Il corso si propone di fornire agli studenti le conoscenze fondamentali della teoria dei circuiti. La prima parte del corso si concentra sulla caratterizzazione dei bipoli fondamentali: resistore, condensatore ed induttore. Segue una analisi dei circuiti in regime stazionario e transitorio con particolare riguardo alla comprensione dei circuiti in regime sinusoidale. Vengono anche studiati, in modo preliminare, alcuni circuiti fondamentali con l'amplificatore operazionale ideale. Viste le basi di elementi e circuiti elettrici/elettronici si analizza la teoria della misurazione, indipendentemente da uno specifico ambito scientifico di studi ma con esempi e applicazioni ricorrenti ai circuiti elettronici. Saranno considerati pregi e limitazioni dell’indagine sperimentale, fornendo gli strumenti specifici di analisi utilizzati nelle misure (teoria dell'incertezza). Sarà fornita una valida conoscenza su principi di funzionamento, caratteristiche metrologiche e campi di applicazione della moderna strumentazione elettronica di misura e di acquisizione dati (voltmetri, schede DAQ, contatori, oscilloscopi, analizzatori di spettro). L'attività di laboratorio sperimentale completa e arricchisce gli aspetti formativi teorici (con un primo laboratorio sperimentale sui circuiti elettrici, un secondo sulle schede DAQ e software LabVIEW, un terzo laboratorio sull'oscilloscopio digitale).

E' atteso che lo studente impari ad analizzare e risolvere i principali circuiti elettrici, in continua e in transitorio e in regime sinusoidale.
Lo studente imparerà anche la terminologia metrologica, sarà in grado di effettuare la stima dell'incertezza di una misura, conoscerà il funzionamento dei principali strumenti di misura (voltmetri, oscilloscopi, analizzatori di spettro).
Lo studente avrà modo di familiarizzarsi in laboratorio con l'uso di circuiti elementari, schede di acquisizione dati, e oscilloscopio digitale.

La verifica delle conoscenze e capacità di analisi acquisite sarà verificata attraverso le domande ed esercizi assegnati durante il compito scritto.

Risultati di apprendimento attesi al termine del corso e dopo il superamento dell’esame, con riferimento ai Descrittori di Dublino (DdD):

• Conoscenza e comprensione (DdD 1) - Lo studente conosce le definizioni del Sistema Internazionale di unità di misura, dei circuiti elettrici e degli elementi che li compongono. Ha acquisito le metodologie di analisi dei circuiti elettrici in regime stazionario, in transitorio, e in regime alternato sinusoidale. Conosce le strutture e i principi di funzionamento dei principali strumenti per misure elettroniche (voltmetri numerici, schede di acquisizione, oscilloscopi, analizzatori di spettro).
• Capacità di applicare conoscenza e comprensione (DdD 2) - Anche grazie alle esercitazioni su circuiti e problemi di misura, lo studente acquisisce la capacità di applicare le tecniche e le tecnologie apprese a casi reali semplici. In particolare, è in grado di analizzare il funzionamento di un circuito elettrico, di realizzare semplici schemi con gli amplificatori operazionali, di progettare e/o effettuare misure elettriche ed elettroniche mediante la strumentazione studiata.
• Autonomia di giudizio (DdD 3) - Lo studente è in grado di analizzare i circuiti e di scegliere la corretta strumentazione di misura per una data applicazione.

• Capacità di apprendimento (DdD 5) - Lo studente ha acquisito un bagaglio di concetti e strumenti sufficientemente generali da consentirgli di affrontare studi successivi nel campo dell’analisi avanzata e sintesi dei circuiti elettrici ed elettronici. Ha le competenze di base per approfondire gli studi sulla strumentazione elettronica di misura e per approcciare nuovi strumenti e metodi di misurazione. Sarà in grado di approfondire anche autonomamente le conoscenze acquisite nel campo dei circuiti e delle misure, con la capacità di leggere e comprendere articoli di carattere scientifico e tecnico e manuali applicativi sempre inerenti ai circuiti e le misure. E' inoltre in grado di utilizzare le conoscenze e competenze apprese per affrontare in maniera strutturata problemi via via più complessi.

