Obiettivi Formativi

Acquisire conoscenza e comprensione dei principi teorici dei circuiti elettrici ed elettronici di base, e degli strumenti metodologici fondamentali per l’analisi e la risoluzione degli stessi. In particolare, le principali conoscenze acquisite riguarderanno le relazioni fondamentali della teoria dei circuiti, i modelli comportamentali di tutti i bipoli elettrici e dei principali doppi bipoli, ed i metodi di analisi dei circuiti elettrici ed elettronici operanti in corrente continua (DC), in transitorio, e in regime sinusoidale (AC). Sviluppare la capacità di descrivere qualitativamente e quantitativamente il comportamento di circuiti lineari in vari regimi operativi, applicando i diversi strumenti forniti. Sviluppare la capacità di individuare autonomamente gli strumenti necessari all'analisi, alla comprensione e alla risoluzione dei circuiti, anche attraverso esercitazioni individuali e di gruppo o attraverso l'integrazione delle conoscenze acquisite con indagini bibliografiche personali, tali da consentire un confronto critico tra le diverse soluzioni possibili e l’elaborazione autonoma dei concetti. Sviluppare la capacità di intendere ed utilizzare il linguaggio tecnico appropriato alla disciplina, di saper illustrare i vantaggi e gli svantaggi delle soluzioni alternative alle problematiche dei circuiti, in vista del rapporto con interlocutori sia specialistici sia non del settore. Sviluppare un metodo di studio individuale adeguato a consentire l'approfondimento delle conoscenze e ad affrontare ulteriori tematiche avanzate nei settori dell’Ingegneria Elettronica e Informatica.

Metodi didattici

Il corso prevede lo svolgimento di lezioni frontali e di esercitazioni in aula, queste ultime sia individuali, sia di gruppo, con analisi critica dei risultati e discussione in aula.

Prerequisiti

Principi fondamentali di analisi matematica (risoluzione di sistemi di equazioni lineari e di semplici equazioni differenziali di primo e secondo ordine, numeri complessi) e di fisica (elettromagnetismo).

Verifiche dell'apprendimento

La valutazione dell'apprendimento è effettuata tramite due prove, una scritta e una orale. La prova scritta è basata sulla risoluzione di circuiti elettrici, in continua o in alternata, tramite gli strumenti risolutivi forniti durante il corso. Essa serve quindi a verificare la capacità di applicare le conoscenze acquisite alla risoluzione di problemi ingegneristici relativi a circuiti elettrici ed elettronici. - La valutazione della prova scritta sarà espressa in trentesimi e farà media con la prova orale. - Gli studenti possono svolgere la prova orale nell’appello dello scritto o in quello successivo. La prova orale consiste in una discussione su argomenti tratti da tutto il programma svolto a lezione, al fine di poter valutare l’acquisizione degli obiettivi formativi specifici del corso. - Se, entro il limite di validità dello scritto, lo studente non dimostra l’acquisizione degli obiettivi formativi specifici con una prova orale almeno sufficiente, deve rifare la prova scritta. - La valutazione finale, espressa in trentesimi, è stabilita giudicando complessivamente le due prove.

Programma del Corso

-INTRODUZIONE: Circuiti elettrici, utilizzatori e generatori. Circuiti a parametri concentrati. Carica e corrente, tensione, potenza ed energia, convenzioni degli utilizzatori e dei generatori. Bipoli, lineari e non lineari, tempo varianti e tempo invarianti. Collegamento in serie e parallelo di bipoli. -RESISTORI E GENERATORI: Resistori lineari e non lineari, legge di Ohm, potenza elettrica dissipata in un resistore. Generatori indipendenti di tensione e corrente, reali e ideali, legge di Ohm generalizzata, forme d’onda (costante per regime continuo DC, sinusoidale per regime alternato AC). Nodi, rami e maglie di un circuito elettrico, leggi di Kirchhoff alle correnti e alle tensioni, risoluzione dei circuiti tramite le leggi di Kirchhoff, la regola del taglio. Resistori in serie e in parallelo, partitore di tensione e di corrente, trasformazioni stella-triangolo e triangolo-stella. Strumenti di misura e loro collegamento, voltmetro, amperometro, wattmetro. -GRAFI E METODI SISTEMATICI PER LA RISOLUZIONE DEI CIRCUITI: Teoria dei grafi. Metodi degli anelli e delle maglie. Metodi degli anelli e delle maglie modificati. Insiemi di taglio e maglie. -TEOREMI DELLE RETI: Linearità di un circuito elettrico. Principio di sovrapposizione degli effetti. Teorema di Thevenin, teorema di Norton, calcolo della resistenza di una rete vista da due punti, trasformazione dei generatori reali. Collegamento di generatori di tensione e corrente, generatori prevalenti, teorema di Millman per generatori reali di tensione in parallelo, teorema di Millman in presenza di generatori di corrente. Massimo trasferimento di potenza. Generatori controllati di corrente e di tensione, calcolo della resistenza equivalente in presenza di generatori controllati. -CONDENSATORI E INDUTTORI: Principio fisico di funzionamento dei condensatori, condensatori in serie e in parallelo, energia immagazzinata nel condensatore. Transitorio RC in regime continuo. Principio fisico di funzionamento degli induttori, induttori in serie e parallelo, legge di Biot-Savart, forza magneto-motrice, legge di Lenz, energia immagazzinata nell’induttore, condensatore e induttore bipoli inerziali. Transitorio RL in regime continuo. Mutua induzione, coefficiente di accoppiamento, ripartizione del flusso. Energia elettrica immagazzinata in induttori accoppiati. -REGIME SINUSOIDALE E FASORI: Grandezze periodiche, alternate, sinusoidali, valore medio, valore efficace, valore massimo, definizione di vettore rotante e di fasore, richiami sui numeri complessi, operazioni sui fasori e loro proprietà, risposta in regime sinusoidale, legge di Ohm in regime sinusoidale, definizione di impedenza, ammettenza, conduttanza e suscettanza, composizione di impedenze. -ANALISI IN REGIME SINUSOIDALE: Risoluzione dei circuiti in regime sinusoidali, principio di sovrapposizione, trasformazione dei generatori, circuiti equivalenti di Thevenin e Norton, circuiti risonanti serie e parallelo, risposta in frequenza di un circuito RLC serie, cenni sui filtri passa-banda, taglia-banda, passa-alto, passa-basso. -POTENZA IN REGIME SINUSOIDALE E RIFASAMENTO: Potenza istantanea, potenza fluttuante, potenza attiva istantanea e reattiva istantanea, potenza attiva e reattiva, potenza apparente, potenza complessa, fattore di potenza, teorema sul massimo trasferimento di potenza attiva, teorema di Boucherot, rifasamento totale e rifasamento parziale. -REGIME PERIODICO NON SINUSOIDALE: Sviluppo in serie di Fourier, armoniche, coefficiente di deformazione, potenze in regime deformato. -CIRCUITI IN REGIME TRANSITORIO: Funzioni elementari e perturbazioni prolungate. Circuiti del primo ordine: RC e RL. Circuiti del secondo ordine: RLC. Analisi nel dominio del tempo. Analisi tramite trasformata di Laplace. Evoluzione libera.