Tecnologie Disegno e Progettazione di Sistemi Elettrici ed Elettronici

I.T.C.G. “CATTANEO CON LICEO DALL’AGLIO”
Via Matilde di Canossa, 3 – 42035 Castelnovo ne’ Monti (RE)
Tel. 0522-812049/812062 Fax 0522-810083
e-mail: [email protected]
web site: www.cattaneodallaglio.it
Tecnologie Disegno e Progettazione di Sistemi Elettrici ed Elettronici
Esercizio 1
Studiare il circuito RL serie calcolando la corrente totale e la LKT alla maglia.
Calcolare matematicamente tutte le grandezze elettriche e rappresentarle nel piano di Gauss.
Sul simulatore verificare la correttezza dei valori efficaci delle correnti e delle forme d’onda delle tensioni.
Sulle forme d’onda simulate, posizionando opportunamente i cursori, verificare la correttezza dei valori efficaci trovati
in base ai valori massimi visualizzati e discutere gli sfasamenti tra le tensioni su resistore e induttore.
V = 120V
f = 50Hz
ϕV = 30°
R = 10Ω
XL = 5Ω
Esercizio 2
Studiare il circuito RL parallelo calcolando la corrente totale e la LKC al nodo.
Calcolare matematicamente tutte le grandezze elettriche e rappresentarle nel piano di Gauss.
Sul simulatore verificare la correttezza dei valori efficaci delle correnti e della forma d’onda della tensione
posizionando opportunamente i cursori.
V = 100V
f = 50Hz
ϕV = 60°
R = 2Ω
XL = 6Ω
Esercizio 3
Studiare il circuito RC serie calcolando la corrente totale e la LKT alla maglia.
Calcolare matematicamente tutte le grandezze elettriche e rappresentarle nel piano di Gauss.
Sul simulatore verificare la correttezza dei valori efficaci delle correnti e delle forme d’onda delle tensioni.
Sulle forme d’onda simulate, posizionando opportunamente i cursori, verificare la correttezza dei valori efficaci trovati
in base ai valori massimi visualizzati e discutere gli sfasamenti tra le tensioni su resistore e capacitore.
V = 80V
f = 100Hz
ϕV = 30°
R = 3Ω
XC = 3Ω
Esercizio 4
Studiare il circuito RC parallelo calcolando la corrente totale e la LKC al nodo.
Calcolare matematicamente tutte le grandezze elettriche e rappresentarle nel piano di Gauss.
Sul simulatore verificare la correttezza dei valori efficaci delle correnti e della forma d’onda della tensione
posizionando opportunamente i cursori.
V = 60V
f = 100Hz
ϕV = 10°
R = 4Ω
XC = 2Ω
I.T.C.G. “CATTANEO CON LICEO DALL’AGLIO”
Via Matilde di Canossa, 3 – 42035 Castelnovo ne’ Monti (RE)
Tel. 0522-812049/812062 Fax 0522-810083
e-mail: [email protected]
web site: www.cattaneodallaglio.it
Elettrotecnica
Esercizio 1
Dato il seguente circuito, calcolare le correnti e le tensioni su tutti i componenti e
rappresentare sul piano di Gauss la LKC al nodo A e le LKT alle maglie B e C (rappresentare le
tensioni sui singoli componenti e non le impedenze dei rami).
Esercizio 2
Dato il seguente circuito, calcolare la potenza attiva, reattiva e apparente erogata e le potenze
attive e reattive sui singoli componenti. Infine verificare algebricamente il teorema di
Boucherot e rappresentarle tutte nel triangolo delle potenze.
Teoria 1
Dare la definizione di “grandezza periodica” e di “grandezza alternata” e “grandezza
sinusoidale” e rappresentarle graficamente. Inoltre spiegare cosa sono i fattori di forma e di
cresta e come si ricavano, evidenziarne le componenti sui grafici rappresentati.
Teoria 2
Descrivere cosa si intende per forma algebrica e forma polare di un numero complesso,
rappresentarne sul piano di Gauss le parti e le formule di passaggio dall'una all'altra forma.
