file Edit schema

6 Analisi possibili con Spice DC Operating Point DC Operating Point AC Analysis AC Analysis Transient Analysis Transient Analysis DC Sweep DC Sweep Temperature Sweep Temperature Sweep Fourier Analysis Fourier Analysis Parameter Sweep Parameter Sweep Monte Carlo simulations Monte Carlo simulations

7 DC Operating Point

8 AC Analysis

9 Transient Analysis

10

11 DC Sweep

12 Temperature sweep

13 Fotomoltiplicatori Dispositivi in grado di convertire un segnale luminoso in un segnale elettrico Dispositivi in grado di convertire un segnale luminoso in un segnale elettrico Fotocatodo Fotocatodo Moltiplicatore di elettroni Moltiplicatore di elettroni –Il fotocatodo converte la luce incidente in corrente di elettroni sfruttando l'effetto fotoelettrico esterno. effetto fotoelettrico esternoeffetto fotoelettrico esterno –E costituito da una sostanza fotoemittente depositata in un sottilissimo strato sulla parete interna della finestra di ingresso del fotomoltiplicatore. –L'efficienza di conversione fotoelettrica varia fortemente con la frequenza della luce incidente e con la struttura del materiale. hv = hc/λ > Energia di estrazione del materiale

14 Fotomoltiplicatori o Effetto fotoelettrico Spiega lemissione di elettroni da parte di un metallo colpito da radiazione elettromagnetica. Spiega lemissione di elettroni da parte di un metallo colpito da radiazione elettromagnetica. Lenergia cinetica dellelettrone con cui vengono emessi gli elettroni varia con la frequenza della radiazione incidente sulla superficie. Lenergia cinetica dellelettrone con cui vengono emessi gli elettroni varia con la frequenza della radiazione incidente sulla superficie. Metallo hv e-e- hv = hc/λ > Energia di estrazione del metallo

15 Lunghezza donda: o Comunemente abbiamo a che fare con luce non colorata, bianca, come quella solare. oQuesto perché la luce visibile ordinaria è una sovrapposizione di onde di vario colore che danno come risultato sul nostro occhio appunto il bianco. o Ad ogni lunghezza d'onda corrisponde un colore diverso. oCon un opportuno rivelatore, è possibile vedere l'insieme dei colori (noto anche come spettro) che compongono la luce bianca. o Quando una radiazione elettromagnetica attraversa un minerale interagisce con gli elettroni della sua struttura atomica subendo delle modifiche. oDato che ad ogni colore corrisponde una lunghezza donda, il colore risultante è quello complementare alle lunghezze donda assorbite. oDato che ad ogni colore corrisponde una lunghezza donda, il colore risultante è quello complementare alle lunghezze donda assorbite. Locchio umano, allinterno dello spettro elettromagnetico, risponde ad una limitata quantità di lunghezze donda: da 750nm – zona del rosso – a 350nm – zona del violetto. a 350nm – zona del violetto.

16 Moltiplicatori di elettroni: Amplifica la debole corrente generata dal fotocatodo, in modo da fornire una corrente accettabile sullanodo. Amplifica la debole corrente generata dal fotocatodo, in modo da fornire una corrente accettabile sullanodo. Singolo fotone che incide sul catodo genera un singolo fotoelettrone primario.Singolo fotone che incide sul catodo genera un singolo fotoelettrone primario. Il fotoelettrone primario assume una energia cinetica proporzionale allenergia del fotone. Il fotoelettrone primario assume una energia cinetica proporzionale allenergia del fotone. Tutti gli elettroni primari hanno la stessa energia, dato che i fotoni possono avere una sola energia, per una definita lunghezza donda. Tutti gli elettroni primari hanno la stessa energia, dato che i fotoni possono avere una sola energia, per una definita lunghezza donda.

