INDICE
Prefazione
Autori e curatori
Ringraziamenti dell’Editore
Guida alla lettura
XIII
XV
XVII
XVIII
PARTE I
CIRCUITI IN REGIME STAZIONARIO
1
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
y 1.7
y 1.8
2
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
y 2.8
2.9
Concetti fondamentali
Introduzione
Sistemi di unità di misura
Carica e corrente
Tensione
Potenza ed energia
Elementi circuitali
Applicazioni
1.7.1 Il tubo a raggi catodici del
televisore
1.7.2 Bollette elettriche
Risoluzione di problemi
Sommario
1
1
2
2
5
6
9
11
11
12
13
15
17
Introduzione
17
Nodi, rami e maglie
17
Leggi di Kirchhoff
19
Matrice di incidenza e teorema di Tellegen 22
Legge di Ohm
24
Resistori in serie e partitore di tensione
32
Resistori in parallelo e partitore di corrente 33
Trasformazioni stella-triangolo
40
Applicazioni
46
2.9.1 Sistemi di illuminazione
46
2.9.2 Progetto di strumenti di misura
per grandezze stazionarie
47
Caso pratico: Alimentazione di
dispositivi elettrici
51
Sommario
52
Metodi di analisi
3.1
Introduzione
3.4
3.5
3.6
3.7
y 3.8
Leggi fondamentali
3
3.2
3.3
55
55
3.9
3.10
3.11
3.12
y 3.13
3.14
3.15
4
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
y 4.7
4.8
4.9
4.10
y 4.11
Analisi nodale
Analisi nodale in presenza di generatori
di tensione
Analisi nodale modificata
Analisi agli anelli
Analisi agli anelli in presenza di
generatori di corrente
Analisi agli anelli modificata
Scrittura diretta delle equazioni
dell’analisi nodale e dell’analisi agli anelli
Confronto fra analisi nodale e analisi
agli anelli
Metodo delle maglie fondamentali
Analisi dei circuiti con PSpice
Circuiti non lineari in regime stazionario
Applicazione: circuiti con transistori in
regime stazionario
Il diodo
Il Mosfet
Caso pratico: Ponte di Wheatstone
Sommario
Teoremi delle reti
Introduzione
Linearità
Sovrapposizione
Trasformazione dei generatori
Teorema di Thevenin
Teorema di Norton
Dimostrazione dei teoremi di Thevenin
e di Norton
Massimo trasferimento di potenza
Teorema di Millman
Verifica dei teoremi delle reti con PSpice
Applicazioni
4.11.1 Modelli dei generatori reali
4.11.2 Misura delle resistenze
Caso pratico: Attenuatore passivo
Sommario
5
Amplificatori operazionali
5.1
5.2
Introduzione
Amplificatori operazionali
55
61
65
67
72
74
75
79
80
81
83
85
90
92
94
96
97
97
97
99
104
106
113
117
118
120
121
124
124
126
129
131
133
133
133
X
Indice
5.3
5.4
5.5
5.6
5.7
5.8
5.9
y 5.10
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
Applicazioni
5.10.1 Convertitore digitale-analogico
5.10.2 Amplificatori per strumentazione
Caso pratico: Calcolatore analogico
Sommario
137
139
141
143
144
8.6
148
8.9
y 8.10
y 8.11
150
152
152
153
155
157
Condensatori e induttori
6.1
6.2
6.3
6.4
6.5
y 6.6
Introduzione
Condensatori
Condensatori in serie e in parallelo
Induttori
Induttori in serie e in parallelo
Applicazioni
6.6.1 Integratore
6.6.2 Derivatore
6.6.3 Calcolatore analogico
Sommario
7
Circuiti del primo ordine
7.1
7.2
7.3
7.4
7.5
7.6
y 7.7
7.8
y 7.9
Introduzione
Circuito RC autonomo
Circuito RL autonomo
Funzioni singolari elementari
