ISTITUTO ISTRUZIONE SUPERIORE "L. EINAUDI" ALBA ANNO SCOLASTICO 2018/2019

Transcript

1 ISTITUTO ISTRUZIONE SUPERIORE "L. EINAUDI" ALBA ANNO SCOLASTICO 2018/2019 CLASSE 4G Disciplina: TECNOLOGIE E PROGETTAZIONE DI SISTEMI ELETTRICI ED ELETTRONICI Docenti: Odierna Davide Di Conza Michelangelo PROGRAMMA ANNUALE EFFETTIVAMENTE SVOLTO MODULI M 1 M 2 M 3 M 4 M 5 M 6 Ripetizione dei principi di elettrotecnica ed elettronica Componenti a semiconduttore Relè La luce e i dispositivi a semiconduttore Componenti e circuiti di potenza Circuiti per l elaborazione dei segnali MODULO 1 Ripetizione dei principi di elettrotecnica e elettronica - I principi di Kirchhoff: enunciazione, significato, applicazione per l analisi di una rete elettrica, esempi. - Approfondimento del concetto di differenza di potenziali elettrici e di equipotenzialità. - Generatore ideale di tensione e di corrente, caratteristiche tensione-corrente dei generatori. - Caratteristica tensione corrente di un bipolo e/o di una resistenza elettrica. - I segnali: tipi di segnali, segnali digitali, analogici, periodici, aperodioci, la forma d onda, periodo, frequenza. - I segnali sinusoidali: studio e rappresentazione nel tempo della forma d onda sinusoidale, la tensione alternata, la distribuzione di energia elettrica monofase. - Segnale impulsivo o onda quadra: definizione di periodo e di duty cycle. - La legge di carica del condensatore: descrizione del fenomeno e commento ai grafici della tensione e corrente. - La presentazione del risultato di una misurazione o di un calcolo: la notazione scientifica e ingegneristica.

2 - Principio di funzionamento dei generatori di funzione, alimentatori ed oscilloscopio, istruzioni e uso della strumentazione di laboratorio per approntare una sessione di test e misurazione. - la differenza tra il multimetro e l'oscilloscopio, valori misurati e visualizzati; valori istantanei ed andamento in funzione del tempo; la regolazione della scala orizzontale (tempo/div) e verticale (tensione/div) dell'oscilloscopio. - Tecniche e regole di montaggio su breadboard: disposizione ordinata dei componenti, uso delle linee (rails) di alimentazione, organizzazione e razionalizzazione delle connessioni e dei nodi. - Il troubleshooter: tecniche di ricerca guasti di un circuito elettrico e risoluzione dei problemi. - Testo pagg MODULO 2 Componenti a semiconduttore - La struttura atomica del Silicio. - Ripasso dei concetti base di chimica quali il numero atomico, gli elettroni di valenza, i legami covalenti; le bande di energia: conduzione, valenza, proibita. - Il comportamento elettrico dei materiali descritto attraverso le bande di energia: materiale conduttore, isolante, semiconduttore. - Il drogaggio del Silicio: operazione di drogaggio di tipo P o tipo N, nascita di legami covalenti non soddisfatti e conseguente carica elettrica disponibile alla conduzione. - La corrente elettrica in un semiconduttore drogato: concetto di lacuna elettronica e della corrente di lacune, mobilità degli elettroni liberi e delle lacune. - Variazione della resistività con la temperatura. - La giunzione PN: la formazione della barriera di potenziale, le correnti di diffusione e deriva, equilibrio dinamico; la polarizzazione diretta ed inversa; la necessità della presenza di una resistenza di limitazione in serie al diodo. - La caratteristica tensione-corrente del diodo, la relazione matematica, la corrente inversa di saturazione. - Polarizzazione inversa del diodo: breakdown, effetto Zener, effetto valanga. - Diodo Zener: principio di funzionamento e sue applicazioni. - Il diodo come dispositivo unidirezionale per il controllo del passaggio della corrente. - Il raddrizzatore di corrente a singola e doppia semionda con diodi: analisi grafica. - Il transistor BJT: struttura fisica, descrizione dei fenomeni fisici alla base del suo funzionamento mediante animazione web (vedi risorse/materiali). - Polarizzazione del BJT: le 4 polarizzazioni del BJT e i rispettivi funzionamenti, circuiti di polarizzazione. - Equazione fondamentale del BJT: la relazione tra le correnti del BJT, i guadagni α, β e h FE. - Caratteristiche di ingresso e uscita del BJT: descrizione, concetto di famiglia di curve, rilievo delle caratteristiche. - Funzionamento del BJT in ON-OFF: il transistor utilizzato come interruttore comandato. - Il transistor JFET: fisica del dispositivo, commento alle diverse condizioni di funzionamento e alla caratteristica di uscita ottenuta.

3 - Alimentatore stabilizzato: schema di principio, schema a blocchi, analisi e progettazione dei singoli blocchi. - Progetto dell alimentatore stabilizzato, blocco di raddrizzamento: il raddrizzatore a doppia semionda, progetto, realizzazione ed analisi con oscilloscopio. - Alimentatore stabilizzato: blocco di regolazione della tensione mediante LM78XX, lettura del datasheet, scelta del componente idoneo, regole di progetto e dimensionamento. - Alimentatore stabilizzato, progetto del blocco di uscita a tensione variabile mediante LM317: lettura del datasheet, scelta del componente, regole di progetto e dimensionamento. - Progetto di un generatore di onda quadra a frequenza desiderata mediante uso di NE555: caratteristiche del NE555, schema di connessione, datasheet, regole di progetto per un multivibratore astabile, dimensionamento dei componenti per ottenere la frequenza desiderata. - Progetto di un generatore di onda quadra mediante uso di NE555 con duty cycle variabile: realizzazione, determinazione e misurazione del duty cycle desiderato. - Progetto di circuiti di comando con Transistor BJT utilizzato come interruttore: regole di dimensionamento dei componenti del circuito di polarizzazione (comando), controllo dei risultati ottenuti. - BJT in funzionamento ON-OFF: realizzazione di un circuito di interfaccia tra porte logiche TTL (o circuiti digitali in genere) e relè per il loro corretto comando. - Generatore di onda quadra: realizzazione del multivibratore astabile mediante una coppia di BJT, commento al circuito, regole di progetto e dimensionamento dei componenti affinché il multivibratore vada in oscillazione e alla frequenza desiderata. - Testo pagg Animazione esplicativa del funzionamento del BJT reperibile all indirizzo:

4 MODULO 3 Relè - I Relè: introduzione, generalità dei relè, campo di utilizzo, simboli elettrici. - I Relè: i relè con contatti di chiusura ritardati alla chiusura o apertura, simboli elettrici, funzionalità, analisi temporale. - Il Relè multifunzione Finder 80.11: lettura e commento della scheda tecnica del dispositivo, analisi funzionale e temporale.. - Norme tecniche di disegno elettrico: simboli dei pulsanti, interruttori e bobine di relè anche temporizzati.. - La nomenclatura dei morsetti di connessione dei relè secondo le norme CEI. - Realizzazione di un circuito temporizzato tipo "luci scale", mediante relè temporizzato Finder Realizzazione di altre funzioni mediante circuiti con Finder Schede tecniche della Finder. - Dispense su norme CEI reperibili su internet. MODULO 4 La luce e i dispositivi a semiconduttore - Introduzione al concetto di emissione elettromagnetica: la teorie delle onde, le onde sonore (meccaniche) e la radiazione luminosa. - Spettro di una emissione elettromagnetica: concetto di singoli toni, righe spettrali e di spettro continuo; banda passante di un sistema. - Le leggi dell ottica: raggio luminoso, riflessione, rifrazione, l'indice di rifrazione relativo ed assoluto; calcolo dell'angolo di rifrazione e di quello di incidenza limite. - Polarizzazione della luce: concetto di luce polarizzata, esempi di campi di impiego di luce polarizzata. - Grandezze fotometriche: definizione, utilizzo. - Dispositivi fotoelettrici: interazione tra radiazione luminosa e dispositivi fotoelettrici, la nascita di fenomeni di natura elettrica, il meccanismo di generazione di carica elettrica. - Fotoresistori: principio di funzionamento, caratteristiche fisiche ed elettriche, parametri caratteristici. - Fotodiodi e fototransistor: principio di funzionamento, caratteristiche fisiche ed elettriche, parametri caratteristici. - LED e display: principio di funzionamento, caratteristiche fisiche ed elettriche, parametri caratteristici. - Accoppiatori ottici: principio di funzionamento, caratteristiche fisiche ed elettriche, parametri caratteristici.

5 - Testo pagg MODULO 5 Componenti e circuiti di potenza - Introduzione alla regolazione di potenza: funzione, importanza. - La regolazione di potenza con reostato o con diodo, la parzializzazione della tensione sul carico. - Regolazione di potenza in corrente alternata e continua mediante parzializzazione dell intervallo di conduzione. - Il transistor come interruttore di potenza. - il tiristore SCR: struttura fisica, caratteristica tensione corrente del SCR, condizioni di innesco, la caratteristica di innesco, tempo di turn-on e turn-off, potenza dissipata, innesco indesiderato. - TRIAC, DIAC e GTO: funzionamento, caratteristiche I-V - La regolazione in corrente alternata: regolazione a controllo di fase, a zero di tensione, confronto, differenze, circuiti per la regolazione mediante TRIAC e DIAC. - La regolazione in corrente continua: regolazione mediante modulazione PWM, principio di funzionamento e schema di circuito. - La dissipazione di potenza nei dispositivi elettronici: concetto di resistenza termica ed analogia elettrica, la propagazione del calore dal dispositivo all'ambiente, elementi e termini che determinano l'entità della resistenza termica; analisi termica di un dispositivo; i dissipatori di calore. - Determinazione della resistenza termica di un TRIAC dall'analisi del suo datasheet, per il calcolo della potenza da dissipare e della temperatura massima del dispositivo. - Progetto del circuito di regolazione della intensità luminosa mediante TRIAC: disegno e simulazione mediante strumento Multisim, successiva realizzazione pratica. - Testo pagg Strumento di disegno e progetto di circuiti elettrici/elettronici Multisim.

6 MODULO 6 Circuiti per l elaborazione dei segnali - Introduzione ai circuiti per l elaborazione dei segnali. - Il quadripolo: concetto di quadripolo, parametri caratteristici, transcaratteristiche, circuito equivalente. - Amplificatore: concetto di amplificatore, amplificatore di tensione o corrente, guadagno, resistenza di ingresso e di uscita, circuito (quadripolo) equivalente. - Amplificatore operazionale e comparatore: principi di funzionamento e confronto. - Studio dell amplificatore operazionale: l amplificatore differenziale, CMRR, amplificatore operazionale ideale e reale. - Il concetto di decibel e grandezze fisiche espresse in decibel, esempio della pressione acustica; espressione del CMRR in decibel. - Il datasheet dell amplificatore operazionale: introduzione e cenni ad alcuni importanti parametri caratteristici. - Progetto di un circuito comparatore mediante amplificatore operazionale: regole di progetto e dimensionamento. - Progetto di un interruttore crepuscolare mediante fotoresistore e operazionale: dimensionamento dei componenti per ottenere la sensibilità voluta o a sensibilità regolabile. - Progetto di un segnale in modulazione PWM mediante generatore di onda triangolare e comparatore. - Testo pagg