manuale cremonese ELETTRONICA DISCIPLINE PROPEDEUTICHE ELETTRONICA ed ELETTROTECNICA AUTOMAZIONE TELECOMUNICAZIONI Per i Nuovi Tecnici a indirizzo

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1 manuale cremonese ELETTRONICA Quarta edizione Per i Nuovi Tecnici a indirizzo Elettronica ed Elettrotecnica articolazione Elettronica DISCIPLINE PROPEDEUTICHE ELETTRONICA ed ELETTROTECNICA AUTOMAZIONE TELECOMUNICAZIONI

2 III PREFAZIONE La quarta edizione del manuale Cremonese di Elettronica è stata profondamente rivista, sintetizzata e aggiornata per rispondere alle esigenze didattiche dei Nuovi Istituti Tecnici, in particolare per l indirizzo di Elettronica ed Elettrotecnica nell articolazione Elettronica. Un unico volume raccoglie ora le discipline propedeutiche e la trattazione specialistica. La prima parte, propedeutica, contiene argomenti che dovrebbero essere già acquisiti, ma che si è ritenuto utile riproporre nelle linee essenziali per consentire sempre allo studente una loro agevole consultazione. La sezione è anche stata aggiornata e in alcuni casi profondamente rivista (fisica, matematica) per rendere la trattazione dei contenuti coerente con le attuali indicazioni ministeriali sulle materie di insegnamento; si è inoltre ritenuto utile aggiungere specifici approfondimenti (statistica, matematica finanziaria, impatto ambientale, rifiuti, qualità e sicurezza nei luoghi di lavoro). Nella successiva parte specialistica si è privilegiata la componente disciplinare caratterizzante: si è intervenuti sulla parte di elettronica aggiornando e rendendo più agile la consultazione, in particolare nei capitoli sui filtri elettronici, ora riuniti in un unica trattazione più snella, operativa e vicina all attuale pratica didattica. È stata ampliata la parte relativa ai microprocessori e microcontrollori, con l inserimento della trattazione relativa alla piattaforma Arduino. Si è infine unificato in un capitolo amplificatori a transistor la trattazione sulle reti di polarizzazione e sull amplificazione dei segnali analogici. La stretta attinenza del programma di elettronica con le materie di automazione e di telecomunicazioni (pur appartenenti a indirizzi e articolazioni diverse) ha convinto i curatori a dedicare due sezioni aggiuntive a temi che rientrano per tradizione nel programma di questa articolazione. L editore desidera ringraziare i curatori scientifici e didattici: in particolare Antonino Liberatore per la parte propedeutica e la grande esperienza della manualistica Cremonese messa a disposizione; Licia Marcheselli per i continui consigli sulla didattica e sulle prospettive dell insegnamento nei Nuovi Tecnici; Giovanni Naldi per la supervisione scientifica e il controllo dell aggiornamento; Stefano Mirandola per aver curato con grande dedizione la parte specialistica dando nuova forza a un manuale ormai classico. Un ringraziamento infine a tutti i collaboratori, citati nella tavola degli autori, provenienti da Università, Aziende e Istituti tecnici, per il grande impegno profuso. Settembre 2014 l Editore

3 IV AUTORI Angeletti Laura Disegno tecnico Bandini Massimiliano Sicurezza nei luoghi di lavoro: strumenti e metodi per l analisi e la valutazione dei rischi Baroncelli Marco Sensori e circuiti applicativi Beccari Mario Impianti per il trattamento e lo smaltimento dei rifiuti Bertazioli Onelio Telecomunicazioni. Richiami di nozioni fondamentali Segnali Decibel S/N, rumore, distorsioni e interferenze Portanti fisici Fibre ottiche Portante radio Tecniche di modulazione analogiche Digitalizzazione dei segnali analogici Caratteristiche generali dei sistemi digitali e dati Tecniche di trasmissione per segnali digitali Bonoli Alessandra Impatto ambientale Impianti per il trattamento e lo smaltimento dei rifiuti Borchi Emilio Fisica Cabrucci Andrea Unità di misura Carfagni Monica Disegno tecnico Autocad 2D Carrara Gianfranco Disegno tecnico Cavalli Camilla Disegno tecnico Cavalli Maria Adelaide Disegno tecnico Citti Paolo Sicurezza nei luoghi di lavoro: strumenti e metodi per l analisi e la valutazione dei rischi Qualità nel contesto industriale Dapporto Paolo Chimica Di Giuda Giuseppe Martino Impatto ambientale Impianti per il trattamento e lo smaltimento dei rifiuti Ferrario Marco Lino Tecnologie informatiche Giorgetti Alessandro Qualità nel contesto industriale Grasso Francesco Energie rinnovabili Risparmio ed efficienza energetica Guidi Paolo Principi di economia e matematica finanziaria Disegno elettrico ed elettronico Sensori e circuiti applicativi Sistemi di acquisizione, elaborazione e distribuzione dati Sistemi di controllo analogici e digitali Controllori logici programmabili (PLC) Automazione civile. La domotica Software per l automazione industriale Laffi Maria Cristina Disegno tecnico Lamborghini Stefano Disegno tecnico Landi Nedo Controllori logici programmabili (PLC) Liberatore Antonino Complementi di matematica Elettrotecnica Macchine elettriche Amplificatori a transistor Oscillatori e generatori di segnale Disegno elettrico ed elettronico Lorusso Nicola Elettronica digitale Microprocessori e microcontrollori Sistemi di acquisizione, elaborazione e distribuzione dati Manetti Stefano Amplificatori operazionali Marcheselli Licia Matematica Complementi di matematica Statistica e calcolo delle probabilità Marini Mauro Matematica Complementi di matematica Statistica e calcolo delle probabilità Mariotti Alberto Controllori logici programmabili (PLC) Martini David Misure elettriche ed elettroniche Martini Pietro Misure elettriche ed elettroniche Amplificatori a transistor Oscillatori e generatori di segnale Elettronica di potenza Tecnologie elettroniche Mirandola Stefano Microprocessori e microcontrollori Filtri elettronici Monti Michele Tecnologie industriali: materiali e lavorazioni Elettrotecnica Macchine elettriche Motori a commutazione elettronica Monticelli Maurizio Energie rinnovabili Risparmio ed efficienza energetica Certificazione ed efficienza energetica degli edifici Naldi Giovanni Unità di misura Nesi Stefania Chimica Pagnotta Romano Impatto ambientale Pallante Piero Fisica Parretti Chiara Qualità nel contesto industriale Patelli Stefano Principi di economia e matematica finanziaria Pezzi Mario Elettrotecnica Macchine elettriche Motori a commutazione elettronica Poggi Marco Unità di misura Disegno tecnico Reatti Alberto Macchine elettriche Sammarone Sergio Tecnologie industriali: materiali e lavorazioni Tortoli Piero Amplificatori operazionali Volpe Yary Autocad 2D

4 V INDICE GENERALE DISCIPLINE PROPEDEUTICHE 1 MATEMATICA 1. GEOMETRIA Formulario di geometria euclidea Geometria analitica nel piano Geometria analitica nello spazio RICHIAMI DI ALGEBRA DEGLI INSIEMI Principali operazioni Principali relazioni Proprietà di relazioni e operazioni Principio di dualità Teorema di De Morgan Operatori funzionalmente completi Introduzione all algebra di Boole STRUTTURE ALGEBRICHE Gruppo Campo Spazio vettoriale Applicazioni lineari POTENZE DI NUMERI RADICALI E OPERAZIONI SU DI ESSI LOGARITMI DI NUMERI POLINOMI Generalità Regola di Ruffini Massimo comune divisore Fattorizzazione Relazioni tra coefficienti e radici EQUAZIONI E DISEQUAZIONI DI I E II GRADO Identità ed equazioni Disequazioni TRIGONOMETRIA Le funzioni goniometriche Le equazioni goniometriche Trigonometria piana Risoluzione delle figure piane NUMERI COMPLESSI Definizione Forma algebrica Forma trigonometrica Forma esponenziale e formule di Eulero Radici FUNZIONI REALI Generalità Grafici di funzioni elementari Funzioni algebriche Funzioni razionali Funzioni monotone Funzione composta Funzione inversa Limiti Teoremi sui limiti Limiti notevoli Infinitesimi e infiniti Funzioni continue CALCOLO DIFFERENZIALE Derivate Regole di derivazione Derivate di funzioni elementari Derivata di funzione composta Teoremi sulle funzioni derivabili Massimi e minimi Forme indeterminate Derivate successive CALCOLO INTEGRALE Primitive Regole di integrazione Integrazione di funzioni razionali Integrale definito: definizione e proprietà Tavola di integrali definiti SERIE Successioni Teoremi sui limiti Serie numeriche Criteri di convergenza Somma e prodotto di due serie Serie di potenze Serie di Taylor Sviluppi di funzioni elementari EQUAZIONI DIFFERENZIALI Equazioni differenziali del primo ordine Equazioni differenziali lineari Equazioni lineari a coefficienti costanti Sistemi lineari COMPLEMENTI DI MATEMATICA 1. MATRICI E SISTEMI LINEARI Matrici Determinante Proprietà del determinante Operazioni tra matrici Matrice inversa e matrice aggiunta Matrice esponenziale Autovalori e autovettori Sistemi lineari CRITERIO DI HURWITZ STABILITÀ DI UNA EQUAZIONE DIFFERENZIALE FUNZIONI DI PIÙ VARIABILI Derivate parziali Derivata di funzione composta... 61

