dispense - elettrotecnica

Insegnamento di

ELETTROTECNICA

per i Corsi di Laurea Triennali in Ingegneria Elettronica, Ingegneria delle Telecomunicazioni, Ingegneria Informatica e dellAutomazione Ingegneria Biomedica

Insegnamento di ELETTROTECNICA (1)

- docente prof. Francesco Piazza (ING-IND 31, Elettrotecnica) - obbligatorio per tutta lIngegneria dellInformazione - 6 CFU - prerequisiti: calcolo matriciale, calcolo differenziale ed integrale, numeri complessi e vettori, concetti fisici di base


- posizione 1 anno, 3 ciclo breve(per tutti i Corsi di Laurea)

problemiNon sono disponibili nozioni sui fenomeni elettromagnetici, a causa della assenza (o del ridimensionamento) del corso di Fisica II. Linsegnamento di Fondamenti di Elettromagnetismo si tiene in completamente in parallelo a questo corso.


Obiettivo GeneraleIntroduzione ai concetti ed agli strumenti di base della Teoria dei Circuiti, con particolare riferimento ai circuiti elettrici a costanti concentrate, lineari e stazionari. Comprende i seguenti argomenti : 1) Metodi di analisi di circuiti e di loro parti; 2) Studio della risposta in transitorio; 3) Studio della risposta a regime; 4) Studio di alcuni circuiti di particolare interesse.


CompetenzeConcetti di base della teoria dei circuiti a tempo continuo. Capacit di analizzare il comportamento di semplici reti elettriche passive, attive, con e senza memoria, sia in transitorio che a regime sinusoidale.

Attivit del Corso1) Lezioni ed Esercitazioni come da orario; 2) Prove scritte di verifica (ad autovalutazione e/o con valutazione del docente)


Testi di riferimento1) "Fondamenti di Elettrotecnica", G. Martinelli e M. Salerno, 2 edizione, Vol. I e II, Siderea 1996.(eventualmente Circuiti Elettrici, C.K. Alexander, M.N.O. Sadiku, McGraw Hill)

Supporti didattici1) copia del materiale di supporto alle lezioni (attenzione! non costituiscono una dispensa) 2) sito web http://www.laureaelettronica.ing.univpm.it (occorre registrarsi con il proprio nome e cognome!)


Modalit desameL'esame si divide in una prova pratica di analisi circuitale ed in una verifica della preparazione teorica. La prova pratica consiste nellanalisi di uno o pi circuiti elettrici, a regime e in transitorio. La prova di verifica teorica, consiste in domande (a cui rispondere per iscritto e, quando necessario, anche oralmente) sugli argomenti del programma. Nel corso delle lezioni sono previste 2 prove scritte parziali. Gli studenti che avranno superato entrambe positivamente potranno verbalizzare il voto complessivo ottenuto.

Parte 1Introduzione alla Teoria dei Circuiti

Insegnamento di Elettrotecnica (Ele+Tele+Infa+Bio)

La Teoria dei Circuiti

Teoria dei Circuiti Si occupa essenzialmente della definizione, dellanalisi e della sintesi dei circuiti in senso lato. In questo ambito i circuiti elettrici a costanti concentrate hanno una rilevanza particolare (anche storicamente). Lidea di circuito un concetto primitivo, indipendente dalla natura dei sistemi elettrici o non elettrici; esso discende dalla naturale tendenza della mente umana a dividere problemi complessi in un insieme di sottoproblemi pi piccoli e pi facilmente comprensibili.

Il modello circuitale (1)Definizione di Circuito Un circuito costituito da un insieme di componenti (detti anche elementi, o blocchi o dispositivi), appartenenti ad un insieme noto di tipi, collegati fra loro attraverso dei collegamenti (detti anche morsetti, o fili o conduttori).ELEMENTI CIRCUITALI (componenti, dispositivi)

FILI DI COLLEGAMENTO (conduttori, morsetti)

Il modello circuitale (2)Definizione di Componente Elemento circuitale caratterizzato da un particolare insieme di morsetti (di ingresso/uscita) e da un opportuno insieme di equazioni fra le variabili di interfaccia (relazioni costitutive) dipendenti da un numero finito di costanti numeriche (parametri circuitali del componente).Terminale etichettato (morsetto) 1

z - 3x + 2y = 0 y - 0.5x log(z) = 0

3

x2

z yVariabile di interfaccia

Il modello circuitale (3)Definizione di Collegamento Un arco orientato o non orientato che collega fra loro i morsetti dei componenti circuitali. Esso impone sempre sia lomogeneit (stessa unit di misura) che la continuit (stesso valore) alle variabili di interfaccia in corrispondenza dei morsetti. Costituisce quindi una equazione di vincolo. 1) Linsieme dei collegamenti di un circuito pu essere descritto da un grafo opportuno. 2) Linsieme dei collegamenti di un circuito genera un insieme di equazioni di vincolo fra le variabili di interfaccia.

