Anno:periodo4:1 Lezioni, esercitazioni,laboratori:4+3+1 (ore settimanali) Docente:MaurizioZamboni
Il corso intende fornire i principi base dell'elettronica con particolare riferimento alle applicazioni dei dispositivi,dei componenti elettronicie dei sistemi elettronici soprat-tuttoin relazione alle loroapplicazioni inambienteindustriale.
REQUISITI
Sono propedeutichelenozionidel corso diElettrotecnica.
PROGRAMMA
- Richiami di elettrotecnica. Partitore, equivalente di Thévenin e Norton. Calcolo simbolico. Trasformata di Laplace.
- Funzione di rete. Stabilità. Piano di Bode. Decibel. Diagrammi di Bode del modulo e della fase di poli e zeridel primo ordine. Esempi di curva di risposta. Banda passante.
- Definizione del doppio bipolo. Amplificatori idealidi tensione, corrente, transresi-stenza e transconduttanza. Cascata didoppi bipoli.
- Risposta al transitorio di retiRC: Ti/te tempo di salita. Uso dell'onda quadra per lo studio degli amplificatori.
- Introduzione ai semiconduttori. La giunzionepn. Caratteristica del diodo. Zona di breakdown. Diodo Zener.
- Circuito del diodo per piccolo
e
grande segnale. Circuiti limitatori e formatori.Voltmetri di cresta. Raddrizzatori ad una e doppia semionda. Ponte di diodi.
Regolatori con Zener.
- Comportamento termico dei dispositivi. Transistore bipolare. Funzionamento in linearità,saturazione e interdizione. SOA.
- Polarizzazione del transistore. Modello per piccolo segnale. Stadi CC e CE.
'Darlington. Derive. Amplificatoriperalternata e continua.
- Stadio differenziale. Offset e derive. Voff Ibias e Ioff. Accenni ai JFET e MOSFET.
- Operazionale. Modello per modo comune e differenziale. Offset e derive.
Amplificatori di tensione e corrente. Effetti della non idealità di Ad" Impedenza di ingressoed uscita.
- Amplificatori di transresistenza e di tensione invertente. Sommatori,integratori e derivatori. Amplificatori di transconduttanza e di corrente. Reazione negativa.
Stabilità nel dominio del tempo e della frequenza. .
- Studio della stabilità in sistemi reazionati. Margine di fase e di guadagno. Calcolo del guadagno. Compensazione a polo dominante e a polo-zero. Considerazione sugli operazionali commerciali.
- Comparatori di soglia senza e con isteresi. Generatori di forme d'onda. Astabile, generatore di onda triangolare e sinusoidale ..
- Regolatori di tensione regolabili e fissi. Regolatori a tre terminali (78XX).
Alimentatori switching step -up,step -down e fly-back.
- Sistemidi acquisizionedati. Teorema del campionamento. Quantizzazione.
- ConvertitoriDAC. DAC aresistenze pesate. DAC a rete R-2R,potenziometrici,a capacità commutate. Analisi degli errori.
- Convertitori ADC. Caratteristiche ed errori. ADC ad inseguimento,ad approssima-zionisuccessive,jlash, a singola e doppia rampa.
- Sampleand hold. Caratteristiche ed errori. Circuiti con due operazionali.
- Segnalilogici. Livelli di tensione e dicorrenti. Fanout, compatibilità. Tempo di propagazione. Consumo. Logiche TTL eCMOS.
- Stadidi uscita totem-pole,open collector e threestate. Blocchicombinatori (MPX, ALU,decoder,multiplier). FF-SR. Circuiti sequenziali.
- Circuiti sincroni. FF JK e D. Sincronizzazione ed orologio (dock). PET, NET, latch. Progetto di contatori.shift, macchine a stati.
- (Memorie (ROM,RAM;PROM,EPROM,...).
ESERCITAZIONI
l. Reti elettriche,funzioni di trasferimento.