I.T.C.G. “CATTANEO CON LICEO DALL’AGLIO”
Via Matilde di Canossa, 3 – 42035 Castelnovo ne’ Monti (RE)
Tel. 0522-812049/812062 Fax 0522-810083
e-mail: [email protected]
web site: www.cattaneodallaglio.it
Elettrotecnica
Esercizio 1
Dato il seguente circuito, calcolare le correnti e le tensioni su tutti i componenti.
Inoltre rappresentare:
-
il piano di Gauss delle 3 tensioni stellate e delle 3 tensioni concatenate
-
il piano di Gauss delle 3 tensioni di fase e delle correnti di linea uscenti dai generatori
E1 = 100 V
ϕE1 = 60°
PMAT = 2kW
cos ϕMAT = 0.8
R1 = 20Ω
XL1 = 20 Ω
R2 = 20 Ω
XC2 = 10 Ω
R3 = 10 Ω
Esercizio 2
Dato il seguente circuito
Pmotore = 1 kW
cos ϕmotore = 0,8
E1 = 220 V
cos ϕE1 = 0,7
calcolare la corrente di impiego del motore prima e dopo aver rifasato ad un fattore di potenza pari a
0.95. Calcolare il valore della batteria di condensatori per effettuare tale rifasamento.
Rappresentare l’effetto di tale rifasamento sul piano di Gauss evidenziandone l’effetto sulla corrente
di linea e sul triangolo delle potenze evidenziandone l’effetto sulla potenza reattiva erogata.
I.T.C.G. “CATTANEO CON LICEO DALL’AGLIO”
Via Matilde di Canossa, 3 – 42035 Castelnovo ne’ Monti (RE)
Tel. 0522-812049/812062 Fax 0522-810083
e-mail: [email protected]
web site: www.cattaneodallaglio.it
Teoria 1
Dimostrare geometricamente la relazione sui moduli e sulle fasi che sussiste tra tensioni stellate e
tensioni concatenate di un sistema di tensioni trifase simmetrico.
Teoria 2
Dimostrare algebricamente la relazione sui moduli e sulle fasi che sussiste tra correnti di linea e
correnti di fase in un sistema trifase simmetrico nelle tensioni ed equilibrato nei carichi.
Teoria 3
Dimostrare che in un sistema trifase simmetrico nelle tensioni ed equilibrato nei carichi, la formula
per il calcolo della potenza attiva è
sia nel caso di un carico collegato a stella che a triangolo.
I.T.C.G. “CATTANEO CON LICEO DALL’AGLIO”
Via Matilde di Canossa, 3 – 42035 Castelnovo ne’ Monti (RE)
Tel. 0522-812049/812062 Fax 0522-810083
e-mail: [email protected]
web site: www.cattaneodallaglio.it
Elettronica – Dispositivi a semiconduttore
Teoria 1
Spiegare, facendo riferimento alle caratteristiche Tensione-Corrente, la differenza tra un diodo semplice e un
diodo Zener.
Teoria 2
Progettare un circuito limitatore a singola soglia e rappresentarne le forme d’onda tale da tagliare il valore
d’uscita, data una tensione in ingresso vin=10senωt, a 5V. Considerare la Vϒ=0,7V.
Teoria 3
Data la configurazione al emettitore comune di un BJT, spiegare perché, all’aumentare della tensione di base
VBB si passa dall’interdizione alla regione attiva diretta, e da quest’ultima alla saturazione, ovviamente alle
opportune condizioni.
Teoria 4
Rappresentare le curve caratteristiche di uscita di un generico BJT e spiegare come vengono lette le tre zone.
Teoria 5
Spiegare, partendo dalle curve caratteristiche di ingresso e di uscita, qual è il punto di lavoro ideale e rappresentare graficamente le 4 grandezze caratteristiche. La scelta di un punto di lavoro errato, che problemi potrebbe portare all’amplificazione dei segnali?
I.T.C.G. “CATTANEO CON LICEO DALL’AGLIO”
Via Matilde di Canossa, 3 – 42035 Castelnovo ne’ Monti (RE)
Tel. 0522-812049/812062 Fax 0522-810083
e-mail: [email protected]
web site: www.cattaneodallaglio.it
Esercizio 1
Progettare un alimentatore che fornisca a un carico resistivo una tensione massima vout(max)= 12 V, con
corrente massima iL(max) = 100 mA. La tensione di ripple non deve superare il 5% della tensione di uscita.
