02Indice 9..12 - McGraw Hill Higher Education
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INDICE Prefazione XIII Autori XV Ringraziamenti dell’Editore Guida alla lettura 2.7 2.8 Modelli dei generatori reali Trasformazioni stella-triangoloy 2.8.1 Trasformazione da triangolo a stella 2.8.2 Trasformazione da stella a triangolo Applicazioni 2.9.1 Sistemi di illuminazione 2.9.2 Progetto di strumenti di misura per grandezze stazionarie Caso pratico: Alimentazione di dispositivi elettrici Sommario 42 44 45 46 50 50 3 Elementi circuitali biporta 59 3.1 3.2 3.3 Introduzione Rappresentazione implicita dei biporta Rappresentazione esplicita dei biporta 3.3.1 Parametri resistenza 3.3.2 Parametri conduttanza 3.3.3 Parametri ibridi 3.3.4 Parametri di trasmissione 3.3.5 Relazioni tra i parametriy Interconnessione di biporta Sommario 59 60 61 61 64 67 71 74 76 81 4 Teoremi delle reti 83 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 Introduzione Linearità Sovrapposizione Teorema di Millman Teorema di Thevenin Teorema di Norton Dimostrazione dei teoremi di Thevenin e di Nortony Massimo trasferimento di potenza Verifica dei teoremi delle reti con PSpice Applicazioniy 4.10.1 Misura delle resistenze Caso pratico: Attenuatore passivo Sommario 83 83 85 89 91 96 XVII XVIII 2.9 PARTE I CIRCUITI IN REGIME STAZIONARIO 1 Concetti e leggi fondamentali 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 Introduzione Sistemi di unità di misura Carica e corrente Tensione Potenza ed energia Leggi fondamentali dei circuiti elettrici Nodi, rami e maglie Leggi di Kirchhoff Matrice di incidenza e Teorema di Tellegen 1.9.1 Il teorema di Tellegen Sommario 2 Elementi circuitali semplici: bipoli adinamici 2.1 2.2 2.3 2.4 Introduzione Elementi attivi: i generatori Legge di Ohm: i resistori Collegamenti serie e parallelo di elementi semplici 2.4.1 Resistori in serie e partitore di tensione 2.4.2 Resistori in parallelo e partitore di corrente Collegamenti tra generatori indipendenti 2.5.1 Serie di generatori di tensione 2.5.2 Parallelo di generatori di corrente 2.5.3 Parallelo di un generatore di tensione con altri bipoli 2.5.4 Serie di un generatore di corrente con altri bipoli 2.5.5 Collegamenti degeneri I bipoli di Thevenin e Norton 2.5 2.6 1 1 2 2 5 6 9 9 11 13 14 15 17 17 17 20 28 28 29 36 36 37 37 38 38 39 3.4 4.8 4.9 4.10 51 55 57 99 101 104 107 107 109 111 5 Metodi di analisi 113 5.1 5.2 5.3 Introduzione Analisi nodale Analisi nodale modificata 113 113 119 X Indice 5.4 8.7 Analisi nodale in presenza di generatori di tensione (Metodo alternativo) Analisi agli anelli Analisi agli anelli modificata Analisi agli anelli in presenza di generatori di corrente (Metodo alternativo) Scrittura diretta delle equazioni dell’analisi nodale e dell’analisi agli anelliy Confronto fra analisi nodale e analisi agli anelli Metodo delle maglie fondamentali Analisi dei circuiti con PSpice Circuiti non lineari in regime stazionario 5.12.1 Il diodo Caso pratico: Ponte di Wheatstone Sommario 137 138 140 142 143 145 147 6 Amplificatori operazionali 149 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 Introduzione Amplificatori operazionali Amplificatore operazionale ideale Amplificatore invertente Amplificatore non invertente Amplificatore sommatore Amplificatore differenziale Collegamento in cascata di circuiti con operazionali Analisi dei circuiti con operazionali in PSpice Applicazioniy 6.10.1 Convertitore