2. Analisi del transitorio, risposta all'onda quadra.
3. Circuiti con diodi (limitatori, formatori, circuiti di protezione).
4. Circuiti con diodi Zener (regolatori).
5. Operazionali: lettura e commento delle caratteristiche.
6. Operazionali: offset e derive,dimensionamento dei componenti esterni.
7. Operazionali: circuiti base (amplificatori, sommatori, filtri).
8. Operazionali: circuiti non lineari (diodo ideale, raddrizzatori). 9. Generatori di forma d'onda.
lO. Alimentatore stabilizzato'78xx.
Il. Famiglie logiche (lettura caratteristiche, interfacciamento,progetto di circuiti ele-mentari).
LABORATORIO
l. Uso di alcune apparecchiature elettroniche (oscilloscopio, generatore di segnale,
ali-mentatore). .
2.Comportamento di circuiti RC,rivelatori di cresta. 3.Circuiti con operazionali (amplificatori,sommatori,filtri).
4.Famiglie logiche (transcaratteristica,tempi di propagazione, interfacciamento).
BIBLIOGRAFIA Testo di riferimento:
Non esiste un testo che copra tutti gli argomenti del corso allivello richiesto. Testi ausiliari:
T.F. Bogart,Electronic devices and circuits, Merril-Macmillan,1993 .
E. Cuniberti [et al.], Elettronica: componenti e tecniche circuitali,Petrini,1993.
1.Millman, A. Grabel, Microelectronics,McGraw-Hill, 1987.
ESAME
Prova scritta di 40 minuti relativa a semplici progetti usando le metodologie studiate ad esercitazione. Prova orale sulla teoria.
P 181 O Energetica
Anno:periodo4:2 Lezioni,esercitazioni,laboratori:5+3 (oresettimanali) Docente: Michele Calì Quaglia
Ilcorsosiproponedifornire gli strumentiteoriciperpotei sviluppare l'analisi energe-tica di tutti quei sistemi nei quali si operano trasformazioni tra le diverse forma di energia. La prima parte è dedicata al ripasso della termodinamica elementare ed all'approfondimento di alcuni argomenti particolari tra i quali l'analisi exergetica dei sistemi deiprocessi conreazionichimiche di combustione e della radiazione elettroma-gnetica. Nella seconda parte sistudianocon lateoria della termoeconomia le implica-zioni di tipo economico-finanziario della applicazione della termodinamica ai sistemi energetici. Nell'ultimapartesianalizzano lefonti energetiche,gliusi finali dell'energia esi espone lasituazione degli approvvigionamentienergetici peril mondo interoeper
l'Italia. .
REQUISITI
Fisicatecnica,Macchin e.
PROGRAMMA Cenni storici.
Brevestoria della termodinamicaedel concetto di energia.
Richiami di termodinamica.
Definizioni fondamentali. Grandezze primitive e derivate. Stato,processi e trasforma-zioni. Equazioni di stato. La temperatura. Lavoro. Calore e funzione di accumula-zione. Equazioni di stato di alcunisistemi semplici. Il gas ideale. I fluidi reali e la legge degli stati corrispondenti. I cambiamenti di stato. Rappresentazioni e diagrammi termodinamici. Le equazioni empiriche (Van der Waals, Dieterici, ecc.)e del viriale.
Le equazioni per la rappresentazione dei fenomeni di attritò viscoso. Il lavoro. Il lavoro nei sistemi aperti. Il calore e la calorimetria. Definizioni ed equazioni fondamentali;le trasformazioni adiabatiche. Il primo principio della termodinamica. Enunciato.
Energia interna ed entalpia. I sistemi aperti. Il secondo principio. Cenni storici. Il rendimentodelle macchine termiche. Reversibilità. Teorema di Carnot e rendimento massimo di un ciclo. La diseguaglianza di Plank. Entropia. Cenni di termodinamica delle reazioni chimiche. Definizioni. Miscele di gas ideali. Le reazioni chimiche. Condizioni per l'equilibrio. La coordinata di reazione. Reazioni chimiche dei gas ideali. Le trasformazioni di Joule e di Joule-Thomson. Le equazioni fondamentali di conservazione in forma differenzialeed integrale. Massa, quantità di moto, energia ed entropia.
