| n. |
Data |
Argomenti svolti |
Durata della lezione |
Totale ore di lezione |
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5/10/2009 |
Introduzione
ai
segnali.
Esempi
di
segnali
acustici.
Segnali
deterministici
e
segnali
di
rumore.
Segnali
bidimensionali:
immagini.
Realizzazione del rumore nel caso di un'immagine. Operazioni
che si possono fare sui segnali. Schema tipico di un sistema di acquisizione di segnali (sensore/trasduttore-ADC-computer di acquisizione dati). |
2 |
2 |
| 2 |
6/10/2009 (mattina) |
Relazione
tra
segnali
campionati
e
spazi
vettoriali.
Prodotto
scalare.
Ortogonalità
delle
funzioni
trigonometriche
nello
spazio
delle
funzioni periodiche su un intervallo
dato. |
1 |
3 |
| 3 |
6/10/2009 |
Richiami
sulle serie di Fourier.
Utilizzo delle relazioni di ortogonalità
per il calcolo dei coefficienti di Fourier. Forma complessa delle
serie di Fourier. Calcolo della serie di Fourier di un'onda quadra.
Fenomeno
di Gibbs. Introduzione a LabView (gli studenti possono consultare anche il testo introduttivo: Getting Started with LabView). |
3 |
6 |
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12/10/2009 |
Simmetria
dei
coefficienti
di Fourier nel caso di
funzioni a valori
reali. Trasformata di Fourier. Proprietà della trasformata di Fourier. Teorema di convoluzione. Proprietà di simmetria della trasformata di Fourier. Funzione delta di Dirac; rappresentazioni della funzione delta di Dirac come limite di una successione di funzioni densità di probabilità. Rappresentazione della funzione delta per mezzo di un integrale di Fourier. Trasformata di Fourier di un singolo impulso rettangolare e di altri segnali comuni. Teorema di Parseval. Spettro di potenza (densità spettrale). Significato statistico della densità spettrale: densità spettrale come misura della fluttuazione quadratica media per unità di frequenza. Funzione di autocorrelazione. Teorema di Wiener-Kintchine. Interpretazione statistica della densità spettrale. |
2 |
8 |
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13/10/2009 (mattina) |
Densità spettrale di una serie di impulsi rettangolari scorrelati tra loro. Densità spettrale di un segnale sinusoidale.Densità spettrale di un segnale sinusoidale smorzato. | 1 |
9 |
| 6 |
13/10/2009 (pomeriggio) |
Introduzione
dei
decibel.
Utilizzo
dei
decibel
per
la
fonometria.
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10 |
| 7 |
13/10/2009 (pomeriggio-laboratorio) |
Sessione di laboratorio: primo utilizzo ed esempi semplici di programmazione in LabView. | 2 |
12 |
| 8 |
19/10/2009 |
Introduzione ai filtri. Classificazione dei filtri. Analisi dettagliata del comportamento del filtro RC nel dominio della frequenza. Risposta impulsiva e funzione di trasferimento del filtro RC. Considerazioni generali su risposta impulsiva e funzione di trasferimento (teoria dei sistemi): collegamento tramite il teorema di convoluzione. Causalità e forma della risposta impulsiva e della funzione di trasferimento del filtro. | 2 |
14 |
| 9 |
20/10/2009 (mattina) |
Introduzione alla trasmissione e ricezione di segnali radio. Spettro di un segnale modulato in ampiezza. Demodulazione di segnali modulati in ampiezza. Schema di radio AM con un transistor FET. | 1 |
15 |
| 10 |
20/10/2009 (pomeriggio - laboratorio dip. Fisica) |
Sessione
di
laboratorio:
costruzione
di
una
radio
AM
con
un transistor di tipo FET. |
3 |
18 |
| 11 |
26/10/2009 |
Descrizione qualitativa del funzionamento del metodo di demodulazione eterodina. Altri metodi di modulazione, modulazione di fase e di frequenza. Spettro dei segnali modulati in frequenza. Cenni alla demodulazione dei segnali FM con uno slope detector. Altri metodi di modulazione: metodi FSK, PSK e ASK. La modulazione PSK e le sue varianti (DPSK, BPSK, QPSK). Modulazione PCM. Propagazione atmosferica. Allocazione delle frequenze (mappa di allocazione delle frequenze dal sito della NTIA). | 2 |
20 |
| 12 |
27/10/2009 (mattina) |
Esempio di ricerca moderna che utilizza i concetti di modulazione studiati nel corso (sintesi di frequenza con i laser; radio realizzata con un nanotubo, link all'articolo). | 1 |
21 |
| 13 |
27/10/2009 (pomeriggio) |
Radio
digitale (DRM); la tecnica FDM (Frequency Division Multiplexing). |
1 |
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| 14 |
27/10/2009 (pomeriggio - laboratorio ) | Sessione di laboratorio: simulazione di sistemi di modulazione FSK e analisi spettrale dei segnali prodotti tramite LabView. | 2 |
24 |
| 15 |
9/11/2009 |
Trasformata
di
Fourier
discreta
(DFT).
Proprietà
di
ortogonalità
degli
esponenziali complessi
con indici interi che compaiono nella definizione della DFT.