digitale-analogico 6.10.2 Amplificatori per strumentazione Caso pratico: Calcolatore analogico Sommario 149 149 153 155 157 159 160 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 5.10 5.11 5.12 6.9 6.10 Casi particolari 8.7.1 Casi degeneri 8.7.2 Casi con soluzioni non esponenziali Circuiti del primo ordine con amplificatori operazionaliy Soluzioni di regime con interruttori periodici Analisi in transitorio con PSpice Applicazioniy 8.11.1 Circuiti di ritardo 8.11.2 Flash fotografico 8.11.3 Circuito di accensione per autoveicolo Sommario 231 231 9 Circuiti del secondo ordine 249 9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 Introduzione Calcolo di condizioni iniziali e finali Circuito RLC serie autonomo Circuito RLC parallelo autonomo Risposta al gradino di un circuito RLC serie Risposta al gradino di un circuito RLC parallelo Circuiti del secondo ordine nel caso generale Circuiti del secondo ordine con operazionali Rappresentazione nello spazio di stato dei circuiti del secondo ordine 9.9.1 Stabilità del circuito 9.9.2 Spazio di stato e traiettorie Analisi di circuiti RLC con PSpice Dualitày Applicazioniy 9.12.1 Sistema di accensione per auto 9.12.2 Circuito di smoothing Sommario 249 250 254 259 122 126 130 8.8 132 8.9 134 8.10 8.11 9.6 9.7 164 9.8 166 168 168 169 171 173 PARTE II CIRCUITI NEL DOMINIO DEL TEMPO 7 Condensatori e induttori 175 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 Introduzione Condensatori Condensatori in serie e in parallelo Induttori Induttori in serie e in parallelo Applicazioniy 7.6.1 Integratore 7.6.2 Derivatore 7.6.3 Calcolatore analogico Sommario 175 175 182 185 189 193 193 195 196 200 8 Circuiti del primo ordine 201 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 Introduzione Circuito RC autonomo Circuito RL autonomo Funzioni singolari elementari Risposta al gradino di un circuito RC Risposta al gradino di un circuito RL 201 201 207 212 220 226 9.9 9.10 9.11 9.12 232 232 236 239 242 243 244 245 247 265 269 271 276 278 279 280 283 286 289 289 291 293 PARTE III CIRCUITI IN REGIME SINUSOIDALE 10 Sinusoidi e fasori 295 10.1 10.2 10.3 10.4 Introduzione Sinusoidi Fasori Relazioni tra fasori per gli elementi circuitali Impedenza e ammettenza Leggi di Kirchhoff nel dominio della frequenzay Composizione di impedenze Applicazioniy 10.8.1 Circuiti di sfasamento 10.8.2 Ponti ‘‘in alternata’’ Sommario 295 296 300 10.5 10.6 10.7 10.8 307 309 312 312 317 318 320 324 Indice 11 Analisi in regime sinusoidale 325 11.1 11.2 11.3 11.4 11.5 11.6 11.7 Introduzione Principio di sovrapposizione Trasformazione di generatori Circuiti equivalenti di Thevenin e Norton Teorema di Millmann Analisi nodale Analisi agli anelli e alle maglie fondamentali Circuiti AC con amplificatori operazionali Analisi AC con PSpice Applicazioniy 11.10.1 Moltiplicatore di capacità 11.10.2 Oscillatori Sommario 325 325 328 330 333 334 336 340 342 345 345 346 349 12 Potenza in regime sinusoidale 351 12.1 12.2 12.3 12.4 12.5 12.6 Introduzione Potenza istantanea e potenza media Valori efficaci Potenza apparente e fattore di potenza Potenza complessa Conservazione della potenzay 12.6.1 Teorema di Boucherot Rifasamento Teorema sul massimo trasferimento di potenza media Applicazioniy 12.9.1 Misura delle potenze 12.9.2 Costo dei consumi di elettricità Caso pratico: Condensatore di accoppiamento Sommario 351 351 356 359 361 365 366 369 13 Circuiti trifase 383 13.1 13.2 13.3 13.4 