Il modello circuitale (4)Circuiti direzionali e non direzionali I modelli circuitali possono essere distinti in due classi, a seconda della natura del sistema di equazioni e della tecnica di soluzione: 1) Circuiti non direzionaliLa direzione degli scambi fra componenti indeterminata e non stabilito un preciso rapporto di causa-effetto fra le variabili di interfaccia, che in generale dipendono da tutti i componenti del circuito. La tecnica di soluzione calcola congiuntamente tutte le variabili di interfaccia.

2) Circuiti (uni-)direzionaliLa direzione degli scambi fra componenti stabilita a priori, il funzionamento dei vari blocchi disaccoppiato, la tecnica di soluzione calcola sequenzialmente le variabili di interfaccia.

Il modello circuitale (5)Variabili di interfaccia Sono grandezze (segnali) definibili sui collegamenti fra i componenti e sono sottoposte sia alle equazioni di vincolo generate dai collegamenti che alle equazioni (relazioni costitutive) dei componenti. Tutte le variabili di interfaccia usualmente sono funzioni di una o pi variabili indipendenti comuni (in genere il tempo). Tale dipendenza pu essere principalmente di 2 tipi: 1) a tempo continuo 2) a tempo discreto

Segnali a tempo continuo (analogici)

Variabili di interfaccia (segnali) analogiche Sono funzioni usualmente del tempo che riproducono (sono in stretta analogia con) landamento di grandezze del mondo fisico.- hanno un valore per qualsiasi istante t; - usualmente sono a valori reali, limitate e continue; - per estensione si considerano anche a valori complessi, e/o non continue e/o non limitate.

Segnali a tempo continuo (2)Esempio: segnale vocale

Ampiezza in funzione del tempo

Spettro in funzione della frequenza

Segnali a tempo discreto

Variabili di interfaccia (segnali) a tempo discreto Sono funzioni di variabili indipendenti a valori discreti (usualmente il tempo).- hanno un valore solo per istanti discreti n; - usualmente sono a valori reali, limitate e continue; - per estensione si considerano anche a valori complessi, e/o non limitate.

sequenze di numeri

Segnali a tempo discreto (2)Esempio: segnale a tempo discreto1.5 1

valori digitali

0.5 0 -0.5 -1 -1.5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

- anche tali valori possono essere discretizzati (es. segnali digitali); - si possono ottenere campionando segnali analogici.

Circuiti analogici e a tempo discretoCircuiti analogici Sono circuiti le cui variabili di interfaccia sono analogiche e le relazioni costitutive dei componenti sono a tempo continuo. Di grande interesse sono: i circuiti elettrici a costanti concentrate(analogici e non direzionali)

Circuiti a tempo discreto Sono circuiti le cui variabili di interfaccia sono a tempo discreto e le relazioni costitutive dei componenti sono a tempo discreto. Di grande interesse sono: circuiti a tempo discreto digitali(a tempo discreto e uni-direzionali)

Circuiti analogici (1)Esempio: schema di montaggio circuito elettrico analogico

Circuiti analogici (2)Esempio: implementazione circuito elettrico analogico

Circuiti a tempo discreto (1)Esempio: schema di un circuito a tempo discreto

Miglioramento del segnale vocale campionato con 8000 campioni/secondo

Circuiti a tempo discreto (2)Esempio: implementazioni di un circuito a tempo discretoImplementazione hardware con circuiti digitali Implementazione software programma = algoritmo

#include #include main(int argc, char **argv, char **envp, CHAN *in[], int ins, CHAN *out[], int outs) { float buf[1024], spectrum[513]; for (;;) { chan_in_message(sizeof(buf), buf, in[0]); magspecR(buf, 1024, hammingR, 10, spectrum); chan_out_message(sizeof(spectrum), spectrum, out[0]); } }

Lapproccio circuitale- pu essere utilizzato per modellare fenomeni fisici diversi (elettrici, meccanici, termici, ecc.); - uno strumento di modellazione semplice e flessibile; - permette di realizzare modelli sia a tempo continuo che a tempo discreto; - pu introdurre delle approssimazioni;

sempre necessario verificare la sua validit !

Parte 3 Introduzione allAnalisi Circuitale

Parte 4 Analisi di Circuiti Senza Memoria

Parte 5 Caratterizzazione Esterna

Caratterizzazione Esterna

Poich la complessit dellanalisi circuitale non linearmente proporzionale al numero dei rami ma ad una sua potenza, importante analizzare parti del circuito separatamente e poi studiare la connessione delle varie parti. parti del circuito sottocircuiti accessibili da alcune porte elettriche

si studieranno i seguenti casi: 1) reti ad una e due porte connesse a circuiti noti (teorema di sostituzione); 2) reti ad una e due porte connesse a circuiti generici. (CARATTERIZZAZIONE DI SOTTOCIRCUITI)

Parte 6

Trasformazioni Circuitali

Trasformazioni Circuitali

Nella Teoria dei Circuiti sono state introdotte numerose trasformazioni circuitali anche complesse. In questa parte si intende fornire una breve panoramica di alcune semplici trasformazioni per elementi ad una ed a due porte, bilanciati e sbilanciati. Le trasformazioni vengono proposte in reti senza memoria, ma possono essere generalizzate anche al caso di reti con memoria, sotto opportune condizioni. Gli schemi proposti possono essere anche utilizzati come esercizi di verifica con soluzione.

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