5 VI Manuale Cremonese di ELETTRONICA 4.3. Analisi vettoriale Derivata direzionale Funzioni implicite Massimi e minimi Derivazione e integrazione Curve e integrale curvilineo ANALISI COMPLESSA Funzioni elementari Funzioni analitiche Integrale Serie di Taylor e di Laurent Singolarità Residui Funzioni reali positive FUNZIONI DI BESSEL Gamma euleriana Funzioni di Bessel ANALISI DI FOURIER Sviluppo in serie di Fourier di funzioni periodiche Forma complessa dello sviluppo in serie di Fourier L integrale e la trasformata di Fourier TRASFORMATA DI LAPLACE Generalità Definizione di trasformata di Laplace Trasformata inversa Proprietà della trasformata Scomposizione in fratti semplici (frazionamento parziale). Trasformata inversa Teorema del valore iniziale Teorema del valore finale Soluzioni delle equazioni integrodifferenziali TRASFORMATA ZETA (Z) Premessa Definizioni Esempi di trasformata Z Proprietà della trasformata Z Convoluzione discreta Trasformata inversa Risoluzione di equazioni alle differenze STATISTICA E CALCOLO DELLE PROBABILITÀ CALCOLO COMBINATORIO Permutazioni semplici Disposizioni semplici Combinazioni semplici. Binomio di Newton Disposizioni con ripetizione Combinazioni con ripetizione Permutazioni con ripetizione. Polinomio di Leibnitz STATISTICA Popolazione, carattere, frequenza I dati statistici Gli indici di posizione centrale Gli indici di variabilità I rapporti statistici L interpolazione statistica La dipendenza, la regressione e la correlazione CALCOLO DELLE PROBABILITÀ Gli eventi La concezione classica della probabilità La concezione statistica della probabilità La concezione soggettiva della probabilità L impostazione assiomatica della probabilità La probabilità della somma logica di eventi La probabilità condizionata La probabilità del prodotto logico di eventi Il problema delle prove ripetute Il teorema di Bayes I giochi aleatori Le variabili casuali discrete e le distribuzioni di probabilità I valori caratterizzanti una variabile casuale discreta Le distribuzioni di probabilità di uso frequente Le variabili casuali standardizzate Le variabili casuali continue STATISTICA INFERENZIALE La popolazione e il campione I parametri della popolazione e del campione La distribuzione della media campionaria Particolari distribuzioni campionarie Gli stimatori e le loro proprietà La stima puntuale La stima per intervallo della media La stima per intervallo della differenza fra due medie La stima per intervallo di una percentuale La verifica delle ipotesi TEORIA DEGLI ERRORI Generalità Misurazioni eseguite con lo stesso grado di precisione Misurazioni eseguite con diverso grado di precisione Misurazioni indirette e propagazione degli errori UNITÀ DI MISURA 1. GENERALITÀ GRANDEZZE FONDAMENTALI E RELATIVE UNITÀ MULTIPLI E SOTTOMULTIPLI Esempi di applicazione Uso delle unità SI e dei loro multipli e sottomultipli GRANDEZZE FISICHE E UNITÀ DI MISURA TABELLE DI CONVERSIONE IMPIEGO DELLE TABELLE DI CONVERSIONE DELLE UNITÀ DI MISURA Premessa Note esplicative FISICA 1. VETTORI Grandezze scalari e vettoriali Somma e differenza di due vettori Prodotto scalare Prodotto vettoriale CINEMATICA Cinematica del punto materiale Cinematica del corpo rigido STATICA Le forze Forze elastiche, forza peso, forze di attrito

6 INDICE GENERALE VII 3.3. Condizioni per l equilibrio DINAMICA Principio di inerzia e sistemi di riferimento inerziali Secondo principio della dinamica per un punto materiale Quantità di moto di un punto materiale Lavoro di una forza e potenza Energia potenziale ed energia cinetica Conservazione dell energia meccanica Principio di azione-reazione e dinamica dei sistemi Dinamica del corpo rigido Gravitazione universale Moti armonici e periodici Problemi di urto PROPRIETÀ MECCANICHE DEI SOLIDI FLUIDI Pressione Statica dei fluidi Statica dell atmosfera Legge di Boyle e Mariotte Dinamica dei fluidi TERMODINAMICA Temperatura Dilatazione termica dei solidi e dei liquidi Equazione di stato Calore Cambiamenti di stato Trasmissione del calore Primo principio della termodinamica Secondo principio della termodinamica CAMPO ELETTRICO La carica elettrica e le sue proprietà La Legge di Coulomb Campo elettrico e potenziale elettrico Corrente elettrica e leggi di Ohm CAMPO MAGNETICO Induzione elettromagnetica OTTICA Caratteristiche della radiazione luminosa Ottica geometrica Ottica fisica ONDE Generalità sulle onde Velocità di propagazione delle onde Energia trasportata dalle onde Interferenza Onde stazionarie Battimenti Onde sonore ed Effetto Doppler CHIMICA 1. CHIMICA GENERALE, INORGANICA E ORGANICA Atomo e sistema periodico degli elementi Legame chimico e composti chimici Reazioni chimiche e stechiometria Equilibri chimici L energia e la velocità di reazione Ossidoriduzioni e Elettrochimica Chimica nucleare Chimica inorganica Chimica organica TECNOLOGIE INFORMATICHE 1. RAPPRESENTAZIONE NUMERICA DELL INFORMAZIONE Le macchine e le informazioni Sistemi di numerazione Codifiche binarie STRUTTURA DEI SISTEMI DI ELABORAZIONE Introduzione ai sistemi di elaborazione Strutture di memorizzazione dei dati Comunicazione fra elaboratori PRINCIPALI SISTEMI OPERATIVI Windows Linux Android Mac OS X Altri sistemi operativi per dispositivi mobili PRINCIPALI APPLICAZIONI Wordprocessor Fogli elettronici Visual Basic for Applications Presentazioni Altre applicazioni DISEGNO TECNICO 1. NORME FONDAMENTALI Formato dei fogli Tipi e grossezza delle linee Scale di rappresentazione Requisiti generali per la scrittura COSTRUZIONI GEOMETRICHE Divisione di segmenti e di angoli Ovali e ovoli Le curve coniche Ellissi Parabole Iperboli PRINCIPI GENERALI DI RAPPRESENTAZIONE Rappresentazione in proiezione ortogonale Rappresentazione in proiezione assonometrica Gli elementi fondamentali dell assonometria Sezioni Tratteggi Particolarità di rappresentazione Quotatura Complessivi AUTOCAD 2D 1. INTRODUZIONE AMBIENTE DI LAVORO IMMISSIONE DEI COMANDI IMMISSIONE DI COORDINATE CREAZIONE, ORGANIZZAZIONE E VISUALIZZAZIONE DEL DISEGNO Inizio di un nuovo disegno Unità e formato dell unità di disegno Layer Spazio modello e spazio carta Strumenti per la visualizzazione STRUMENTI DI DISEGNO STRUMENTI DI MODIFICA BLOCCHI QUOTE E TESTI Quote Stili di quota

