L'insegnamento si propone di esporre le leggi fondamentali che regolano il funzionamento dei circuiti elettrici a parametri concentrati e di fornire metodi sistematici che consentano di analizzarne il comportamento. Vengono studiati in questo insegnamento circuiti adinamici e circuiti dinamici del I ordine di complessità arbitraria ed i metodi principali per la loro analisi, sia analitica che automatica per mezzo del calcolatore. Esercitazioni in aula completano gli argomenti teorici trattati nelle lezioni. Viene inoltre fornita un’introduzione alla teoria della misura e ai principali strumenti di laboratorio, basi necessarie per condurre una serie di esperienze finalizzate alla verifica sperimentale dei risultati teorici esposti a lezione.

Conoscere e comprendere le leggi fondamentali che regolano i circuiti elettrici. Conoscere e saper applicare le tecniche d’analisi di circuiti in regime costante e transitorio. Saper analizzare circuiti elettrici, scegliendo in modo autonomo la tecnica d’analisi più conveniente. Essere in grado di usare, a livello elementare, un moderno programma d’analisi automatica di circuiti (Spice). Conoscere e sapere utilizzare i principali strumenti di laboratorio. Saper predisporre e utilizzare semplici banchi di misura, valutando l’incertezza delle misure acquisite, per l’analisi sperimentale di circuiti elettrici.

Conoscenze elementari di fisica: carica, corrente, potenza ed energia. Conoscenze d'analisi matematica: equazioni differenziali ordinarie del primo ordine. Conoscenze di geometria: calcolo matriciale, equazioni differenziali del I ordine (conoscenze acquisite nel corso del semestre tramite altri insegnamenti paralleli)

Parte I: Teoria dei circuiti (lezioni ed esercitazioni in aula: totale 60 ore) Introduzione al corso. Grandezze elettriche fondamentali: carica, corrente, tensione, potenza, energia. Convenzioni di segno. Leggi di Kirchhoff, teorema di Tellegen. Bipoli elementari: generatori di tensione e di corrente, resistori ideali. Soluzione diretta di circuiti mediante KCL/KVL. Circuiti a una maglia e a due nodi. Connessione di resistori in serie e in parallelo. Partitori di tensione e di corrente. Teorema di Millman. Equivalenze elementari. Trasformazioni triangolo-stella. Teoremi di sovrapposizione, sostituzione. Teoremi di Thevenin e di Norton. Analisi nodale pura, modificata e semplificata. Scrittura delle equazioni per via diretta, per ispezione e per stamping. Generatori dipendenti. Definizione e inclusione nel sistema di equazioni nodali. Soluzione di circuiti contenenti generatori dipendenti per ispezione. Applicazione dei teoremi di Thevenin e di Norton. Multipoli e multiporta adinamici. Trasformatore ideale. Amplificatore operazionale ideale. Elementi circuitali dinamici. Circuiti del I ordine. Formulazione e soluzione con generatori costanti a tratti per variabili di stato. Circuiti del I ordine con generatori costanti a tratti e interruttori ideali. Soluzione per variabili arbitrarie. Circuiti del I ordine con interruttori e generatori costanti a tratti, commutazioni multiple. Circuiti adinamici non lineari: diodi ideali. Soluzione di circuiti lineari a tratti. Soluzione numerica di circuiti adinamici con MATLAB e SPICE. Parte II: misure elettriche ed elettroniche (lezione ed esercitazioni in laboratorio: totale 20 ore) Introduzione alle misure e alle incertezze. Misure dirette e indirette. Modello deterministico, casi notevoli ed esempi numerici. Compatibilità della misura. Strumenti analogici e tester. Principi di funzionamento, incertezza negli strumenti analogici. Voltmetri, Amperometri e Ohmetri. Carico strumentale ed esempi Strumentazione digitale, multimetri. Caratteristiche principali. Multimetro HP34401, caratteristiche metrologiche e calcolo incertezze. Alimentatore stabilizzato. Massa, terra e riferimento. Laboratorio 1: Misura caratteristica bipolo resistivo con generatore tramite metodo volt-amperometrico. Verifica numerica dei teoremi di Thevenin e Norton e di sostituzione; Verifica dell'effetto di carico (resistenza equivalente voltmetro analogico) Laboratorio 2: Misure dirette ed indirette di tensione, corrente e resistenza con alimentatore, tester e multimetro digitale. Calcolo delle incertezze e verifica della compatibilità Laboratorio 3: Sperimentazione funzionamento oscilloscopio. Controlli di base; Misura di ampiezza, periodo, frequenza, duty cycle, valore medio. Laboratorio 4: Misura della costante di tempo di un circuito RC; Stima del valore della capacità; Verifica della tensione come grandezza di stato e corrente in un resistore; Misura della caratteristica I-V del diodo 1N4148 tramite oscilloscopio in modalità XY.