Esercizio 2
Un BJT NPN è polarizzato con una rete a quattro resistori. Sono noti: VCC = 9 V, R1 = 100 kW, R2 = 24
kW, RC = 1 kW, RE = 0,5 kW . Il BJT ha bF = 200. Determinare il punto di lavoro del BJT utilizzando le
equazioni alle maglie.
Esercizio 3
In un amplificatore nella configurazione ad emettitore comune, con Rb resistenza di base, Rc resistenza di
collettore, Vcc tensione di alimentazione e Vbb tensione in base, le caratteristiche di ingresso e di uscita sono riportate nella figura sottostante.
Sono noti: VBB = 1 V,RB = 400 Ω, VCC = 10 V, RL = 100 Ω. II segnale di ingresso vS è sinusoidale e ha
ampiezza vS(max) = 0,1 V.

Disegnare, nel piano della caratteristica di base, le retta di polarizzazione a riposo e le rette corrispondenti ai valori massimo e minimo del segnale vS.

Disegnare la retta di carico a riposo e le rette corrispondenti ai valori massimo e minimo del segnale
vS, nel piano delle caratteristiche di uscita.
I.T.C.G. “CATTANEO CON LICEO DALL’AGLIO”
Via Matilde di Canossa, 3 – 42035 Castelnovo ne’ Monti (RE)
Tel. 0522-812049/812062 Fax 0522-810083
e-mail: [email protected]
web site: www.cattaneodallaglio.it
Valori Commerciali Resistenze
Valori Commerciali Capacità
TEST sugli Operazionali
Esercizio 1.
L’amplificatore operazionale ideale presenta le seguenti caratteristiche
o AOL = ∞ Ri = ∞ Ro = 0
o AOL = 0; Ri = 0; Ro = ∞
o AOL = ∞ Ri = 0; Ro = 0
o AOL = ∞ Ri = 0 Ro = ∞
Esercizio 2.
L’amplificatore operazionale ad anello aperto può essere utilizzato come
o comparatore
o derivatore
o amplificatore
o filtro
Esercizio 3.
La retroazione negativa ha come effetto
o l’aumento della resistenza d’uscita
o l’aumento del guadagno
o l’aumento del range dinamico dell’uscita
o la riduzione del guadagno
Esercizio 4.
Il cortocircuito virtuale ( vd=0 e i+=i-=0) deriva dai valori dei parametri
o Ri e Ro
o AOL e Ri
o AOL e Ro
o AOL, Ri e Ro
Esercizio 5.
Il cortocircuito virtuale si verifica solo se
o l’amp. op. è reazionato negativamente e l’uscita non satura
o le tensioni di saturazione coincidono con quelle di alimentazione
o l’amp. op è reazionato positivamente
o uno degli ingressi è collegato a massa
Esercizio 6.
Il guadagno di un amplificatore ad amp. op. dipende
o dal guadagno ad anello aperto dell’amp. op.
o dall’ampiezza del segnale d’ingresso
o sia dal guadagno ad anello aperto che dal valore dei componenti collegati all’amp. op.
o solo dal valore dei componenti collegati all’amp. op.
Esercizio 7.
Per amplificare in tensione un segnale senza assorbire corrente dalla sorgente, bisogna utilizzare
o la configurazione non invertente
o l’inseguitore di tensione
o la configurazione invertente
o la configurazione invertente con un guadagno elevato
Esercizio 8.
Un amplificatore non invertente con R2=50 kΩ e R1=10 kΩ, ha un guadagno di tensione pari a
o 50
o 5
o 10
o 6
Esercizio 9.
Un amplificatore invertente con R2 = 150 kΩ e R1 = 10 kΩ e tensioni di saturazione ±Vsat = ±15V, distorce quando
o ViP > 1,5V
o ViP > 0,1V
o ViP > 0,5V
o ViP > 1V
Esercizio 10.
Un sommatore invertente con Ria = Rib = 10 kΩ e R2 = 20kΩ, che riceve in ingresso Via = 4V e Vib = -1V, produce in uscita
o Vo = -3V
o Vo = 6V
o Vo = 10V
o Vo = -6V
Esercizio 11.