7 VIII Manuale Cremonese di ELETTRONICA 9.3. Testi Stili di testo PRINCIPI DI ECONOMIA E MATEMATICA FINANZIARIA 1. PRINCIPI DI ECONOMIA Bisogni, beni, utilità La produzione Il mercato La moneta Caratteristiche della moneta IMPRESA, AZIENDA E SOCIETÀ Enti economici Impresa Azienda Società Organizzazione dell impresa Fine dell impresa Utile dell impresa CAPITOLATI E PREVENTIVI Contratto Capitolati Preventivi MATEMATICA FINANZIARIA Interesse semplice Interesse composto Interesse convertibile Mutui Riparti SICUREZZA NEI LUOGHI DI LAVORO: STRUMENTI E METODI PER L ANALISI E LA VALUTAZIONE DEI RISCHI 1. INTRODUZIONE DEFINIZIONI VALUTAZIONE DEI RISCHI MODALITÀ DI VALUTAZIONE DEI RISCHI PROCESSO DI VALUTAZIONE DEI RISCHI INDIVIDUAZIONE DEI PERICOLI STIMA DEI RISCHI MISURE DI TUTELA PROCEDURE STANDARDIZZATE PER PICCOLE E MEDIE IMPRESE DISPOSITIVI DI PROTEZIONE INDIVIDUALE QUALITÀ NEL CONTESTO INDUSTRIALE 1. DEFINIZIONE DI QUALITÀ INNOVATORI DELLA QUALITÀ STORIA DELLA QUALITÀ NASCITA DELLE NORME ISO ITER DI CERTIFICAZIONE DEFINIZIONE DEI REQUISITI E ANALISI DEL CLIENTE COSTI DELLA NON-QUALITÀ APPROCCIO PER PROCESSI I SETTE STRUMENTI DELLA QUALITÀ Il diagramma causa-effetto La stratificazione dei dati Le schede di controllo Istogramma I diagrammi di correlazione Diagramma di Pareto CONTROLLO STATISTICO DELLA QUALITÀ La capacità di processo Le carte di controllo TECNOLOGIA INDUSTRIALE 1. PROPRIETÀ DEI MATERIALI Tipi di materiali Tipi di proprietà PROVE DI LABORATORIO Relazione sollecitazione-deformazione Prova di resistenza a trazione Prova di resistenza a compressione Prova di resistenza a flessione Prova di resistenza a torsione Prova di resistenza a taglio Prova di resilienza Charpy Prove di durezza FERRO E SUE LEGHE Ferro Il processo siderurgico Il diagramma di stato delle leghe Fe C Ghisa Acciaio MATERIALI METALLICI NON FERROSI Alluminio e sue leghe Rame e sue leghe Magnesio e sue leghe Altri elementi Sinterizzati MATERIALI NATURALI Legno Rocce Materiali per costruzioni Ceramiche Vetro RESINE SINTETICHE Resine termoplastiche Resine termoindurenti MATERIALI COMPOSITI Cemento armato Compositi sintetici ALTRI MATERIALI Abrasivi Acidi Combustibili Detergenti Fibre tessili Lubrificanti Protettivi Refrattari CICLO DI LAVORAZIONE Metodi di lavorazione Foglio di lavorazione Tracciatura LAVORAZIONI AL BANCO Fissaggio del pezzo Criteri di sicurezza per le lavorazioni Tipi di lavorazione Taglio Limatura Piallatura Foratura Alesatura Levigatura Piegatura LAVORAZIONI ALLE MACCHINE UTENSILI

8 INDICE GENERALE IX Tornitura Fresatura Rettificatura COLLEGAMENTI Tipi di collegamenti Filettatura Incastri Saldatura TRATTAMENTI TERMICI Ciclo termico Tempra Rinvenimento Bonifica Ricottura Normalizzazione Cementazione Nitrurazione AUTOMAZIONE Macchine a controllo numerico Centri di lavoro Robot IMPATTO AMBIENTALE 1. ALTERAZIONE DEI SISTEMI, ORIGINE DEGLI INQUINANTI Generalità L inquinamento atmosferico Inquinamento del suolo e del sottosuolo Inquinamento delle acque BASI NORMATIVE PER LA TUTELA DEL PATRIMONIO AMBIENTALE: VALUTAZIONE DI IMPATTO AMBIENTALE La Valutazione di Impatto Ambientale La tutela della qualità dell aria Tutela del suolo Tutela delle acque IMPIANTI PER IL TRATTAMENTO E LO SMALTIMENTO DEI RIFIUTI 1. PREMESSA Definizione e classificazione dei rifiuti La scala di priorità dell Unione Europea Produzione e caratteristiche dei rifiuti urbani Produzione e caratteristiche dei rifiuti speciali e dei rifiuti pericolosi GESTIONE INTEGRATA DEI RIFIUTI Raccolta differenziata e riciclo Compostaggio Selezione e Trattamento Meccanico Biologico (TMB) Il combustibile da rifiuto (CDR) e il combustibile solido secondario (CSS) Incenerimento Discarica APPENDICE 1 ESEMPI DI PROCEDURA DI GESTIONE DI UN RIFIUTO SPECIALE APPENDICE 2 IL SISTRI ENERGIE RINNOVABILI 1. INTRODUZIONE Richiesta di energia primaria nel mondo Bilancio elettrico italiano Le energie rinnovabili: dati attuali e potenzialità di sviluppo I limiti delle energie rinnovabili Accumulo dell energia elettrica Riserve di energia primaria fossile accertate e costi Costo di produzione dell energia da fonti rinnovabili Incentivi, contributi e finanziamenti: la legislazione nazionale e comunitaria Ritorno energetico sull investimento energetico SOLARE FOTOVOLTAICO Descrizione del fenomeno fisico Forme e tecnologie costruttive Descrizione e componenti del sistema Funzionamento in isola e in rete Dimensionamento Aspetti tecnici e normativi per l installazione Esempio di dimensionamento di un impianto fotovoltaico da 3 kw ENERGIA IDROELETTRICA Descrizione della risorsa idrica Tecnologie attuali Modalità realizzative per impianti idroelettrici Aspetti tecnici e normativi Esempi di impianti mini-idro ENERGIA EOLICA Descrizione della risorsa eolica Calcolo della massima potenza Tecnologie attuali e forme costruttive Scelta del sito e studio anemologico Studio di fattibilità Impatto ambientale Esempio di impianto BIOMASSE Il principio fisico Classificazione delle biomasse per uso energetico Calcolo della disponibilità di biomasse Calcolo del potenziale energetico delle biomasse Il potere calorifico I processi di conversione energetica Le filiere di conversione energetica Tipologie di impianto e componenti caratterizzanti Dati e caratteristiche delle caldaie e dei generatori alimentati a biomasse ENERGIA GEOTERMICA Introduzione Le pompe di calore geotermiche Definizione di EER e COP Scambiatori geotermici Principali componenti La progettazione di un impianto geotermico Esempio di calcolo ALTRE FONTI RINNOVABILI Energia da maree e moto ondoso Solare termico Solare termodinamico Sistemi ibridi ALLACCIAMENTO ALLA RETE ELETTRICA E MISURA DELL ENERGIA Misura dell energia elettrica prodotta RISPARMIO ED EFFICIENZA ENERGETICA 1. INTRODUZIONE

9 X Manuale Cremonese di ELETTRONICA 1.1. Il ruolo del risparmio e dell efficienza energetica La legislazione europea La legislazione finanziaria per il risparmio energetico Titoli di efficienza energetica (TEE) Emission Trading e protocollo di Kyoto CONTRATTI DI SERVIZIO ENERGIA E RUOLO DELL ENERGY MANAGER Contratto di servizio energia Ruolo dell energy manager SISTEMI DI COGENERAZIONE E RECUPERO DEL CALORE Descrizione generale dei sistemi cogenerativi Funzionamento e vantaggi della cogenerazione Tipologie impiantistiche di cogenerazione Recupero del calore in energia elettrica Recupero del calore in energia frigorifera RISPARMIO ED EFFICIENZA ENERGETICA NEI SISTEMI DI RISCALDAMENTO E CONDIZIONAMENTO DEGLI AMBIENTI Sistemi di riscaldamento e di condizionamento I combustibili Generatori di energia termica Elementi radianti/diffondenti Controllo, regolazione e contabilizzazione RISPARMIO ED ETICHETTATURA ENERGETICA DEGLI ELETTRODOMESTICI RISPARMIO ED EFFICIENZA ENERGETICA NELL ILLUMINAZIONE Energia ed efficienza luminosa Sorgenti di luce tradizionali e a LED La tecnologia LED: principio di funzionamento e criticità CERTIFICAZIONE ED EFFICIENZA ENERGETICA DEGLI EDIFICI 1. INTRODUZIONE DEFINIZIONI Definizioni e indirizzi generali Parametri ed elementi per i calcoli Tipologia di interventi Altre definizioni RENDIMENTO ENERGETICO IN EDILIZIA, AMBITI DI INTERVENTO, FINALITÀ E MODALITÀ OPERATIVE CRITERI GENERALI E REQUISITI DELLE PRESTAZIONI ENERGETICHE DEGLI EDIFICI E DEGLI IMPIANTI Verifiche ed obblighi previsti sulla base del tipo di intervento e della categoria dell edificio Calcolo della trasmittanza termica Obbligo di integrazione delle fonti rinnovabili CERTIFICAZIONE ENERGETICA DEGLI EDIFICI Introduzione Finalità e campo di applicazione del Sistema nazionale di certificazione degli edifici Prestazione e classi energetiche degli edifici Metodologie di calcolo Ruolo e competenze del Certificatore energetico Validità temporale della certificazione energetica Decorrenze applicative Norme tecniche di riferimento SOFTWARE DI RIFERIMENTO PER IL CALCOLO PROCEDURA PER IL CALCOLO SEMPLIFICATO CERTIFICAZIONE ENERGETICA (DOCET) TRASMITTANZA TERMICA COMPONENTI OPACHI E TRASPARENTI Determinazione semplificata della trasmittanza termica dei componenti opachi in edifici esistenti Determinazione semplificata della trasmittanza termica dei componenti trasparenti PONTI TERMICI E SCAMBIO TERMICO VERSO AMBIENTI NON CLIMATIZZATI E VERSO IL TERRENO DETERMINAZIONE DEI RENDIMENTI DEGLI IMPIANTI ELETTRONICA 19 ELETTROTECNICA 1. ELETTROSTATICA Azioni tra cariche elettriche (legge di Coulomb) Campo elettrico Linee di forza Intensità di campo elettrico Energia potenziale elettrica. Potenziale elettrico. Tensione elettrica Teorema di Gauss. Densità superficiale Capacità Condensatore Rigidità dielettrica Energia immagazzinata da un condensatore carico CORRENTI CONTINUE Corrente elettrica e densità di corrente Resistenza e resistività Conduttanza e conduttività Legge di Ohm Caduta di tensione Circuito elettrico Convenzioni di segno Ordini di grandezza Bipoli elettrici Tipologie di generatori reali Circuiti in corrente continua Carica e scarica del condensatore Dualità e analogie Energia. Potenza. Legge di Joule Rendimento Quadripoli CAMPI MAGNETICI E CIRCUITI MAGNETICI Magneti naturali Induzione magnetica Isteresi magnetica Legge della circuitazione di Ampere Applicazione della legge di Ampere al solenoide Flusso del vettore B e teorema di Gauss Flusso del vettore B attraverso una superficie non chiusa Tensione magnetica o forza magnetomotrice Circuiti magnetici Legge di Faraday-Neumann. Legge di Lenz Autoinduzione. Legge di Ohm per i circuiti induttivi in regime variabile Collegamento in serie e in parallelo di induttanze