L'insegnamento è organizzato in lezioni (circa 40 ore), esercitazioni in aula (circa 30 ore per ogni squadra), e laboratori sperimentali (quattro laboratori di 3 ore ciascuno per ogni squadra). Tutte le attività didattiche sono esclusivamente in presenza. Le lezioni prevedono l'esposizione dei concetti principali della teoria dei circuiti, nonché della loro applicazione alla soluzione di esercizi elementari. Durante ogni lezione è prevista una discussione in aula, a cui gli studenti sono sollecitati a partecipare attivamente interagendo con il docente. Circa il 40% di ogni credito formativo è dedicato ad esercitazioni di calcolo in aula. Gli studenti saranno suddivisi in due squadre, e ciascuna squadra frequenterà una sessione settimanale di esercitazione della durata di tre ore. Per ogni blocco di esercitazione è prevista una breve introduzione da parte del docente, che svolgerà alcuni esercizi di esempio. Gli studenti saranno poi chiamati a svolgere autonomamente gli esercizi proposti in aula, con il supporto del personale docente che sarà a disposizione per rispondere a domande e fornire suggerimenti. La partecipazione attiva degli studenti in queste ore di esercitazione è fondamentale. Nel corso dell’esercitazione verranno poi fornite le soluzioni degli esercizi che avranno generato maggiori dubbi e problemi. In alcune esercitazioni gli studenti impareranno ad usare un moderno programma di simulazione circuitale (Spice), oltre che a scrivere semplici programmi MATLAB per l'analisi automatica dei circuiti, seguendo gli esempi proposti dal docente. Sono previste quattro squadre separate per accedere alle sessioni di laboratorio sperimentale, ogni squadra effettuerà quattro esercitazioni in laboratorio. La frequenza a ciascun laboratorio dà diritto a 0.5 punti, per cui la frequenza a tutti i laboratori permette un massimo di 2 punti che verranno tenuti in considerazione nel calcolo del voto d’esame. Le sessioni di laboratorio sono sincronizzate con le lezioni e sono finalizzate a verificare tramite misure dirette su semplici circuiti le conoscenze acquisite durante le lezioni teoriche. Durante il semestre sono previsti otto momenti di verifica dell’apprendimento, ciascuno focalizzato su un argomento specifico. Queste verifiche saranno organizzate in aula durante l’orario ufficiale, generalmente al termine di un blocco di 3 ore. Ciascuna verifica consisterà nella soluzione di un esercizio (massimo due esercizi se particolarmente semplici) da riportare su un modulo cartaceo che i docenti distribuiranno, e che dovrà essere consegnato alla fine della verifica per la correzione da parte del personale docente. I quesiti da risolvere saranno della stessa tipologia esaminata durante le esercitazioni in aula, e sarà garantita almeno una settimana dal completamento dell’argomento a esercitazione prima della verifica corrispondente, dando così un tempo adeguato allo studio individuale. L’obiettivo di queste verifiche è incentivare lo studio della materia distribuito e costante durante il semestre, condizione necessaria per una corretta comprensione e assimilazione degli argomenti proposti. Per questo insegnamento, infatti, è noto che chi interrompe lo studio anche per 2-3 settimane poi non riesce a recuperare e trova difficoltà a sostenere l’esame. Le valutazioni delle verifiche periodiche costituiscono elemento utile per l’esame. Gli argomenti attualmente previsti per queste verifiche sono i seguenti (potrebbero subire minime variazioni): 1. Leggi di Kirchhoff, potenza e convenzioni di segno 2. Calcolo di resistenze equivalenti, partitori di tensione e di corrente 3. Applicazione dei Teoremi di Millman e di Sovrapposizione 4. Applicazione dei Teoremi di Thevenin e di Norton 5. Analisi Nodale 6. Analisi di circuiti contenenti generatori dipendenti 7. Analisi di circuiti contenenti trasformatori ideali e amplificatori operazionali ideali 8. Analisi di circuiti del I ordine Saranno a disposizione per consulenze e tutoraggi alcuni collaboratori part-time (studenti senior), in orario fisso settimanale da concordare all’inizio delle lezioni.

