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Laboratori di Fisica III F. Scuri, C. Ferrari, S. Veronesi 30/03/2012.

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Presentazione sul tema: "Laboratori di Fisica III F. Scuri, C. Ferrari, S. Veronesi 30/03/2012."— Transcript della presentazione:

1 Laboratori di Fisica III F. Scuri, C. Ferrari, S. Veronesi 30/03/2012

2 Docenti Fabrizio Scurie_mail fabrizio. stanza 2461 piano edificio C tel fabrizio. Carlo Ferrarie_mail Istituto Nazionale di Ottica (INO) tel Stefano Veronesie_mail stanza 30 1 piano edificio B tel /03/2012

3 organizzazione Struttura modulare suddivisa in due moduli: Elettronica analogica Elettronica digitale Strutturato in 4 diverse aule per le prove pratiche che possono ospitare un massimo di 78 studenti Modalità di esame: Prove intermedie durante i due moduli che valgono, se superate, come prova pratica scritta finale + orale Oppure Prova pratica scritta finale + orale 30/03/2012

4 Programma di massima Modulo di Elettronica Digitale elementi non ohmici (diodo e transistor) principi di funzionamento e loro utilizzo Amplificatori a transistor e loro caratteristiche (guadagno, banda passante, …) adattamento di impedenza Amplificatori operazionali e loro caratteristiche Oscillatori sinusoidali filtri attivi, principi di funzionamento e loro utilizzo Elementi e circuiti non lineari (comparatori, trigger, …) convertitori AD/DA Carlo Ferrari e Stefano Veronesi 30/03/2012

5 Prove di laboratorio Modulo di elettronica analogica Ognuno degli argomenti trattati viene integrato con alcune prove pratiche di laboratorio al fine di realizzare e dimensionare i circuiti e gli elementi che sono stati trattati a lezione. Normalmente vengono effettuati circa 20 pomeriggi di laboratorio dove si realizzano circuiti che possono prevedere un singolo pomeriggio per il loro completamento o esperienze più complesse (tipicamente un paio) che prevedono 2-3 pomeriggi per il loro completamento. Ogni prova pratica effettuata prevede la stesura di una relazione con una descrizione dellesperienza svolta e lelaborazione dei dati sperimentali acquisiti.

6 Linee guida nella programmazione e svolgimento del modulo di Elettronica Digitale (Laboratorio 3 al III anno del corso di laurea triennale in fisica) Fabrizio Scuri Pisa, 30 Marzo, /03/2012F.Scuri - Corso di Elettronica digitale

7 Elettronica digitale: 1 30/03/2012F.Scuri - Corso di Elettronica digitale

8 Elettronica digitale: La mia interpretazione di questa materia: 1 30/03/2012F.Scuri - Corso di Elettronica digitale

9 Elettronica digitale: La mia interpretazione di questa materia: Tutto quanto attiene alla teoria, ai metodi, ai dispositivi e alle loro implemetazioni commerciali, relativi alle operazioni aritmetico-logiche con numeri binari e alla memorizzazione e trasferimento dei dati. 1 30/03/2012F.Scuri - Corso di Elettronica digitale

10 Elettronica digitale: La mia interpretazione di questa materia: Tutto quanto attiene alla teoria, ai metodi, ai dispositivi e le loro implemetazioni commerciali, relativi alle operazioni aritmetico-logiche con numeri binari e alla memorizzazione e trasferimento dei dati. … ovvero: brevi cenni sul mondo 1 30/03/2012F.Scuri - Corso di Elettronica digitale

11 Elettronica digitale: La mia interpretazione di questa materia: Tutto quanto attiene alla teoria, ai metodi, ai dispositivi e le loro implemetazioni commerciali, relativi alle operazioni aritmetico-logiche con numeri binari e alla memorizzazione e trasferimento dei dati. … ovvero: brevi cenni sul mondo Non si può essere esuastivi in didattica dellelettronica digitale per motivi di spazio-tempo 1 30/03/2012F.Scuri - Corso di Elettronica digitale

12 Elettronica digitale: La mia interpretazione di questa materia: Tutto quanto attiene alla teoria, ai metodi, ai dispositivi e le loro implemetazioni commerciali, relativi alle operazioni aritmetico-logiche con numeri binari e alla memorizzazione e trasferimento dei dati. … ovvero: brevi cenni sul mondo Non si può essere esuastivi in didattica dellelettronica digitale per motivi di spazio-tempo == > occorre operare delle scelte di contenuti e di metodo 1 30/03/2012F.Scuri - Corso di Elettronica digitale