10 INDICE GENERALE XI Espressioni del coefficiente di autoinduzione Mutua induzione Energia connessa con i campi magnetici Espressione del coefficiente di mutua induzione Analogie tra campi magnetici ed elettrici e tra bipoli induttivi e capacitivi Forza portante di un elettromagnete F.e.m. indotta in un conduttore di lunghezza l che si muove in un campo magnetico di induzione B con velocità v Forza meccanica su un conduttore di lunghezza l immerso in un campo magnetico di induzione B percorso da corrente I Azioni elettrodinamiche Correnti di Foucault SEGNALI E FORME D ONDA Generalità Caratteristiche generali dei segnali Segnali di uso più frequente ANALISI DI CIRCUITI E RETI IN REGIME SINUSOIDALE Generalità Bipoli puramente resistivi Bipoli puramente induttivi Bipoli puramente capacitivi Legge di Ohm per un bipolo passivo RLC serie Ammettenza Criterio generale per la risoluzione dei circuiti e delle reti in regime sinusoidale Potenza in regime sinusoidale Rifasamento Potenza complessa. Teorema di Boucherot. Potenza deformante Circuiti risonanti Adattamento di carico Adattamento d impedenza nei circuiti risonanti parallelo SISTEMI TRIFASE Definizioni Collegamenti caratteristici dei sistemi trifase Rifasamento di carico trifase Sistemi dissimmetrici Considerazioni conclusive MISURE ELETTRICHE ED ELETTRONICHE 1. ERRORI DI MISURA Generalità La misura delle grandezze fisiche Sensibilità di una misura Tipi di errore e valutazione del limite superiore dell errore Medie e scarti STRUMENTI DI MISURA ELETTRONICI Introduzione Gli strumenti elettronici per la misura delle grandezze elettriche Le misure di corrente e di tensione in corrente continua Le misure in corrente alternata Le misure di forti correnti e di alte tensioni Le misure di impedenza (o di ammettenza) Strumenti misuratori di impedenza MISURA DELLA POTENZA IN CORRENTE ALTERNATA A FREQUENZA INDUSTRIALE Definizioni La potenza nel caso di grandezze distorte Gli strumenti di misura della potenza elettrica I wattmetri digitali La misura della potenza nei sistemi trifase MISURA DELLA POTENZA NEL CAMPO DELLE RADIOFREQUENZE E DELLE MICROONDE Introduzione Unità e definizioni Metodi per la misura della potenza La misura della potenza mediante circuiti integrati particolari MISURE DI FREQUENZA, PERIODO E FASE Principio di funzionamento del contatore elettronico I contatori per la misura della frequenza nel campo delle microonde Precisione delle misure con i contatori numerici Alcune applicazioni delle misure di intervalli di tempo I contatori reciproci ANALIZZATORE DI SPETTRO E ANALIZZATORE DI RETI Introduzione L analizzatore di spettro Il generatore di inseguimento (tracking generator) Glossario dei termini più comuni riguardanti l uso dell analizzatore di spettro Applicazioni dell analizzatore di spettro L analizzatore di reti Confronto fra l analizzatore di spettro e l analizzatore di reti MISURA DELLA CIFRA DI RUMORE Introduzione e definizione Misura del fattore di rumore o della cifra di rumore OSCILLOSCOPIO ANALOGICO E DIGITALE L oscilloscopio analogico L oscilloscopio digitale Le sonde degli oscilloscopi COMPATIBILITÀ ELETTROMAGNETICA Introduzione I segnali di disturbo I livelli di disturbo tollerabili La misura del rumore condotto Confronto fra i livelli di rumore misurati secondo normative diverse La misura del rumore irradiato Richiami su alcune grandezze riguardanti le emissioni per irradiazione La suscettibilità elettromagnetica MACCHINE ELETTRICHE 1. CLASSIFICAZIONE MODELLI E ANALISI DELLE MACCHINE ELETTRICHE Il rendimento Le perdite nelle macchine elettriche Comportamento termico Prove e collaudo delle macchine elettriche TRASFORMATORE MONOFASE

11 XII Manuale Cremonese di ELETTRONICA 3.1. Considerazioni sui flussi magnetici Convenzioni sulle tensioni e sulle potenze. Fase delle tensioni indotte e delle correnti Equazioni fondamentali in regime sinusoidale Funzionamento a carico. Diagramma vettoriale Funzionamento a vuoto Funzionamento in corto circuito Trasformatore ideale Perdite e rendimento Parallelo dei trasformatori Trasformatore trifase Autotrasformatori Trasformatori di misura MACCHINE ASINCRONE Campi magnetici rotanti Campi rotanti trifasi Principio di funzionamento del motore asincrono trifase Tensioni indotte Equazioni fondamentali. Reazione rotorica Funzionamento a vuoto Funzionamento a carico. Perdite Rendimento Caratteristica meccanica Avviamento Frenatura elettrica Motori asincroni monofasi Generatori asincroni MACCHINE SINCRONE Tensioni indotte Circuiti d indotto trifasi Funzionamento a vuoto Effetti della corrente d indotto Studio della macchina sincrona Curve caratteristiche Regolazione della tensione degli alternatori in funzionamento isolato (autonomo) Coppia e potenza Parallelo degli alternatori Motori sincroni GENERATORI A COLLETTORE IN CORRENTE CONTINUA Generalità Funzionamento a vuoto Funzionamento a carico Perdite. Rendimento MOTORI A COLLETTORE IN CORRENTE CONTINUA Generalità Funzionamento a vuoto Funzionamento a carico Rendimento Motori con eccitazione indipendente e in derivazione Motori con eccitazione in serie MOTORI A COMMUTAZIONE ELETTRONICA 1. GENERALITÀ MOTORI A PASSO Introduzione I tre tipi di motori a passo Comportamento del motore a passo e sue caratteristiche Definizioni delle grandezze e dei parametri caratteristici Circuiti di pilotaggio Conclusioni MOTORI IN CORRENTE CONTINUA BRUSHLESS Introduzione Alcuni particolari costruttivi Principio di funzionamento del motore brushless con f.e.m. trapezoidale Coppia-velocità Conclusioni ELETTRONICA DIGITALE 1. SISTEMI DI NUMERAZIONE Definizioni PORTE LOGICHE Definizioni Logica positiva e negativa Porte logiche elementari Porte logiche universali Porte XOR e XNOR Porte logiche speciali Gating dei segnali digitali Alcune sigle di porte logiche in commercio ANALISI E SINTESI DEI CIRCUITI COMBINATORI Sintesi di circuiti combinatori Analisi di circuiti combinatori Itinerari e livelli CIRCUITI INTEGRATI COMBINATORI Definizioni Codificatore (encoder) Multiplexer Demultiplexer Comparatore (magnitude comparator) Generatore/rivelatore di parità (odd/even parity generator/checker) Convertitore di codice Circuiti aritmetici Unità logico-aritmetica (ALU) Alcune sigle commerciali degli integrati combinatori LATCH E FLIP-FLOP Latch SR Il problema della corsa critica (race around) Flip-flop comandati su un fronte di clock Tecnica della commutazione sul fronte di clock Flip-flop pulse triggered Flip-flop data lock-out Flip-flop SR Flip-flop D Flip-flop JK Flip-flop T Ingressi asincroni Caratteristiche elettriche e dinamiche REGISTRI Classificazione e caratteristiche Registri a scorrimento (shift register) Registri di memoria CONTATORI Caratteristiche e classificazione dei contatori Contatori asincroni Contatori asincroni con modulo M < 2 n Rete di decodifica di un contatore asincrono

