Introduzione Corso di Laurea in Informatica Corso di

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Introduzione Corso di Laurea in Informatica Corso di Tecniche di Acquisizione Dati 1 Docente:

Introduzione Corso di Laurea in Informatica Corso di Tecniche di Acquisizione Dati 1 Docente: Leonello Servoli c/o: Dipartimento di Fisica E-Mail: leonello. servoli@pg. infn. it Sito web: http: //cms. pg. infn. it/servoli Tel. 075 -5852706 Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli 1

Libri di Libri testo eedi. Orari consultazione Libro: Microelettronica; J. Millman, A. Grabel (Mc

Libri di Libri testo eedi. Orari consultazione Libro: Microelettronica; J. Millman, A. Grabel (Mc Graw Hill) Dispense TAD 1: Microncontrollori (Prof. Verdini) Linguaggio C: C programming: a modern approach di K. N. King, W. W. Norton & Company nel 1996. ( qualunque altro volume di programmazione C ) - Consultazione: Dispositivi a Semiconduttore; Semiconduttore S. M. Sze Biblioteca Scientifica Hoepli Elettronica Integrata Digitale; Digitale E. Taub, D. Schilling (Gruppo Editoriale Jackson) Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli 2

Contenuti del Corso Crediti: 6; Ore: teoria: 38; pratica: 10; Obiettivi: 1) Familiarizzare gli

Contenuti del Corso Crediti: 6; Ore: teoria: 38; pratica: 10; Obiettivi: 1) Familiarizzare gli studenti con il concetto di sensore, di acquisizione del segnale analogico, di digitizzazione del segnale. 2) Familiarizzare gli studenti con la programmazione in C di sistemi embedded, basati su microcontrollori della famiglia MCS-51 e MCS-52. Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli 3

Contenuti del Corso (1) • • • Diodi e Transistor Circuiti integrati Realizzazione di

Contenuti del Corso (1) • • • Diodi e Transistor Circuiti integrati Realizzazione di dispositivi logici Conversione Analogico-Digitale Dispositivi optoelettronici, trasduttori • Semplici esperienze Laboratorio Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli 4

Contenuti del Corso (2) • Implementazione durante il corso del protocollo I 2 C

Contenuti del Corso (2) • Implementazione durante il corso del protocollo I 2 C e di un rudimentale sistema operativo per i microcontrollori. • Sviluppare una o più applicazioni dimostrative basate sui prodotti software precedentemente sviluppati. • Programmazione di microcontrollori della famiglia MCS-51 in linguaggio C. Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli 5

Informazioni varie sul corso • Durante il corso si svolgeranno esperienze di laboratorio con

Informazioni varie sul corso • Durante il corso si svolgeranno esperienze di laboratorio con relazioni finali (obbligatorie). • Gli esami consistono in un colloquio e in una discussione delle relazioni. • L’orario di ricevimento ufficiale è: Lunedì dalle 14 alle 15. Oppure su appuntamento. Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli 6

Orari (Dip. Fisica): Lunedì 15 -18 Martedì 9 -11 Giovedì 9 -11 Lab. DAQ

Orari (Dip. Fisica): Lunedì 15 -18 Martedì 9 -11 Giovedì 9 -11 Lab. DAQ Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli 7

Modello Atomo Idrogeno Protone Elettrone R = 0. 529 x 10 -10 m =

Modello Atomo Idrogeno Protone Elettrone R = 0. 529 x 10 -10 m = 0. 0529 nm • Quantizzazione delle orbite solo alcune orbite sono permesse; • Principio di esclusione del Pauli: solo due elettroni per ogni orbita; • Energia di legame: energia da somministrare all’elettrone per separarlo dal nucleo; • Le orbite sono ordinabili, rispetto alla energia di legame decrescente, secondo la seguente serie: (1 s), (2 s, 2 p), (3 s, 3 p, 3 d), etc…. (1 orbita di tipo s, 3 orbite di tipo p, 5 di tipo d, etc. ) Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli 8

Orbitali (1) In realtà piuttosto che di orbite si parla di orbitali, intendendo con

Orbitali (1) In realtà piuttosto che di orbite si parla di orbitali, intendendo con tale termine la distribuzione in 3 dimensioni della probabilità di trovare l’elettrone in quel particolare punto. Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli 9

Orbitali (2) p s d Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli 10

Orbitali (2) p s d Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli 10

Orbitali (3) Un sistema atomico è tanto più stabile quanto più il livello più

Orbitali (3) Un sistema atomico è tanto più stabile quanto più il livello più esterno degli elettroni è completo. Per i primi livelli: • • • Livello 1: 2 (1 orbitale s Livello 2: 8 (1 orbitale s + 3 p Livello 3: 8 (1 orbitale s + 3 p Livello 4: 18 (1 orbitale s + 3 p + 5 d Livello 5: 18 (1 orbitale s + 3 p + 5 d Livello 6: 32 (1 orbitale s + 3 p + 5 d + 7 f Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli x 2 elettroni) x 2 elettroni) 11