Testi di riferimento per il corso: R. Perfetti, Circuiti elettrici, Zanichelli, Bologna, 2003 (o edizioni seguenti) V. Daniele, A. Liberatore, R. Graglia, S. Manetti, Elettrotecnica, III edizione, Monduzzi Editore, Bologna, 2005. 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 più aggiornate di tutti i documenti e per ogni comunicazione ufficiale. E' ulteriormente disponibile un servizio web denominato "autoCircuits" (www.autocircuits.org) che permette la generazione automatica di un numero illimitato di esercizi organizzati per capitolo e difficoltà, sempre diversi. Questo servizio è lo stesso utilizzato dai docenti per preparare i temi d'esame. Istruzioni sull'utilizzo di questo servizio sono fornite a lezione.

Esercizi; Materiale multimediale ; Strumenti di auto-valutazione;

E' possibile sostenere l?esame in anticipo rispetto all?acquisizione della frequenza

Modalita di esame: Prova scritta (in aula); Prova scritta in aula tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo;

Exam: Written test; Computer-based written test in class using POLITO platform;

... Prova scritta (in aula); Prova scritta in aula tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo; L'esame finale si svolge in presenza e consiste in due prove scritte, entrambe erogate tramite la piattaforma Moodle di Ateneo. Entrambe le prove si svolgono in aula utilizzando il proprio PC che dovrà essere aggiornato e configurato secondo le istruzioni presenti sul portale di Ateneo. Nel voto finale sono considerati anche i punti acquisiti tramite frequenza dei laboratori. Parte 1. La prima parte dell’esame è considerata come una prova di ammissione alla seconda parte, ed è finalizzata alla verifica delle conoscenze elementari delle tecniche di analisi circuitale, da applicare a circuiti particolarmente semplici. Questa prova ha una durata di 60 minuti e prevede un numero di quesiti elementari (circuiti da risolvere, di norma 6 esercizi da 2 punti ciascuno) per cui dovrà essere indicato unicamente il risultato e non il procedimento utilizzato. Il risultato sarà da indicare sulla piattaforma informatica di ateneo (Moodle) sotto forma di risposta aperta (NON quiz a risposta multipla). Il punteggio massimo conseguibile per questa prima parte è pari a 12. Il punteggio minimo per accedere alla seconda parte è pari a 6. La partecipazione alle verifiche in itinere offre una possibilità per accedere direttamente alla seconda parte dell’esame, senza necessità di sostenere la parte 1. Ciascuna delle otto verifiche intermedie permetterà di ottenere un massimo di 1.5 punti. Consegue che il punteggio massimo ottenibile per l’insieme delle verifiche intermedie è pari a 8 x 1.5 = 12 punti. Chi parteciperà almeno a 6 delle 8 verifiche intermedie avrà un punto aggiuntivo di bonus, potendo quindi arrivare a 13 punti totali. Rimane il requisito di 6 punti minimi per poter accedere direttamente alla seconda parte. Qualora non si sia soddisfatti del punteggio conseguito tramite le verifiche in itinere, si potrà decidere di sostenere la parte 1 dell’esame, il cui esito prevarrà sul risultato delle verifiche in itinere (sia se superiore ma anche se inferiore: vale il risultato dell’ultima valutazione ottenuta). Parte 2. La