PIANO DI LAVORO Per l'anno scolastico 2015/2016 della classe 5ª F

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1 ISTITUTO TECNICO TECNOLOGICO E. MAJORANA Via Marigliano, Largo S. Sossio Tel Somma Vesuviana - (Napoli) PIANO DI LAVORO Per l'anno scolastico 2015/2016 della classe 5ª F Materia ELETTROTECNICA ED ELETTRONICA Prof. Ing. AMELIA Angelo

2 1. Livelli di partenza La classe è composta da 15 allievi tutti provenienti dalla 4F. (si omette per tutela della privacy). 2. Obiettivi formativi della disciplina 2.1 Generalità Il docente di Elettrotecnica ed elettronica. concorre a far conseguire allo studente, al termine del percorso quinquennale, i seguenti risultati di apprendimento relativi al profilo educativo, culturale e professionale: Ø utilizzare, in contesti di ricerca applicata, procedure e tecniche per trovare soluzioni innovative e migliorative, in relazione ai campi di propria competenza; Ø cogliere l importanza dell orientamento al risultato, del lavoro per obiettivi e della necessità di assumere responsabilità nel rispetto dell etica e della deontologia professionale; riconoscere gli aspetti di efficacia, efficienza e qualità nella propria attività lavorativa; Ø saper interpretare il proprio autonomo ruolo nel lavoro di gruppo; essere consapevole del valore sociale della propria attività, partecipando attivamente alla vita civile e culturale a livello locale, nazionale e comunitario; riconoscere e applicare i principi dell organizzazione, della gestione e del controllo dei diversi processi produttivi; analizzare criticamente il contributo apportato dalla scienza e dalla tecnologia allo sviluppo dei saperi e al cambiamento delle condizioni di vita; Ø riconoscere le implicazioni etiche, sociali, scientifiche, produttive, economiche e ambientali dell innovazione tecnologica e delle sue applicazioni industriali. I risultati di apprendimento sopra riportati, in esito al percorso quinquennale, costituiscono il riferimento delle attività didattiche della disciplina nel secondo biennio e quinto anno. La disciplina, nell ambito della programmazione del Consiglio di classe, concorre in particolare al raggiungimento dei seguenti risultati di apprendimento, relativi all indirizzo, espressi in termini di competenza: CompEln1 CompEln2 CompEln3 CompEln4 COMPETENZE applicare nell analisi e nella progettazione di impianti e apparecchiature elettriche ed elettroniche i procedimenti dell elettrotecnica e dell elettronica. utilizzare la strumentazione di laboratorio e di settore e applicare i metodi di misura per effettuare verifiche controlli e collaudi. analizzare tipologie e caratteristiche tecniche delle macchine elettriche e delle apparecchiature elettroniche, con riferimento ai criteri di scelta per la loro utilizzazione e interfacciamento. redigere relazioni tecniche e documentare le attività individuali e di gruppo relative a situazioni professionali.

3 2.2 Articolazione della disciplina in termini di conoscenze e abilità per il quarto anno. QUINTO ANNO CONOSCENZE Amplificatori di potenza. Convertitori di segnali. Tipologie di rumore. Amplificatore per strumentazione. Gli oscillatori. Generatori di forme d onda. Principi di funzionamento e caratteristiche tecniche dei convertitori analogico-digitali e digitali-analogici. Campionamento dei segnali e relativi effetti sullo spettro. Principi di funzionamento e caratteristiche tecniche delle conversioni tensione-corrente e corrente-tensione, frequenza tensione e tensione -frequenza, frequenza-frequenza. Modulazioni analogiche e relativi effetti sugli spettri. Modulazioni digitali e relativi effetti sugli spettri. Sistemi automatici di acquisizione dati e di misura. Trasduttori di misura. Software dedicato specifico del settore. Controllo sperimentale del funzionamento di prototipi. Elementi fondamentali dei dispositivi di controllo e di interfacciamento. Tecniche di trasmissione dati. Componenti della elettronica di potenza. Sistemi programmabili. ABILITA Operare con segnali analogici e digitali. Valutare l effetto dei disturbi di origine interna ed esterna. Progettare dispositivi logici utilizzando componenti a media scala di Integrazione. Progettare dispositivi amplificatori discreti, di segnale, di potenza, a bassa e ad alta frequenza. Progettare circuiti per la trasformazione dei segnali.