Tabella Periodica Monovalenti Carbonio Silicio Germanio Tetravalenti Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli

Tabella Periodica Monovalenti Carbonio Silicio Germanio Tetravalenti Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli 12

Configurazione elettronica Carbonio Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli 13

Configurazione elettronica Carbonio Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli 13

Configurazione elettronica Silicio Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli 14

Configurazione elettronica Silicio Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli 14

Configurazione elettronica Germanio Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli 15

Configurazione elettronica Germanio Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli 15

Ibridazione degli orbitali s+p 2 sp = + Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello

Ibridazione degli orbitali s+p 2 sp = + Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli 16

Ibridazione degli orbitali s+2 p 3 sp 2 Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello

Ibridazione degli orbitali s+2 p 3 sp 2 Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli 17

Ibridazione degli orbitali s+3 p 4 sp 3 Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello

Ibridazione degli orbitali s+3 p 4 sp 3 Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli 18

Legami tra atomi (1) Una molecola è la più piccola unità di un materiale

Legami tra atomi (1) Una molecola è la più piccola unità di un materiale che mantiene le proprie caratteristiche chimiche. Es. Acqua: H 2 O, Ossigeno: O 2, Helio: He; Una molecola è formata da uno o più atomi, anche di diverse specie, tenuti assieme dai legami atomici. Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli 19

Legami tra atomi (2) • Gli atomi si legano poiché tendono ad assumere uno

Legami tra atomi (2) • Gli atomi si legano poiché tendono ad assumere uno stato il più stabile possibile, dal punto di vista energetico; tale obiettivo si ottiene in genere “condividendo” gli elettroni degli orbitali più esterni. Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli 20

Legami tra atomi (3) Ci sono vari tipi di legami atomici: • Legame polare

Legami tra atomi (3) Ci sono vari tipi di legami atomici: • Legame polare • Legame covalente • Legame metallico Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli 21

Legame Polare Mancanza di un elettrone nell’orbitale esterno Presenza di un elettrone Nel legame

Legame Polare Mancanza di un elettrone nell’orbitale esterno Presenza di un elettrone Nel legame polare un elettrone viene completamente ceduto all’altro atomo e si formano due ioni che si attraggono perché aventi cariche opposte. Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli 22

Legame Covalente (1) + Nel legame covalente gli elettroni vengono messi in comune tra

Legame Covalente (1) + Nel legame covalente gli elettroni vengono messi in comune tra i due atomi pariteticamente. Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli 23

Legame Covalente (2) s+s p+p : s+p p+p : Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici

Legame Covalente (2) s+s p+p : s+p p+p : Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli 24

Legame Metallico Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli 25

Legame Metallico Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli 25

Struttura della Materia (1) La materia si organizza in diversi modi: • forma gassosa:

Struttura della Materia (1) La materia si organizza in diversi modi: • forma gassosa: ogni molecola è essenzialmente indipendente dalle altre (es. gas, vapori) • forma liquida: ogni molecola è legata debolmente alle altre (scarsa resistenza a forze esterne) • forma solida: ogni molecola è fortemente legata alle altre circostanti, definendo strutture permanenti. Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli 26

Struttura della Materia (2) I solidi si dividono a loro volta in • Corpi

Struttura della Materia (2) I solidi si dividono a loro volta in • Corpi amorfi: non aventi una struttura di base che si ripete regolarmente, es. vetro. • Cristalli: aventi una struttura di base (cella unitaria) che si ripete regolarmente, es. silicio. L’insieme delle celle è chiamato il reticolo cristallino. La distanza tra atomi adiacenti del reticolo è detta: costante reticolare o spaziatura interatomica Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli 27

Struttura cristallina del diamante (ibrido sp 3) Distanza interatomica o passo del reticolo Corso

Struttura cristallina del diamante (ibrido sp 3) Distanza interatomica o passo del reticolo Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli 28

Legame tetraedrico Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli 29

Legame tetraedrico Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli 29

Bande di energia Ad ogni orbitale è associata una energia di legame. Es. livello

Bande di energia Ad ogni orbitale è associata una energia di legame. Es. livello 1 s atomo di idrogeno = -13, 6 e. V = -21, 76 x 10 -19 Joule Quando ci sono molti atomi distanti i livelli di energia sono gli stessi; se gli atomi si avvicinano e quindi interagiscono, i livelli di energia tendono a differenziarsi di poco l’uno dall’altro. Per una struttura cristallina con N atomi, avremo N livelli inizialmente sovrapposti che si separano leggermente al diminuire della distanza Interatomica. (N=1023) Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli 30

Bande di valenza (1) Livello ionizzazione Livello valenza Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello

Bande di valenza (1) Livello ionizzazione Livello valenza Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli 31

Livello ionizzazione Livello valenza Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli 32

Livello ionizzazione Livello valenza Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli 32

Banda Proibita Livello ionizzazione Livello valenza Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli 33

Banda Proibita Livello ionizzazione Livello valenza Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli 33

Bande di valenza (2) Eg ~ 9 e. V Eg ~ 1 e. V

Bande di valenza (2) Eg ~ 9 e. V Eg ~ 1 e. V Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli 34