Course Syllabus
Obiettivi
Il corso è specificamente indirizzato a fisici (sperimentali, analisti, e teorici), fornendo la conoscenza fondamentale necessaria per la progettazione e l'analisi dell'hardware in esperimenti scientifici complessi. L'obiettivo principale è focalizzato sulla realizzazione pratica di un esperimento, concentrandosi sull'elettronica di acquisizione ad alta precisione.
- Ottimizzazione del Rapporto Segnale-Rumore (SNR) di un esperimento: comprensione ed ottimizzazione di amplificatori elettronici critici. L'enfasi è posta sulla massimizzazione del rapporto segnale/rumore, elemento fondamentale per l'efficacia di qualsiasi esperimento basato su rivelatori.
- Gestione di Ambienti Estremi: gli esperimenti all'avanguardia (come quelli che studiano neutrini e fisica delle alte energie) operano in ambienti operativi estremi che chiedono requisiti tecnologici e progettuali dedicati, incluse le prestazioni in condizioni di basissime temperature di esercizio e alta fluenza di particelle (resistenza alla radiazione).
- Progettazione di Sistemi Stabili: Verranno fornite le informazioni di base per garantire la stabilità e la bassa deriva (low-drift) dei sistemi di amplificazione, elementi indispensabili per l'affidabilità e l'accuratezza dei dati raccolti nel lungo periodo.
In sintesi, il corso fornisce le basi per potere criticamente comprendere le esigenze sperimentali in termini di specifiche hardware concrete, riguardanti la strumentazione elettronica (in particolare l'amplificazione a basso rumore) necessaria per esperimenti di fisica avanzata e per la strumentazione scientifica critica.
Contenuti sintetici
Argomenti su cui sono suddivise le 16 ore di lezione:
- Approccio fisico/matematico agli amplificatori reazionati ed alla loro importanza strategica;
- Tutte le caratteristiche degli amplificatori reazionati a partire dal modello fisico/matematico;
- Il comportamento in frequenza degli amplificatori reazionati e l’importanza della stabilità;
- Il rumore negli amplificatori;
- Introduzione euristica ai transistor per il loro utilizzo negli amplificatori a basso rumore;
- Amplificazione ed ottimizzazione del rapporto segnale su rumore nelle applicazioni con rivelatori di particelle con enfasi sul rumore di bassa frequenza e bassa deriva, jitter a resistenza alla radiazione.
Prerequisiti
Il corso è per fisici. Non è richiesta nessuna nozione dell’argomento. I requisiti per seguire i seminari sono la conoscenza delle proprietà di base del campo elettromagnetico e della Trasformata di Fourier.
Modalità didattica
2 CFU, 16 ore.
Materiale didattico
Le referenze bibliografiche sono indicate nelle slide proiettate, disponibili in anticipo.
Un elenco sarà pubblicato in questa sezione con dovuto anticipo.
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Secondo semestre.
Il periodo in considerazione per i seminari sarà primavera inoltrata / inizio estate.
Il periodo preciso dipenderà dalle vostre esigenze e lo decideremo in base alle indicazioni che fornirete.
Modalità di verifica del profitto e valutazione
Un breve colloquio su base qualitativa su uno degli argomenti trattati che che selezionerete.
Orario di ricevimento
Sempre, su appuntamento richiesto per email.
Sustainable Development Goals
Aims
The course is specifically aimed at physicists (experimental, analytical, and theoretical), providing the fundamental knowledge necessary for the design and analysis of hardware in complex scientific experiments. The main objective is focused on the practical implementation of an experiment, concentrating on high-precision acquisition electronics.
- Optimizing the Signal-to-Noise Ratio (SNR) of an experiment: understanding and optimizing critical electronic amplifiers. The emphasis is on maximizing the signal-to-noise ratio, which is fundamental to the effectiveness of any detector-based experiment.
- Management of Extreme Environments: Cutting-edge experiments (such as those studying neutrinos and high-energy physics) operate in extreme environments that require dedicated technological and design requirements, including performance under very low operating temperatures and high particle fluence (radiation resistance).
- Design of Stable Systems: Basic information will be provided to ensure the stability and low drift of amplification systems, which are essential for the reliability and accuracy of data collected over the long term.
In summary, the course provides the basis for critically understanding experimental requirements in terms of concrete hardware specifications concerning electronic instrumentation (in particular low-noise amplification) necessary for advanced physics experiments and critical scientific instrumentation.
Contents
Subjects of the 16 hours of lecturers:
- A physical/mathematical approach to the fed-backed amplifiers and their strategic importance;
- The fed-backed amplifiers characteristics from the physical/mathematical method;
- Frequency behavior of fed-backed amplifiers and the importance of stability;
- Amplifiers and noise;
- A heuristic introduction to transistors in view of their employment with low noise amplifiers;
- Amplification of detector signals and optimization of their signal to noise ratio with emphasis on low frequency noise and low drift, jitter and radiation hardness.
Prerequisites
The course is for physicists. No prior knowledge of the subject is required. The prerequisites for attending the seminars are knowledge of the basic properties of the electromagnetic field and the Fourier transform.
Teaching form
2 CFU, 16 hours.
Textbook and teaching resource
Bibliographic references are indicated in the slides, which are available in advance.
A list will be published in this section well in advance.
Semester
Second semester.
The period under consideration for the seminars will be late spring/early summer.
The exact period will depend on your needs and will be decided based on the information you provide.
Assessment method
A brief qualitative interview on one of the topics covered that you will select.
Office hours
Always by appointment requested by email.