4 Progettare circuiti per la generazione di segnali periodici di bassa e di alta frequenza. Progettare circuiti per la generazione di segnali non periodici. Progettare circuiti per l acquisizione dati. Adottare eventuali procedure normalizzate. Redigere a norma relazioni tecniche. Applicare i principi di interfacciamento tra dispositivi elettrici. Applicare i principi della trasmissione dati. 3. Descrizione dei contenuti Nello scorso anno scolastico diversi argomenti del quarto anno non sono stati trattati, pertanto, nel corso di quest ultimo anno, inizialmente si procederà alla loro trattazione. La formulazione del programma dell'insegnamento, valutando lo stato di partenza della classe, è stata effettuata organizzandolo prevalentemente per blocchi tematici. In generale i blocchi saranno svolti in modo sequenziale, solo uno l elettrotecnica sarà svolta in modo trasversale ossia contemporaneamente agli altri blocchi. 4. Metodi e tecniche d'insegnamento L'insegnamento di elettrotecnica ed elettronica sarà svolto associando le seguenti metodologie: Ø lezione frontale; Ø consultazione e libro di testo e dei data sheet; Ø esercitazione alla lavagna; Ø esercitazione di gruppo in classe; Ø esperienze pratiche di laboratorio; Ø analisi di casi pratici e professionali; Ø sviluppo di progetti. Per ogni blocco tematico si prevedono inoltre degli specifici interventi di recupero adottando, in generale, la seguente strategia: si divideranno gli allievi in gruppi eterogenei e, sotto la supervisione del docente, si effettueranno ripetizioni di argomenti teorici, risoluzione di esercizi, di casi pratici e di progetti. 5. Utilizzo dei libri di testo e dei sussidi didattici

5 Nell'insegnamento di elettrotecnica ed elettronica ci si servirà di libri e/o appunti che saranno di volta in volta elaborati. Sussidio fondamentale è il laboratorio insieme alla componentistica, alla strumentazione ed al supporto informatico hardware e software in esso contenuto. Gli studenti dovranno avere inoltre un loro quaderno per prendere appunti durante la lezione in aula ed in laboratorio. 6. Strumenti di verifica e valutazione. L insegnamento di elettrotecnica ed elettronica prevede al primo quadrimestre tre valutazioni: scritto, orale e pratico, a tal uopo si attueranno le seguenti specifiche verifiche: voto scritto orale pratico Tipo di verifica Scritto classico quesiti a risposta singola e multipla Verifica orale esercizio individuale quesiti a risposta aperta Prove pratiche di laboratorio relazioni scritte - relazioni multimediali Al termine del secondo quadrimestre sarà dato un voto sommativo di tutti e tre gli aspetti della disciplina. I voti saranno dati tenendo presente la partecipazione, le capacità, le conoscenze e le competenze acquisite dall'allievo, in particolare si seguirà la seguente tabella: Voto Capacità - Conoscenze - Competenze L'allievo non ha mai partecipato al dialogo educativo, estraniandosi completamente pertanto non ha acquisito nessuna capacità, conoscenza e competenza. L'allievo ha mostrato pochissimo interesse per la disciplina, conosce a malapena solo nominalmente gli argomenti trattati ed in pratica non ha acquisito nessuna delle competenze. L'allievo si è impegnato saltuariamente. Ha acquisito solo alcune conoscenze e le esprime con un linguaggio scorretto. Non è autonomo, e, anche se aiutato, riesce pochissimo nelle competenze. L'allievo si è impegnato saltuariamente. Ha acquisito parte delle conoscenze ma il linguaggio non sempre è corretto. Ha acquisito alcune competenze ma ad un livello ancora non autonomo. Ha scarse capacità di sintesi e di documentazione del lavoro svolto. L'allievo si impegna saltuariamente. Ha acquisito parte delle conoscenze però in maniera non approfondita. Il linguaggio è abbastanza corretto. Ha acquisito le