La teoriadell'exergia.
L'evoluzione dei sistemi verso l'equilibrio. La biosfera e lo stato di riferimento. Il teo-rema dell'energia utilizzabile o exergia. Le equazioni per i sistemi chiusi ed aperti. Il lavoro massimo. Il rendimento generalizzato. Analisi exergetica di processi semplici.
Compressione ed espansione dei fluidi. Laminazione isoentalpica. Miscelamento e separazione di correnti fluide. Scambio di calore con una differenza finita di
tempera-tura. Trasmissione di calore con attrito in un condotto. Combustione isocora ed isobara. Analisi exergetica di alcuni impianti fondamentali. Scambiatori di calore.
Condensatori. Impianti frigorigeni. Impianti a gas per la produzione combinata di calore e lavoro.· Impianti a vapore per la produzione combinata di calore e lavoro.
Impiantidi riscaldamento e cogenerazione urbani.
L'energeticaindustriale e la termoeconomia.
La rappresentazione dei sistemi energetici naturali ed industriali. Le equazioni di bilancio di energia e di valore. Il costo operativodei beni. I criteri di ottimizzazione termoeconomico. I metodi disostituzione.
Le fonti energetiche.
L'energia primaria. Le fonti rinnovabili. Le fonti non rinnovabili. Le .riserve.
L'energia elettrica. Idroelettricità. Energia termica. Energia nucleare.
Il sistema energetico planetario.
I consumi energetici negli ultimi decenni. I fattori che influenzano consumi. La struttura dei consumi. Le previsionidi fabbisogno per il futuro.
Il sistema energetico italiano.
I consumi energetici negli ultimi decenni. I fattori che influenzano consumi. La struttura dei consumi. Le previsionidi fabbisogno per il futuro.
Richiami di nozioni di matematica finanziaria.
Il valore e il costo di un bene. Interesse. Redditività. Tassi di interesse e di sconto.
Formule finanziarie. L'ammortamento. L'inflazione. La valutazione degliinvestimenti, Il metodo dei flussi di cassa. L'analisicosti - benefici.
L'impatto ambientale indotto dagliusienergetici.
Cenni ai metodi di valutazione. La normativa e le.leggi vigenti.
ESERCITAZIONI
Esercizi svolti in aula sui temi trattati a lezione.
Termodinamica:calcolo completo dei cicli termodinamici per una centrale di cogene-razione a gas (ciclo Joule) e a vapore (ciclo Rankine in contropressione).
Sviluppo completo della analisi energetica, exergetica e termoeconomica di un caso reale per il quale gli allievi devono acquisire i dati,ordinarli, analizzarlie sviluppare uno studio di fattibilità di soluzioni alternative a quelle rilevate.
BIBLIOGRAFIA
Testo di riferimento: Appunti delle lezioni e materiale distribuito dal docente.
Testi ausiliari:
A.Cavallini,L. Mattarolo,Termodinamica applicata,CLEUP, Padova, 1990.
T.J.Kotas,The exergy method ofthermal plant analysis, Butterwoths, London, 1985.
E. Pedrocchi, Previsioni di fabbisogno energetico per l'Italia. - In:La termotecnica, giugno 1993, p. 25-29.
Previsioni di fabbisogno energetico per il mondo. - In: La termotecnica, maggio 1993, p.21-28.
M. Silvestri, Il futuro dell'energia, Bollati Boringhieri, 1989.
ESAME
L'esame consiste nella esposizione della monografia preparata nel corso dell'anno e da un colloquio orale durante il quale l'allievo è tenuto a rispondere sugli argomenti di teoriatrattati nellelezioni.
P 187 O
Anno:periodo 5:1
Docente:DomenicoDi Noto