Obiettivi e contenuti del corso

L’insegnamento si propone di fornire allo studente le metodologie di base necessarie per affrontare l’analisi di circuiti e sistemi elettrici ed elettronici. Allo studente viene richiesto di mettere a frutto molte delle conoscenze acquisite nei corsi di Fisica e Matematica, traducendole in applicazioni dell’ingegneria elettrica. Viene perseguito in questo modo un duplice obiettivo: quello di contribuire a sviluppare nello studente una mentalità ingegneristica, e quello di fornire allo studente conoscenze e strumenti che potranno trovare ulteriori applicazioni in corsi successivi.

Descrizione degli argomenti trattati

1.        Grandezze elettriche fondamentali. L’approssimazione dei circuiti concentrati. Circuiti elettrici e componenti circuitali. Leggi di Kirchhoff. Tensione, corrente e potenza: definizione, rappresentazione e misura; strumenti di misura reali e ideali.

2.        Componenti elettrici. Componenti elettrici reali e ideali; resistore, induttore, condensatore, induttori accoppiati; energetica ed equazioni costitutive. Generatori indipendenti e pilotati di tensione e di corrente.

3.        Circuiti resistivi e metodi di analisi. Partitori di tensione e di corrente. Bipolo attivo tipo serie e parallelo. Equivalenza. Massima potenza erogata. Teoremi di Thevenin e di Norton. Diodo a giunzione pn: equazione costitutiva, caratteristica lineare a tratti e corrispondenti circuiti equivalenti.

4.        Multiporta resistivi; componenti e circuiti elettronici. Tripolo resistivo lineare. Trasformazione stella-triangolo e viceversa. Trasformatore ideale. Transistore bipolare a giunzione: caratteristiche di porta e circuiti equivalenti, punto di lavoro, interruttore a transistore. Principi di amplificazione e amplificatori. Amplificatore operazionale in linearità e fuori linearità e relativi circuiti applicativi.

5.        Circuiti dinamici.Transitorio di reti RC e RL del primo ordine in risposta libera e forzata. Circuiti di ordine superiore.

6.        Circuiti in regime sinusoidale.Grandezze sinusoidali. Algebra dei fasori. Resistore, induttore e condensatore in regime sinusoidale; legame V-I fra fasori. Impedenza, ammettenza, reattanza, suscettanza. Teorema di Thevenin e di Norton in regime sinusoidale. Potenza istantanea, attiva, reattiva, apparente e complessa. Massimo trasferimento di potenza. Rifasamento di un carico industriale. Circuiti trifase.

7.        Risposta in frequenza.Funzioni di rete. Proprietà filtranti dei circuiti. Circuiti risonanti. Risposta ad un ingresso periodico.

8.        Strutture magnetiche e conversione elettromeccanica dell’energia. Richiami di elettromagnetismo. Circuiti magnetici; parametri di auto e mutua induttanza. Trasformatore reale; principio di funzionamento e circuito equivalente. Principi di conversione elettromeccanica (magnetica e elettrostatica); principio dei lavori virtuali nei sistemi elettromeccanici; calcolo di forze e coppie. Macchina elementare. Funzionamento come motore o generatore elettrico. Macchine in corrente continua e motore a induzione; circuiti equivalenti e caratteristiche coppia-velocità. Il campo magnetico rotante.

Organizzazione del corso e modalità di verifica

Modalità didattiche

L’insegnamento è organizzato in lezioni, esercitazioni numeriche e laboratori sperimentali la cui frequenza non è obbligatoria.

Modalità di verifica

Durante i due periodi di interruzione della didattica sono previste due prove scritte su esercizi numerici con partecipazione non obbligatoria.