13.5 Introduzione Tensioni trifase bilanciate Configurazione stella-stella bilanciata Configurazione stella-triangolo bilanciata Configurazione triangolo-triangolo bilanciata Configurazione triangolo-stella bilanciata Potenza in un sistema trifase bilanciato Sistemi trifase sbilanciatiy PSpice per i circuiti trifase Applicazioniy 13.10.1 Misure di potenza trifase 13.10.2 Cablaggio degli impianti domestici Sommario 383 384 387 391 11.8 11.9 11.10 12.7 12.8 12.9 13.6 13.7 13.8 13.9 13.10 14 14.1 14.2 14.3 14.4 14.5 14.6 14.7 14.8 14.9 14.10 Circuiti con accoppiamento magnetico Introduzione Auto e mutua induttanza Energia in un circuito con accoppiamento Trasformatori lineari Trasformatori ideali Autotrasformatori ideali Trasformatori trifasey Analisi con PSpice di circuiti magneticamente accoppiati Circuiti magnetici Applicazioniy 14.10.1 Trasformatore come dispositivo di isolamento 14.10.2 Trasformatore come dispositivo di adattamento 14.10.3 Distribuzione della potenza elettrica Caso pratico: Autotrasformatore Sommario XI 419 419 419 426 430 435 441 445 447 452 455 455 457 458 460 462 15 Reti biporta 463 371 374 374 377 15.1 15.2 15.3 15.4 15.5 15.6 379 381 15.7 Introduzione Parametri di impedenza Parametri di ammettenza Parametri ibridi Calcolo dei parametri di biporta con PSpice Applicazioniy 15.6.1 Circuiti con transistori 15.6.2 Sintesi di reti a scala I parametri di ‘‘scattering’’ Caso pratico: Progetto di una rete a scala Sommario 463 463 466 467 470 472 473 477 480 Numeri complessi 485 Rappresentazioni dei numeri complessi Operazioni matematiche Formula di Eulero Identità notevoli 485 488 490 490 393 395 398 403 406 410 411 415 418 A A.1 A.2 A.3 A.4 B La simulazione circuitale e PSpice Bibliografia Indice analitico Eserciziario 481 483 493 495 497 E1 XII Indice All’indirizzo www.ateneonline.it/n/alexander5e sono disponibili i seguenti capitoli aggiuntivi, utilizzabili anche come materiale integrativo per la realizzazione di progetti Create (vedi sotto). 16 16.1 16.2 y16.3 16.4 16.5 16.6 16.7 16.8 y16.9 16.10 16.11 y16.12 17 17.1 17.2 17.3 17.4 17.5 y17.6 Risposta in frequenza Introduzione Funzione di trasferimento La scala dei decibel Diagrammi di Bode Risonanza serie Risonanza parallelo Filtri passivi Filtri attivi Scaling Risposta in frequenza con PSpice Calcolo usando MATLAB Applicazioni Trasformata di Laplace Introduzione Definizione di trasformata di Laplace Proprietà della trasformata di Laplace Antitrasformata di Laplace Integrale di convoluzione Applicazione alle equazioni integrodifferenziali 18 Applicazioni della trasformata di Laplace 18.1 18.2 Introduzione Modelli di elementi circuitali 18.3 18.4 18.5 y18.6 18.7 19 19.1 19.2 19.3 19.4 19.5 19.6 19.7 y19.8 20 20.1 20.2 20.3 20.4 20.5 20.6 y20.7 Analisi dei circuiti Funzioni di trasferimento Variabili di stato Applicazioni Calcolo di funzioni di trasferimento con MATLAB Serie di Fourier Introduzione Serie di Fourier in forma trigonometrica Simmetria Applicazione ai circuiti Potenza media e valori RMS Serie di Fourier in forma esponenziale Analisi di Fourier con PSpice Applicazioni Trasformata di Fourier Introduzione Definizione di trasformata di Fourier Proprietà della trasformata di Fourier Applicazione ai circuiti Teorema di Parseval Confronto fra le trasformate di Fourier e di Laplace Applicazioni Create è la piattaforma di custom publishing di McGraw-Hill 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