13 L approccio scelto 2 30/03/2012F.Scuri - Corso di Elettronica digitale

14 L approccio scelto Negli anni in cui mi è stato affidato il corso a Pisa (2010/11, 2011/12) ho tenuto conto dei seguenti elementi per la sua organizzazione: 2 30/03/2012F.Scuri - Corso di Elettronica digitale

15 L approccio scelto Negli anni in cui mi è stato affidato il corso a Pisa (2010/11, 2011/12) ho tenuto conto dei seguenti elementi per la sua organizzazione: - lesperienza dei docenti precedenti (corso del prof. G. Punzi, esercitazioni di G.Punzi e di C. Roda); 2 30/03/2012F.Scuri - Corso di Elettronica digitale

16 L approccio scelto Negli anni in cui mi è stato affidato il corso a Pisa (2010/11, 2011/12) ho tenuto conto dei seguenti elementi per la sua organizzazione: - lesperienza dei docenti precedenti (corso del prof. G. Punzi, esercitazioni di G.Punzi e di C. Roda); - il confronto con le proposte in altre Università dei corsi assimilati (non solo del corso di laurea in fisica); 2 30/03/2012F.Scuri - Corso di Elettronica digitale

17 L approccio scelto Negli anni in cui mi è stato affidato il corso a Pisa (2010/11, 2011/12) ho tenuto conto dei seguenti elementi per la sua organizzazione: - lesperienza dei docenti precedenti (corso del prof. G. Punzi, esercitazioni di G.Punzi e di C. Roda); - il confronto con le proposte in altre Università dei corsi assimilati (non solo del corso di laurea in fisica); - la mia personale esperienza pregressa (ho tenuto per 10 anni il corso di elettronica agli informatici di Udine negli anni 90). 2 30/03/2012F.Scuri - Corso di Elettronica digitale

18 L approccio scelto Negli anni in cui mi è stato affidato il corso a Pisa (2010/11, 2011/12) ho tenuto conto dei seguenti elementi per la sua organizzazione: - lesperienza dei docenti precedenti (corso del prof. G. Punzi, esercitazioni di G.Punzi e di C. Roda); - il confronto con le proposte in altre Università dei corsi assimilati (non solo del corso di laurea in fisica); - la mia personale esperienza pregressa (ho tenuto per 10 anni il corso di elettronica agli informatici di Udine negli anni 90). A Pisa ho scelto lapproccio classico nelle lezioni frontali e nelle esercitazioni di laboratorio, conformemente allimpostazione degli anni precedenti e a quello che io penso sia meglio fare: 2 30/03/2012F.Scuri - Corso di Elettronica digitale

19 L approccio scelto Negli anni in cui mi è stato affidato il corso a Pisa (2010/11, 2011/12) ho tenuto conto dei seguenti elementi per la sua organizzazione: - lesperienza dei docenti precedenti (corso del prof. G. Punzi, esercitazioni di G.Punzi e di C. Roda); - il confronto con le proposte in altre Università dei corsi assimilati (non solo del corso di laurea in fisica); - la mia personale esperienza pregressa (ho tenuto per 10 anni il corso di elettronica agli informatici di Udine negli anni 90). A Pisa ho scelto lapproccio classico nelle lezioni frontali e nelle esercitazioni di laboratorio, conformemente allimpostazione degli anni precedenti e a quello che io penso sia meglio fare: si trattano inizialmente le porte logiche di base (incluse le proprietà fisiche) e poi, gradualmente, si studiano nelle lezioni frontali e si implemetano in laboratorio sistemi di complessità crescente utilizzando componenti commerciali elementari. 2 30/03/2012F.Scuri - Corso di Elettronica digitale

20 Elenco e calendario previsto delle esercitazioni a.a. corrente per descrivere lapproccio scelto per lorganizzazione del corso 2)Caratteristiche fisiche della porta NOT 3)Realizzazione di circuiti con porte logiche NAND 4)Multivibratore astabile con porte logiche 5)Contatore esadecimale 6)Generatore di sequenza pseudo-casuali 7)Macchine a stati finiti: semafori 8)Progettazione e realizzazione ALU 9)Realizzazione di un ADC 16 febbraio (G), recupero/cont. 23 febbraio (G) 27 febbraio (L), recupero/cont. 1 marzo (G) 5 marzo (L), recupero/cont. 8 marzo (G) 12 marzo (L), recupero/cont. 15marzo (G) 19 marzo (L), recupero/cont. 22 marzo (G) 26 marzo (L), recupero/cont. 29 marzo (G) 23 aprile (L), recupero/cont. 26 aprile (G) 30 aprile (L), recupero/cont. 3 maggio (G) 7 maggio (L), recupero/cont. 10 maggio (G) 1)Esercitazione propedeutica uso strumenti 10)Recupero facoltativo di una sola esercitazione 21 maggio (L) Dimostrazione conclusiva in aula con un campionatore ad alta frequenza (5 GHz) la settimana del 14 maggio (4 giorni, L,Ma,G,V) se arriverà in tempo un nuovo strumento basato su un chip DRS (Domino Ring Sampler) e già utilizzato in alcuni esperimenti in presa dati (MEG – decadimenti rai dei leptoni, MAGIC (astroparticelle) e DREAM (calorimetria dual-readout) 3 30/03/2012F.Scuri - Corso di Elettronica digitale

