Il modello circuitale (4) Circuiti direzionali e non direzionali I modelli circuitali possono essere distinti in due classi, a seconda della natura del sistema di equazioni e della tecnica di soluzione: 1) Circuiti non direzionali La direzio direzione ne degli scam scambi bi fra compon componenti enti è indeterm indeterminata inata e non non è stabilito stabilito un preciso rapporto di causa-effetto fra le variabili di interfaccia, che in generale dipendono da tutti i componenti del circuito. La tecnica di soluzione calcola congiuntamente tutte le variabili di interfaccia. interfaccia.
2) Circuiti (uni-)direzionali (uni-)direzionali La direzione direzione degli scambi scambi fra componenti è stabilita a priori, il funzionamento dei vari blocchi blocchi è disaccoppiato, la tecnica di soluzione calcola sequenzialmente sequenzialmente le variabili variabili di interfaccia. interfaccia.
Segnali a tempo discreto
Variabili di interfaccia (segnali) a tempo discreto Sono funzioni di variabili indipendenti a valori discreti (usualmente il “tempo”). - hanno un un valore valore solo per per istanti istanti discreti discreti n; - usualmente sono a valori reali, reali, limitate limitate e continue; - per estensi estensione one si conside considerano rano anche anche a valori valori compless complessi, i, e/o non non limitate limitate..
sequenze di numeri
Circuiti analogici e a tempo discreto Circuiti analogici Sono circuiti le cui variabili di interfaccia sono analogiche e le relazioni costitutive dei componenti sono a tempo continuo. Di grande interesse sono: i circuiti elettrici a costanti concentrate (analogici e non direzionali)
Circuiti a tempo discreto Sono circuiti le cui variabili di interfaccia sono a tempo discreto e le relazioni costitutive dei componenti sono a tempo discreto. Di grande interesse sono: circuiti a tempo discreto digitali (a tempo discreto e uni-direzionali)
Parte 3 Introduzione all’Analisi Circuitale
Parte 4 Analisi di Circuiti Senza Memoria
Parte 5 Caratterizzazione Esterna
Caratterizzazione Esterna
Poiché la complessità dell’analisi circuitale è non è linearmente proporzionale al numero dei rami ma ad una sua potenza, è importante analizzare parti del circuito separatamente e poi studiare la connessione delle varie parti. parti del circuito à sottocircuiti accessibili da alcune porte elettriche
si studieranno i seguenti casi: 1) reti ad una e due porte connesse a circuiti noti (teorema di sostituzione); 2) reti ad una e due porte connesse a circuiti generici. (CARATTERIZZAZIONE (CARATTERIZZAZION E DI SOTTOCIRCUITI) SOTTOCIRCUITI)
Parte 6
Trasformazioni Circuitali
Trasformazioni Circuitali
Nella Teoria dei Circuiti sono state introdotte numerose trasformazioni trasformazioni circuitali anche complesse. In questa parte si intende fornire una breve panoramica di alcune semplici trasformazioni trasformazioni per elementi ad una ed a due porte, bilanciati e sbilanciati. Le trasformazioni vengono proposte in reti senza memoria, ma possono essere generalizzate generalizzate anche al caso di reti con memoria, sotto opportune condizioni. Gli schemi proposti possono essere anche utilizzati come esercizi di verifica verifica con soluzione. soluzione.
Insegnamento di ELETTROTECNICA (1)
- doce docen nte prof rof. Fran France cesc sco o Piaz Piazza za (ING-IND 31, Elettrotecnica) - obbligato obbligatorio rio per tutta tutta l’Ingegne l’Ingegneria ria dell’Inf dell’Informa ormazione zione - 6 CFU - prer prereq equi uisi siti ti:: calcolo matriciale, calcolo differenziale ed integrale, numeri complessi e vettori, concetti fisici di base
Insegnamento di ELETTROTECNICA (2)
- posi posizi zion onee 1’ 1’ anno anno,, 3’ 3’ cicl ciclo o bre breve ve (per tutti i Corsi di Laurea)
problemi Non sono disponibili nozioni sui fenomeni elettromagnetici , a causa della assenza (o del ridimensionamento) ridimensionamento) del corso di Fisica II.