6 competenze di base ma non sempre è autonomo. Riesce comunque a documentare e comunicare il lavoro svolto. L'allievo si impegna in modo costante. Ha acquisito le conoscenze e le esprime in maniera sufficientemente corretta. Ha acquisito le competenze di base ed è sufficientemente autonomo. Ha capacità di organizzazione e documenta sufficientemente il lavoro svolto. L'allievo si impegna in modo costante. Ha acquisito le conoscenze di base e le esprime in maniera corretta e con linguaggio appropriato. Ha acquisito tutte le competenze ed è autonomo nella maggior parte di esse. Ha capacità di organizzazione e documenta sufficientemente il lavoro svolto. Ha capacità di sintesi e di rivisitazione dei contenuti appresi in altre discipline. L'allievo si impegna in modo costante. Ha acquisito tutte le conoscenze e le esprime in maniera corretta e con linguaggio appropriato. Ha acquisito tutte le competenze ed è autonomo nella maggior parte di esse. Ha capacità di organizzazione e documenta ad un buon livello il lavoro svolto. Ha capacità di sintesi e di rivisitazione dei contenuti appresi in altre discipline. L'allievo ha sempre partecipato al dialogo educativo. Ha acquisito tutte le conoscenze e le esprime in maniera corretta e con ricchezza di linguaggio. Ha acquisito tutte le competenze ed è autonomo. Ha ottime capacità di organizzazione e documentazione del lavoro svolto. Ha capacità di sintesi e di rivisitazione dei contenuti appresi in altre discipline. Riesce a sistematizzare le diverse conoscenze tecnologiche apprese. L'allievo ha sempre partecipato attivamente al dialogo educativo. Riesce benissimo in qualsiasi attività si svolga ed è completamente autonomo. Le capacità, le conoscenze e le competenze raggiunte sono tutte ad un ottimo livello. Riesce ad affrontare con grossa competenza, nuove situazioni progettuali, trovando soluzioni originali. 7. Programmazione dei contenuti Di seguito nella prima tabella sono riportati sinteticamente i blocchi tematici con l indicazione degli obiettivi, delle metodologie, delle monte ore, del periodo di svolgimento e degli strumenti e modi di verifica. Nella successiva tabella per ogni blocco tematico sono riportati in dettaglio i contenuti analitici.

7 BLOCCHI TEMATICI 1 Amplificatori operazionali 2 Analisi dei segnali dominio del tempo e della frequenza 3 I quadripoli lineari e non lineari OBIETTIVI conoscenza delle funzioni caratteristiche e ambito d impiego non linearità dell A.O.; Competenze: autonomia nell analisi e nella progettazione di circuiti di media complessità comprendenti amplificatori operazionali; conoscenza delle tecniche di analisi dei segnali e dei circuiti nel dominio del tempo e della frequenza. Competenze: autonomia nell analisi dei circuiti di media complessità a regime e in transitorio. parametri dei quadripoli lineari; diagramma di Boode; i filtri passivi ed attivi; attenuatori e amplificatori; collegamenti tra quadripoli; distorsione e rumore. METODOLOGIE ORE PERIODO libro di testo e dei data sheet; esercitazioni di gruppo in classe; esperienze pratiche in laboratorio; libro di testo e dei data sheet; esercitazioni di gruppo in classe; esperienze pratiche in laboratorio; libro di testo e dei data sheet; esperienze pratiche in laboratorio; 20 Da metà settembre a metà attobre 20 da metà ottobre a metà novembre 20 da metà novembre a metà dicembre STRUMENTI E MODI DI VERIFICA esercizio alla lavagna; verifica scritta: analisi e progetto di circuiti; quesiti a risposta singola-multipla; prove pratiche di laboratorio; relazioni sulle prove pratiche effettuate; esercizio alla lavagna; verifica scritta: risoluzione di reti; quesiti a risposta singola-multipla; prove pratiche di laboratorio; relazioni sulle prove pratiche effettuate; quesiti a risposta singola-multipla; prove pratiche di laboratorio; relazioni sulle prove pratiche effettuate;

