Elettrotecnica ed Elettronica

Materia:
Elettrotecnica ed Elettronica
(scritto, orale e pratico)
A.S. 2013/2014
Classe:
4° B
Docente:
Prof. Ugo Viola
(2 ore di teoria +3 ore di laboratorio)
PROGRAMMA CONSUNTIVO
PREMESSA
Il programma è stato svolto con riferimento alle linee guida della riforma scolastica per l’indirizzo di
Elettrotecnica ed Elettronica articolazione Automazione. Il programma è stato svolto privilegiando in
campo elettronico un approccio teorico relativo alla componentistica integrata, rispetto a quella discreta,
in considerazione del fatto che la maggior parte delle apparecchiature commerciali e industriali impiega
circuiti integrati operazionali e/o di circuiti integrati “dedicati”. Dal punto di vista didattico si è quindi scelto
di iniziare al più presto l’utilizzo dell’amplificatore operazionale affinché lo studente ne comprenda tutti gli
aspetti, sia teorici, sia pratici, lasciando alla materia di T.P.S.E. ed E. l’introduzione dei componenti
discreti (diodo, BJT, JFET, MOSFET) e le relative applicazioni di base.
Il programma svolto è stato ridotto rispetto alla programmazione iniziale a preventivo, sia perché la
classe non ha mostrato particolare interesse alla materia, sia per la conclusione, di fatto, anticipata al 26
maggio 2014 per lo svolgimento delle attività di stage non programmate a settembre; in particolare
l’argomento relativo alla elettronica di potenza è stato svolto nelle sue linee esenziali (cenni), mentre
quello relativo alle caratteristiche dei motori elettrici in continua, in alternata e per automazione è stato
soppresso e dovrà essere svolto nel prossimo anno scolastico..
Per quanto riguarda l'aspetto pratico relativo alle misure, si è cercato di raggiungere più obiettivi
formativi:
_consolidare l'uso di strumenti già noti ed allargarne il campo di applicazione;
_verificare sperimentalmente le nozioni teoriche introdotte mediante misure su uno o più circuiti;
_la comprensione e l'uso dei manuali di laboratorio relativi alla strumentazione e alla componentistica
utilizzata.
_impostare, in modo autonomo, semplici misure sui circuiti analizzati in teoria.
Il testo di riferimento è: Elettrotecnica ed Elettronica, Enrico Ambrosini, Tramontana Vol. 2.
Contenuti disciplinari
Argomento Quadripoli Lineari Amplificatori.
Generalità: quadripoli passivi ed attivi. Quadripoli attivi: amplificazione, funzione di trasferimento,
guadagno, impedenza di ingresso e di uscita, banda passante. Attenuazione e guadagno espressi in
decibel.
Amplificatore ideale e reale: guadagno di tensione, di corrente, di potenza, modello equivalente del
doppio bipolo con generatore reale di tensione di uscita; concetto di guadagno a vuoto e sotto carico,
impedenza di ingresso e di uscita, banda passante e distorsione armonica. Collegamento di più
amplificatori in cascata accoppiati sia in continua, sia in alternata.
Argomento Reazione Negativa.
Generalità, algebra degli schemi a blocchi, schema a blocchi di un sistema retroazionato, calcolo del
guadagno in presenza di retroazione, effetti della retroazione sulla stabilità del guadagno reazionato;
cenni sugli effetti della retroazione sulla banda passante, sulla distorsione e sul rumore. Confronto tra
amplificatori a catena aperta e amplificatori reazionati.
Argomento Amplificatori Operazionali (A.O.).
Caratteristiche principali degli amplificatori operazionali ideali e reali (uA741, TL071); dati tecnici di un
amplificatore operazionale reale: resistenze di ingresso; massima variazione della tensione di uscita
(Slew Rate); curva di risposta del modulo e frequenza di transizione ( fT ) o prodotto guadagno banda
( GBw ); tensione di offset, misura e compensazione della tensione di offset; deriva termica e sua
riduzione mediante bilanciamento della resistenza “vista” dagli ingressi dell’A.O..
Argomento Circuiti lineari con amplificatori operazionali
Amplificatore operazionale funzionante a catena chiusa. Cortocircuito e apertura virtuale agli ingressi di
un amplificatore operazionale funzionante in regime lineare. Analisi della configurazioni fondamentali
mediante il metodo semplificato dei principi virtuali e del metodo dei potenziali ai nodi.
Analisi, esempi di progetto e prove pratiche relative alle configurazioni:, amplificatore di tensione
invertente e non invertente, sommatore invertente e non invertente, sommatore algebrico, amplificatore
traslatore di livello e amplificatore differenziale.
Amplificatore differenziale: l’importanza dell’amplificatore differenziale nelle applicazioni industriali,
tensione differenziale e di modo comune, guadagno differenziale e di modo comune, rapporto di
reiezione di modo comune (CMRR) e relativa prova pratica di laboratorio. Nelle prove pratiche di
laboratorio sono stati impiegati amplificatori operazionali tipo LM741, TL071.
