Ingegneria dell'Informazione (sede di Latina)

TEORIA DEI CIRCUITI I

Obiettivi formativi

CONOSCENZA E COMPRENSIONE. Attraverso l’introduzione delle nozioni di base riguardanti l’analisi dei circuiti elettrici lineari e tempo-invarianti (permanenti), con particolare riferimento sia ai problemi di elaborazione di segnali e informazione sia all’elettrotecnica di potenza, lo studente acquisirà capacità di comprensione rispetto a temi d’avanguardia nel proprio campo di studio, relativamente ai circuiti e agli algoritmi in applicazioni industriali e ICT. CAPACITÀ APPLICATIVE. Al termine del corso lo studente sarà dotato di una preparazione di base che consentirà la comprensione dei fenomeni connessi alla modellistica circuitale e alla produzione, trasmissione e utilizzo dell’energia elettrica. Sarà dunque in grado di applicare le conoscenze acquisite in modo adeguato per applicare tecniche e metodi di analisi e soluzione nell’ambito del proprio campo di studi con riferimento all’ingegneria dell’informazione. AUTONOMIA DI GIUDIZIO. Il corso mira a fornire la capacità di analisi dei circuiti elettrici lineari e permanenti, propedeutica alle successive tematiche riguardanti la teoria dei circuiti lineari e non lineari, l’elettronica e le telecomunicazioni. In questo modo lo studente raccoglierà e interpreterà le nozioni fornite al fine di determinare giudizi in forma autonoma anche per la prosecuzione del suo percorso di studi. ABILITÀ DI COMUNICAZIONE. Il corso illustra i metodi fondamentali per la modellistica e l’analisi dei circuiti elettrici lineari e tempo-invarianti (permanenti). Particolare risalto è dato agli aspetti applicativi e a quelli di intersezione con le tipiche attività professionali di un ingegnere dell’informazione. A valle di tale insegnamento, lo studente sarà pertanto in grado di comunicare le informazioni acquisite e la consapevolezza delle problematiche esistenti a interlocutori specialisti e non specialisti nel mondo della ricerca e del lavoro, in cui svilupperà le sue successive attività didattiche, scientifiche e professionali. CAPACITÀ DI APPRENDERE. La metodologia didattica implementata nell’insegnamento, basata sulla rigorosa definizione del modello di riferimento, richiede di affrontare in modo propositivo e con una metodologia solida e ben definita problematiche tecnico-scientifiche mai viste prima, così da riuscire a sviluppare le competenze necessarie per intraprendere gli studi successivi con un alto grado di autonomia. In particolare, l’uso di trasformazioni tra diversi domini (Trasformata di Laplace, Trasformata di Fourier, Fasori) migliora la capacità di comprensione e generalizzazione delle tematiche affrontate.

Canale 1

FABIO MASSIMO FRATTALE MASCIOLI Scheda docente

Programmi - Frequenza - Esami

Programma

- Introduzione (4 ore) obbiettivi del corso, definizione del circuito elettrico a costanti concentrate, derivazione del modello circuitale dalle equazioni di Maxwell. - Elementi ideali costituenti i circuiti (6 ore) Bipoli e reti due-porte (simboli, relazioni costitutive e proprietà), caratterizzazione energetica, leggi equilibrio di Kirchhoff, proprietà generali (linearità, tempo-invarianza, reciprocità, passività, causalità), incongruenze dovute al processo di idealizzazione, connessione elementari tra bipoli (connessioni serie parallelo, partitore di tensione e di corrente), configurazioni di Thevenin e di Norton, alcune equivalenze elettriche. Esempi - Proprietà topologiche del modello circuitale (5 ore) Grafo orientato associato ad un circuito (nozioni di ramo, nodo, taglio, maglia, albero, co-albero, taglio fondamentale e maglia fondamentale), sottoinsiemi di variabili indipendenti, proprietà topologiche, leggi di equilibrio e loro legame, conservazione della potenza o ortogonalità dei vettori tensione e corrente, teorema di Tellegen, dualità del modello circuitale. Esempi - Metodi di analisi circuitale (8 ore) Schema concettuale dell’analisi circuitale, metodo su base tagli e sue estensioni, metodo dei Nodi e sue estensioni, metodo delle Maglie e sue estensioni, cenni ad altri metodi, forma del sistema risolvente. Esempi ed esercizi - Analisi dei circuiti con memoria (10 ore) I circuiti con memoria, analisi nel tempo (approccio analitico), funzioni di eccitazioni tipiche (gradino, impulso, altre distribuzioni, sinusoidi), la trasformazione di Laplace (definizione e proprietà), trasformazione di funzioni di interesse, il circuito fittizio nel dominio di Laplace (trasformazione delle relazioni costitutive e delle leggi di kirchhoff), l’analisi circuitale nel dominio simbolico di Laplace, considerazioni sulle condizioni iniziali del circuito, le operazioni di trasformazione e di anti-trasformazione (sviluppo in frazioni parziali, calcolo di poli e residui). Esempi ed esercizi - Funzioni di rete (6 ore) La risposta completa di un circuito, classificazione delle funzioni di rete (immettenze e funzioni di trasferimento), proprietà algebriche delle funzioni di rete, risposta impulsiva e convoluzione, condizione necessaria e sufficiente di stabilità asintotica di un circuito, accertamento della stabilità, aspetti energetici legati alla stabilità (circuiti attivi e passivi), parti significative della risposta di un circuito (risposta libera e forzata, risposta transitoria e permanente). Esempi ed esercizi - Regime permanente sinusoidale (10 ore) Ipotesi di esistenza, risposta al regime permanente, fasori associati alle grandezze sinusoidali, analisi col metodo dei fasori, aspetti energetici in regime permanente (potenza istantanea, attiva, complessa, apparente, reattiva), principio di conservazione della potenza complessa, espressione di potenza attiva e reattiva per i componenti di un circuito, bilancio energetico, rifasamento di un carico reattivo, trasferimento di potenza attiva in un bipolo ( condizioni di massimo trasferimento, rendimento energetico). Esempi ed esercizi Analisi in frequenza (6 ore) Trasformazione di Fourier (definizione proprietà, alcune trasformate notevoli, anti-trasformazione), legami tra Laplace e Fourier, uso della trasformata di Fourier per l’analisi in frequenza (risposta in frequenza, risposta in ampiezza e fase), risposte in frequenza di filtri elementari del primo ordine (passa-basso e passa-alto), studio in frequenza di circuiti risonanti del secondo ordine (RLC parallelo e RLC serie). Esempi ed esercizi Caratterizzazione esterna dei circuiti (5 ore) Bipoli disattivati, il teorema di sostituzione, i teoremi di Thevenin e di Norton. Esempi ed esercizi

Prerequisiti

Per la frequentazione del corso è consigliato aver passato con successo l'esame di Analisi Matematica e Fisica

Testi di riferimento

G. Martinelli, M. Salerno, "Fondamenti di elettrotecnica" Vol. I, e Vol. II, Ed. Siderea, Roma. M. Panella, A. Rizzi, "Esercizi di Elettrotecnica", Ed. Esculapio. Dispense a cura del docente.

Frequenza

La frequenza è facoltativa ma altamente consigliata

Modalità di esame

Esercizi e domande scritte e orali

Modalità di erogazione

Lezioni alla lavagna e uso del proiettore.