CIRCUITI ELETTRICI: FONDAMENTI E LABORATORIO
Anno accademico e docente
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- English course description
- Anno accademico
- 2018/2019
- Docente
- ANTONIO RAFFO
- Crediti formativi
- 9
- Periodo didattico
- Primo Semestre
- SSD
- ING-IND/31
Obiettivi formativi
- Il corso rappresenta il primo insegnamento che affronta in modo sistematico lo studio dei fenomeni elettrici ed esamina in modo esaustivo tutti gli elementi di base che compongono un circuito elettrico ed elettronico. L'obiettivo principale del corso consiste nel fornire agli studenti gli strumenti metodologici fondamentali per lo studio dei circuiti elettrici ed elettronici e risulta pertanto propedeutico per qualunque altro corso di natura circuitale e sistemistica nei settori di elettronica, controlli, telecomunicazioni ed informatica.
Le principali conoscenze acquisite saranno:
- le relazioni fondamentali della teoria dei circuiti (le leggi di Kirchhoff);
- le tecniche principali per la valutazione delle grandezze elettriche di interesse (tensione, corrente e potenza elettrica) in circuiti composti da bipoli, multipoli e n-bipoli;
- i modelli comportamentali di tutti i bipoli elettrici (resistore, condensatore, induttore, generatore indipendente di corrente, generatore indipendente di tensione) e dei principali multipoli (trasformatore, giratore, generatore di corrente o tensione comandato in corrente o tensione)
- metodi di analisi dei circuiti elettrici ed elettronici lineari e (in alcuni casi) non lineari di tipo adinamico (resistivo) e dinamico (cioè con elementi circuitali reattivi) operanti in corrente continua (DC), in transitorio ed in regime sinusoidale;
Le principali abilità (ossia la capacità di applicare le conoscenze acquisite) saranno:
- analizzare il comportamento di un qualunque circuito lineare operante in condizioni statiche (DC), in regime sinusoidale ed in regime transitorio;
- identificare i vincoli di progetto che determinano il dimensionamento di un semplice circuito elettrico. Prerequisiti
- E’ necessario avere acquisito e assimilato le seguenti conoscenze fornite dai corsi di: “Geometria ed Algebra”, “Metodi statistici per l’Ingegneria” e “Analisi Matematica II”:
- matrici e vettori ed operazioni elementari su matrici e vettori, sistemi lineari e loro soluzione;
- soluzione di sistemi di equazioni differenziali lineari del primo ordine. Contenuti del corso
- Il corso prevede 90 ore di didattica tra lezioni ed esercitazioni. In particolare sono previste 60 ore di lezione in aula e 30 ore di esercitazioni in laboratorio CAD. Le ore di lezione sono così suddivise:
1 Grandezze elettriche
Leggi di Kirchhoff delle correnti e delle tensioni. Bipoli e multipoli. Tensioni e correnti di lato. Potenza elettrica. Tensioni e correnti indipendenti in un multipolo. ORE: 5
2 Teoria elementare dei grafi
Generalità. Maglie e Tagli. Relazioni tra maglie e tagli. Basi di maglie e tagli. Formulazione matriciale. Matrice di incidenza nodale. ORE: 4
3 Tensioni e correnti di ramo
Sottospazi delle tensioni e delle correnti. Basi di tensioni e correnti. Ortogonalità dei vettori delle tensioni e delle correnti di lato. Teorema di Tellegen ORE: 4
4 Relazioni costitutive
Definizioni. Classificazione dei componenti. Interazione dei bipoli con la topologia della rete. ORE: 5
5 Bipoli e circuiti semplici adinamici e tempo-invarianti
Componenti adinamici lineari: generatore ideale di tensione e di corrente, resistore, cortocircuito, circuito aperto, nullatore e noratore. Serie e parallelo di bipoli. Cenni ai bipoli nonlineari: diodo ideale. Connessione in serie e parallelo di bipoli nonlineari. ORE: 5
6 Doppi bipoli adinamici, tempo-invarianti e lineari
Rappresentazioni implicite ed esplicite. Proprietà dei doppi bipoli. Sorgenti pilotate, trasformatore ideale e giratore. Tripoli resistivi a triangolo e stella e loro equivalenza. Ponti resistivi. Connessione in serie, parallelo e cascata di doppi bipoli. Esempi di circuiti con trasformatori e giratori ORE: 8
7 Proprietà e teoremi dei circuiti adinamici tempo-invarianti e lineari
Metodo di tableu nodale. Circuiti patologici. Teorema di ricollocazione delle sorgenti indipendenti. Teorema di sovrapposizione degli effetti. Teoremi di Thevenin e Norton. Teorema di Millmann. Teorema di sostituzione. ORE: 8
8 Metodi di analisi dei circuiti adinamici tempo-invarianti e lineari
Metodo nodale. Metodo nodale modificato. Metodo delle maglie e degli anelli. Metodi pratici per l'analisi. Esempi. ORE: 5
9 Bipoli e circuiti dinamici lineari
Condensatori ed induttori. Energia e stato. Equazioni dei circuiti dinamici elementari. Induttori accoppiati e loro modelli. ORE: 4
10 Circuiti lineari e dinamici in regime transitorio
Ordine di complessità di una rete e sua determinazione. Transitori nei circuiti del primo ordine. Risposta transitoria e permanente. Risposta da stato zero e da ingresso zero. Risposta ad un ingresso generico: integrale di convoluzione e suo significato. Transitori nei circuiti del secondo ordine. ORE: 6
11 Circuiti elettrici in regime sinusoidale
Metodo dei fasori (Steimetz). Funzioni di rete in regime sinusoidale. Potenza in regime sinusoidale. Potenza attiva, reattiva e complessa nei bipoli e nei due porte. Regime multifrequenziale. Teorema del massimo trasferimento di potenza. Circuiti risonanti. Rifasamento ORE: 6 Metodi didattici
- Il corso è organizzato nel seguente modo:
- lezioni in aula su tutti gli argomenti del corso;
- esercitazioni in aula, relative agli argomenti di teoria svolti, aventi per oggetto la risoluzione di reti elettriche di complessità crescente;
- esercitazioni in laboratorio CAD orientate all’analisi di circuiti di maggiore complessità. Modalità di verifica dell'apprendimento
- Il superamento dell'esame è prova di aver acquisito le conoscenze e le abilità specificate negli obiettivi formativi dell'insegnamento.
L’esame consiste in due esercizi e due domande di teoria vertenti su tutti gli argomenti affrontati durante il corso. Le domande di teoria e gli esercizi concorrono parimenti alla definizione del voto ed è necessario raggiungere una valutazione sufficiente su entrambi al fine di superare l’esame.
La prova ha durata pari a tre ore.
Durante la prova non è possibile consultare testi, appunti o altro materiale.
Per motivi organizzativi la lista d'esame si chiude due giorni prima della data dell'appello. Testi di riferimento
- Charles K. Alexander, Matthew N.O. Sadiku, "Circuiti Elettrici", Mc Graw Hill, 2017.
Renzo Perfetti, “Circuiti elettrici”, Zanichelli, 2013.
Charles A. Desoer, Ernest S. Kuh, “Fondamenti di teoria dei circuiti”, Franco Angeli, 2014.
