PROGRAMMAZIONE MODULARE DI ELETTRONICA A.S. 2014/2015

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1 REPUBBLICA ITALIANA ISTITUTO TECNICO INDUSTRIALE MINERARIO STATALE GIORGIO ASPRONI VIA ROMA, IGLESIAS / PROGRAMMAZIONE MODULARE DI ELETTRONICA A.S. 2014/2015 Docenti: Proff. Moi Bruno Fois Fabio Classe 5 a Elettronica ed Elettrotecnica La seguente programmazione è stata formulata per la classe 5 a Elettronici dell Istituto Tecnico Industriale G. Asproni di Iglesias, composta da 13 allievi. La programmazione è stata effettuata su una base di 204 ore, tenendo conto che nel corrente anno scolastico si dispone di un totale di 204 giorni di lezione, che corrispondono a 33 settimane. Il programma è stato suddiviso in sette moduli, ciascuno delle quali è a sua volta suddiviso in un certo numero di unità didattiche in funzione dell entità dei contenuti. Per ciascun modulo viene indicata anche la presunta durata temporale, che deve intendersi comprensiva dei tempi necessari alla erogazione dei contenuti, all attività didattica collaterale in laboratorio ed alle verifiche. Appare doveroso precisare che tali indicazioni, riguardanti i tempi di svolgimento, non possono assumere carattere definitivo, dal momento che i tempi di attuazione sono legati a fattori imponderabili, come i tempi di apprendimento del gruppo classe od eventi inaspettati che possano modificare il regolare svolgimento dell attività didattica. Durante lo svolgimento del corso lo studente dovrà raggiungere i seguenti obiettivi: - Conoscenza dei concetti di base dell elettrotecnica; - Saper utilizzare le principali leggi, principi e metodi per analizzare il comportamento di circuiti elettrici di media difficoltà, sia in corrente continua che in corrente alternata; - Conoscere le principali leggi che regolano il funzionamento dei condensatori e dell elettromagnetismo; - Capacità di leggere e utilizzare i dati tecnici associati ai componenti; - Capacità di dimensionare piccoli sistemi elettrici ed elettronici e di produrre la documentazione relativa; - Conoscere le proprietà dei semiconduttori ed il funzionamento della giunzione p-n; - Conoscere il funzionamento del transistor e saper dimensionare la rete di polarizzazione adatta. - Conoscere le proprietà ed il funzionamento dell amplificatore operazionale e delle sue principali applicazioni lineari e non lineari. - Conoscere il principio di funzionamento del trasformatore e dell alternatore.

2 - Utilizzare la strumentazione di laboratorio e di settore e applicare i metodi di misura per effettuare verifiche, controlli e collaudi; - Redigere relazioni tecniche e documentare le attività individuali e di gruppo effettuate nel corso delle attività pratiche; Momento importante dell attività didattica sarà quello della valutazione del lavoro degli alunni. La verifica ha lo scopo sia di accertare il raggiungimento degli obiettivi prefissati e quindi classificare lo studente, sia per controllare l adeguatezza dei metodi, delle tecniche e degli strumenti didattici e assumere informazioni sul rapporto insegnamento-apprendimento, per modificarlo secondo le esigenze. La valutazione verrà effettuata sia attraverso prove oggettive scritte (domande a risposta chiusa, problemi brevi, relazioni...) che attraverso verifiche orali. Nella valutazione si terrà conto della conoscenza degli argomenti trattati, delle capacità espositive e delle capacità di rielaborazione personale. La valutazione formativa durante lo svolgimento delle varie attività didattiche servirà per impostare il recupero in itinere o per personalizzare l insegnamento; quella sommativa verrà effettuata alla fine dell unità didattica utilizzando strumenti differenti utili per accertare il raggiungimento dei differenti obiettivi prefissati. A fine periodo si terrà inoltre conto dell impegno, della partecipazione e dei miglioramenti successivi rispetto al livello di partenza. A fine anno scolastico si verificherà se il livello raggiunto è adeguato al livello minimo indispensabile per frequentare la classe successiva. Tutta l attività verrà svolta con l ausilio del libro di testo, e di strumenti didattici specifici presenti nella scuola (laboratorio di elettronica, data sheet, riviste dedicate, materiale audiovisivo, ecc.). Saranno inoltre effettuate attività pratiche ed esercitazioni di laboratorio; gli allievi lavoreranno inoltre all analisi testuale su materiale ausiliario fornitogli sulle tematiche più attuali, tali lavori potranno essere realizzati quali attività di gruppo. In attinenza con la programmazione del consiglio di classe gli allievi seguiranno una opportuna preparazione in riferimento alle attività sul campo individuate o alle eventuali visite guidate e viaggi di istruzione. MODULO N 1 L amplificatore operazionale Conoscere le proprietà e le caratteristiche di funzionamento dell amplificatore operazionale. Capire quali sono i limiti del funzionamento dell amplificatore operazionale reale. UD1- Definizione e parametri caratteristici. Differenze tra i parametri degli amplificatori operazionali ideali e reali. Funzionamento dell amplificatore operazionale ad anello aperto ed in retroazione negativa.