Complessità di calcolo della DFT. Teorema
di convoluzione per le DFT. Esempio:
DFT di un segnale sinusoidale. DFT come modello
fisico dei dati. Teorema del campionamento (teorema di Nyquist). Formula di ricostruzione di Shannon. |
2 |
26 |
| 16 |
10/11/2009 (mattina) |
Il lemma di Danielson-Lanczos. Algoritmo di Cooley e Tukey per la trasformata di Fourier veloce (FFT). Varianti dell'algoritmo di Cooley e Tukey. Calcolo della densità spettrale per mezzo della DFT. | 1 |
27 |
| 17 |
10/11/2009 (pomeriggio - laboratorio) |
Sessione
di
laboratorio:
utilizzo
di
LabView
per il calcolo della DFT.
Utilizzo del programma per la misura sperimentale della
complessità computazionale della DFT e per il confronto tra
complessità computazionale di DFT e FFT. Osservazione di effetti
di spectral leakage. |
2 |
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| 18 |
16/11/2009 |
Spectral leakage. Utilizzo delle finestre per la riduzione dello spectral leakage. Caratteristiche generali delle finestre. Caratteristiche della finestra rettangolare e della finestra di Hanning. Parametri che caratterizzano i diversi tipi di finestre (in particolare: coherent gain, coherent power gain, incoherent power gain, equivalent noise bandwidth). | 2 |
32 |
| 19 |
17/11/2009 (mattina) |
Introduzione ai processi di rumore. Caratteristiche generali del rumore: Gaussianità, ergodicità, stazionarietà. Esempio di processo non ergodico. Esempio di processo non stazionario (processo di diffusione descritto da una random walk unidimensionale). Importanza della Gaussianità nei processi di rumore. Rumore bianco e rumori colorati (rumori con spettro tipo 1/f^alpha). Funzione di autocorrelazione del rumore bianco. | 1 |
33 |
| 20 |
17/11/2009 (pomeriggio) |
Dimostrazione di Pierce della formula di Nyquist per il rumore Johnson. | 1 |
34 |
| 21 |
17/11/2009 (pomeriggio - laboratorio) |
Sessione di laboratorio: utilizzo di LabView per la simulazione e analisi spettrale di segnali + finestre + rumore bianco. | 2 |
36 |
| 22 |
23/11/2009 |
Teorema di Campbell. Versione semplificata della formula di reciprocità di Green (per la dimostrazione del teorema di Nyquist a partire dal teorema di Campbell). Utilizzo del teorema di Campbell per la derivazione delle formule per il rumore Johnson e lo shot noise. | 2 |
38 |
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24/11/2009 (mattina) |
Regressioni lineari. Modellizzazione AR, MA e ARMA delle serie temporali. Trasformata Z. Funzione di trasferimento ottenuta per mezzo della trasformata Z. Relazione tra trasformata Z e DFT. | 1 |
39 |
| 24 |
24/11/2009 (pomeriggio) |
Sessione
di
laboratorio:
utilizzo
di LabView
per l'analisi di regressioni lineari. |
3 |
42 |
| 25 |
2/12/2009 (pomeriggio) |
Regressioni
lineari
e
analisi
spettrale. Ripresa dei filtri. Dimostrazione che i filtri causali
producono
sempre uno sfasamento dipendente dalla frequenza. Teoria
di
base
dei
filtri
digitali. Alcuni esempi di filtri FIR. Alcuni esempi di filtri IIR. Retroazione (feedback) negativa. |
2 |
44 |
| 26 |
3/12/2009 (mattina) |
Introduzione
elementare
al
funzionamento
degli
amplificatori
operazionali
con
feedback
negativo.
Semplici
applicazioni
degli
amplificatori
operazionali:
circuiti
amplificatori
e
sommatori. Amplificatore in transimpedenza e
suo utilizzo come preamplificatore di corrente per i fotodiodi.
Circuiti integratori e differenziatori. |
2 |
46 |
| 27 |
9/12/2009 (pomeriggio) |
Altre
applicazioni degli amplificatori
operazionali: differenze, logaritmi, esponenziali di segnali ottenuti
per
mezzo di amplificatori operazionali. DAC ottenuto da
un circuito sommatore realizzato con un amplificatore operazionale. DAC
ottenuto per mezzo della configurazione circuitale R2R. Il gyrator.
Filtri
attivi
con amplificatori operazionali: la configurazione di
Sallen-Key.Analisi
di un filtro passa-basso ottenuto
dalla configurazione di Sallen-Key. |
2 |
48 |
| 28 |
10/12/2009 (pomeriggio) |
Introduzione
al
funzionamento
degli
ADC:
il
flash
ADC.
Gli
ADC
pipelined,
ADC
SAR
e
ADC
Sigma-Delta.
Range dinamico. |
2 |
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| 29 |
14/12/2009 |
Sessione di laboratorio: costruzione di un fotometro che utilizza un OP-AMP come amplificatore in transconduttanza. | 2 |
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15/12/2009 (mattina) |
Introduzione
all'apparato
per l'acquisizione di segnali ambientali (luce
ambientale). (v. presentazione in formato pdf) |
1 |
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15/12/2009 (pomeriggio ) |
Scrittura
del programma per l'acquisizione di segnali ambientali (luce
ambientale) e interfacciamento con la scheda di acquisizione dati. |
4 |
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11/1/2010 (pomeriggio) |
Analisi dei dati acquisiti durante il periodo natalizio | 2 |
59 |
| 33 |
12/1/2010 (mattina) |
Dimostrazione
del
funzionamento
di
un
sistema
di
trasmissione
e
ricezione
ottico
con
modulazione
FM
(link
alla presentazione) (link ad
articolo aggiuntivo sulla caratterizzazione della precisione degli
orologi) |
1 |
60 |
| 34 |
12/1/2010 (pomeriggio) |
Misura
precisa
del
tempo (link alla presentazione). |
3 |
63 |