L’insegnamento di Fondamenti di Elettromagnetismo si tiene in completamente completamente in parallelo a questo corso.
Insegnamento di ELETTROTECNICA (3)
Obiettivo Generale Introduzione ai concetti ed agli strumenti di base della Teoria dei Circuiti, con particolare riferimento ai circuiti elettrici a costanti concentrate, lineari e stazionari. Comprende i seguenti argomenti : 1) Metodi di analisi di circuiti e di loro parti; 2) Studio della risposta in transitorio; transitorio; 3) Studio della risposta a regime; 4) Studio di alcuni circuiti di particolare interesse.
Insegnamento di ELETTROTECNICA (4)
Competenze Concetti di base della teoria dei circuiti a tempo continuo. Capacità di analizzare il comportamento comportamento di semplici reti reti elettriche elettriche passive, attive, con e senza s enza memoria, sia in transitorio che a regime sinusoidale.
Atti At tivi vità tà del del Cors Corso o 1) Lezioni ed Esercitazioni come da orario; 2) Prove scritte di verifica v erifica (ad autovalut autovalutazio azione ne e/o con valutazi valutazione one del docente) docente)
Insegnamento di ELETTROTECNICA (5)
Testi di riferimento riferimento 1) "Fondamenti di Elettrotecnica", G. Martinelli e M. Salerno, 2’ edizione edizione,, Vol. I e II, Sidere Sidereaa 1996. (eventualmente “Circuiti Elettrici”, C.K. Alexander, M.N.O. Sadiku, McGraw Hill)
Suppo Supporti rti didat didattic ticii 1) copia del materia materiale le di supporto supporto alle lezioni lezioni (attenzi (att enzione! one! non cost costituis ituiscono cono una dispensa) dispensa) 2) sito web http://www.laureaelettronica. http://www.laureaelettronica.ing.univpm.it ing.univpm.it (occorre registrarsi registrarsi con il proprio nome e cognome!)
Insegnamento di ELETTROTECNICA (6)
Moda Modali lità tà d’es d’esam amee L'esame si divide in una prova pratica di analisi circuitale ed in una verifica della preparazione teorica. La prova pratica consiste nell’analisi di uno o più circuiti elettrici, elettrici, a regime regime e in transitorio. transitorio. La prova di verifica verifica teorica, consiste consiste in domande (a (a cui rispondere rispondere per iscritto iscritto e, quando necessario, anche oralmente) sugli argomenti del programma. Nel corso delle lezioni sono previste 2 prove scritte parziali. Gli studenti che avranno superato entrambe positivamente potranno verbalizzare il voto complessivo ottenuto.
Parte 1 Introduzione alla Teoria dei Circuiti
Insegnamento di Elettrotecnica Elettrotecnica (Ele+Tele+Infa+Bio)
La Teoria dei Circuiti
Teoria dei Circuiti Si occupa essenzialmente essenzialmente della definizione, dell’analisi e della sintesi dei circuiti in senso lato. In questo ambito i circuiti “elettrici a costanti concentrate ” hanno hanno una rileva rilevanza nza particolare (anche storicamente). storicamente).
L’idea L’idea di circuito circuito è un concetto concetto primitivo, primitivo, indipende indipendente nte dalla dalla natura dei sistemi elettrici o non elettrici; esso discende dalla naturale tendenza della mente umana a dividere problemi complessi complessi in un insieme insieme di sottoprobl sottoproblemi emi più piccoli piccoli e più facilmente comprensibili. comprensibili.
