Sommario CAPITOLO 1 CAPITOLO 2. iii. Le grandezze elettriche I componenti circuitali... 29

Transcript

1 Sommario CAPITOLO 1 Le grandezze elettriche Progetto proposto Regolatore di flusso I primordi delle scienze elettriche Circuiti elettrici e corrente Sistemi di unità di misura Tensione Potenza ed energia Voltmetri e amperometri Analisi e progetto di circuiti Esempio di verifica Soluzione del progetto proposto Regolatore di flusso Riepilogo Problemi Esercizi di verifica Semplici progetti CAPITOLO 2 I componenti circuitali Progetto proposto - Sensore di temperatura Thomas A. Edison Il primo ingegnere elettrico Ingegneria e modelli lineari Componenti circuitali attivi e passivi Resistori Generatori indipendenti Voltmetri e amperometri Generatori pilotati Trasduttori Interruttori Esempio di verifica Soluzione del progetto proposto Sensore di temperatura Riepilogo Problemi Esercizi di verifica Semplici progetti iii

2 iv Sommario CAPITOLO 3 Circuiti resistivi Progetto proposto Generatore di tensione regolabile Storiche applicazioni dei circuiti elettrici Leggi di Kirchhoff Circuiti con una sola maglia Il partitore di tensione Resistori in parallelo Il partitore di corrente Generatori di tensione in serie e generatori di corrente in parallelo Analisi circuitale Analisi di circuiti resistivi con MATLAB Esempio di verifica Soluzione del progetto proposto Generatore di tensione regolabile Esempio di progetto Il partitore di tensione Riepilogo Problemi Esercizi di verifica Semplici progetti CAPITOLO 4 Metodi di analisi di circuiti resistivi Progetto proposto Indicatore d angolo di un potenziometro Circuiti elettrici per le telecomunicazioni Analisi nodale di circuiti con generatori di corrente Analisi nodale di circuiti con generatori di corrente e di tensione Analisi nodale di circuiti con generatori pilotati Analisi agli anelli con generatori di tensione Analisi agli anelli con generatori di corrente Confronto tra l analisi nodale e l analisi agli anelli Analisi in dc con SPICE Analisi in dc con MATLAB Esempi di verifica Soluzione del progetto proposto Indicatore d angolo di un potenziometro Riepilogo Problemi Problemi con SPICE Esercizi di verifica Semplici progetti CAPITOLO 5 Teoremi relativi ai circuiti Progetto proposto Ponte estensimetrico L energia elettrica per uso urbano Trasformazione dei generatori Principio di sovrapposizione Teorema di Thévenin

3 Sommario v 5-6 Teorema di Norton Massimo trasferimento di potenza Uso avanzato di SPICE nell analisi dc Uso di MATLAB per il calcolo del bipolo equivalente di Thévenin Esempio di verifica Soluzione del progetto proposto Ponte estensimetrico Riepilogo Problemi Problemi con SPICE Esercizi di verifica Semplici progetti CAPITOLO 6 Amplificatori operazionali Progetto proposto Circuito di interfaccia per un trasduttore L elettronica L amplificatore operazionale L amplificatore operazionale ideale L analisi nodale di circuiti contenenti amplificatori operazionali ideali Progettare utilizzando gli amplificatori operazionali Caratteristiche degli amplificatori operazionali reali L amplificatore operazionale e SPICE L analisi di circuiti di op-amp con MATLAB Esempio di verifica Soluzione del progetto proposto Circuito di interfaccia per un trasduttore Riepilogo Problemi Problemi con SPICE Esercizi di verifica Semplici progetti CAPITOLO 7 Componenti dinamici Progetto proposto Integratore e interruttore Dispositivi in grado di immagazzinare energia Condensatori Energia immagazzinata in un condensatore Condensatori in serie e in parallelo Induttori Energia immagazzinata in un induttore Induttori in serie e in parallelo Le condizioni iniziali nei circuiti con interruttori L amplificatore operazionale e i circuiti RC Uso di MATLAB per tracciare i grafici di tensione e corrente in condensatori e induttori

4 vi Sommario 7-12 Esempio di verifica Soluzione del progetto proposto Integratore e interruttore Riepilogo Problemi Esercizi di verifica Semplici progetti CAPITOLO 8 Circuiti dinamici del primo ordine Progetto proposto Computer e stampante Segnali e comunicazioni Circuiti dinamici del primo ordine con ingressi costanti Circuiti con commutazioni successive Stabilità nei circuiti del primo ordine Il gradino unitario Risposta di un circuito del primo ordine un ingresso qualsiasi Calcolo operatoriale La risposta completa con SPICE Esempi di verifica Soluzione del progetto proposto Computer e stampante Riepilogo Problemi Problemi con SPICE Esercizi di verifica Semplici progetti CAPITOLO 9 La risposta completa dei circuiti RLC (circuiti del secondo ordine) Progetto proposto Dispositivo di accensione per l airbag dell automobile Telecomunicazioni e sistemi di potenza Equazione differenziale per circuiti con due elementi dinamici Soluzione dell equazione differenziale del secondo ordine la risposta libera Risposta libera del circuito autonomo RLC parallelo Risposta libera del circuito autonomo RLC parallelo nel caso di smorzamento critico Risposta libera del circuito autonomo RLC parallelo sottosmorzato Risposta forzata di un circuito RLC Risposta completa di un circuito RLC Analisi dei circuiti mediante le variabili di stato Frequenze naturali nel piano complesso Analisi del circuito RLC con SPICE Esempio di verifica Soluzione del progetto proposto Dispositivo di accensione per l airbag dell automobile

