Elementi fondamentali della disciplina ELETTRONICA e TELECOMUNICAZIONI. Docenti: FERRERO FEDERICO, MORETTI RAFFAELE

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1 ISTITUTO TECNICO INDUSTRIALE STATALE LEONARDO DA VINCI Via Toscana, P A R M A - tel fax itis@itis.pr.it c.f Elementi fondamentali della disciplina ELETTRONICA e TELECOMUNICAZIONI finalizzati alla stesura del piano di lavoro per l anno scolastico 2012/13 CLASSI: 5A IN Docenti: FERRERO FEDERICO, MORETTI RAFFAELE COMPETENZE 1) Saper risolvere semplici circuiti in regime sinusoidale 2) Essere in grado di descrivere ricavare le funzioni di trasferimento dei tipi fondamentali di filtri passivi ed attivi 3) Saper dimensionare i più semplici e fondamentali filtri 4) Essere in grado di scegliere quale mezzo trasmissivo utilizzare e con quali caratteristiche a seconda dell applicazione 5) Essere in grado di descrivere caratteristiche, vantaggi e svantaggi delle telecomunicazioni a seconda della tecnica di modulazione utilizzata. 6) Essere in grado di scegliere in modo appropriato il dispositivo A/D o D/A all interno di un sistema di acquisizione e trasmissione dati. CONOSCENZE 1) Saper descrivere le rappresentazioni dei segnali sinusoidali 2) Conoscenza della rappresentazione nel dominio della frequenza di un segnale periodico 3) Conoscere in cosa consistono i diagrammi di Bode 4) Conoscere le caratteristiche dei mezzi trasmissivi attraverso i quali avvengono le telecomunicazioni 5) Conoscenza dei fondamenti delle telecomunicazioni con modulazione analogica e digitale 6) Conoscere le tipologie di convertitori A/D e D/A

2 MODALITA VALUTATIVE 1) Tipologia prove da somministrare Prova scritta con domande a risposta aperta e risoluzione di esercizi e problemi Interrogazione orale (sostituibile con questionario scritto in caso di necessità) Prova pratica in laboratorio. Relazione sull attività svolta in laboratorio. 2) Numero di prove nei due periodi valutativi: nel primo periodo almeno 2 scritte e una orale e 2 prove pratiche con relazione di laboratorio; nel secondo periodo almeno 2 scritte, due orali e 2 prove pratiche con relazioni di laboratorio. Tra queste si prevederanno anche le simulazioni dell esame di Stato. 3) Griglie di valutazione e relativi indicatori: Si fa riferimento alla griglia di valutazione prevista dal POF alla voce valutazione I docenti Parma, 17/9/12