8 BLOCCHI TEMATICI 4 Gli amplificatori di potenza 5 Gli Oscillatori e il PLL OBIETTIVI conoscere le classi di funzionamento degli amplificatori; conoscere l i parametri caratteristici dei BJT e dei MOSFET di potenza; conoscere le caratteristiche degli amplificatori di potenza integrati. Competenze: autonomia nell analisi e nella progettazione di circuiti amplificatori di potenza. circuiti generatori di onde rettangolari e triangolari; oscillatori sinusoidali; VCO e PLL. Competenze: autonomia nell analisi e nella progettazione di circuiti oscillatori METODOLOGIE ORE PERIODO libro di testo; esercitazioni alla lavagna; esercitazioni di gruppo in classe; esperienze pratiche in laboratorio; libro di testo; esercitazioni alla lavagna; esercitazioni di gruppo in classe; esperienze pratiche in laboratorio; 20 Da metà gennaio a metà febbraio 20 Da metà febbraio a metà marzo STRUMENTI E MODI DI VERIFICA esercizio alla lavagna; verifica scritta: analisi e sintesi di circuiti amplificatori di potenza; quesiti a risposta singola-multipla; prove pratiche di laboratorio; relazioni sulle prove pratiche effettuate; esercizio individuale; verifica scritta: risoluzione di circuiti magnetici; quesiti a risposta singola-multipla; prove pratiche di laboratorio; relazioni sulle prove pratiche effettuate;

9 BLOCCHI TEMATICI 6 Il Campionamento e le conversioni A/D e D/A BLOCCHI TEMATICI TRASVERSALI 7 Fondamenti di telecomunicazioni 8 Macchine elettriche OBIETTIVI il campionamento dei segnali; i convertitori ADC; i convertitori DAC Competenze: autonomia nell analisi e nella progettazione di sistemi di acquisizione dati. i mezzi di trasmissioni; le modulazioni analogiche e digitali; le multiplazioni. METODOLOGIE ORE PERIODO libro di testo e dei data sheet; esercitazioni alla lavagna; esperienze pratiche in laboratorio; 30 Da metà marzo a maggio STRUMENTI E MODI DI VERIFICA esercizio individuale; verifica scritta; quesiti a risposta singola-multipla; prove pratiche di laboratorio; relazioni sulle prove pratiche effettuate; OBIETTIVI METODOLOGIE ORE PERIODO STRUMENTI E MODI DI VERIFICA esercizio alla lavagna; verifica scritta; libro di testo; 20 Trasversale da quesiti a risposta esercitazioni di novembre a singola-multipla. gruppo in classe; maggio Competenze: applicare i principi della trasmissione dati. caratteristiche generali delle macchine elettriche; trasformatore; generatori; motori. Competenze: saper individuare le caratteristiche salienti delle macchine elettriche ; libro di testo e dei data sheet. 20 Trasversale da novembre a maggio verifica scritta; quesiti a risposta singola-multipla;

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11 BLOCCHI TEMATICI 1 Amplificatori Operazionali 2 Analisi dei segnali dominio del tempo e della frequenza 3 I quadripoli lineari e non lineari CONTENUTI ANALITICI Limitatori; * raddrizzatori di precisione; * rivelatori di picco e d inviluppo; * amplificatore logaritmico e antilogaritmico. Circuiti con amplificatore operazionale a singola alimentazione; I parametri dell amplificatore operazionale reale. I segnali analogici; Il segnale audio; I parametri dei segnali; Lo spettro dei segnali; I quadripoli lineari e non lineari; Impedenza d ingresso e d uscita di un quadripolo; Adattamento in tensione e in potenza; Impedenza immagine e caratteristica di un quadripolo;; Guadagno e attenuazione di un quadripolo; Gli attenuatori e gli amplificatori; Il collegamento in cascata dei quadripoli; La qualità dei quadripoli: * La distorsione lineare; * La distorsione non lineare; * Il rumore e i disturbi. I Filtri Attivi: * Il filtraggio dei segnali; * Filtri attivi del 1 ordine; * Filtri attivi del 2 ordine: o VCVS o VCVS passa basso o VCVS passa alto; * Filtri a reazione multipla passa banda; * Filtri attivi universali; * Filtri attivi di ordine superiore e altre tipologie: o fitri attivi di ordine superiore

12 o filtri passa banda e banda larga o filtri notch a banda larga o filtri passa banda molto selettivi o filtri notch selettivi; 4 Gli Amplificatori di Potenza 5 Gli Oscillatori e il PLL Le prestazioni di un amplificatore di potenza; * Distorsione armonica totale; * Rendimento di conversione e guadagno di potenza; Le classi di funzionamento degli amplificatori; * Amplificatori in classe A; * Amplificatore in classe A con carico non percorso dalla corrente di polarizzazione; * Amplificatori push-pull in classe B a simmetria complementare; * Amplificatori push-pull in classe B a simmetria complementare con singola alimentazione; * Amplificatori push-pull con driver ed effetto bootstrap; * Amplificatori push-pull in classe AB; * Amplificatori per potenze elevate; * Amplificatori di potenza pilotati ad amplificatore operazionale; * Amplificatori in classe C; * Amplificatori in classe D; I transistori di potenza; * I BJT di potenza; * I MOSFET di potenza; Gli amplificatori di potenza integrati. La connessione single-ended e a ponte. I generatori di onde rettangolari e triangolari: * Astabile con l integrato 555; * Astabile a porte CMOS; * Astabile a trigger di Schmitt invertente; * Generatore di onda triangolare; * Generatori di funzioni; Gli oscillatori sinusoidali: * Gli oscillatori sinusoidali con amplificatore operazionale: o Oscillatore a sfasamento; o Oscillatore di Wien;