5 Sommario vii 9-15 Riepilogo Problemi Problemi con SPICE Esercizi di verifica Semplici progetti CAPITOLO 10 Analisi in regime sinusoidale Progetto proposto Circuito con amplificatore operazionale La corrente alternata diventa uno standard Generatori sinusoidali Risposta a regime di un circuito RL a una forzante sinusoidale La funzione esponenziale complessa Il concetto di fasore Relazioni fasoriali per i bipoli R, L e C Impedenza e ammettenza Le leggi di Kirchhoff con i fasori L analisi nodale e agli anelli con i fasori Principio di sovrapposizione, bipoli equivalenti di Thevénin e Norton e trasformazione dei generatori Diagrammi fasoriali L analisi in regime sinusoidale con SPICE L analisi fasoriale e l amplificatore operazionale Uso di MATLAB per l analisi in regime sinusoidale Esempi di verifica Soluzione del progetto proposto Circuito con amplificatore operazionale Riepilogo Problemi Problemi con SPICE Esercizi di verifica Semplici progetti CAPITOLO 11 Potenza in regime sinusoidale Progetto proposto Massimo trasferimento di potenza Potenza elettrica Potenza istantanea e potenza media Valore efficace di una forma d onda periodica Potenza complessa Fattore di potenza Il principio di sovrapposizione delle potenze Il teorema del massimo trasferimento di potenza Induttori accoppiati Il trasformatore ideale Analisi con SPICE di circuiti contenenti trasformatori Esempio di verifica

6 viii Sommario Soluzione del progetto proposto Massimo trasferimento di potenza Riepilogo Problemi Problemi con SPICE Esercizi di verifica Semplici progetti CAPITOLO 12 Circuiti trifase Progetto proposto Rifasamento Tesla e i circuiti polifase Le tensioni nei circuiti trifase Circuiti con generatori e carichi collegati a stella (Y-Y) Circuiti con generatori e carichi collegati a triangolo ( - ) Circuiti con generatori a stella e carichi a triangolo (Y- ) Circuiti trifase bilanciati Potenza istantanea e potenza media in un carico trifase bilanciato Misura della potenza con il metodo dei due wattmetri Analisi con SPICE di circuiti trifase bilanciati Esempi di verifica Soluzione del progetto proposto Rifasamento Riepilogo Problemi Problemi con SPICE Esercizi di verifica Semplici progetti CAPITOLO 13 Risposta in frequenza Progetto proposto Sintonizzatore radio Sistemi elettronici di comunicazione Guadagno, sfasamento e funzione di rete Diagrammi di Bode Circuiti risonanti Risposta in frequenza di un amplificatore operazionale Risposta in frequenza con SPICE Diagrammi di Bode con MATLAB Esempi di verifica Soluzione del progetto proposto Sintonizzatore radio Riepilogo Problemi Problemi con SPICE Esercizi di verifica Semplici progetti

7 Sommario ix CAPITOLO 14 La trasformata di Laplace Progetto proposto Apertura del portello di carico dello Space Shuttle Comunicazione e automazione Trasformata di Laplace La funzione impulso e la proprietà di traslazione nel dominio del tempo Antitrasformata di Laplace Teoremi del valore iniziale e del valore finale Risoluzione delle equazioni differenziali che descrivono un circuito Impedenze e condizioni iniziali nell analisi dei circuiti Funzione di rete e impedenza Teorema di convoluzione Stabilità Sviluppo in frazioni parziali con MATLAB Esempi di verifica Soluzione del progetto proposto Apertura del portello di carico dello Space Shuttle Riepilogo Problemi Problemi con SPICE Esercizi di verifica Semplici progetti CAPITOLO 15 Serie di Fourier e trasformata di Fourier Progetto proposto Alimentatore in dc Canali di trasmissione La serie di Fourier Simmetria di una funzione f(t) Forma esponenziale della serie di Fourier Spettro di Fourier La serie di Fourier troncata Applicazione ai circuiti della serie di Fourier La trasformata di Fourier Proprietà della trasformata di Fourier Spettro di un segnale Convoluzione e risposta di un circuito La trasformata di Fourier e la trasformata di Laplace Calcolo mediante SPICE della serie di Fourier di una forma d onda Esempio di verifica Soluzione del progetto proposto Alimentatore in dc Riepilogo Problemi Problemi con SPICE Esercizi di verifica Semplici progetti

8 x Sommario CAPITOLO 16 Filtri Progetto proposto Filtro anti-aliasing Il filtro elettrico Filtri Filtri del secondo ordine Filtri di ordine elevato Simulazione di filtri con SPICE Esempi di verifica Soluzione del progetto proposto Filtro anti-aliasing Riepilogo Problemi Problemi con SPICE Esercizi di verifica Semplici progetti CAPITOLO 17 Doppi bipoli Progetto proposto Amplificatore a transistore Amplificatori e filtri Doppi bipoli Trasformazione T- ß e doppi bipoli a tre terminali Formulazioni dei doppi bipoli Parametri Z e Y di un doppio bipolo contenente generatori pilotati Parametri delle formulazioni ibride e di trasmissione diretta Relazioni tra i parametri delle diverse formulazioni dei doppi bipoli Collegamento di doppi bipoli Uso di SPICE per il calcolo dei parametri di un doppio bipolo Esempio di verifica Soluzione del progetto proposto Amplificatore a transistore Riepilogo Problemi Problemi con SPICE Esercizi di verifica Semplici progetti APPENDICE A MATRICI, DETERMINANTI E REGOLA DI CRAMER APPENDICE B NUMERI COMPLESSI APPENDICE C FORMULE TRIGONOMETRICHE APPENDICE D FORMULA DI EULERO APPENDICE E CODICE A COLORI PER I RESISTORI APPENDICE F LA SIMULAZIONE CIRCUITALE: SPICE BIBLIOGRAFIA INDICE ANALITICO