Programma finale 3A Ele 2014_15

ITIS “ENRICO FERMI” a.s. 2014/ ‘15 Programma svolto in Elettronica, classe 3A Docenti: prof.ssa Anna Maria Prandini -­‐-­‐-­‐-­‐ ITP: Erio Orlandi Argomenti sviluppati in teoria Tra parentesi è indicato il riferimento al libro di testo: “Elettrotecnica ed Elettronica” vol. 1, E. Ambrosini e F. Spadaro, Ed. Tramontana Nozioni introduttive (sez. 1A) Struttura della materia. La corrente elettrica. La densità di corrente elettrica. Il campo elettrico e la differenza di potenziale. Componenti e circuiti elettrici (sez. 1B) Classificazione dei componenti elettrici. Definizioni: nodo, ramo, maglia, collegamento serie e parallelo. La resistenza, il resistore. La prima e la seconda legge di Ohm. Dalla legge di Omh microscopica a quella macroscopica. La caratteristica V-­‐I per un resistore. La legge di Joule e la potenza elettrica. Resistori variabili: potenziometri, reostati e trimmer. Generatori elettrici di tensione e di corrente. Risoluzione delle reti elementari (resistenze equivalenti: resistori in serie e in parallelo). Metodi di risoluzione delle reti elettriche (sez. 1D) Principi di Kirchhoff. Metodo dei potenziali ai nodi (cenni al metodo risolutivo). Il principio della sovapposizione degli effetti. Il principio di Thevenin. Il Principio di Norton. L’elettrostatica (sez. 2A) Ripasso dei fenomeni elettrostatici; la legge di Coulomb; il campo elettrico (argomenti sviluppati al biennio) Il condensatore (sez. 2B) La capacità elettrica e il condensatore. La relazione tensione-­‐corrente in un condensatore. Il campo elettrico in un condensatore a facce piane parallele. L’energia accumulata in un condensatore. Condensatori in serie e in parallelo. Fenomeni transitori nei circuiti RC (sez. 2C) I fenomeni transitori nei circuiti RC. La risposta al gradino: circuito RC alimentato in tensione costante. Carica di un condensatore alimentato con corrente costante. Introduzione alle misure e ai segnali elettrici (sez. 1C) Definizione di: segnali periodici (periodo e frequenza) e aperiodici; segnali unidirezionali e bidirezionali (bipolari); il valore medio; segnali alternati; il valore efficace. Per la definizione di valore medio e valore efficace si è fatto uso dell’integrale definito e della sua interpretazione geometrica. Analisi di alcuni segnali tipici: segnale sinusoidale (armonico), armonico raddrizzato a una semionda e a onda intera; alternato triangolare e triangolare unidirezionale; a dente di sega; a onda quadra; a onda rettangolare (o impulsivo). Definizione di “duty-­‐cycle”. Il valore efficace in presenza di componente continua. L’oscilloscopio nelle modalità a.c. e d.c. I componenti e le reti a regime sinusoidale (sez. 8A) La funzione sinusoidale: definizione di pulsazione, periodo, frequenza, fase, valore di picco (ampiezza), valore picco-­‐picco, valore efficace. Rappresentazione vettoriale delle grandezze sinusoidali: con fasori, cioè con vettori espressi con i numeri complessi (metodo simbolico) sia in forma cartesiana o rettangolare che in forma polare. Regole di somma, sottrazione, divisione e moltiplicazione tra vettori. Il resistore in regime sinusoidale. Il condensatore in regime sinusoidale. La reattanza capacitiva. Il circuito RC serie e RC parallelo a regime sinusoidale. Definizione di impedenza. Induttanza per un solenoide rettilineo. L’induttore in regime sinusoidale. La reattanza induttiva. Circuiti risonanti serie RLC. Filtro passa basso, passa alto e passa banda. Gli amplificatori Gli amplificatori ideali. Gli amplificatori differenziali. Proprietà principali di un amplificatore: resistenza di ingresso, resistenza di uscita, guadagno differenziale, guadagno di modo comune, CMRR, banda passante. Schema a blocchi. L’amplificatore operazionale. Componenti a semiconduttore I diodi a semiconduttore: caratteristiche di costruzione; corrente di deriva e di diffusione; principio di funzionamento; caratteristica volt amperometrica. Cenno al diodo zener. Cenno al BJT: funzionamento come interruttore. Comparatori realizzati con AO Comparatore invertente e non invertente. Comparatore con uscita a open-­‐collector. Comparatore a finestra. Circuiti astabili Astabile realizzato con NE555, con duty-­‐cycle variabile. Generatore di onda quadra con NE555 Laboratorio Relativi alla sezione 1: Strumenti introdotti: DC power supply, Digital multimeter. •
Misure del valore di resistenze. Circuito serie: misura di c.d.t., calcolo delle correnti. •
Osservazioni sulla resistenza interna degli strumenti: voltmetro e generatore di tensione. •
Misure indirette di correnti in un circuito con rami in serie e in parallelo (voltmetro collegato su resistenza da 1Ω). •
Misure su circuito lineare con più generatori per la verifica del principio della sovrapposizione degli effetti. •
Misure di corrente con amperometro. Osservazioni sulla resistenza interna dell’amperometro. •
Misure voltamperometriche: studio del problema voltmetro a monte o a valle dell’amperometro. Osservazioni sulla resistenza interna del generatore di corrente. •
Verifica sperimentale del teorema di Thevenin. Relativi alla sezione 2: Strumenti introdotti: oscilloscopio •
Misura delle costanti di tempo di circuiti RC. •
Caratteristiche dell’oscilloscopio. •
Misure con l’oscilloscopio dei transitori di carica e scarica in circuito RC. Caratteristica I-­‐V di componenti non lineari Caratteristica I-­‐V di diodi raddrizzatori. Caratteristica I-­‐V di diodi LED. Filtri passivi: Strumenti introdotti: generatore d’onda (sinusoidale, quadra, triangolare) •
Definizione di funzione di trasferimento e frequenza di taglio. •
Il filtro passa basso RC e passa alto CR: misura dell’ampiezza e della fase della funzione di trasferimento in funzione della frequenza. Grafici realizzati in Excel. Misure sui comparatori realizzati con uA741 •
Alimentazione di un AO (duale) •
Misure effettuate con l’oscilloscopio Circuiti astabili: •
Astabile realizzato con NE555 •
Circuito risonante LC e NE555 per la realizzazione di un metal-­‐detector.