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PORTALE DELLA DIDATTICA

Elettrotecnica

01AULOD

A.A. 2019/20

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

Corso di Laurea in Ingegneria Fisica - Torino

Organizzazione dell'insegnamento
Didattica Ore
Lezioni 60
Esercitazioni in aula 40
Docenti
Docente Qualifica Settore h.Lez h.Es h.Lab h.Tut Anni incarico
Canavero Flavio Professore Ordinario ING-IND/31 33 2.5 0 0 12
Collaboratori
Espandi

Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/31 10 C - Affini o integrative Attività formative affini o integrative
2018/19
Il corso si propone di esporre le leggi fondamentali che regolano il comportamento dei circuiti elettrici a parametri concentrati e di fornire metodi sistematici che consentano di analizzare il comportamento dei circuiti elettrici dinamici, lineari e a parametri concentrati, sia in regime generico che in regime sinusoidale. Sarà inoltre fornita un'introduzione all'analisi automatica dei circuiti per mezzo del calcolatore. Esercitazioni e laboratori completano, da un punto di vista applicativo, gli argomenti teorici trattati nelle lezioni.
The main objective of the course is to introduce students to the comprehension of the basic laws governing lumped electrical circuits, giving suitable and general methods for their analysis. In particular, the course provides fundamental tools to analyze high-order dynamic circuits in the time and in the frequency-domain. An introduction to automated circuit analysis via computer-based simulation is also provided. The theory is complemented by several in-class exercise sessions.
Conoscenza delle leggi fondamentali che regolano i circuiti elettrici. Conoscenza delle tecniche d’analisi di circuiti anche dinamici e di ordine elevato. Abilità di analizzare circuiti elettrici, scegliendo in modo autonomo la tecnica d’analisi più conveniente. Abilità ad usare, a livello elementare, un moderno programma d’analisi automatica di circuiti (Spice).
Knowledge of the basic laws governing electrical circuits. Knowledge of general analysis techniques for high order dynamic circuits. Ability to analyze electric circuits, choosing the most convenient techniques. Ability to use a modern computer program for Computer-aided Circuit Analysis (Spice).
Conoscenze di fisica: potenza ed energia, elettromagnetismo di base. Conoscenze d'analisi matematica e geometria: algebra dei numeri complessi, calcolo matriciale, sistemi di equazioni algebriche lineari, equazioni differenziali ordinarie del primo ordine, trasformata di Laplace.
Physics: power and energy, basic electromagnetics. Mathematics: algebra of complex numbers, linear algebra and matrix analysis, algebraic linear systems, first-order linear differential equations, Laplace transform.
- Circuiti adinamici (4 CFU). Circuiti a parametri concentrati; tensione, corrente, potenza. Direzioni di riferimento. Leggi di Kirchhoff. Resistori lineari e non lineari; diodi; generatori indipendenti. Collegamento in serie e/o parallelo di bipoli resistivi. Elementi a due o più porte: generatori dipendenti, trasformatore ideale, amplificatore operazionale ideale. Analisi di circuiti resistivi: metodo dei nodi e sue varianti; teoremi di sostituzione e di sovrapposizione, di Thevenin e di Norton. Analisi di circuiti con diodi ideali. - Circuiti dinamici (4 CFU). Condensatori e induttori lineari. Collegamento in serie e/o parallelo di condensatori e induttori. Circuiti RC e RL del primo ordine. Analisi elementare nel caso di segnali costanti a tratti. Circuiti dinamici generali: circuiti del secondo ordine. Analisi di circuiti lineari mediante trasformata di Laplace. Funzioni di rete: impedenze, ammettenze e funzioni di trasferimento. Frequenze naturali e condizioni di stabilità. Legame tra il comportamento in frequenza e la risposta nel tempo. Estensione ai circuiti dinamici dei teoremi di sostituzione, di sovrapposizione, di Thevenin e di Norton. - Regime sinusoidale (1 CFU): equazioni circuitali in regime sinusoidale, analisi simbolica, fasori. Curve di risposta in frequenza (diagrammi di Bode). Potenza in regime sinusoidale. Circuiti risonanti. Condizioni d’adattamento energetico. - Doppi bipoli dinamici (1 CFU): caratterizzazione e connessione di doppi bipoli. Induttori mutuamente accoppiati. Funzionamento del doppio bipolo sotto carico. Reciprocità.