12 INDICE GENERALE XIII 7.5. Limiti di funzionamento dei contatori asincroni Contatori sincroni Contatori sincroni con M < 2 n Limiti di funzionamento dei contatori sincroni Confronto tra contatori sincroni e asincroni Contatori a più decadi Contatori come divisori di frequenza Contatori come moltiplicatori di velocità Contatori integrati MSI TTL e CMOS MEMORIE Caratteristiche e classificazione delle memorie Memorie a lettura e scrittura (RAM) RAM statica RAM dinamica Confronto tra SRAM e DRAM MRAM (Magnetoresistive RAM) ROM (Read Only Memory) ROM a maschera ROM programmabili Memorie FIFO (First In First Out) Memorie LIFO (Last In First Out) Banco di memoria DISPOSITIVI LOGICI PROGRAMMABILI Dispositivi logici programmabili (PLD) SPLD (Simple PLD) FPGA Confronto tra FPGA e ASIC standard cell HCPLD (High-Capacity Programmable Logic Device) Confronto tra CPLD e FPGA ASIC full custom ASIC semicustom Linguaggi di programmazione TECNOLOGIA DELLE FAMIGLIE LOGICHE INTEGRATE Scale di integrazione degli integrati digitali Caratteristiche delle famiglie logiche Ciclo di vita delle famiglie logiche Sigle degli integrati digitali Package dei circuiti integrati digitali Famiglia logica TTL Famiglia logica CMOS (Complementary MOS) Logica CMOS per integrati VLSI Logiche statiche Ratioed Logic Switch Logic Logiche dinamiche Famiglia logica BiCMOS Famiglia logica ECL Interfacciamento tra famiglie logiche NORME, SIMBOLI GRAFICI E UNITÀ DI MISURA Conversione tra sistemi di numerazione Rappresentazione dei numeri relativi nel sistema binario Le quattro operazioni nel sistema binario Somma algebrica con complemento a 1 e complemento a CODICI BINARI Definizioni Codici numerici Codici alfanumerici Codici a controllo di errore ALGEBRA DI BOOLE Definizioni Operazioni booleane elementari Teoremi, proprietà e regole Funzioni booleane Condizioni non specificate (o di indifferenza) Operazioni universali Negazione di una funzione Metodi di minimizzazione di una funzione booleana MICROPROCESSORI E MICROCONTROLLORI 1. MICROPROCESSORI E LINGUAGGI DI PROGRAMMAZIONE Parametri e prestazioni Architettura dei microprocessori Linguaggio di programmazione Tecniche di indirizzamento Il microprocessore 8086/ Architetture parallele delle CPU Microprocessori vettoriali CISC e RISC MICROCONTROLLORI Il microcontrollore ARM Il microcontrollore Il microcontrollore PIC 16F84A ARDUINO Caratteristiche della scheda Arduino Uno Input e Output Sintassi del linguaggio C per Arduino Alcune informazioni generali sulla programmazione di Arduino Struttura di un programma (sketch) Le istruzioni fondamentali Lettura e scrittura di valori digitali sui pin Lettura di valori analogici sui pin Uscita analogica (PWM) sui pin digitali (3, 5, 6, 9, 10, 11) Strutture di controllo del flusso del programma Funzioni matematiche e trigonometriche Le functions Gli interrupt Le librerie AMPLIFICATORI A TRANSISTOR 1. GENERALITÀ DISPOSITIVI ATTIVI DEGLI AMPLIFICATORI I circuiti equivalenti dei dispositivi attivi discreti e integrati Circuiti equivalenti elettrici CIRCUITI EQUIVALENTI FISICI Circuito equivalente per i transistor bipolari Il circuito equivalente dei transistor a effetto di campo RETI DI POLARIZZAZIONE Generalità Stabilizzazione del punto di lavoro del BJT Compensazione Polarizzazione dei circuiti integrati lineari Polarizzazione del JFET ANALISI NEL DOMINIO DELLA FREQUENZA Metodo della funzione di trasferimento Metodo delle costanti di tempo

13 XIV Manuale Cremonese di ELETTRONICA 6. REAZIONE NELL ANALISI E NEL PROGETTO DEGLI AMPLIFICATORI Effetti della retroazione Varie tipologie di reazione negativa ANALISI E LA SINTESI DEGLI AMPLIFICATORI REAZIONATI Analisi semplificata di amplificatori reazionati SULLA STABILITÀ DEGLI AMPLIFICATORI REAZIONATI SINTESI DEGLI AMPLIFICATORI Generalità Progetto di un amplificatore a due stadi con transistor bipolari accoppiati direttamente USO DEI CARICHI ATTIVI NEL PROGETTO DEGLI AMPLIFICATORI AMPLIFICATORI AD ALTA IMPEDENZA DI INGRESSO SINTESI DEGLI AMPLIFICATORI A LARGA BANDA Connessione con stadio differenziale in ingresso Connessione cascode Altri metodi per ottenere l allargamento della banda Amplificatori a larga banda con reazione mista AMPLIFICATORI SEPARATORI A GUADAGNO UNITARIO (BUFFER) AMPLIFICAZIONE DEI SEGNALI DI PICCOLA AMPIEZZA Il fattore di rumore e la cifra di rumore Caratterizzazione dei dispositivi attivi nei confronti del rumore Amplificazione di piccoli segnali nel campo delle basse frequenze Amplificazione dei segnali nel campo delle radiofrequenze Amplificatori a radiofrequenza ad alta dinamica e basso rumore AMPLIFICATORI OPERAZIONALI 1. AMPLIFICATORE OPERAZIONALE Introduzione Amplificatore operazionale ideale Amplificatore operazionale reale Configurazioni circuitali di base Regole per l analisi semplificata Comportamento dell A.O. a frequenze elevate Compensazione in frequenza Compensazione della corrente di polarizzazione e della tensione di offset Comportamento dell A.O. per grandi segnali APPLICAZIONI LINEARI DEGLI A.O Amplificatori differenziali Sommatori Convertitore corrente-tensione Convertitori tensione-corrente Amplificatori di corrente Integratore Derivatore Amplificatori in corrente alternata Generatori di tensione continua Generatori di corrente continua APPLICAZIONI NON LINEARI DELL A.O Raddrizzatore di precisione Amplificatore logaritmico COMPARATORI E LIMITATORI Comparatore Rivelatore del passaggio per zero Trigger di Schmitt Limitatori di tensione Circuiti integrati comparatori CONVERTITORI DIGITALE-ANALOGICO E ANALOGICO-DIGITALE Convertitori digitale-analogico Convertitori analogico-digitale Circuito sample and hold Parametri significativi FILTRI ELETTRONICI 1. RISPOSTA DEI QUADRIPOLI LINEARI FILTRI PASSIVI Filtraggio dei segnali Filtri RC e RL (1 ordine) Filtri RLC (2 ordine) Filtri di ordine superiore al secondo FILTRI ATTIVI Filtri attivi del 1 ordine Filtri attivi del 2 ordine Filtri attivi VCVS Filtro VCVS passa basso (a componenti uguali) Filtro VCVS passa alto (a componenti uguali) Filtri a reazione multipla passa banda Filtri attivi universali (a variabili di stato) Filtri universali integrati Filtri attivi di ordine superiore e altre tipologie Filtri attivi di ordine superiore Filtri passa banda a banda larga Filtri notch a banda larga Filtri passa banda molto selettivi Filtri notch selettivi OSCILLATORI E GENERATORI DI SEGNALE 1. GENERALITÀ SUGLI OSCILLATORI Le specifiche richieste per gli oscillatori CONDIZIONI DI OSCILLAZIONE OSCILLATORI SINUSOIDALI A BASSA FREQUENZA DI TIPO RC Oscillatore a ponte di Wien Oscillatore a T-pontato Oscillatore a doppio T Oscillatori a sfasamento OSCILLATORI PER ALTA FREQUENZA Generalità sugli oscillatori a tre punti Oscillatore di Colpitts Oscillatore di Armstrong Oscillatore di Hartley Considerazioni pratiche sul progetto degli oscillatori per alta frequenza Oscillatori a quarzo Oscillatori a conversione CONSIDERAZIONI SULLA CONDIZIONE D INNESCO Generalità Controllo automatico di A( jω 0 ) B( jω 0 ) Oscillatori non lineari OSCILLATORI PER VHF Generalità Progetto di oscillatori a costanti distribuite