21 Elenco e calendario previsto delle esercitazioni a.a. corrente per descrivere lapproccio scelto per lorganizzazione del corso 2)Caratteristiche fisiche della porta NOT 3)Realizzazione di circuiti con porte logiche NAND 4)Multivibratore astabile con porte logiche 5)Contatore esadecimale 6)Generatore di sequenza pseudo-casuali 7)Macchine a stati finiti: semafori 8)Progettazione e realizzazione ALU 9)Realizzazione di un ADC 16 febbraio (G), recupero/cont. 23 febbraio (G) 27 febbraio (L), recupero/cont. 1 marzo (G) 5 marzo (L), recupero/cont. 8 marzo (G) 12 marzo (L), recupero/cont. 15marzo (G) 19 marzo (L), recupero/cont. 22 marzo (G) 26 marzo (L), recupero/cont. 29 marzo (G) 23 aprile (L), recupero/cont. 26 aprile (G) 30 aprile (L), recupero/cont. 3 maggio (G) 7 maggio (L), recupero/cont. 10 maggio (G) 1)Esercitazione propedeutica uso strumenti 10)Recupero facoltativo di una sola esercitazione 21 maggio (L) Dimostrazione conclusiva in aula con un campionatore ad alta frequenza (5 GHz) la settimana del 14 maggio (4 giorni, L,Ma,G,V) se arriverà in tempo un nuovo strumento basato su un chip DRS (Domino Ring Sampler) e già utilizzato in alcuni esperimenti in presa dati (MEG – decadimenti rai dei leptoni, MAGIC (astroparticelle) e DREAM (calorimetria dual-readout) Da questanno sono previste prove pratiche durante lanno (equivalenti ai compitini) di verifica della preparazione degli studenti con valità di prova pratica desame se viene conseguita una valutazione sufficiente 3 30/03/2012F.Scuri - Corso di Elettronica digitale

22 Alternative possibili 4 30/03/2012F.Scuri - Corso di Elettronica digitale

23 Alternative possibili Il corso, così come è strutturato ora nelle lezioni frontali e nelle esercitazioni di laboratorio, può risultare un po noioso e/o obsoleto in alcune parti (in laboratorio si usano ancora componenti della famiglia 74LSxx ormai quasi fuori commercio ….) 4 30/03/2012F.Scuri - Corso di Elettronica digitale

24 Alternative possibili Il corso, così come è strutturato ora nelle lezioni frontali e nelle esercitazioni di laboratorio, può risultare un po noioso e/o obsoleto in alcune parti (in laboratorio si usano ancora componenti della famiglia 74LSxx ormai quasi fuori commercio ….) Cè ampio margine per aggiornare contenuti e materiale di laboratorio, mantenedo lattuale impostazione classica del corso. 4 30/03/2012F.Scuri - Corso di Elettronica digitale

25 Alternative possibili Il corso, così come è strutturato ora nelle lezioni frontali e nelle esercitazioni di laboratorio, può risultare un po noioso e/o obsoleto in alcune parti (in laboratorio si usano ancora componenti della famiglia 74LSxx ormai quasi fuori commercio ….) Cè ampio margine per aggiornare contenuti e materiale di laboratorio, mantenedo lattuale impostazione classica del corso. Tutto (o quasi) quanto fatto a esercitazione può essere studiato con versioni student (freeware) di elementari emulatori di dispositivi (Pspice, Logic Works, …. ) 4 30/03/2012F.Scuri - Corso di Elettronica digitale