1. Introduzione al corso. Il modello circuitale. Le grandezze elettriche: corrente, tensione, potenza. Leggi di Kirchhoff. Grafi. Teorema di Tellegen. Proprietà di conservazione della potenza.
   2. Circuiti resistivi. Resistore. Corto circuito e circuito aperto. Generatori indipendenti. Circuiti ad una maglia, partitore di tensione. Circuiti con due nodi, partitore di corrente. Combinazioni di resistori. Resistenza equivalente. Combinazione di generatori indipendenti. Generatori controllati. Principio di sostituzione. Trasformazione di generatori. Analisi nodale di circuiti con generatori indipendenti di corrente e con generatori indipendenti di tensione.
   3. Linearità e sovrapposizione. Teoremi di Thévenin e di Norton. Metodi per determinare la resistenza equivalente. Generatori reali. Circuiti con amplificatori operazionali ideali (in particolare integratore e amplificatore per strumentazione).
   4. Condensatore. Induttore. Combinazione in serie e in parallelo di condensatori e induttori.
   Circuiti del primo ordine. Circuiti RC e RL in evoluzione libera. Circuiti RC ed RL con un generatore costante. Circuiti del primo ordine autonomi. Stabilità, risposta transitoria e risposta permanente. Circuiti RLC del secondo ordine.
   5. Analisi in regime sinusoidale. Numeri complessi e applicazione con sinusoidi e fasori. Risposta ad un ingresso sinusoidale. Legge di Ohm simbolica. Il metodo dei fasori. Analisi nel dominio dei fasori. Sovrapposizione di regimi sinusoidali.
   6. Potenza in regime sinusoidale. Potenza istantanea e potenza media. Valore efficace. Potenza complessa. Conservazione della potenza complessa. Bipoli passivi. Rifasamento. Massimo trasferimento di potenza. Sovrapposizione della potenza.
   7. Trasformatore ideale. Analisi di circuiti con trasformatori ideali. Cenni agli induttori accoppiati e analisi di circuiti con induttori accoppiati.
   8. Metrologia: principi di misura; Sistema Internazionale di unità di misura; campioni basati su fenomeni quantistici e costanti di natura; unità logaritmiche e rappresentazione grafica dei risultati sperimentali.
   9. Analisi dei dati di misura: densità di probabilità, media, varianza, correlazione, e incertezza di misura (propagazione degli "errori") trattata in modo statistico; incertezza standard di misura e gradi di libertà; compatibilità fra misure e media pesata. Interpolazione e regressione dei dati di misura.
   10. Sistemi di acquisizione dati: campionamento e conversione A/D; caratteristiche e principi di funzionamento degli ADC (velocità, risoluzione, incertezza di quantizzazione, numero di bit equivalenti); struttura dei principali convertitori A/D e D/A; proprietà e impiego dei sistemi di acquisizione dati (DAQ); schede di acquisizione dati e protocolli di comunicazione tra strumenti (RS232, IEEE 488, USB), utilizzo di LabVIEW per misure automatizzate. Cenni al rumore nelle misure e ai metodi per aumentare il rapporto S/N.
   11. Strumentazione elettronica di misura: voltmetri e multimetri digitali; contatore elettronico; oscilloscopi (analogici e digitali); analizzatori di spettro (digitali e analogici; cenni su monocromatore e analizzatori di spettro ottici).

Attività di laboratorio

Le attività di laboratorio sono di tipo sperimentale con l'obiettivo di familiarizzare gli studenti con i i programmi SW di acquisizione dei segnali di tensione e i circuiti in regime transitorio (RC). Il laboratorio ha lo scopo di avviare l’istruzione dello studente nell’uso della moderna strumentazione digitale di misura. In particolare, saranno insegnati e messi in pratica i fondamenti di programmazione del linguaggio LabVIEW: quanto appreso sarà direttamente verificato mediante la preparazione di esperimenti di misura, su componenti e circuiti elettronici, svolti mediante schede di acquisizione dati. Si sperimenteranno in concreto le problematiche connesse con il condizionamento e l’elaborazione del segnale di misura. Gli studenti avranno la possibilità di cimentarsi anche nell’uso della strumentazione di misura (voltmetri numerici, generatori di funzioni, oscilloscopi digitali, e analizzatori di spettro) per la caratterizzazione dei circuiti e segnali elettronici. Ciascuno studente potrà svolgere 12 ore di laboratorio suddivise in 3 esercitazioni (di 4 ore ciascuna). Il calendario delle esercitazioni di laboratorio sarà pubblicato sulla pagina WEB www.elet.polimi.it/corsi/labgolgi. I dettagli organizzativi relativi alle attività di laboratorio e alle corrispondenti valutazioni saranno presentati a esercitazione e comunque resi consultabili alla pagina WEB del Corso.

Costituiscono utili propedeuticità all’insegnamento le conoscenze elementari di analisi matematica e fisica, con particolare riferimento ad operazioni su funzioni trigonometriche, numeri complessi, calcolo differenziale e integrale, basi di elettromagnetismo.

La valutazione dello studente è effettuata in base all'esito della prova d'esame e dei laboratori.

Non sono previste prove in itinere.

La prova d’esame consiste in una verifica scritta, di durata circa 2-2.5 ore e da svolgersi il giorno dell'appello, seguita eventualmente da una breve interrogazione orale.

L'accesso alla prova scritta è condizionato al superamento di un pre-compito con una decina di domande a risposta multipla (sempre da svolgersi il giorno dell'appello).

Dunque, la possibilità di consegnare il compito scritto è vincolato al superamento del pre-compito nel quale è richiesto di non dimostrare una grave impreparazione sugli argomenti di base dell'insegnamento: di norma, non riuscire a raggiungere 4-5 punti su 10 in tale prova non consente di proseguire con l'esame.

Il compito scritto è costituito da circa 4 esercizi, principalmente di calcolo, sugli argomenti base dell'insegnamento.

Nel compito, come certamente nel pre-compito, possono essere presenti anche quesiti teorici.

L’ordine logico e la chiarezza espositiva nel rispondere alle domande e nella soluzione dei problemi costituiscono elemento di valutazione. L’esame scritto, così come strutturato, consente di verificare i risultati di apprendimento attesi, anche già indicati secondo i Descrittori di Dublino.

Le date delle singole prove saranno comunicate con un congruo anticipo in aula e sulla pagina web del corso.

Altre informazioni (anche sugli appelli e la logistica dell'insegnamento) sono reperibili alla Pagina WEB: http://home.dei.polimi.it/svelto/didattica/index_didattica.html o sulla pagina BeeP dell'insegnamento.

Reperibilità del docente: Prof. Cesare Svelto Tel. 02-2399.3610  e-mail cesare.svelto@polimi.it

è sufficiente utilizzare l'uno o l'altro dei due testi proposti sui "Circuiti Elettrici"

è sufficiente utilizzare l'uno o l'altro dei due testi proposti sui "Circuiti Elettrici"

sulla prima parte di Misure. Costo circa 17 Euro. Disponibile presso la Biblioteca di PoliMI.

sulla seconda parte di Misure. Costo circa 15 Euro. Disponibile presso la Biblioteca di PoliMI.