06793 - ELETTROTECNICA

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso lo studente ha le conoscenze sulle proprietà fondamentali dei circuiti elettrici, sulle principali metodologie di analisi circuitale e sul principio di funzionamento del trasformatore.

Contenuti

Elettrotecnica

• Richiami di teoria dell'elettromagnetismo: Definizione delle grandezze fondamentali. Equazioni di Maxwell. Proprietà elettriche e magnetiche della materia. Teorema di Poyntng.
• Elettrostatica: Potenziale elettrostatico. Equazioni di Poisson e di Laplace. Condensatori.
• Campo di corrente stazionario e circuiti elettrici in regime stazionario: Leggi di Kirchhoff. Componenti circuitali: resistori, generatori indipendenti di tensione e di corrente, generatori dipendenti. Potenza ed energia. Componenti attivi e passivi. Convenzione del generatore e dell'utilizzatore. Circuiti serie e parallelo. Partitore di tensione e di corrente. Trasformazioni dei generatori. Trasformazione stella-triangolo. Elementi di topologia circuitale. Grafo di un circuito. Albero e coalbero. Insiemi di maglie e tagli fondamentali. Metodi delle correnti di maglia e delle tensioni di nodo. Principio di sovrapposizione degli effetti. Teorema di Tellegen. Teorema di Millman. Teoremi di Thévenin e Norton.
• Magnetostatica: Campo magnetico stazionario. Potenziale vettore magnetico. Riluttanza e permeanza magnetiche. Legge di Hopkinson. Circuiti magnetici. Auto e mutua induzione.
• Elettrodinamica quasi stazionaria: Relazioni tra la teoria del campi e la teoria dei circuiti. Componenti e circuiti dinamici.
• Circuiti in regime sinusoidale: Funzioni sinusoidali. Trasformata di Steinmetz (metodo simbolico). Impedenza e ammettenza. Analisi di circuiti con il metodo simbolico. Potenze in regime sinusoidale: potenza attiva, reattiva e apparente. Potenza complessa. Valori efficaci. Rifasamento. Massimo trasferimento di potenza attiva. Risonanza.  Sistemi trifase.
• Transitori:  Circuiti RC e RL del primo ordine. Condizioni iniziali. Componente transitoria e di regime della risposta. Risposta con ingresso zero e risposta nello stato zero. Circuiti dinamici RLC del secondo ordine.
• Trasformatore: principio di funzionamento, fenomeni dissipativi, equazioni, circuito equivalente, funzionamento a vuoto e in corto circuito, rendimento.

Elettronica

• Circuiti lineari: reti multiporta; doppi bipoli; parametri di impedenza, di ammettenza e ibridi; doppi bipoli simmetrici e reciproci; circuiti equivalenti di doppi bipoli; funzioni di rete; definizione di filtro; diagrammi di Bode.
• Amplificatori operazionali: amplificatore operazionale ideale; retroazione positiva e negativa; circuiti basati su amplificatori operazionali: amplificatore invertente e non invertente, inseguitore, sommatore, convertitore tensione/corrente, integratore, derivatore; amplificatore differenziale; guadagno differenziale e guadagno di modo comune, CMRR; amplificatori operazionali non ideali: impedenza di ingresso, tensione di saturazione, guadagno finito, Prodotto guadagno - larghezza di banda, slew rate; cenni sulla stabilità di sistemi in retroazione; configurazione invertente e non invertente nell'ipotesi di guadagno finito.
• Il diodo: modello ideale; giunzione PN; polarizzazione diretta e inversa; equazione di Shockley; modelli di rappresentazione del diodo; circuiti a diodi; caratteristica statica di sistemi non lineari; caratteristica statica di circuiti contenenti diodi; risoluzione dell'equazione caratteristica a scatti di circuiti a diodi con modello ideale e a soglia.
• Cenni sul transistore a giunzione (BJT): regioni di funzionamento; modelli circuitali; configurazione a base comune, collettore comune ed emettitore comune.
• Simulazione Spice: analisi DC, AC e transiente; progetto e simulazione di semplici circuiti ad operazionali e a diodi.

Testi/Bibliografia

Le diapositive utilizzate per le lezioni sono disponibili all'indirizzo:
http://www.die.ing.unibo.it/pers/mastri/didattica.htm

Esercizi:

•  P. Ghigi, M. Martelli, F. Mastri. Esercizi di Elettrotecnica. Società Editrice Esculapio.

Bibliografia:

• R. Perfetti. Circuiti elettrici. Zanichelli.
• C.K. Alexander, M.N.O. Sadiku. Circuiti elettrici. McGraw-Hill.
• G. Rizzoni. Elettrotecnica: Principi ed applicazioni. McGraw-Hill.
• G. Fabricatore, Elettrotecnica ed applicazioni, Ed. Liguori.

Metodi didattici

Lezioni frontali ed esercitazioni numeriche in aula.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

L'esame consiste in una prova scritta comprendente esercizi sull'analisi di circuiti elettrici e elettronici e un questionario riguardante gli aspetti teorici del corso. In particolare nello svolgimento degli esercizi gli studenti dovranno dimostrare di aver compreso e di sapere applicare i metodi di analisi circuitale e di conoscere le proprietà fondamentali dei circuiti, pertanto dovranno fornire una traccia del procedimento di risoluzione che ne metta in evidenza i passaggi principali. La valutazione si baserà sia sulla correttezza del procedimento che sulla chiarezza dell'esposizione.
Durante l'esame non è consentita la consultazione di libri o appunti, mentre è consigliato l'uso di una calcolatrice.
Ulteriori informazioni sulla prova d'esame verranno fornite durante il corso e, in particolare, esempi di risoluzione di esercizi d'esame saranno presentati durante le esercitazioni. I temi d'esame proposti negli anni precedenti e le relative soluzioni saranno resi disponibili all'indirizzo http://www.die.ing.unibo.it/pers/mastri/didattica.htm

Link ad altre eventuali informazioni

http://www.die.ing.unibo.it/pers/mastri/didattica.htm

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Franco Mastri