26 Alternative possibili Il corso, così come è strutturato ora nelle lezioni frontali e nelle esercitazioni di laboratorio, può risultare un po noioso e/o obsoleto in alcune parti (in laboratorio si usano ancora componenti della famiglia 74LSxx ormai quasi fuori commercio ….) Cè ampio margine per aggiornare contenuti e materiale di laboratorio, mantenedo lattuale impostazione classica del corso. Tutto (o quasi) quanto fatto a esercitazione può essere studiato con versioni student (freeware) di elementari emulatori di dispositivi (Pspice, Logic Works, …. ) Sono utili strumenti di complemento, ma, secondo me, non basterebbero da soli alla formazione sui problemi hardware che si possono incontrare 4 30/03/2012F.Scuri - Corso di Elettronica digitale

27 Alternative possibili Il corso, così come è strutturato ora nelle lezioni frontali e nelle esercitazioni di laboratorio, può risultare un po noioso e/o obsoleto in alcune parti (in laboratorio si usano ancora componenti della famiglia 74LSxx ormai quasi fuori commercio ….) Cè ampio margine per aggiornare contenuti e materiale di laboratorio, mantenedo lattuale impostazione classica del corso. Tutto (o quasi) quanto fatto a esercitazione può essere studiato con versioni student (freeware) di elementari emulatori di dispositivi (Pspice, Logic Works, …. ) Sono utili strumenti di complemento, ma, secondo me, non basterebbero da soli alla formazione sui problemi hardware che si possono incontrare. Un approccio più attraente potrebbe essere lutilizzo in ciascuna postazione e per tutto il ciclo delle esercitazioni di una FPGA (Field Programmable Gate-Array) a basso costo (es. Xilinx Artix-7 o Altera Cyclone-IV) con cui implementare tutti i circuiti digitali proposti; opzione da studiare bene, bisogna evitare di ridurre il tutto al solo apprendimento dei linguaggi di programmazione (VHDL e simili) 4 30/03/2012F.Scuri - Corso di Elettronica digitale

28 Alternative possibili Il corso, così come è strutturato ora nelle lezioni frontali e nelle esercitazioni di laboratorio, può risultare un po noioso e/o obsoleto in alcune parti (in laboratorio si usano ancora componenti della famiglia 74LSxx ormai quasi fuori commercio ….) Cè ampio margine per aggiornare contenuti e materiale di laboratorio, mantenedo lattuale impostazione classica del corso. Tutto (o quasi) quanto fatto a esercitazione può essere studiato con versioni student (freeware) di elementari emulatori di dispositivi (Pspice, Logic Works, …. ) Sono utili strumenti di complemento, ma, secondo me, non basterebbero da soli alla formazione sui problemi hardware che si possono incontrare. Un approccio più attraente potrebbe essere lutilizzo in ciascuna postazione e per tutto il ciclo delle esercitazioni di una FPGA (Field Programmable Gate-Array) a basso costo (es. Xilinx Artix-7 o Altera Cyclone-IV) con cui implementare tutti i circuiti digitali proposti; opzione da studiare bene, bisogna evitare di ridurre il tutto al solo apprendimento dei linguaggi di programmazione (VHDL e simili) Tempi di attuazione del programma in un modulo semestrale e costi di adegumento dei laboratori sono altri parametri che incidono sulle scelte. 4 30/03/2012F.Scuri - Corso di Elettronica digitale

29 Due commenti finali a cui tengo molto 5 30/03/2012F.Scuri - Corso di Elettronica digitale

30 Due commenti finali a cui tengo molto 5 Qualunque sia lapproccio allorganizzazione del corso, ci sono due aspetti fondamentali per il successo formativo: 30/03/2012F.Scuri - Corso di Elettronica digitale

31 Due commenti finali a cui tengo molto 5 Qualunque sia lapproccio allorganizzazione del corso, ci sono due aspetti fondamentali per il successo formativo di cui si è tenuto conto negli ultimi anni: 1)La qualità delle relazioni sulle esperienze di laboratorio: lo scopo è linsegnamento dellorganizzazione e della scrittura di un documento scientifico: chiarezza, sintesi e prorietà di linguaggio sono i requisiti necessari. 30/03/2012F.Scuri - Corso di Elettronica digitale

32 Due commenti finali a cui tengo molto 5 Qualunque sia lapproccio allorganizzazione del corso, ci sono due aspetti fondamentali per il successo formativo di cui si è tenuto conto negli ultimi anni: 1)La qualità delle relazioni sulle esperienze di laboratorio: lo scopo è linsegnamento dellorganizzazione e della scrittura di un documento scientifico: chiarezza, sintesi e prorietà di linguaggio sono i requisiti necessari. Per ottenere questo le relazioni vengono corrette e ampiamente commentate quasi in tempo reale; gli studenti hanno modo di applicare nellelaborato successivo le correzioni allelaborato precedente. 30/03/2012F.Scuri - Corso di Elettronica digitale