3 ELETTRONICA e TELECOMUNICAZIONI Programmazione: contenuti e piano di lavoro anno scolastico Classe 5 A IN (Informatica) Docenti: prof. Federico Ferrero, prof. Moretti Raffaele Ore settimanali di lezione 5 di cui 3 in compresenza. Ore da svolgere nell a.s. 165 Libro di testo in adozione: Ambrosini, Lorenzi - L elettronica Elettronica e Telecomunicazioni Tramontana RIPASSO DEI PREREQUISITI Unità 1: Ripasso di componenti e formule visti negli anni precedenti. (Ore 2) Unità 2: l amplificatore operazionale: caratteristiche e principali applicazioni. Suo comportamento al variare della frequenza. (Ore 3) MODULO 1: CIRCUITI IN REGIME SINUSOIDALE Unità 1: Richiami di trigonometria: angoli e misura degli angoli in gradi e in radianti, la funzione sinusoidale. Valore di picco, pulsazione, periodo, frequenza e fase di un segnale sinusoidale. Sfasamento tra due sinusoidi isofrequenziali. (Ore 2) Unità 2: Rappresentazioni analitica, vettoriale e simbolica dei segnali sinusoidali e relazioni di trasformazione da una rappresentazione all altra. I numeri complessi e operazioni con i numeri complessi: somma, differenza, moltiplicazione e divisione per j di un vettore. (Ore 3) Unità 3: Bipoli in regime sinusoidale: definizione di impedenza complessa e significato del suo modulo, della sua fase, della sua parte reale e della sua parte immaginaria. (Ore 3) Unità 4: La resistenza, la capacità e l induttanza in regime sinusoidale: diagrammi vettoriali e temporali della tensione e della corrente, impedenza, modulo e fase dell impedenza, relazioni fondamentali. (Ore 3) Unità 5: Studio dei bipoli complessi in regime sinusoidale: bipoli RC serie, RL serie, RLC serie con considerazione della condizione di risonanza e delle sue implicazioni. (ore 8) Unità 6: L ammettenza in generale ed ammettenza di resistenza, capacità e induttanza. Studio del circuito RLC parallelo e considerazione della condizione di risonanza. (Ore 3) MODULO 2: ANALISI ARMONICA E DIAGRAMMI DI BODE Unità 1: Analisi armonica. Sviluppo in serie di Fourier di un segnale periodico: spettro delle ampiezze. Cenni sulla determinazione dei coefficienti. Cenni sui segnali non periodici e spettri continui. (Ore 5) Unità 2: Analisi di un circuito lineare a regime sinusoidale. Caratteristica di ampiezza e caratteristica di fase di un quadripolo lineare: risposta in frequenza. Funzione di trasferimento di un quadripolo. (Ore 3) Unità 3: Definizione di filtro; i filtri fondamentali e le loro caratteristiche di ampiezza ideali e reali: passa basso, passa alto, passa banda. Scale lineari, scale logaritmiche e loro caratteristiche. Risposta in frequenza e diagrammi di Bode..(Ore 3) Unità 4: Filtro RC passa basso: amplificazione complessa ricavata in regime sinusoidale. Risposta in frequenza del filtro RC passa basso considerando il modulo e la fase della sua amplificazione complessa: determinazione dei grafici delle caratteristiche di ampiezza e di fase. Definizione della frequenza di taglio di un quadripolo in generale. Frequenza di taglio del filtro RC passa basso. Determinazione dei diagrammi di Bode del filtro RC passa basso. (Ore 5)

4 Unità 5: Filtro RC passa alto: amplificazione complessa, suo modulo e sua fase e risposta in frequenza con frequenza in scala lineare. Diagrammi di Bode del filtro RC passa alto. Frequenza di taglio del filtro RC passa alto. (Ore 5) Unità 6: Filtri RC passa banda (rete di Wien o larga banda): schema, funzionamento qualitativo, risposta in frequenza. (Ore 5) MODULO 3: FILTRI ATTIVI Unità 1: Filtri attivi del 1 ordine con operazionale: passa alto, passa basso e passa banda. Limiti in frequenza di un operazionale reale. (Ore 15) Fine 1 periodo Unità 2: I filtri passa basso e passa alto come integratori e derivatori temporali; analisi di circuiti derivatori ed integratori con operazionale. (Ore 5) MODULO 4: MEZZI TRASMISSIVI Unità 1: Generalità. Mezzi trasmissivi più comuni e loro classificazione (mezzi metallici, il vuoto, le fibre ottiche). Frequenze e lunghezze d onda delle onde elettromagnetiche. (Ore 3) Unità 2: Mezzi metallici: Modello a costanti distribuite di una linea metallica. Costanti primarie e costanti secondarie: impedenza caratteristica, costante di propagazione, costante di attenuazione, costante di fase, velocità di propagazione di una linea di trasmissione su mezzi metallici. Velocità delle onde elettromagnetiche nel vuoto e fattore di velocità del cavo.cavo ideale (senza perdite): impedenza caratteristica e velocità. Il problema delle riflessioni quando la linea è terminata su un carico con resistenza diversa da quella dell impedenza caratteristica. Definizione del coefficiente di riflessione. (Ore 8) Unità 3: Il Vuoto Dalle linee risonanti alle antenne. Propagazione e classificazione delle onde elettromagnetiche: onde di terra, onde esterne. La propagazione nell atmosfera. (Ore 4) Unità 4: Le fibre ottiche. Le fibre ottiche come mezzo trasmissivo: vantaggi delle fibre ottiche. Velocità di propagazione della luce in un mezzo ed indice di rifrazione. Cenni alla legge di Snell. Angolo limite e fenomeno di riflessione totale. Struttura delle fibre ottiche e propagazione dei raggi luminosi nella fibra. Cenni sulla dispersione modale e dispersione cromatica. Interferenza intersimbolica. Fibre graded index e step index: costituzione, caratteristiche, vantaggi e svantaggi. Costituzione di un canale in fibra ottica. (Ore 8) MODULO 5: CONVERSIONE A/D E D/A Unità 1: Generalità Segnali analogici e segnali digitali. Schema a blocchi di un sistema di acquisizione dati. (Ore 2) Unità 2: Convertitori D/A: funzione svolta, uscita ed ingressi di un dispositivo generico, caratteristica di trasferimento. DAC a resistori pesati; Rete a scala R-2R. Convertitore D/A R-2R a tre bit. (Ore 8) Unità 3: Convertitore A/D generico: terminali d ingresso e d uscita. Caratteristica di trasferimento di un convertitore A/D. Convertitori A/D: convertitore parallelo (flash), a retroazione e a rampa. Strutture base in funzione del tempo di conversione e della risoluzione. La conversione A/D e il problema dell acquisizione di grandezze variabili nel tempo; definizione di campione, campionamento, campionatore.teorema del campionamento: enunciato e suo significato; banda passante (teorica) di un ADC. Il circuito sample/hold: struttura, funzionamento e suo impiego. (Ore 10)