seconda parte dell’esame vuole verificare l’effettiva padronanza della teoria e delle tecniche di analisi circuitale. Anche questa seconda parte viene erogata tramite la piattaforma informatica di Ateneo (Moodle) e ha una durata complessiva di 80 minuti. La prova è costituita da due sezioni 2A. Quiz a risposta multipla relativi alla teoria delle misure elettriche (max 5 punti, senza penalizzazione) 2B. Due circuiti da risolvere, con struttura relativamente complessa e articolata. L’analisi di questi circuiti richiederà l’applicazione di più tecniche di analisi in sequenza. Per questi esercizi il testo sarà distribuito tramite piattaforma Moodle, ma la soluzione dovrà essere riportata per esteso con tutti i passaggi e le derivazioni su un modulo cartaceo che sarà distribuito durante la prova. In caso di passaggi mancanti o ambigui con risultati indicati senza derivazione, lo svolgimento sarà ritenuto non valido. Non verranno corretti fogli di brutta (da non consegnare). Ciascuno dei due esercizi avrà un punteggio massimo di 6 punti. Un punto bonus sarà attribuito per la chiarezza e la qualità nell’esposizione dei vari passaggi della soluzione. In particolare, i criteri per la correzione di questa sezione terranno conto della correttezza delle risposte, del flusso logico nello sviluppo della soluzione, e in generale della presentazione dei risultati e della loro leggibilità. Il superamento della seconda parte dell’esame sarà garantito quando tutte le condizioni seguenti saranno verificate • Somma del punteggio dei laboratori (massimo 2 punti) e della sezione quiz misure (2A) pari ad almeno 4 punti (su un massimo di 7) • Punteggio della sezione 2B pari ad almeno 6 punti (su un massimo di 13) Il voto finale sarà costituito dalla somma dei punteggi delle due parti. Il prospetto riassuntivo sottostante riassume il sistema dei punteggi, considerando che la Parte 1 e le Verifiche in itinere costituiscono percorsi d’esame in alternativa. -Verifiche in itinere: Punteggio massimo: 8 x 1.5 + 1= 12+1 = 13 Soglia: 6 -Parte 1 Punteggio massimo: 6 x 2 = 12 Soglia: 6 -Laboratori + Parte 2A Punteggio massimo lab: 4 x 0.5 Punteggio massimo Parte 2A: 5 Punteggio massimo totale : 4 x 0.5 + 5 = 7 Soglia: 4 -Parte 2B Punteggio massimo: 6 + 6 + 1 = 13 Soglia: 6 NB: il superamento di ogni parte dell’esame con un punteggio pari alla soglia minima porta a un voto finale pari a 16, che non è sufficiente per superare l’esame. NB: il superamento di ogni parte dell’esame con un punteggio massimo permette di ottenere un voto pari a 33 (con verifiche in itinere) o 32 (con parte 1). NB: un voto finale pari a 32 o superiore può giustificare l’assegnazione della lode. L’esame si conclude con una discussione degli scritti. La discussione è generalmente facoltativa, tranne nel caso in cui rimangano dubbi a valle della correzione. In questo caso, verrà inviata una comunicazione individuale e la discussione sarà da considerarsi obbligatoria (l’esame non verrà registrato in assenza della discussione).

Gli studenti e le studentesse con disabilita o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unita Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione piu idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.