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Scheda Riassuntiva
Anno Accademico 2022/2023
Scuola Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
Insegnamento 054910 - CIRCUITI E MISURE ELETTRONICHE
Docente Svelto Cesare
Cfu 10.00 Tipo insegnamento Monodisciplinare

Corso di Studi Codice Piano di Studio preventivamente approvato Da (compreso) A (escluso) Insegnamento
Ing Ind - Inf (1 liv.)(ord. 270) - MI (366) INGEGNERIA FISICA*AZZZZ054910 - CIRCUITI E MISURE ELETTRONICHE

Obiettivi dell'insegnamento

Il corso si propone di fornire agli studenti le conoscenze fondamentali della teoria dei Circuiti e delle Misure. 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 tra cui la teoria dell'incertezza e l'analisi dei dati sperimentali. 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: è previsto un primo laboratorio sperimentale sui circuiti elettrici, un secondo sulle schede DAQ e software LabVIEW, un terzo laboratorio sull'oscilloscopio digitale.


Risultati di apprendimento attesi

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 la terminologia metrologica, sarà in grado di effettuare la stima dell'incertezza di una misura e l'analisi dei dati di misura, conoscerà il funzionamento dei principali strumenti di misura (voltmetri, schede DAQ, 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 e l'eventuale interrogazione orale.

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.

Argomenti trattati
  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 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) per la caratterizzazione dei circuiti e segnali elettronici. Ciascuno studente potrà svolgere 12 ore di laboratorio suddivise in 3 esercitazioni (di 4 ore ciascuna): 1) Circuiti in regime transitorio; 2) Schede di acquisizione dati e LabVIEW; 3) Oscilloscopi digitali. I dettagli organizzativi relativi alle attività di laboratorio saranno presentati a lezione/esercitazione e comunque resi consultabili alla pagina WEB del Corso.


Obiettivi di sviluppo sostenibile - SDGs
Questo insegnamento contribuisce al raggiungimento dei seguenti Obiettivi di Sviluppo Sostenibile dell'Agenda ONU 2030:
  • SDG9 - INDUSTRY, INNOVATION AND INFRASTRUCTURE

Prerequisiti

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.


Modalità di valutazione

La valutazione dello studente è effettuata in base all'esito della prova scritta d'esame e dell'eventuale interrogazione orale, che è obbligatoria se richiesta dal docente.

Non sono previste prove in itinere.

La prova d’esame consiste in una verifica scritta, Compito di durata circa 2 ore e tipicamente con 3-4 esercizi da rivolgersi a carta-e-penna, da svolgersi il giorno dell'appello, seguita eventualmente da una interrogazione orale.

L'accesso alla prova scritta è condizionato al superamento di un pre-compito con una decina di domande a risposta multipla, da svolgersi il giorno dell'appello e poco prima del compito scritto.

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 circa il 50 % dei punti 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 sullo spazio OneDrive condiviso dal docente e specifico dell'anno accademico considerato, nella forma di Lucidi e Registrazioni dell'anno corrente o anche dei precedenti.

Reperibilità del docente: Prof. Cesare Svelto Tel. 02-2399.3610  cell. 3409761929  e-mail cesare.svelto@polimi.it

 


Bibliografia
Risorsa bibliografica obbligatoriaCharles K. Alexander, Matthew N. O. Sadiku, Giambattista Gruosso, Giancarlo Storti Gajani, Circuiti Elettrici, Editore: McGraw-Hill Education, Anno edizione: 2022, ISBN: 9788838654909
Note:

Costo circa 56 Euro. Disponibile anche presso la Biblioteca di PoliMI. E' sufficiente utilizzare l'uno o l'altro dei due testi proposti sui Circuiti Elettrici.

Risorsa bibliografica obbligatoriaR. Perfetti, Circuiti Elettrici, Editore: Zanichelli, Anno edizione: 2012, ISBN: 9788808178886
Note:

Costo circa 48 Euro. Disponibile anche presso la Biblioteca di PoliMI. E' sufficiente utilizzare l'uno o l'altro dei due testi proposti sui Circuiti Elettrici.

Risorsa bibliografica obbligatoriaM. Norgia, A. Pesatori, R. Ottoboni, C. Svelto, Misure: dai fondamenti alla strumentazione, Editore: Esculapio, Anno edizione: 2022, ISBN: 9788893853040
Note:

Costo circa 39 Euro. Disponibile anche presso la Biblioteca di PoliMI.


Software utilizzato
Nessun software richiesto

Forme didattiche
Tipo Forma Didattica Ore di attività svolte in aula
(hh:mm)
Ore di studio autonome
(hh:mm)
Lezione
54:00
81:00
Esercitazione
40:00
60:00
Laboratorio Informatico
0:00
0:00
Laboratorio Sperimentale
12:00
3:00
Laboratorio Di Progetto
0:00
0:00
Totale 106:00 144:00

Informazioni in lingua inglese a supporto dell'internazionalizzazione
Insegnamento erogato in lingua Italiano
Disponibilità di libri di testo/bibliografia in lingua inglese
Possibilità di sostenere l'esame in lingua inglese
Disponibilità di supporto didattico in lingua inglese
schedaincarico v. 1.7.2 / 1.7.2
Area Servizi ICT
11/08/2022