Il modello circuitale (1) Definizione di Circuito Un circuito circuito è costituit costituito o da un insiem insiemee di componenti (detti anche elementi, o blocchi o dispositivi), appartenenti ad un insieme noto di tipi, collegati fra loro attraverso dei collegamenti (detti anche morsetti, o fili o conduttori). ELEMENTI CIRCUITALI (componenti, dispositivi) dispositivi)
FILI DI COLLEGAMENTO (conduttori, morsetti)
Il modello circuitale (2) Definizione di Componente Elemento circuitale caratterizzato caratterizzato da un particolare insieme di morsetti (di ingresso/uscita) e da un opportuno insieme di equazioni fra le variabili di interfaccia (relazioni costitutive) dipendenti da un numero finito di costanti numeriche (parametri circuitali del componente). Terminale Terminale etichettato (morsetto) 1
z - 3x + 2y = 0 y - 0.5x – log(z) = 0
x
3
z 2
y
Variabile di interfaccia
Il modello circuitale (3)
Definizione di Collegamento Un arco orientato o non orientato che collega fra loro i morsetti dei componenti circuitali. Esso impone sempre sia l’omo l’omogen geneit eitàà (stess (stessaa uni unità tà di misur misura) a) che la conti continui nuità tà (stess (stesso o valore) alle variabili di interfaccia in corrispondenza dei morsetti. Costituisce quindi una equazione di vincolo.
1) L’insieme dei collegamenti di un circuito può essere descritto da un grafo opportuno. 2) L’insieme dei collegamenti di un circuito genera un insieme di equazioni di vincolo fra le variabili di interfaccia. interfaccia.
Il modello circuitale (5)
Variabili di interfaccia Sono grandezze (segnali) definibili sui collegamenti fra i componenti e sono sottoposte sia alle equazioni di vincolo generate dai collegamenti che alle equazioni (relazioni costitutive) dei componenti.
Tutte le variabili di interfaccia usualmente sono funzioni di una o più variabil variabilii indipenden indipendenti ti comuni comuni (in genere genere il tempo). Tale dipendenza può essere principalmente di 2 tipi: 1) “a tempo continuo” 2) “a tempo discreto”
Segnali a tempo continuo (analogici)
Variabili di interfaccia (segnali) analogiche Sono funzioni usualmente del tempo che riproducono (sono in stretta analogia con) l’andamento di grandezze del mondo fisico. - hanno un un valore valore per qualsia qualsiasi si istante istante t ; - usualmente sono a valori reali, reali, limitate limitate e continue; - per estensi estensione one si conside considerano rano anche anche a valori valori compless complessi, i, e/o non non continue continue e/o non limitate.
Segnali a tempo continuo (2) Esempio: segnale vocale
Ampiezza in funzione del tempo
Spettro in funzione della frequenza
Segnali a tempo discreto (2) Esempio: segnale a tempo discreto 1.5 1
valori digitali
0.5 0 -0.5 -1 -1.5 0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
- anche anche tali tali valori valori possono possono essere essere discretiz discretizzati zati (es. segnali digitali ); - si posson possono o ottene ottenere re “cam “campiona pionando” ndo” segnali segnali analo analogici. gici.
Circuiti analogici (1) Esempio: schema di montaggio circuito elettrico analogico
Circuiti analogici (2) Esempio: implementazione implementazione circuito elettrico analogico
Circuiti a tempo discreto (1) Esempio: schema di un circuito a tempo discreto
Miglioramento del segnale vocale campionato con 8000 campioni/secondo
Circuiti a tempo discreto (2) Esempio: implementazioni implementazioni di un circuito a tempo discreto Implementazione Implementazione hardware con circuiti digitali
Implementazione Implementazione software programma = algoritmo
#include #include main(int argc, char **argv, char **envp, CHAN *in[], int ins, CHAN *out[], int outs) { float buf[1024], spectrum[513]; spectrum[513]; for (;;) { chan_in_message(sizeof(buf), buf, in[0]); magspecR(buf, 1024, hammingR, 10, spectrum); chan_out_message(sizeof(spectrum), spectrum, out[0]); } }
L’approccio circuitale - può essere utilizza utilizzato to per modellare modellare fenomeni fenomeni fisici fisici diversi (elettrici, meccanici, termici, ecc.); - è uno strum strument ento o di modell modellazi azione one semp semplic licee e flessibi flessibile; le; - permette permette di realiz realizzare zare modell modellii sia a tempo contin continuo uo che a tempo discreto; - può introdu introdurre rre delle delle approssi approssimazi mazioni; oni;
è sem sempre pre nece necessa ssario rio ver verifi ificar caree la sua val validi idità tà !