14 INDICE GENERALE XV 6.3. Risuonatori dielettrici SINTETIZZATORI DI FREQUENZA Sintesi diretta Sintesi indiretta GENERATORI DI SEGNALE Generatore d onda quadra Generatore d onda triangolare Circuiti integrati temporizzatori Generazione di impulsi mediante transistor CIRCUITI PER LA FORMAZIONE DEGLI IMPULSI CON COMPONENTI NON LINEARI Circuiti fissatori (clamping circuits) Il superdiodo Circuiti tagliatori o selezionatori (clipping circuits) Taglio con transistor Taglio a due livelli indipendenti con transistor ELETTRONICA DI POTENZA 1. RADDRIZZATORI Introduzione Classificazione dei raddrizzatori Definizioni sui diodi raddrizzatori Caratteristiche dei diodi di potenza Raddrizzatore monofase a semionda su carico ohmico Raddrizzatori monofase a onda intera su carico ohmico e induttivo Raddrizzatore trifase a semionda su carico ohmico e induttivo Raddrizzatore trifase a onda intera su carico ohmico e induttivo Raddrizzatore esafase a semionda su carico ohmico e induttivo Raddrizzatore trifase a doppia stella su carico ohmico e induttivo Raddrizzatore trifase a onda intera stella triangolo su carico ohmico e induttivo Effetti della reattanza di dispersione dei trasformatori FILTRI Generalità ESEMPI DI DIMENSIONAMENTO COMPLETO DI RADDRIZZATORI Raddrizzatore monofase a onda intera con filtro a ingresso induttivo Raddrizzatore monofase a onda intera su carico capacitivo PROTEZIONI DEI RADDRIZZATORI Protezioni da sovratensione Protezioni da sovracorrente RADDRIZZATORI CON FORZE ELETTROMOTRICI NEL CARICO (CARICABATTERIE) Generalità Caricabatterie con induttore in serie al primario CENNI DI DIMENSIONAMENTO DEL TRASFORMATORE DI ALIMENTAZIONE Generalità Esempio di applicazione STABILIZZATORI DI TENSIONE Generalità STABILIZZATORI E LIMITATORI DI CORRENTE Generalità MOLTIPLICATORI DI TENSIONE Generalità GLI SCAMBIATORI DI CALORE PER I SEMICONDUTTORI Generalità CONVERTITORI CA/CC A CONTROLLO DI FASE Introduzione Funzionamento e caratteristiche dei tiristori Convertitori monofase rigenerativi e non rigenerativi monofase Circuiti monofase a onda intera Circuiti trifase a semionda Caratteristiche del diodo volano nei convertitori a onda intera Convertitori monofase a onda intera su carico con forza controelettromotrice Convertitore trifase su carico con forza controelettromotrice Filtraggio nei convertitori con tiristori Circuiti di innesco per i convertitori a tiristori Convertitori a controllo di fase reazionati CONVERTITORI CA/CA A CONTROLLO DI FASE Generalità Cicloconvertitori Nuovi tipi di cicloconvertitori REGOLATORI A COMMUTAZIONE Generalità Tipologie dei regolatori a commutazione Circuiti di controllo per i regolatori a commutazione Regolatori di tipo buck Regolatori di tipo boost Regolatori di tipo buck-boost Il regolatore di Cuk Metodi di controllo del PWM I regolatori a commutazione reazionati Funzioni di trasferimento dei regolatori a commutazione Circuiti di protezione per i regolatori a commutazione Circuiti ausiliari dei regolatori a commutazione Esempi pratici Regolatori a tiristori (chopper) CONVERTITORI CC/CC Generalità Convertitore CC/CC flyback Convertitore CC/CC forward Convertitori CC/CC in configurazione push-pull Convertitore CC/CC di Cuk Convertitori CC/CC in configurazione a mezzo ponte e a ponte Convertitori CC/CC a uscite multiple Circuiti completi Convertitori CC/CC risonanti e quasi risonanti Convertitore in classe E Circuiti ausiliari dei convertitori CC/CC CONVERTITORI CC/CA O INVERTER Generalità Inverter a transistor Inverter a ferrorisonanza Inverter a tiristori Inverter a tiristori per alta frequenza

15 XVI Manuale Cremonese di ELETTRONICA Inverter trifase I RIFASATORI ELETTRONICI Generalità Principio di funzionamento dei correttori del fattore di potenza, PFC Dimensionamento dei rifasatori elettronici SISTEMI UPS (GRUPPI DI CONTINUITÀ) Generalità Sistemi UPS in linea Sistemi UPS fuori linea RISCALDAMENTO A RADIOFREQUENZA Generalità DISEGNO ELETTRICO ED ELETTRONICO 1. SEGNI GRAFICI Segni grafici secondo le Norme CEI Tracciamento dei segni grafici Segni grafici per diagrammi di flusso Segni grafici secondo le Norme MIL Segni grafici per impianti pneumatici e oleoidraulici CLASSIFICAZIONE DEGLI SCHEMI ELETTRICI REALIZZAZIONE DI SCHEMI ELETTRICI TECNOLOGIE ELETTRONICHE 1. CRITERI DI PROGETTAZIONE DEI CIRCUITI ELETTRONICI Introduzione Sviluppo del progetto RESISTORI Definizioni Tipi di resistori Resistori variabili RESISTORI NON LINEARI Termistori Termistori PTC Varistori Fotoresistori CONDENSATORI Definizioni Condensatori elettrolitici Condensatori a carta e a carta metallizzata Condensatori a dielettrico plastico Condensatori ceramici Condensatori a mica Condensatori con dielettrico gas o vuoto INDUTTORI Induttori in aria non di potenza Induttori in aria di potenza Induttori con nucleo ferromagnetico TRASFORMATORI Trasformatori di alimentazione Trasformatori a tensione costante (ferrorisonanza) Trasformatori di bassa frequenza Trasformatori a larga banda per alta frequenza Trasformatore ibrido Gli avvolgimenti RICHIAMI SUI CIRCUITI MAGNETICI Introduzione Ciclo di isteresi I materiali magnetici Perdite nei materiali magnetici Definizioni delle grandezze magnetiche principali CIRCUITI STAMPATI Generalità Materiali isolanti di supporto Materiale conduttore Fabbricazione dei circuiti stampati Norme pratiche per la preparazione del master RELÈ Generalità Tipi di relè Relè elettromeccanici Parametri dei relè Relè termici Relè allo stato solido INTERRUTTORI Generalità Specifiche degli interruttori Tipi di interruttori CONNETTORI Generalità Connettori per alimentazione Connettori per bassa frequenza Connettori per radio frequenza Connettori per calcolatori FUSIBILI Generalità Caratteristica I 2 t di un fusibile Protezione mediante fusibile Funzionamento dei fusibili in corrente continua Collocazione di fusibili DIODI DI POTENZA Generalità Caduta di tensione in senso diretto (V F ) Caratteristiche potenza-corrente Capacità di giunzione Tempo di recupero inverso Tempo di recupero in senso diretto Valutazione delle perdite nei diodi veloci Circuiti snubber TRANSISTOR DI POTENZA BIPOLARI Generalità Area di sicuro funzionamento Tempi di commutazione Valutazione della potenza dissipata TRANSISTOR MOSFET DI POTENZA Generalità Forme d onda di commutazione Valutazione della potenza dissipata AUTOMAZIONE 32 SENSORI E CIRCUITI APPLICATIVI 1. INTRODUZIONE Parametri tipici dei sensori Circuiti di amplificazione lineare Circuiti non lineari Circuiti di conversione corrente-tensione Circuiti di conversione tensione-corrente Configurazioni di uscita SENSORI DI TEMPERATURA Termocoppie Termoresistenze Termistori Circuiti integrati

16 INDICE GENERALE XVII 3. SENSORI DI UMIDITÀ Generalità Sensori di umidità capacitivi Sensori di umidità resistivi Sensori di umidità a conduttività termica SENSORI DI PRESSIONE Generalità Sensori di pressione piezoresistivi SENSORI DI FORZA Generalità Estensimetri Celle di carico SENSORI DI POSIZIONE, VELOCITÀ E ACCELERAZIONE Generalità Potenziometri LVDT Sensori di posizione magnetostrittivi Encoder Dinamo tachimetriche Accelerometri SENSORI DI CAMPO MAGNETICO Generalità Sensori per campi di bassa intensità Sensori per campi di media intensità Sensori per campi di alta intensità Misure di corrente con sensori magnetici SENSORI DI RADIAZIONE LUMINOSA Generalità Materiali ottici Caratterizzazione dei sensori di radiazione luminosa Sensori di tipo termico Sensori di tipo fotonico SISTEMI DI ACQUISIZIONE, ELABORAZIONE E DISTRIBUZIONE DATI 1. ELABORAZIONE E CONVERSIONE DEI SEGNALI Segnali analogici e digitali Conversione analogico/digitale Conversione digitale/analogica I codici Convertitori D/A Convertitori A/D Convertitori tensione/frequenza (VFC) Convertitori frequenza/tensione (FVC) Amplificatore sample & hold (SHA) Multiplexer analogico Sistema di elaborazione dei segnali digitali Sistema di acquisizione dati Sistemi di distribuzione dati SISTEMI DI CONTROLLO ANALOGICI E DIGITALI 1. SISTEMI Definizioni Variabili Stato e traiettoria Rappresentazione schematica Classificazione MODELLI Definizioni Modello matematico Schema a blocchi Componenti Analogie SISTEMI AUTOMATICI Definizioni Sistemi di controllo Sistemi ad anello aperto Sistemi ad anello chiuso SISTEMI DI CONTROLLO ANALOGICI Regimi statico e dinamico Stabilità Retroazione positiva e negativa Criteri di progetto Elementi costitutivi ANALISI DEI SISTEMI LINEARI Tipi di analisi Risposta nel dominio del tempo Trasformata di Laplace applicata allo studio dei sistemi Risposta in frequenza Diagrammi di Bode Diagrammi di Nyquist PROGETTO STATICO Parametri di valutazione Errore statico Errori dovuti a disturbi additivi Errori dovuti a disturbi parametrici PROGETTO DINAMICO Parametri di valutazione Prontezza e fedeltà di risposta Stabilità Reti correttrici REGOLATORI INDUSTRIALI Caratteristiche generali Regolatori P Regolatori PI Regolatori PD Regolatori PID Regolatori on / off APPLICAZIONI PRATICHE Controllo di velocità di un motore in continua Controllo della temperatura di un ambiente Controllo di posizione di un motore in continua SISTEMI DI CONTROLLO DIGITALI Concetti introduttivi Vantaggi e svantaggi Il campionatore ZOH Risposta nel dominio del tempo Risposta in frequenza Studio della stabilità Errore a regime Regolatori industriali CONTROLLORI LOGICI PROGRAMMABILI (PLC) 1. CONCETTI INTRODUTTIVI CARATTERISTICHE PLC piccoli PLC medio-grandi ELEMENTI DI STIMA DI UN SISTEMA DI CONTROLLO Dispositivi di I / O Capacità di memoria Programmazione Periferiche e opzioni STRUTTURA FUNZIONAMENTO