Un inseguitore di tensione viene utilizzato per
o amplificare la tensione
o amplificare la tensione e la corrente
o trasferire al carico la tensione d’ingresso, senza assorbire corrente dalla sorgente
o attenuare i segnali
Esercizio 12.
Le principali caratteristiche di un amplificatore per strumentazione sono
o Ri bassa e guadagno modificabile variando due resistenze
o Ri alta e guadagno modificabile variando una sola resistenza
o Ri alta e guadagno modificabile variando due resistenze
o Ri bassa e guadagno modificabile variando una sola resistenza
Esercizio 13.
Integrando un’onda quadra si ottiene
o un’onda triangolare
o un’onda rettangolare
o un’onda sinusoidale
o una rampa
Esercizio 14.
L’integratore limitato, rispetto a quello ideale
o possiede un condensatore in più
o limita il guadagno alle frequenze alte
o può essere utilizzato solo per segnali con frequenza inferiore a quella di taglio
o ha il guadagno in continua non infinito
Esercizio 15.
Il derivatore limitato, rispetto a quello ideale
o in continua ha guadagno infinito
o può essere utilizzato solo per segnali con frequenza superiore a quella di taglio
o è costituito da un condensatore e un resistore in più
o in alta frequenza ha il guadagno limitato
Esercizio 16.
Si vuole confrontare con la tensione VT = 2V un segnale affetto da un rumore di ampiezza massima di picco pari a 0,4 VP; per evitare
commutazioni multiple bisogna utilizzare
o un comparatore ad una soglia VT = 2V
o un trigger di Schmitt con soglie VTL = 1,9V e VTH = 2,1V
o un comparatore a finestra con soglie VTL = 1,7V e VTH = 2,3V
o un trigger di Schmitt con soglie VTL = 1,7V e VTH = 2,3V
Esercizio 17.
Il vantaggio principale dei raddrizzatori di precisione, rispetto a quelli passivi, è che
o assorbono meno corrente in ingresso
o hanno un tempo di ritardo inferiore
o possono raddrizzare segnali di piccola ampiezza
o possono amplificare il segnale raddrizzato
I.T.C.G. “CATTANEO CON LICEO DALL’AGLIO”
Via G. Impastato, 3 – 42035 Castelnovo ne’ Monti (RE)
Tel. 0522-812049/812062 Fax 0522-810083
e-mail: [email protected] ; web site: www.cattaneodallaglio.it
Compito di Elettronica : Gli Amplificatori Operazionali
Esercizio 1
Dati quattro ingressi vin1, vin2 e vin3, vin4 realizzare un circuito che dia un'uscita
vout = -12 ( + 6 vin1 - 3 vin2 - 4 vin3 + 2 vin4 )
Esercizio 2
Dati tre ingressi vin1, vin2 e vin3, realizzare, utilizzando un solo amplificatore operazionale, un
circuito che dia un'uscita
vout = - 6 ( - 5 vin1 + 3 vin2 + 2 vin3 )
Esercizio 3
Data una tensione vin ad onda triangolare da -5V a 5V, frequenza 10Hz e duty cycle δ=0,5, in
ingresso ad un derivatore avente C=1mF e R=2kΩ, calcolare la tensione di uscita e rappresentare
in due grafici con l'asse dei tempi comune sia ingresso sia uscita.
Esercizio 4
Realizzare un filtro che non lasci passare i segnali a frequenze oltre i 30kHz e che amplifichi i
segnali che passano di un fattore 50.
Esercizio 5
Progettare un trigger di Schmitt invertente che abbia le seguenti soglie di commutazione:
Vth(L) = - 2 V
Vth(H) = + 2 V
Determinare il duty-cycle del segnale di uscita nel caso in cui il segnale di ingresso sia un’onda
triangolare unipolare positiva di ampiezza vin(max) = 10V, frequenza fin = 4 kHz e duty-cycle
δin=50%.
Si ponga VCC=VEE=15V e si supponga di usare un AO per cui risulti Vsat=VCC–2V.
Esercizio 6
Rappresentare un comparatore a finestra e spiegare la differenza di funzionamento rispetto al
trigger di Schmitt.