3 UD2- Corrente di polarizzazione di ingresso, corrente di offset, tensione di offset di ingresso, resistenza di ingresso, CMRR, risposta in frequenza, slew rate, tempo di salita e rumore. Tempo d attuazione: Settembre Ottobre (36 ore) MODULO N 2 Applicazioni lineari dell amplificatore operazionale Capire la differenza tra il funzionamento dell amplificatore operazionale in anello aperto ed in retroazione. Saper ricavare la tensione in uscita dei principali circuiti applicativi, lineari e non lineari, e saper commentare adeguatamente i risultati. UD1- Amplificatore invertente, sommatore invertente, amplificatore non invertente, inseguitore di tensione, sommatore non invertente. L amplificatore differenziale. UD2- Il convertitore corrente - tensione e tensione-corrente con carico flottante e con carico riferito a massa. L amplificatore di corrente controllato in corrente. Tempo d attuazione: Ottobre Novembre - Dicembre (40 ore)

4 MODULO N 3 Applicazioni non lineari dell amplificatore operazionale Saper studiare il comportamento di alcune applicazioni non lineari dell amplificatore operazionale, con determinazione della tensione in uscita e capacità di commento dei risultati. Capire il significato di circuito comparatore. Saper ricavare la caratteristica di uscita dei comparatori in anello aperto e del comparatore ad isteresi. UD1 - Circuito integratore ideale e reale. Circuito derivatore ideale e reale. UD2 - Raddrizzatori di precisione ad una semionda: raddrizzatore con un diodo e raddrizzatore invertente con due diodi. Raddrizzatore di precisione a doppia semionda. Circuiti limitatori di precisione: limitatore ad un livello con diodo Zener e limitatore con utilizzo di due diodi e una tensione di riferimento. Limitatore di precisione a due livelli. UD 3 - Comparatori di livello zero e di livello diverso da zero. Comparatori ad isteresi (Trigger di Schmitt): con caratteristica simmetrica e con caratteristica dissimmetrica rispetto all origine. La limitazione dell escursione della tensione di uscita mediante l utilizzo di uno o più diodi Zener. Il comparatore a finestra. Tempo d attuazione: Dicembre Gennaio (36 ore) MODULO N 4 Gli oscillatori Conoscere il concetto di oscillatore e di retroazione positiva. Saper progettare i componenti di un oscillatore in funzione delle prestazioni richieste. Conoscere e saper commentare il funzionamento del Timer 555 e il suo utilizzo come circuito instabile e monostabile. Saper utilizzare le conoscenze acquisite sull amplificatore operazionale e sulle sue applicazioni per studiare e commentare il funzionamento del generatore di funzioni.