33 Due commenti finali a cui tengo molto 5 Qualunque sia lapproccio allorganizzazione del corso, ci sono due aspetti fondamentali per il successo formativo di cui si è tenuto conto negli ultimi anni: 1)La qualità delle relazioni sulle esperienze di laboratorio: lo scopo è linsegnamento dellorganizzazione e della scrittura di un documento scientifico: chiarezza, sintesi e prorietà di linguaggio sono i requisiti necessari. Per ottenere questo le relazioni vengono corrette e ampiamente commentate quasi in tempo reale; gli studenti hanno modo di applicare nellelaborato successivo le correzioni allelaborato precedente. Il metodo funziona, vedere per credere; si confrontino la prima e lultima relazione di un gruppo qualsiasi, i progressi sono evidenti. 30/03/2012F.Scuri - Corso di Elettronica digitale

34 Due commenti finali a cui tengo molto 5 Qualunque sia lapproccio allorganizzazione del corso, ci sono due aspetti fondamentali per il successo formativo di cui si è tenuto conto negli ultimi anni: 1)La qualità delle relazioni sulle esperienze di laboratorio: lo scopo è linsegnamento dellorganizzazione e della scrittura di un documento scientifico: chiarezza, sintesi e prorietà di linguaggio sono i requisiti necessari. Per ottenere questo le relazioni vengono corrette e ampiamente commentate quasi in tempo reale; gli studenti hanno modo di applicare nellelaborato successivo le correzioni allelaborato precedente. Il metodo funziona, vedere per credere; si confrontino la prima e lultima relazione di un gruppo qualsiasi, i progressi sono evidenti. 2)Deve passare il messaggio che non è tanto importante ottenere i risultati attesi, ma che è più utile imparare i criteri di diagnostica quando le cose non funzionano. Questo si ottiene solo con un contatto continuo alla postazione di lavoro di ciascun studente con docente e assistenti. 30/03/2012F.Scuri - Corso di Elettronica digitale

35 Due commenti finali a cui tengo molto 5 Qualunque sia lapproccio allorganizzazione del corso, ci sono due aspetti fondamentali per il successo formativo di cui si è tenuto conto negli ultimi anni: 1)La qualità delle relazioni sulle esperienze di laboratorio: lo scopo è linsegnamento dellorganizzazione e della scrittura di un documento scientifico: chiarezza, sintesi e prorietà di linguaggio sono i requisiti necessari. Per ottenere questo le relazioni vengono corrette e ampiamente commentate quasi in tempo reale; gli studenti hanno modo di applicare nellelaborato successivo le correzioni allelaborato precedente. Il metodo funziona, vedere per credere; si confrontino la prima e lultima relazione di un gruppo qualsiasi, i progressi sono evidenti. 2)Deve passare il messaggio che non è tanto importante ottenere i risultati attesi, ma che è più utile imparare i criteri di diagnostica quando le cose non funzionano. Questo si ottiene solo con un contatto continuo alla postazione di lavoro di ciascun studente con docente e assistenti. == > Se il numero di iscritti supera le unità, il corso va sdoppiato. 10 gruppi da tre studenti è il massimo che docente e assistenti possono proficuamente gestire nellottica sopra descritta. 30/03/2012F.Scuri - Corso di Elettronica digitale

36 Due commenti finali a cui tengo molto 5 Qualunque sia lapproccio allorganizzazione del corso, ci sono due aspetti fondamentali per il successo formativo di cui si è tenuto conto negli ultimi anni: 1)La qualità delle relazioni sulle esperienze di laboratorio: lo scopo è linsegnamento dellorganizzazione e della scrittura di un documento scientifico: chiarezza, sintesi e prorietà di linguaggio sono i requisiti necessari. Per ottenere questo le relazioni vengono corrette e ampiamente commentate quasi in tempo reale; gli studenti hanno modo di applicare nellelaborato successivo le correzioni allelaborato precedente. Il metodo funziona, vedere per credere; si confrontino la prima e lultima relazione di un gruppo qualsiasi, i progressi sono evidenti. 2)Deve passare il messaggio che non è tanto importante ottenere i risultati attesi, ma che è più utile imparare i criteri di diagnostica quando le cose non funzionano. Questo si ottiene solo con un contatto continuo alla postazione di lavoro di ciascun studente con docente e assistenti. == > Se il numero di iscritti supera le unità, il corso va sdoppiato. 10 gruppi da tre studenti è il massimo che docente e assistenti possono proficuamente gestire nellottica sopra descritta. Grazie per lattenzione ! 30/03/2012F.Scuri - Corso di Elettronica digitale


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