Docente/i: Valerio Annovazzi Lodi   Enrico Dallago  

Denominazione del corso: Elettronica per ingegneria industriale
Codice del corso: 504060
Corso di laurea: Ingegneria Industriale
Sede: Pavia
Settore scientifico disciplinare: ING-INF/01
L'insegnamento è affine per: Ingegneria Industriale
Crediti formativi: CFU 12
Sito web del corso: http://www-3.unipv.it/optoele/didattica/didattica.html

Obiettivi formativi specifici

Conoscenza delle principali applicazioni analogiche lineari e non lineari che impiegano diodi a giunzione, amplificatori operazionali, transistori ad effetto di campo; conoscenza delle famiglie logiche MOS e dei circuiti digitali elementari; capacità di analizzare ed eseguire misure su semplici circuiti analogici; capacità di sintetizzare semplici reti con operazionali. Conoscenza di base sui dispositivi a semiconduttore di potenza, sui convertitori elettronici di potenza e sulle relative applicazioni industriali.

Programma del corso

Il corso comprende due moduli: Elettronica (prof. Annovazzi Lodi) e Conversione statica dell’energia (prof. Dallago). Il primo modulo costituisce un’introduzione all’Elettronica analogica lineare e non lineare, e all’elettronica digitale. Il secondo modulo costituisce un'introduzione ai processi di conversione dell'energia elettrica mediante convertitori statici di potenza.

Programma del modulo di Elettronica

• Amplificatori Operazionali: 

L’amplificatore operazionale ideale. La configurazione invertente. La configurazione non invertente. Sommatore, sottrattore, integratore, derivatore con operazionali. Sintesi di reti lineari con operazionali. Comportamento per ampi segnali. Correnti di polarizzazione; tensione di sbilanciamento. Circuiti multivibratori: bistabile, astabile, monostabile con operazionali.
• Il diodo a semiconduttore: caratteristica corrente-tensione. Diodi a valanga e diodi Zener. Circuiti con diodi. Regolatori di tensione. Raddrizzatori.
• Transistori ad effetto di campo: JFET e MOS-FET ad arricchimento e a svuotamento. Caratteristiche statiche. Analisi statica di circuiti con JFET e MOSFET. Circuiti di polarizzazione. Il FET come amplificatore. Circuito equivalente per piccolo segnale. Stadi di amplificazione elementari per piccolo segnale. Specchi di corrente. Il MOSFET come interruttore.
• Circuiti digitali
Segnali numerici e loro rappresentazione: 
Circuiti logici elementari: AND, OR, NOT, NOR, NAND, EXOR. Tabelle della verità. Circuiti integrati digitali MOS: l'invertitore NMOS con carico a svuotamento; l'invertitore NMOS con carico ad arricchimento; l'invertitore CMOS. Il latch e il flip-flop S/R. Memorie RAM, ROM, pROM, EPROM. Convertitori A/D e D/A.
• Elementi di teoria della reti lineari: 
Amplificatori e loro modelli circuitali; teoremi di Norton, Thevenin, Miller. Risposta in frequenza e nel tempo di reti a singola costante di tempo. Metodi di tracciamento dei diagrammi di Bode.

Programma del modulo di Conversione statica dell'energia

• Generalità: l'energia elettrica e sue applicazioni. Necessità dei processi di conversione. Soluzioni possibili. Conversioni statiche. Il trasformatore elettromagnetico. Il convertitore elettronico di potenza. Problemi termici e raffreddamento.
• Dispositivi a semiconduttore di potenza: il silicio e la giunzione pn. Caratteristiche statiche dei dispositivi elettronici: diodo, il transistor bipolare, i tiristori (SCR, TRIAC, GTO), il mosfet, l’IGBT. Montaggi di diodi ed SCR.
• La conversione ca/cc: generalità, carichi ed utilizzazionei in corrente continua. Ipotesi fondamentali per lo studio dei circuiti di conversione. Circuiti di raddrizzamento monofase. Circuiti di raddrizzamento polifasi. Traformatori e reattori per circuiti di raddrizzamento polifasi. Il controllo di fase. La commutazione reale di diodi ed SCR. Cadute di tensione. Armoniche. Applicazioni: azionamenti in cc e trasmissione dell'energia in corrente continua ad alta tensione,(HVDC).
• La conversione dc/dc: principio funzionamento del chopper. Il chopper ad SCR e a GTO. Applicazioni del chopper in trazione elettrica.
• La conversione dc/ac: Generalità. L’inverter monofase: regolazione della tensione e frequenza. Inverter trifase a tensione e corrente impressa. Inverter trifase regolato ad onda quadra. La tecnica pulse width modulation (PWM). Applicazioni: la macchina asincrona alimentata da inverter.
• La conversione ac/ac: il cicloconverter. Applicazioni

Prerequisiti

Conoscenze di base di Analisi matematica. Conoscenza degli elementi di base della teoria delle reti lineari passive.

Tipologia delle attività formative

Lezioni (ore/anno in aula): 68
Esercitazioni (ore/anno in aula): 36
Attività pratiche (ore/anno in aula): 12

Materiale didattico consigliato

A.Sedra, K.Smith:. Microelectronic Circuits, III ed. o successive. Oxford University Press .

A.Sedra, K.Smith. Circuiti per la Microelettronica. EdiSeS.

G. Moeltgen. I tiristori: circuiti di conversione, teoria ed impiego. Etas libri.

J. Schaefer. Rectifier Circuits: Theory and Design. John Wiley & Sons.

B. W. Williams. Power Control Electronics. Prentice-Hall.

Modalità di verifica dell'apprendimento

L’esame del modulo di Elettronica consiste di una prova scritta di analisi di circuiti con elementi attivi discreti e amplificatori operazionali, e di una prova orale sugli argomenti del modulo. L'esame del modulo di Conversione statica dell'energia consiste in una prova orale. In sede di esame è data facoltà allo studente di presentare un elaborato su un argomento preventivamente concordato con il docente.