13 6 Il Campionamento e le conversioni A/D e D/A o Gli oscillatori sinusoidali per alte frequenze; o Oscillatore Colpitts; o Oscillatore Hartley. Gli oscillatori al quarzo: * Il quarzo; * Gli oscillatori sinusoidali al quarzo; * I generatori di clock al quarzo. I VCO: oscillatori controllati in tensione; Il PLL: anello ad aggancio di fase: * Il comparatore di fase del PLL; * Il filtro passa basso; * La risposta del PLL; * Applicazioni del PLL: o Demodulatori FM e FSK; o Moltiplicatori di frequenza; Il PLL integrato Il campionamento dei segnali: * Il sample and hold S/H: o S/H a monte di un ADC; o S/H come deglitcher a valle di un DAC; o S/H integrato LF398; * Il teorema di Shannon sul campionamento: o Teorema di Shannon; o Filtro anti-alising a monte dell ADC; o Filtro passa basso a valle del DAC; I convertitori analogico/digitale ADC: * I parametri degli ADC; * Strutture e funzionamento degli ADC: o Convertitori A/D flash; o Convertitore A/D a gradinata; o Convertitore A/D tracking; o Convertitore A/D a successive approssimazioni; o Convertitori a integrazione a dopiia rampa; o Convertitori A/D a conversione V-f; o Convertitori A/D a sigma delta;

14 7 Fondamenti di telecomunicazioni o Convertitori A/D integrati I convertitori digitale/analogico DAC: * I parametri dei DAC; * Strutture e funzionamento dei DAC: o Convertitori D/A a resistori pesati; o Convertitore D/A con rete a scala R/2R; o Convertitore D/A con rete a scala R/2R invertita; o Convertitori D/A integrati; Applicazioni delle conversioni A/D e D/A: La qualità della trasmissione: * La distorsione * Il rumore e i disturbi; I mezzi trasmissivi: * Le linee di trasmissione metalliche; * Le fibbre ottiche; * Le antenne e i collegamenti radio; Le modulazioni: * Le modulazioni con portante sinusoidale e modulante analogica: o Modulazione di ampiezza AM; o Modulazione di frequenza FM; o Modulazione di fase PM; * Le modulazioni con portante sinusoidale e modulante digitale: o ASK; o FSK; o PSK; o QAM * Le modulazioni con portante impulsiva e modulante analogica: o PAM; o PWM; o PPM; o PFM; o DM * Le modulazioni con portante impulsiva e modulante digitale; PCM; * Le multiplazioni: o FDM;

15 8 Macchine elettriche o TDM. Generalità sulle macchine elettriche: * Classificazione generale; * Tipologie di funzionamento; * Comportamento degli isolanti; * Materiali conduttori - Materiali magnetici; * Perdite Rendimento - Raffreddamento. Il trasformatore: * Struttura del trasformatore monofase; * Modelli funzionali del trasformatore; * Trasformatore ideale; * Funsionamento a vuoto del trasformatore monofase ideale; * Funzionamento a carico del tasformatore monofase ideale; * Trasformatore reale; * Funzionamento a vuoto del trasformatore monofase reale e sotto carico; * Dati di targa del trasformatore; * Variazioni di tensione da vuoto a carico; * Funzionamento in cortocircuito; * Rendimento del tasformatore * Trasformatore trifase; * Autotrasformatore. Macchine elettriche in corrente continua: * La dinamo; * Motori a corrente continua; Il campo magnetico rotante; Alternatore trifase; Motore asincrono trifase e monofase; Motori passo-passo; Motore brushless; Motore universale. Somma Vesuviana novembre 2015 Ing. AMELIA Angelo