5 UD1 - Definizione di oscillatore. La retroazione positiva. Le condizioni per il funzionamento a regime e per l innesco dell oscillazione. UD2 - L oscillatore a ponte di Wien. L oscillatore a sfasamento. L oscillatore a doppio T, Colpitts, Clapp e l oscillatore Hartley. L oscillatore a onda quadra. UD3 - Funzionamento del Timer 555. Il Timer 555 come oscillatore: funzionamento come astabile e come oscillatore controllato in tensione (VCO). Il Timer 555 in configurazione monostabile. UD5 - I generatori di funzioni: il principio del generatore di funzioni, il comparatore invertente con isteresi, integratore e anello di reazione, i segnali di uscita Tempo d attuazione: Gennaio - Febbraio (32 ore) MODULO N 5 I filtri attivi Capire la differenza tra filtro passivo e attivo. Saper interpretare le diverse curve di risposta dei filtri attivi. Conoscere il funzionamento dei filtri Sallen Key e la relazione tra ordine del filtro e selettività. UD1- Definizione di filtro attivo. Risposta in frequenza del filtro passa basso, del filtro passa alto, del filtro passa banda e del filtro elimina banda. Il fattore di qualità del filtro passa banda. UD2- Caratteristiche delle risposte dei filtri: Butterwort, Chebyshev, Bessel. Il fattore di smorzamento, la frequenza di taglio e il valore della pendenza. UD3 - Il filtro passa basso a polo singolo. Il filtro passa basso Sallen Key. Il collegamento in cascata di più filtri passa basso per ottenere pendenze più elevate. Il filtro passa alto a polo singolo. Il filtro passa alto Sallen Key. Il collegamento in cascata dei filtri passa alto. Il collegamento in cascata di un filtro passa basso e di un filtro passa alto per realizzare un filtro passa banda. Il filtro attivo passa banda a reazione multipla.

6 Tempo d attuazione: Marzo (12 ore) Laboratorio: Rilievo dell andamento del guadagno in funzione della frequenza di alcuni circuiti filtranti realizzati con componenti discreti. MODULO N 6 Trasformatori Capire il principio di funzionamento del trasformatore e la funzione svolta dalla macchina in un circuito applicativo in bassa, media o alta tensione. Interpretare i principi che rendono differente il trasformatore reale da quello ideale. Capire quali ragionamenti consentono la costruzione del circuito equivalente. Conoscere e saper interpretare i parametri caratteristici che definiscono il funzionamento dei trasformatori. UD1- Generalità e classificazione dei trasformatori. Il trasformatore monofase. Trasformatore ideale a vuoto. Relazione di fase tra primario e secondario e funzionamento a vuoto. UD2- Trasformatore ideale sotto carico. Potenze. Trasformazione delle impedenze. UD3- Circuito equivalente di un trasformatore reale. Avvolgimenti non ideali. Flusso concatenato non ideale. Perdite nel ferro e riluttanza. Costruzione del circuito equivalente. Funzionamento a vuoto e sotto carico di un trasformatore reale. Parametri caratteristici di un trasformatore. Dati di targa. Perdite e rendimento. Verifiche: prove scritte con esercizi numerici, verifica orale. Tempo d attuazione: Aprile - Maggio (32 ore)

7 MODULO N 7 Macchine elettriche a corrente alternata Conoscere principio di funzionamento delle macchine elettriche e capire la differenza tra macchine sincrone e asincrone. UD1- Principio di funzionamento della macchine elettriche. Classificazione delle macchine elettriche. Rotazione sincrona e asincrona. Campo magnetico rotante. UD2- Alternatori sincroni. Generatori asincroni. Principio di funzionamento di un alternatore. Alternatore monofase e trifase. Funzionamento a vuoto e sotto carico di un alternatore trifase. Verifiche: prove scritte con esercizi numerici, verifica orale. Tempo d attuazione: Maggio (16 ore) I DOCENTI: Ing. Bruno Moi Prof. Fois Fabio

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