5 MODULO 6: LE MODULAZIONI Unità 1: Generalità. Struttura base di un sistema di comunicazione e sua generalizzazione: schema a blocchi. Trasmissione in banda base e in banda traslata. Modulazione e traslazione dello spettro di un segnale. Modulatore generico. Classificazione delle modulazioni in base al tipo di segnale portante e al tipo di segnale modulante. Scopo ed utilità della modulazione. (Ore 3) Unità 2: Modulazioni d ampiezza analogiche. Modulazione di ampiezza DSB-SC con segnale modulante sinusoidale puro. Spettro del segnale AM. La demodulazione DSB-SC. AM-TC: modulazione, analisi spettrale e demodulatore ad inviluppo. AM-SSB : loro caratteristiche e loro spettro (cenni). (Ore 5) Unità 3: Le modulazioni d angolo: di frequenza e di fase. Cenni sullo spettro della modulazione di frequenza. Il rapporto S/N nelle modulazioni AM e FM. Confronto tra AM e FM. (Ore 5) Unità 4: Le modulazioni impulsive: PAM, PWM, PPM. (Ore 7) Unità 5: Modulazioni digitali: Modem in banda base. Modulazione ASK, FSK, PSK, QAM, TCM (Ore 10) Unità 6: Unità Tecniche FDM e TDM; il problema della multiplazione in generale e sue soluzioni: FDM e TDM/PCM in telefonia. Cenni sulle reti digitali. (Le rimanenti) La programmazione è stata realizzata tenendo conto della compresenza. Qualora la compresenza venga a mancare ripetutamente la programmazione potrebbe subire modifiche significative. Esperienze di laboratorio Le esperienze di laboratorio si sono svolte facendo largo uso dei software di simulazione disponibili e, quando possibile, con realizzazione su basetta sperimentale e successiva verifica di quanto presentato nelle attività teoriche. Gli argomenti sviluppati sono i seguenti: - Impiego degli operazionali (ripasso del programma svolto nella quarta classe) - Dimensionamento e cablaggio di un circuito di condizionamento di un sensore. - Struttura interna, piedinatura, cablaggio e verifica di DAC e ADC - Analisi dei filtri passivi: passa basso, passa alto e passa banda RLC. Simulazione, verifica sperimentale e tracciamento con Excel delle curve di risposta dei filtri - Analisi armonica di segnali ottenuti come somma di segnali sinusoidali (con sw di simulazione) - Realizzazione nella seconda parte dell anno degli approfondimenti d esame (tesine) svolti dagli studenti nelle diverse discipline tecniche. (Ore 20) I docenti Parma, 17/09/2012