17 Jitter La differenza di potenziale fra il catodo ed il primo dinodo consentono di convogliare tutti i fotoelettroni generati dal catodo sul primo dinodo, fronteggiando il problema del jitter. La differenza di potenziale fra il catodo ed il primo dinodo consentono di convogliare tutti i fotoelettroni generati dal catodo sul primo dinodo, fronteggiando il problema del jitter. –Cioè lo sfasamento delle cariche elettriche raccolte dallanodo del fototubo. Anodo Dinodi t Il fronte di salita è definito dallaffollamento elettronico sullanodo. Il fronte di salita è definito dallaffollamento elettronico sullanodo. Maggiore è la quantità di elettroni catturati dallanodo maggiore è la rapidità del fronte. Maggiore è la quantità di elettroni catturati dallanodo maggiore è la rapidità del fronte. Il fronte di discesa è definito dalla costante di tempo funzione dellimpedenza di carico e dalla capacità intrinseca del PMT. Il fronte di discesa è definito dalla costante di tempo funzione dellimpedenza di carico e dalla capacità intrinseca del PMT.

18 30pF Generatore di Corrente: Rappresenta laffluenza di elettroni sullanodo del PMT Circuito equivalente di uscita del Fototubo Limpedenza del carico collegato al fotomoltiplicatore, deve essere la più bassa possibile. Limpedenza del carico collegato al fotomoltiplicatore, deve essere la più bassa possibile. –Garantendo il ritorno a zero del segnale in corrente non appena cessa il flusso di fotoelettroni secondari sullanodo. τ =C*R

19 Preamplificatore Un preamplificatore e un dispositivo in grado di amplificare le basse correnti prodotte dal fototubo in modo da renderle analizzabili. Un preamplificatore e un dispositivo in grado di amplificare le basse correnti prodotte dal fototubo in modo da renderle analizzabili. Parametri caratteristici: - Il rapporto segnale-rumore e molto alto Parametri caratteristici: - Il rapporto segnale-rumore e molto alto - e un amplificatore di transimpedenza - e un amplificatore di transimpedenza - banda passante (Bode plot) - banda passante (Bode plot) - stabilita (Nyquist) - stabilita (Nyquist) - il guadagno e circa 4 (Transient Analysis) - il guadagno e circa 4 (Transient Analysis)

20 Circuito elettrico

21 Bode plot

22 Nyquist

23 Transient Analysis

24 CONCLUSIONI Durante la meravigliosa permanenza allo stage, si e analizzato il comportamento di alcuni circuiti elettronici tramite un simulatore virtuale: SPICE. Durante la meravigliosa permanenza allo stage, si e analizzato il comportamento di alcuni circuiti elettronici tramite un simulatore virtuale: SPICE. L obbiettivo principale: L obbiettivo principale: nonostante il poco tempo a disposizione e vista la difficolta e vastita degli argomenti presentati, rimaneva quello di stimolare la nostra curiosita per prendere coscienza della complessita del meraviglioso mondo della proggettazione elettronica. nonostante il poco tempo a disposizione e vista la difficolta e vastita degli argomenti presentati, rimaneva quello di stimolare la nostra curiosita per prendere coscienza della complessita del meraviglioso mondo della proggettazione elettronica. Nel tentativo di conseguire questo ambizioso traguardo si e voluto aumentare la voglia di comprendere meglio la tecnologia elettronica che ci circonda. Nel tentativo di conseguire questo ambizioso traguardo si e voluto aumentare la voglia di comprendere meglio la tecnologia elettronica che ci circonda.

25 RINGRAZIAMENTI tutta lorganizzazione del SIS -Divulgazione, per lefficienza dell organizzazione e accoglienza; tutta lorganizzazione del SIS -Divulgazione, per lefficienza dell organizzazione e accoglienza; i nostri tutor G.Corradi,D.Tagnani,D.Lenci; i nostri tutor G.Corradi,D.Tagnani,D.Lenci; i nostri professori per essersi impegnati nella realizzazione dello stage; i nostri professori per essersi impegnati nella realizzazione dello stage; Il Professore Mario Calvetti Direttore dell INFN per la sua disponibilita allo svolgimento dei corsi Il Professore Mario Calvetti Direttore dell INFN per la sua disponibilita allo svolgimento dei corsi


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