- Resistive circuits (4 CFU). Lumped circuits; voltage, current, power. Reference directions. Kirchhoff laws. Linear and nonlinear resistors; diodes; independent sources. Series and parallel connection of resistive one-port elements. Two-port and multi-port elements: dependent sources, ideal transformer, ideal operational amplifier. Analysis of resistive circuits: nodal analysis and its variants. Network theorems: substitution, Thevenin, Norton, superposition. Analysis of circuits with ideal diodes. - Dynamic circuits (4 CFU). Linear inductors and capacitors; series and parallel connection of inductors and capacitors. First order RC and RL circuits. Analysis by inspection under piecewise constant excitation. General dynamic circuits. Second order circuits. Transient analysis of high-order circuits using the Laplace transform. Network functions: impedance, admittance and transfer functions. Natural frequencies and stability. Connection between frequency-domain and time-domain responses. Extension of network theorems to dynamic circuits. - Sinusoidal steady state (1 CFU). Circuit equations in sinusoidal steady state, symbolic analysis, phasors. Bode plots. Power in sinusoidal steady state. Resonant circuits; power matching. - Dynamic two-port elements (1 CFU): characterization and connection of two-port elements. Coupled inductors. Loaded two-port elements. Reciprocity.
Le esercitazioni consistono nella soluzione, da parte degli allievi, di problemi d’analisi di circuiti elettrici sfruttando i metodi illustrati a lezione. Circa il 40% di ogni credito formativo e’ dedicato ad esercitazioni. In alcune esercitazioni gli studenti impareranno ad usare un moderno programma di simulazione circuitale (Spice).
In-class exercise sessions are aimed at practicing the general circuit analysis methods presented during the lectures. Approximately 40% of each credit consists of exercise sessions requiring active participation from the students. A few hours are dedicated to a basic introduction to computer-based circuit simulation programs (Spice).
Testo di riferimento per il corso: V. Daniele, A. Liberatore, R. Graglia, S. Manetti, Elettrotecnica, III edizione, Monduzzi Editore, Bologna, 2005. R. Perfetti, Circuiti elettrici, Zanichelli, Bologna, 2003. Ulteriori testi per approfondimenti: C.K. Alexander, M.N.O. Sadiku, Fundamentals of Electric Circuits (third edition), Mc Graw-Hill International Edition, 2008. Charles A. Desoer and Ernest S. Kuh, Basic circuit theory. McGraw- Hill, 1969 M. Biey, Esercitazioni di elettrotecnica, CLUT, Torino, 1988. M. Biey, Spice e PSpice: introduzione all'uso, CLUT, Torino, 2001. E’ disponibile un eserciziario sul sito web del corso, insieme ad esempi di scritti d’esame. L’eserciziario costituisce il materiale di riferimento per tutte le esercitazioni. Si prega di fare riferimento al sito web del corso per le versioni piu’ aggiornate di tutti i documenti e per ogni comunicazione ufficiale. In via sperimentale, sara' reso disponibile un servizio web per la generazione automatica di esercizi (con risultato). Tale servizio e' disponibile all'indirizzo www.autoCircuits.org
Reference textbook: V. Daniele, A. Liberatore, R. Graglia, S. Manetti, Elettrotecnica, III edizione, Monduzzi Editore, Bologna, 2005. R. Perfetti, Circuiti elettrici, Zanichelli, Bologna, 2003. Additional texts: C.K. Alexander, M.N.O. Sadiku, Fundamentals of Electric Circuits (third edition), Mc Graw-Hill International Edition, 2008. Charles A. Desoer and Ernest S. Kuh, Basic circuit theory. McGraw- Hill, 1969 M. Biey, Esercitazioni di elettrotecnica, CLUT, Torino, 1988. M. Biey, Spice e PSpice: introduzione all'uso, CLUT, Torino, 2001. An exercise book is available for download from the course web site, as well additional material such as templates of final tests. The exercise book is the reference material for all exercise labs. Please refer to the course web site for the most updated material and for any official communication. A web service will be made available for the automated generation of exercise problems (with result). This service is available at the link www.autoCircuits.org
