Obiettivi formativi
Applicazioni Industriali Elettriche: fornire agli studenti dei corsi non-elettrici una conoscenza di base dei circuiti elettrici, dei sistemi elettromeccanici e delle loro applicazioni
Scopo del modulo di Elementi di elettronica è fornire agli studenti una conoscenza di base dei metodi di analisi in frequenza dei sistemi lineari elettrici ed elettronici e dei principali e più semplici componenti e circuiti per l’elaborazione analogica dei segnali elettronici, con particolare riferimento agli amplificatori operazionali.
Prerequisiti
Si presuppone nello studente la familiarità con le nozioni di matematica e fisica impartite nei primi due anni del Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica.
Contenuti dell'insegnamento
APPLICAZIONI INDUSTRIALI ELETTRICHE:
a) Reti elettriche lineari in regime stazionario
Caratteristiche dei bipoli fondamentali: generatori ideali di tensione e generatori ideali di corrente, resistori, comportamento energetico. Convenzioni sui bipoli: convenzione dell’utilizzatore, convenzione del generatore. Uso dei principi di Kirchhoff per l’analisi delle reti. Resistenze equivalenti, stelle e triangoli, partitori di tensione e partitori di corrente.
Sovrapposizione degli effetti, teoremi del generatore equivalente: teorema di Thevenin e teorema di Norton. Metodi abbreviati per l’analisi delle reti: Correnti di maglia, Potenziali di nodo. Scrittura delle equazioni per ispezione.
Cenni sui doppi bipoli: matrice R e matrice G. Adattamento Carico sorgente
b) Reti elettriche lineari in regime sinusoidale
Fasori e metodo simbolico. Bipoli e circuiti semplici. Potenze in regime sinusoidale, potenza complessa e sua conservazione. Cenni sui componenti reali: generatori, resistori, condensatori e induttori. Risoluzione di reti in regime sinusoidale. Il fenomeno della risonanza: risonanza serie e risonanza parallelo. Rifasamento di utilizzatori monofase.
I principali strumenti di misura delle grandezze elettriche.
Sistemi trifase simmetrici ed equilibrati. Potenza nei sistemi trifase in regime sinusoidale. Rifasamento di utilizzatori trifase. Misura della potenza nei sistemi trifase, inserzione Aron.
c) Reti elettriche in regime dinamico.
Generalità, reti del primo ordine e reti del secondo ordine. Linearità e condizioni iniziali. Evoluzione libera e risposta forzata. Sviluppo in serie secondo Fourier, integrale di Fourier.
ELEMENTI DI ELETTRONICA
1. Modelli dei sistemi lineari
Blocchi elementari dei sistemi elettromeccanici. Linearità e linearizzazione. Risposta dinamica dei sistemi del 1° e del 2° ordine.
2. Funzioni di trasferimento
La trasformata di Laplace. Funzioni di trasferimento dei sistemi del 1° e del 2° ordine. Sistemi in serie. Sistemi in retroazione. Stabilità.
3. Risposta in frequenza
Fasori. Risposta in frequenza. Diagrammi di Bode e criterio di stabilità di Bode.
4. Amplificatori operazionali.
5. Cenni sui controlli in retroazione.
Programma esteso
APPLICAZIONI INDUSTRIALI ELETTRICHE
a) Sistemi elettrici in regime stazionario
Caratteristiche dei bipoli fondamentali: generatori ideali di tensione e generatori ideali di corrente, resistori, comportamento energetico. Convenzioni sui bipoli: convenzione dell’utilizzatore, convenzione del generatore. Uso dei principi di Kirchhoff per l’analisi delle reti. Resistenze equivalenti, stelle e triangoli, partitori di tensione e partitori di corrente. Sovrapposizione degli effetti, teoremi del generatore equivalente:teorema di Thevenin e teorema di Norton. Metodi abbreviati per l’analisi delle reti: Correnti di maglia, Potenziali di nodo. Scrittura delle equazioni per ispezione.
Cenni sui doppi bipoli: matrice R e matrice G. Adattamento Carico sorgente
b) Sistemi elettrici in regime quasi stazionario (sinusoidale)
Fasori e metodo simbolico. Bipoli e circuiti semplici. Potenze in regime sinusoidale, potenza complessa e sua conservazione. Cenni sui componenti reali: generatori, resistori, condensatori e induttori. Risoluzione di reti in regime sinusoidale. Il fenomeno della risonanza: risonanza serie e risonanza parallelo. Rifasamento di utilizzatori monofase.
I principali strumenti di misura delle grandezze elettriche.
Sistemi trifase simmetrici ed equilibrati. Potenza nei sistemi trifase in regime sinusoidale. Rifasamento di utilizzatori trifase. Misura della potenza nei sistemi trifase, inserzione Aron.
c) Sistemi elettrici in regime dinamico.
Generalità, reti del primo ordine e reti del secondo ordine. Linearità e condizioni iniziali. Evoluzione libera e risposta forzata. Sviluppo in serie secondo Fourier, integrale di Fourier.
d) Circuiti magnetici
Definizione di circuito magnetico.
Comportamento dei materiali ferromagnetici (richiami) L’analisi e la sintesi dei circuiti magnetici elementari.

ELEMENTI DI ELETTRONICA
1) Modelli matematici dei sistemi lineari meccanici, elettrici ed elettro- meccanici
Esempi di Modelli matematici di sistemi lineari meccanici, elettrici ed elettro-meccanici. Linearità e linearizzazione. Risposta dinamica dei sistemi del 1° e del 2° ordine. Sistemi del 2° ordine sottosmorzati: parametri della risposta al gradino.
2) Analisi dei sistemi lineari nel dominio della frequenza
Trasformata di Laplace: esempi e proprietà. Funzioni di trasferimento. Risposta al gradino dei sistemi desistemi del 1° e del 2° ordine. Sistemi in serie. Sistemi in retroazione. Stabilità e poli della funzione di trasferimento. Regime periodico: fasori e funzione di risposta armonica. Diagrammi di Bode: costruzione dei diagrammi asintotici. Criterio di stabilità di Bode.
3) Amplificatori operazionali e loro applicazioni
Amplificatori e funzioni di rete. Amplificatori differenziali. Amplificatori operazionali ideali. Applicazioni degli amplificatori operazionali: amplificatore di tensione non invertente ed invertente; inseguitore; sommatore; amplificatore differenziale; integratore; filtro passa-basso. Non-idealità degli amplificatori operazionali: tensione di offset, rapporto di reiezione di modo comune (CMRR).

Bibliografia
• G. Rizzoni “Elettrotecnica principi e applicazioni” McGraw-Hill
• G.Fabricatore, “Elettrotecnica ed applicazioni”, Ed. Liguori.
W. Bolton, "Mechatronics - electronic control systems in mechanical and electrical engineering", 4th ed., Pearson Educational, ISBN 978-0-13-240763-2
Metodi didattici
Lezioni frontali. E’ previsto lo svolgimento di esercizi in aula.
Modalità verifica apprendimento
L’esame consiste in una prova orale. L'orale è unico per i due moduli integrati.
Altre informazioni
- - -