Risposta al gradino di un circuito RC
Risposta al gradino di un circuito RL
Circuiti del primo ordine con
amplificatori operazionali
Analisi in transitorio con PSpice
Applicazioni
7.9.1 Circuiti di ritardo
7.9.2 Flash fotografico
7.9.3 Circuiti per relè
7.9.4 Circuito di accensione
per autoveicolo
Sommario
8
Circuiti del secondo ordine
8.1
8.2
8.3
8.4
8.5
Introduzione
Calcolo di condizioni iniziali e finali
Circuito RLC serie autonomo
Circuito RLC parallelo autonomo
Risposta al gradino di un circuito
RLC serie
8.8
251
253
258
260
263
266
267
268
270
PARTE III
CIRCUITI IN REGIME SINUSOIDALE
PARTE II
CIRCUITI NEL DOMINIO DEL TEMPO
6
8.7
Risposta al gradino di un circuito
RLC parallelo
Circuiti del secondo ordine nel
caso generale
Circuiti del secondo ordine con
operazionali
Analisi di circuiti RLC con PSpice
Dualità
Applicazioni
8.11.1 Sistema di accensione per auto
8.11.2 Circuito di smoothing
Sommario
159
159
159
166
169
173
177
177
179
180
184
185
185
185
191
196
204
210
215
219
223
224
225
226
9
Sinusoidi e fasori
9.1
9.2
9.3
9.4
Introduzione
Sinusoidi
Fasori
Relazioni tra fasori per gli elementi
circuitali
Impedenza e ammettenza
Leggi di Kirchhoff nel dominio
della frequenza
Composizione di impedenze
Applicazioni
9.8.1 Circuiti di sfasamento
9.8.2 Ponti ‘‘in alternata’’
Sommario
9.5
y 9.6
9.7
y 9.8
10
Analisi in regime sinusoidale
10.1
10.2
10.3
Introduzione
Analisi nodale
Analisi agli anelli e alle maglie
fondamentali
Principio di sovrapposizione
Trasformazione di generatori
Circuiti equivalenti di Thevenin e Norton
Circuiti AC con amplificatori operazionali
Analisi AC con PSpice
Applicazioni
10.9.1 Moltiplicatore di capacità
10.9.2 Oscillatori
Sommario
10.4
10.5
10.6
10.7
10.8
y 10.9
228
229
11
231
231
232
236
241
11.1
11.2
11.3
11.4
11.5
y 11.6
247
11.7
271
271
272
276
283
285
288
288
293
294
296
300
301
301
301
304
307
310
312
316
318
321
321
322
325
Potenza in regime sinusoidale 327
Introduzione
Potenza istantanea e potenza media
Valori efficaci
Potenza apparente e fattore di potenza
Potenza complessa
Conservazione della potenza
11.6.1 Teorema di Boucherot
Rifasamento
327
327
332
335
337
341
342
345
Indice
11.8
y 11.9
12
Teorema sul massimo trasferimento di
potenza media
Applicazioni
11.9.1 Misura delle potenze
11.9.2 Costo dei consumi di elettricità
Caso pratico: Condensatore di
accoppiamento
Sommario
14.7
347
350
350
353
355
357
Circuiti trifase
359
12.1 Introduzione
359
12.2 Tensioni trifase bilanciate
360
12.3 Configurazione stella-stella bilanciata
363
12.4 Configurazione stella-triangolo bilanciata 367
12.5 Configurazione triangolo-triangolo
bilanciata
369
12.6 Configurazione triangolo-stella bilanciata 371
12.7 Potenza in un sistema trifase bilanciato
374
y 12.8 Sistemi trifase sbilanciati
379
12.9 PSpice per i circuiti trifase
382
y 12.10 Applicazioni
386
12.10.1 Misure di potenza trifase
387
12.10.2 Cablaggio degli impianti
domestici
391
Sommario
394
13
Circuiti con accoppiamento
magnetico
395
13.1 Introduzione
395
13.2 Mutua induttanza
395
13.3 Energia in un circuito con accoppiamento 402