17 XVIII Manuale Cremonese di ELETTRONICA 5.1. Modularità Personal computer e PLC PROGRAMMAZIONE Linguaggi Esempi AFFIDABILITÀ, DISPONIBILITÀ E SICUREZZA Affidabilità Disponibilità Sicurezza PLC SCHNEIDER Programmazione PLC OMRON Installazione e montaggio Cablaggio Programmazione Compilazione, salvataggio e caricamento Simulazione PLC SIMATIC S S S S S Ambiente di sviluppo STEP 7 Micro/Win Ambiente di sviluppo STEP AUTOMAZIONE CIVILE. LA DOMOTICA 1. CONCETTI INTRODUTTIVI CARATTERISTICHE DEI SISTEMI DOMOTICI CLASSIFICAZIONE DEI SISTEMI DOMOTICI TOPOLOGIA DELLE RETI MEZZI TRASMISSIVI Sistemi a bus Sistemi a onde convogliate Sistemi senza fili STANDARD DOMOTICI NORMATIVA CARATTERISTICHE DEGLI IMPIANTI DOMOTICI PRODOTTI COMMERCIALI Sistema MyHome BTicino Sistema KNX Schneider APPLICAZIONI DEL PLC ALL AUTOMAZIONE CIVILE SOFTWARE PER L AUTOMAZIONE INDUSTRIALE 1. PROGRAMMA LABVIEW Interfaccia grafica Pannello frontale Diagramma a blocchi Simulazione Esempi elementari di programmazione Programmazione avanzata Funzioni grafiche Interfacciamento PROGRAMMA MULTISIM Realizzazione di un circuito Prove di simulazione Applicazioni TELECOMUNICAZIONI 38 RICHIAMI DI NOZIONI FONDAMENTALI 1. DESCRIZIONE DI UNA FORMA D ONDA SINUSOIDALE FORMULE UTILI NELLA DESCRIZIONE DI UN SEGNALE SINUSOIDALE TRAMITE VETTORI E NUMERI COMPLESSI SEGNALI 1. CLASSIFICAZIONE DEI SEGNALI ANALISI NEL DOMINIO DEL TEMPO E DELLA FREQUENZA DETERMINAZIONE DELLO SPETTRO E DELLA BANDA DI UN SEGNALE DETERMINISTICO PERIODICO O MODULATO PROPRIETÀ UTILI NELLA DETERMINAZIONE DELLO SPETTRO E DELLA BANDA DI UN SEGNALE Traslazione nel tempo di un segnale Traslazione in frequenza dello spettro di un segnale Traslazione sull asse delle ampiezze Moltiplicazione di un segnale per una costante Somma di segnali DECIBEL 1. DEFINIZIONE GUADAGNO E ATTENUAZIONE DI UN QUADRIPOLO LIVELLI ASSOLUTI DI POTENZA E TENSIONE Livello assoluto di potenza: dbm e dbw Livello assoluto di tensione: dbv, dbμv, dbu Calcolo dei livelli di potenza a partire dalla conoscenza del valore di tensione e dell impedenza di carico PASSAGGIO INVERSO RAPPORTO S/N BILANCIO DI POTENZA DI UN COLLEGAMENTO O LINK BUDGET FORMULARIO SU ALTRE UNITÀ DI TRASMISSIONE S/N, RUMORE, DISTORSIONI E INTERFERENZE 1. CALCOLO DEL RAPPORTO S/N RUMORE Definizione, modello di riferimento e tipi di rumore RUMORE INTERNO Definizioni Rumore termico Rumore granulare Rumore 1/f CARATTERIZZAZIONE DELLE SORGENTI DI RUMORE Temperatura di rumore Rapporto G/T Fattore di rumore e figura di rumore Fattore di rumore di una cascata di quadripoli Importanza del fattore di rumore e della figura di rumore Legame tra fattore di rumore e sensibilità di un ricevitore Legame tra fattore di rumore e temperatura di rumore Tabelle riassuntive RUMORE ESTERNO Rumore pesato DISTORSIONI Condizioni di non distorsione

18 INDICE GENERALE XIX 7. TIPI DI DISTORSIONE Distorsione da non linearità Distorsione di ampiezza Distorsione di fase e di ritardo di gruppo INTERFERENZE PORTANTI FISICI 1. MODELLO DI RIFERIMENTO E FUNZIONI FONDAMENTALI DI UN SISTEMA DI TRASMISSIONE MEZZI TRASMISSIVI CLASSIFICAZIONE DEI PORTANTI FISICI COPPIE SIMMETRICHE INTRECCIATE O TWISTED PAIR Diafonia o crosstalk CAVI COASSIALI Fattore di velocità e velocità di propagazione Attenuazione TEORIA DELLE LINEE DI TRASMISSIONE Modello elettrico Impedenza caratteristica e adattamento Propagazione su linea adattata Comportamento di una linea disadattata Parametri per la valutazione del disadattamento Adattamento di carichi resistivi con tronco λ/ Comportamento reattivo delle linee di trasmissione Diagramma di Smith (Smith chart) Adattamento di carichi complessi FIBRE OTTICHE 1. SEGNALE OTTICO STRUTTURA DI UNA FIBRA OTTICA CLASSIFICAZIONE E STANDARDIZZAZIONE DELLE FIBRE OTTICHE Attenuazione di una fibra ottica e finestre di trasmissione Standardizzazione delle fibre ottiche Cavi ottici SISTEMI DI TRASMISSIONE SU FIBRA OTTICA Trasmettitori e ricevitori ottici Connettori e giunti Sorgenti ottiche Fotorivelatori DISPERSIONI CAUSATE DA UNA FIBRA OTTICA Dispersione modale Dispersione cromatica Fenomeni non lineari: PMD e FWM BANDA E CAPACITÀ TRASMISSIVA DI UNA FIBRA OTTICA Prodotto banda-distanza Banda modale (modal bandwith) Banda in presenza di dispersione cromatica DIMENSIONAMENTO DI UN SISTEMA DI TRASMISSIONE SU FIBRA OTTICA Bilancio di potenza o link budget Dispersione totale e banda di un sistema di trasmissione su fibre ottiche APPLICAZIONI ED EVOLUZIONE DEI SISTEMI SU FIBRE OTTICHE Amplificatori ottici Trasmissione solitonica Sistemi WDM PORTANTE RADIO 1. CARATTERISTICHE FONDAMENTALI DELLE ONDE ELETTROMAGNETICHE Definizioni Propagazione nello spazio libero Propagazione delle radioonde e loro classificazione Propagazione per onda diretta o in visibilità ottica (line of sight) Fading Propagazione per onda spaziale (sky wave) Assorbimento ANTENNE Caratteristiche fondamentali di un sistema d antenna Caratterizzazione delle antenne riceventi PRINCIPALI TIPI DI ANTENNE Antenne omnidirezionali Antenna ground plane Antenne caricate Dipolo ripiegato (folded dipole) ANTENNE DIRETTIVE UNIDIREZIONALI Antenna Yagi Antenne collineari e a cortina Antenne a parabola Connettori e adattatori per antenne ANTENNE MIMO (MULTIPLE IN MULTIPLE OUT) ATTENUAZIONE DI UN COLLEGAMENTO RADIO Attenuazione dello spazio libero BILANCIO DI POTENZA (LINK BUDGET) DI UN COLLEGAMENTO RADIO TECNICHE DI MODULAZIONE ANALOGICHE 1. MODELLO DI RIFERIMENTO PER LA TRASMISSIONE IN ALTA FREQUENZA DI UN SEGNALE ANALOGICO TRASMISSIONI RADIO A MODULAZIONE DI AMPIEZZA Modulazione di ampiezza (AM) Trasmettitori AM Metodi per generare la modulazione AM RICEVITORI RADIO SUPERETERODINA Frequenza immagine Tipi di demodulazione Demodulazione di un segnale modulato AM tramite il rivelatore di inviluppo ALTRI TIPI DI MODULAZIONE DI AMPIEZZA Modulazione DSB-SC Modulazione SSB Modulatori DSB-SC e SSB Demodulatori DSB-SC e SSB Modulazione VSB MODULAZIONE DI FREQUENZA Modulatori FM Trasmettitori FM Demodulazione di un segnale FM Circuiti di pre-enfasi e de-enfasi MODULAZIONE DI FASE PRESTAZIONI DELLE MODULAZIONI AM E FM IN PRESENZA DI RUMORE DIGITALIZZAZIONE DEI SEGNALI ANALOGICI 1. VANTAGGI DELLE TECNICHE DIGITALI DIGITALIZZAZIONE DI SEGNALI ANALOGICI