I.T.C.G. “CATTANEO CON LICEO DALL’AGLIO”
Via G. Impastato, 3 – 42035 Castelnovo ne’ Monti (RE)
Tel. 0522-812049/812062 Fax 0522-810083
e-mail: [email protected] ; web site: www.cattaneodallaglio.it
Compito di Elettronica : Gli Amplificatori Operazionali
Esercizio 1
Dimensionare un amplificatore non invertente con guadagno G = 15. Calcolare il massimo valore di picco
del segnale d’ingresso che garantisce il funzionamento lineare dell’amplificatore, sapendo che le tensioni di
alimentazione valgono ±VCC = ±13V. (Scegliere la resistenza di valore inferiore pari a 5,6 kΩ).
Esercizio 2
Determinare il valore della tensione presente all’uscita di un sommatore invertente con resistenza di
retroazione di 56 kΩ e tre resistenze d’ingresso di 22 kΩ l’una, quando vengono applicate in ingresso le
tensioni V1 = 2 V; V2 = - 4 V; V3 = 1,5 V.
Esercizio 3
Determinare il valore della tensione presente all’uscita di un sommatore non invertente con resistenza di
retroazione di 82 kΩ e quattro resistenze d’ingresso di 15 kΩ l’una, quando vengono applicate in ingresso le
tensioni V1 = 1 V; V2 = −2 V; V3 = 1,5 V.
Esercizio 4
Progettare un circuito che esegua l’operazione
vOUT = -5 (vA-2vB-3vC)
Esercizio 5
Progettare un circuito a singolo stadio che esegua l’operazione
vOUT = -5 (vA+vB-2vC)
Esercizio 6
Che tipo di segnale fornisce in uscita un integratore che riceve in ingresso un’onda rettangolare?
Esercizio 7
Che tipo di segnale fornisce in uscita un derivatore che riceve in ingresso un’onda triangolare?
Esercizio 8
Progettare un circuito alimentato con ±VCC = ±12V, che produca un livello ALTO in uscita, quando il
segnale d’ingresso supera la tensione di soglia VREF = 7 V.
Esercizio 9
Disegnare lo schema di un amplificatore per strumentazione, spiegarne brevemente il funzionamento e i
vantaggi e gli svantaggi rispetto agli altri amplificatori usati per svolgere la stessa funzione.
N.B. Per ogni esercizio devono essere rappresentati i circuiti e le formule.
I.T.C.G. “CATTANEO CON LICEO DALL’AGLIO”
Via G. Impastato, 3 – 42035 Castelnovo ne’ Monti (RE)
Tel. 0522-812049/812062 Fax 0522-810083
e-mail: [email protected] ; web site: www.cattaneodallaglio.it
Compito di Elettronica : Il trasformatore monofase
Domanda 1
Definire la cifra di perdita di un materiale e descrivere a cosa serve. Spiegare come calcolarla per
un campo massimo BM = 6Tad una frequenza di 50Hz se conosciamo P1,5.
Domanda 2
Spiegare in un trasformatore cosa vuol dire circuito induttore e circuito indotto e soprattutto
soffermarsi sul concetto di reazione di indotto, spiegando perché è fondamentale il verso con cui
vengono avvolti sul nucleo i due avvolgimenti.
Domanda 3
Dimostrare per un trasformatore ideale, la relazione E1/E2=N1/N2 servendosi della legge di Lenz e
la relazione I1/I2=N2/N1 servendosi della legge di Hopkinson. Utilizzare disegni e aggiungere
commenti.
Domanda 4
Disegnare il circuito equivalente del trasformatore reale e spiegare che effetto rappresenta ogni
componente e soprattutto perché è stato scelto proprio quel componente.
Domanda 5
Spiegare a cosa servono la prova a vuoto e la prova in cortocircuito, rappresentarne i circuiti e
fare le opportune osservazioni del caso, ad esempio sulle perdite trascurabili.
Domanda 6
Spiegare perché la tensione al secondario di un trasformatore varia da vuoto a carico e
rappresentare la caratteristica esterna (V2 in funzione della frazione di carico).
Domanda 7
Spiegare perché in un trasformatore il rendimento massimo si ha per una frazione di carico pari al
70% del carico nominale. Rappresentarne la curva. (Per la spiegazione far riferimento
all'equazione del rendimento).