Amplificatore differenziale per strumentazione; generalità, schema elettrico, formula del guadagno,
applicazioni pratiche con circuiti di misura a ponte resistivo di Wheastone, circuito integrato INA114,
analisi dei data sheet, metodo di progetto. Esempi, esercizi di progettazione e prova pratica di
laboratorio con INA114.
Argomento Circuiti a scatto: Comparatori
Amplificatore operazionale funzionante a catena aperta. Comparatori: generalità, comparatori semplici
invertenti e non invertenti, comparatore a finestra bassa e a finestra alta, comparatore invertente con
isteresi (trigger di Schmitt), schemi elettrici, principio di funzionamento, caratteristica di trasferimento,
metodo di analisi e metodo di progetto. Esercizi e prove pratiche di laboratorio sia con amplificatori
operazionali, sia con comparatori LM339 a singola alimentazione.
Argomento Segnali periodici e sviluppo in serie di Fourier
Definizione di segnale periodico, analisi delle simmetrie: funzioni pari, dispari, alternative e loro proprietà
nello sviluppo in serie di Fourier; sviluppo in serie di Fourier di forme d’onda periodiche quadre,
triangolari e rettangolari: grafici nel dominio del tempo, termine generico, concetto di armonica. spettro
di ampiezza, concetto di banda occupata dal segnale, valore efficace secondo Fourier.
Argomento Circuiti lineari con A.O. e condensatore
Premessa. Analisi di un circuito lineare in regime sinusoidale: ripasso dei concetti di reattanza e
impedenza, numeri complessi in forma cartesiana e polare, diagrammi vettoriali; metodo simbolico.
Come ricavare la funzione di trasferimento di un circuito, sia nel dominio della variabile s, sia in regime
periodico nel dominio delle frequenze (s=jω), poli e zeri della funzione di trasferimento, risposte in
frequenza dei circuiti lineari: diagrammi del modulo e della fase.
Circuiti integratore e derivatore ideali e reali: studio nel dominio delle frequenze, funzione di
trasferimento, diagrammi del modulo e della fase, metodo di progetto e prova pratica di laboratorio.
Ripasso dei filtri passivi RC del primo ordine passa basso e passa alto, curva di risposta in modulo e
fase.
Circuito risonante serie, concetto di risonanza, fattore di merito del circuito risonante, curva di risposta
della corrente in funzione della frequenza, sovratensioni sugli elementi reattivi; circuito risonante
parallelo, curva di risposta della corrente in funzione della frequenza, sovracorrenti negli elementi
reattivi, frequenze di taglio e banda passante.
Filtri attivi RC del primo ordine passa basso e passa alto, schemi elettrici in configurazione sia
invertente, sia non invertente, analisi della funzione di trasferimento G(s), poli e zeri, analisi della
funzione di trasferimento G(jω), formule del modulo e della fase, curve di risposta in frequenza del
modulo e della fase, concetti guadagno di centro banda e di frequenza di taglio.
Amplificatori audio con A.O.; generalità, schemi elettrici, studio approssimato con il metodo delle costanti
di tempo: analisi della banda passante, basse frequenze, medie frequenze (centro banda), alte
frequenze; metodo delle costanti di tempo per l’analisi e per la sintesi, concetto di polo dominante sia
alle basse frequenze, sia alle alte frequenze, formule per la determinazione delle pulsazioni inferiore e
superiore.
La distorsione di un amplificatore: distorsone lineare e non lineare, distorsione armonica e di
intermodulazione, definizione di distorsione di armonica e distorsione armonica totale.
Argomento Circuiti non lineari con A.O.
Circuiti comprendenti dispositivi non lineari e amplificatori operazionali. Diodo e diodo zener ideali:
modelli circuitali equivalenti.
Circuiti di limitazione a uno e a due livelli con amplificatori operazionali e con diodi e/o diodi zener,
analisi dei circuiti, forme d’onda e caratteristiche di trasferimento, metodo di progetto e prove pratiche di
laboratorio.
Circuiti raddrizzatori di precisione a singola e a doppia semionda positiva e negativa con carico a massa
e fuori massa, analisi dei circuiti, forme d’onda e caratteristiche di trasferimento.
Argomento Elettronica di potenza (cenni).
Generalità, pilotaggio ON-OFF di carichi di potenza con BJT e MOSFET, circuito base con protezione
contro le sovratensioni con diodo volano, schema elettrico e principio di funzionamento; cenni al controlli
di potenza, sia di tipo lineare, sia di tipo impulsivo mediante PWM.
Modena 23 maggio 2014
L'insegnante
Prof. Viola Ugo
I rappresentanti della classe 4 B
Abbati
Kristian
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Dallavalle Lorenzo
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