19 XX Manuale Cremonese di ELETTRONICA 2.1. Classificazione e tipi di CODEC Qualità di riproduzione e Mean Opinion Score CODIFICA PCM (PULSE CODE MODULATION) Campionamento e ricostruzione del segnale analogico Codifica (A/D), decodifica (D/A) e quantizzazione uniforme del segnale campionato Compressione e quantizzazione non uniforme DIGITAL SIGNAL PROCESSING Discrete Fourier Transform e Fast Fourier Transform TECNICHE DI MULTIPLAZIONE Multiplazione FDM, Frequency Division Multiplexing Multiplazione TDM, Time Division Multiplexing CARATTERISTICHE GENERALI DEI SISTEMI DIGITALI E DATI 1. MODELLO DI RIFERIMENTO ELEMENTI DI TEORIA DELL INFORMAZIONE Definizioni CAPACITÀ DI CANALE Capacità di un canale in presenza di rumore bianco Legame tra bit rate e velocità di modulazione CODIFICA DI CANALE PER LA PROTEZIONE CONTRO GLI ERRORI Codici a blocco per la rivelazione degli errori Correzione degli errori per ritrasmissione Correzione diretta degli errori (FEC) NOZIONI FONDAMENTALI DI TRASMISSIONE DATI Tipi di trasmissione TECNICHE DI TRASMISSIONE PER SEGNALI DIGITALI 1. TRASMISSIONE DI SEGNALI DIGITALI IN BANDA BASE Modello di riferimento Codici binari Codici pseudoternari AMI, MLT-3, HDB Codici mb-nb Codici multilivello Rigenerazione Jitter Interferenza intersimbolica Diagramma a occhio TECNICHE DI MODULAZIONE PER SISTEMI DIGITALI Caratteristiche generali delle modulazioni digitali Classificazione delle modulazioni digitali Modulazioni di ampiezza ASK e OOK Modulazioni di fase M-PSK Modulazione M-QAM e M-APSK Modulatore I-Q Modulazioni di frequenza Determinazione della probabilità d errore Ponti radio digitali Collegamenti via satellite TECNICHE DI TRASMISSIONE SPREAD SPECTRUM Direct sequence spread spectrum Frequency hopping spread spectrum TECNICHE DI TRASMISSIONE PER SISTEMI A LARGA BANDA OFDM INDICE ANALITICO NOTE PER LA CONSULTAZIONE DEL VOLUME In ciascun capitolo i riferimenti di figure, tabelle, formule ed esempi sono numerati in ordine crescente e sempre preceduti dal numero del capitolo (per es. tab. 42.5, fig. 37.2) I rimandi ad altri capitoli sono preceduti dal simbolo e riportano il numero del capitolo in grassetto. ( )

20 1012 ELETTRONICA incremento e decremento: LOOP, loop se CX non è 0; LOOPE LOOPY, loop se CX non è uguale a 0 e ZF = 1; LOOPNY LOOPNE, loop se CX non è uguale a 0 e ZF = 0; DEC, decremento; INC, incremento Istruzioni di test, confronto e salto A questa categoria appartengono quelle istruzioni di test sui bit e di salto condizionato e non. Alcune istruzioni sono di aritmetica e logica virtuale; per esempio il confronto (CMP) è una sottrazione senza conservazione del risultato. Alcuni esempi di istruzioni di questo tipo sono: CMP, confronto; JA JNBE, salto se superiore; JAE JNB, salto se superiore o uguale; JC, salto se il riporto è 1; JCXY, salto se il registro CX è 0; TEST, test (confronto logico) Istruzioni di shift, rotate e carry Le istruzioni di shift, rotate e carry consentono la moltiplicazione e la divisione per potenze di 2 facendo scorrere i dati contenuti nell accumulatore. I bit spostati con operazione logica all interno di una locazione di memoria assumono lo stato zero. Uno spostamento aritmetico di un bit verso destra opera una divisione per 2 del dato, viceversa uno spostamento aritmetico di un bit verso sinistra equivale a una moltiplicazione per 2. Ecco alcuni esempi di istruzioni: CLC, azzeramento del riporto; RCL, rotazione a sinistra attraverso il riporto; RCR, rotazione a destra attraverso il riporto; ROL, rotazione a sinistra; ROR, rotazione a destra; SAR, shift aritmetico a destra; SAL, shift aritmetico a sinistra Istruzioni di chiamata e ritorno L istruzione di chiamata CALL serve ad attivare una subroutine salvando nello stack i dati necessari che permetteranno in seguito di rientrare con una RET nel programma principale Istruzioni di controllo della CPU A questo gruppo appartengono quelle istruzioni che consentono il controllo del funzionamento della CPU quando lavora singolarmente o in collaborazione con altri processori. Le istruzioni di controllo del microprocessore comprendono: ESC, abbandona; HLT, alt; NOP, nessuna operazione; WAIT, attesa Istruzioni di interrupt In questo gruppo troviamo le istruzioni per la gestione degli interrupt, in particolare si segnala l istruzione INT che può provocare degli interrupt software. Vediamo alcuni esempi: CLI, azzeramento del flag di abilitazione delle interruzioni; INT, interruzione; INTO, interruzione per overflow; IRET, ritorno dall interruzione; STI, set del flag di abilitazione delle interruzioni Gestione delle interruzioni La CPU 8086/8088 può riconoscere fino a un massimo di 256 tipi di interruzioni che possono essere così classificate: interruzioni hardware esterne; interruzioni interne; interruzioni software. Le interruzioni hardware esterne giungono al microprocessore tramite le tre linee NMI (interruzione non mascherabile), INTR (interruzione mascherabile) e RESET. Una richiesta di interruzione avanzata sulla linea NMI non può essere ignorata e pertanto, alla fine dell istruzione in corso di esecuzione, il microprocessore esegue i seguenti passi: salva nell area stack i flag di stato; azzera IF (flag di abilitazione delle interruzioni mascherabili), ciò produce la disabilitazione dell ingresso INTR; resetta il flag di trappola TF e quindi non può lavorare in modo single step; salva nell area stack i contenuti dei registri CS e IP; pone nel registro IP il dato contenuto nella memoria all indirizzo 08 H ; pone nel registro CS il dato contenuto nella memoria all indirizzo 0A H ; genera l indirizzo (a 20 bit) di partenza della routine di servizio usando i contenuti dei registri CS e IP. Gli indirizzi 08 H e 0A H fanno parte di una tabella di indirizzi dedicata alla gestione degli interrupts. La tabella occupa i primi 1024 byte della memoria di sistema dall indirizzo 000 H a 3FF H. L 8086/8088 può così gestire in totale 256 tipi di interruzioni, ognuna individuata da un etichetta da 0 a 255 che rappresenta un indice decrescente del livello di priorità e quindi anche di esecuzione dell istruzione stessa. Se durante l esecuzione di una routine di servizio di un interrupt il microprocessore riceve un ulteriore richiesta, verifica immediatamente il livello di priorità di quest ultima, se è di livello superiore la soddisfa, se invece è di livello inferiore la maschera. Ad ogni tipo di interruzione sono dedicati 4 byte della memoria: i due byte con indirizzi più bassi sono riservati al registro IP i due byte con indirizzi più alti sono invece dedicati al registro CS. Infatti, nel caso di interrupt non mascherabile esaminato precedentemente, le celle di memoria 08 H e 09 H contengono il dato di IP mentre 0A H e 0B H quello di CS. In tab è riportata la tabella dei vettori delle interruzioni dell 8086/8088. I puntatori (o vettori di interruzione) da 0 a 4 sono dedicati alle interruzioni interne e a NMI, da 5 a 31 sono riservati a eventuali nuovi integrati dell Intel, da 32 a 255 sono disponibili per l utente. Una richiesta di interruzione proveniente dall esterno