13.4 Trasformatori lineari
406
13.5 Trasformatori ideali
411
13.6 Autotrasformatori ideali
417
y 13.7 Trasformatori trifase
421
13.8 Analisi con PSpice di circuiti
magneticamente accoppiati
423
13.9 Circuiti magnetici
428
y 13.10 Applicazioni
430
13.10.1 Trasformatore come dispositivo
di isolamento
431
13.10.2 Trasformatore come dispositivo
di adattamento
432
13.10.3 Distribuzione della potenza
elettrica
434
Caso pratico: Autotrasformatore
436
Sommario
438
14
14.1
14.2
y 14.3
14.4
14.5
14.6
Risposta in frequenza
Introduzione
Funzione di trasferimento
La scala dei decibel
Diagrammi di Bode
Risonanza serie
Risonanza parallelo
439
439
439
443
444
455
459
Filtri passivi
14.7.1 Filtro passa-basso
14.7.2 Filtro passa-alto
14.7.3 Filtro passa-banda
14.7.4 Filtro arresta-banda
14.8 Filtri attivi
14.8.1 Filtro passa-basso del
primo ordine
14.8.2 Filtro passa-alto del
primo ordine
14.8.3 Filtro passa-banda
14.8.4 Filtro arresta-banda (o notch)
y 14.9 Scaling
14.9.1 Scaling dei moduli
14.9.2 Scaling in frequenza
14.9.3 Scaling dei moduli e
della frequenza
14.10 Risposta in frequenza con PSpice
14.11 Calcolo usando MATLAB
y 14.12 Applicazioni
14.12.1 Ricevitore radio
14.12.2 Telefono multifrequenza
14.12.3 Circuito crossover
Sommario
15
Reti biporta
15.1
15.2
15.3
15.4
15.5
y 15.6
15.7
15.8
Introduzione
Parametri impedenza
Parametri ammettenza
Parametri ibridi
Parametri di trasmissione
Relazioni tra i parametri
Interconnessione di biporta
Calcolo dei parametri di biporta
con PSpice
y 15.9 Applicazioni
15.9.1 Circuiti con transistori
15.9.2 Sintesi di reti a scala
15.10 I parametri di ‘‘scattering’’
Caso pratico: Progetto di una
rete a scala
Sommario
A
Numeri complessi
A.1
A.2
A.3
A.4
Rappresentazioni dei numeri complessi
Operazioni matematiche
Formula di Eulero
Identità notevoli
B
La simulazione circuitale
e PSpice
Bibliografia
Indice analitico
Eserciziario
XI
462
463
464
465
466
468
468
469
470
471
474
474
475
475
477
480
482
482
484
485
487
489
489
490
494
497
502
506
510
515
518
518
523
526
527
529
531
531
534
536
536
539
541
543
E1
XII
Indice
All’indirizzo www.ateneonline.it/alexander4e sono disponibili i seguenti capitoli aggiuntivi,
utilizzabili anche come materiale integrativo per la realizzazione di progetti Create (vedi sotto).
16
16.1
16.2
16.3
16.4
16.5
y16.6
17
17.1
17.2
17.3
17.4
17.5
y17.6
17.7
Trasformata di Laplace
Introduzione
Definizione di trasformata di Laplace
Proprietà della trasformata di Laplace
Antitrasformata di Laplace
Integrale di convoluzione
Applicazione alle equazioni
integrodifferenziali
Applicazioni della trasformata
di Laplace
Introduzione
Modelli di elementi circuitali
Analisi dei circuiti
Funzioni di trasferimento
Variabili di stato
Applicazioni
Calcolo di funzioni di trasferimento
con MATLAB
18
18.1
18.2
18.3
18.4
18.5
18.6
18.7
y18.8
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
19
Trasformata di Fourier
19.1
19.2
19.3
19.4
19.5
19.6
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
y19.7
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