Modalità di esame: Prova scritta (in aula);
L'esame finale consiste in una prova scritta della durata di 2 ore, il cui obbiettivo è valutare l'abilità degli studenti ad analizzare circuiti scegliendo le tecniche più appropriate. Durante la prova sarà possibile utilizzare una calcolatrice scientifica non programmabile; non è ammesso l'uso di testi, appunti o dispense. Ogni studente riceverà il testo d'esame su un foglio che includerà tutto lo spazio necessario per fornire le risposte ai quesiti. Questo foglio dovrà essere restituito alla fine del test. Non verranno corretti fogli di brutta (da non consegnare). Gli esercizi d'esame riguardano tutto il programma del corso, e sono divisi in due parti. La parte 1 include 8 quesiti elementari (2 punti ciascuno, totale 16 punti), per cui lo studente dovrà fornire unicamente il risultato finale (senza derivazioni). La parte 2 include due esercizi più complessi e strutturati (totale 16 punti), per cui lo studente dovrà riportare tutti i passi della soluzione. L'esame si considera fallito se il punteggio della parte 1 è inferiore a 7/16, nel qual caso la parte 2 non sarà corretta. E' possibile ritirarsi dopo 1 ora dall'inizio della prova, e fino a 15 minuti dalla fine. Dopo la conclusione della prova scritta, verrà pubblicata la soluzione sul sito del corso, e gli studenti avranno due giorni per comunicare al Docente (per Email) la volontà di ritirarsi, senza lasciare traccia. Dopo due giorni inizierà la correzione, alla fine della quale tutti gli esami verranno registrati senza più possibilità di rifiutare il voto. In ogni caso, gli studenti potranno discutere lo scritto e chiedere chiarimenti al Docente sui propri errori prima della registrazione del voto. I criteri per la correzione dello scritto terranno conto della correttezza delle risposte, del flusso logico nello sviluppo della soluzione (solo parte 2), e in generale della presentazione dei risultati e della loro leggibilità.
Exam: Written test;
The final examination consists of a written test (duration 2 hours), whose aim is to test the ability of students to analyze circuits by choosing the appropriate methods. During the written test, it is possible to use a (non-programmable) scientific calculator; no texts, books and notes are admitted. Each student will receive the exam paper, which provides all necessary space to provide the answers, and which will have to be returned at the end of the test. The rough copy will not be corrected. The test includes problems covering the entire course program, divided in two parts. Part 1 includes 8 elementary problems (2 points each, total 16 points), for which the student is required to provide only the final answer (no derivations). Part 2 includes two more complex circuits (16 points total), for which the student is required to report all detailed steps of the solution. At least 7/16 points must be obtained from the elementary problems. If the score from Part 1 is less than 7, the exam is failed, and Part 2 will not be corrected. The students can cancel the test after 1 hour from its start, until 15 minutes from the end. The full solution of the exam problems will be published on the official course web site soon after the written test. The students will then have two days to notify the Teacher (by Email) in case they want to cancel the test, leaving no track. After two days, all exam papers will be graded and the exam will be registered officially, without any possibility of rejecting the marks. In any case, before registration the students will have the possibility to review their test and ask clarifications on their mistakes. The grading criteria take into account the correctness of the answer provided to the written problems, the logical flow in the derivations (part 2 only), and the overall quality/clarity of the presentation.


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