Programma da svolgere nell'ora settimanale di teoria

Proprietà elettriche dei materiali conduttori e isolanti

Richiami sulle relazioni fra struttura elettronica e comportamento elettrico dei materiali conduttori e isolanti. Definizione dei parametri elettrici che caratterizzano i conduttori e gli isolanti. Campi tipici d'impiego e principali categorie dei materiali impiegati in elettronica.
Gli allievi devono conoscere in linea generale quali sono gli elementi di base che spiegano i meccanismi di conduzione elettrica nei materiali, e invece in maniera precisa il significato dei parametri che caratterizzano i materiali dal punto di vista elettrico. E' importante fornire in maniera chiara i concetti che legano la natura di un materiale al suo comportamento elettrico, ed in maniera analitica i concetti relativi alla definizione dei parametri elettrici.

Resistori

Generalità sul comportamento di un resistore, con richiamo delle leggi dell'elettrotecnica (legge di ohm, partitore di tensione e corrente, legge di Joule e dissipazione termica). Parametri forniti dal costruttore e curve caratteristiche inserite nei fogli tecnici. Gamme di potenza, valori disponibili in commercio (serie standard E12) e codice di colori.
Resistori a filo, a impasto, a strato e reti resistive: caratteristiche e valori tipici. Confronto e criteri di scelta fra le varie categorie in base alle esigenze applicative.
Resistori variabili e trimmer resistivi.Resistori di potenza; la resistenza termica e il problema della dissipazione di potenza e del dimensionamento dei dissipatori.
Interpretazione e uso dei fogli tecnici di resistori.
Gli allievi devono conoscere i vari tipi di resistori lineari fissi e variabili, interpretare i fogli tecnici e saper utilizzare praticamente i dati disponibili.
E' utile mostrare agli allievi i resistori dei tipi più comuni, oltre a esercizi pratici per il riconoscimento del codice di colori e della dissipazione nominale.
Infine, si ritiene importante analizzare assieme alla classe, mediante lavagna luminosa, esempi di fogli tecnici con le curve caratteristiche ed i parametri forniti dal costruttore, in modo da prendere familiarità con questo strumento di lavoro. E' altresì possibile distribuire a ciascun allievo un foglio tecnico di un resistore, da consultare a casa e saper commentare poi durante l'interrogazione.

Resistori non lineari e loro impiego

Comportamento, parametri elettrici e curve caratteristiche di termistori (NTC e PTC) e dei varistori. Suggerimenti, criteri d'impiego, circuiti applicativi ed esercizi relativi all'uso di tali componenti.
Cenni ai resistori di tipo non lineare quali fotoresistori, magnetoresistori, strain-gauges, ecc. Esempio di tecnica di linearizzazione di un componente non lineare.
Concetto, esempi e schemi a blocchi di alcuni sistemi di controllo ad anello aperto e chiuso tramite l'uso di componenti resistivi non lineari utilizzati come sensori.
Gli allievi devono conoscere i principali tipi di resistori non lineari, utilizzarne i dati disponibili sui fogli tecnici e suggerirne i criteri d'impiego.

Comportamento in frequenza dei componenti passivi

Caratterizzazione dei segnali elettrici alternati: concetto di valore di picco, picco-picco ed efficace. Segnali periodici, definizione di frequenza e periodo. Segnali sinusoidali e concetto di sfasamento. Reattanza capacitiva e induttiva, calcolo dell’impedenza di reti reattive. Comportamento in frequenza dei componenti passivi ideali e reali; criteri di scelta e d’impiego.
Gli allievi devono conoscere il comportamento in frequenza dei componenti passivi reali, sapendo stimare gli inconvenienti durante il loro impiego pratico.

Condensatori

Parametri elettrici e curve di caratterizzazione dei condensatori in generale. Circuito equivalente alle alte frequenze e reattanza ideale e reale. Fenomeni di carica e scarica di un condensatore.
Condensatori plastici, ceramici, a mica, a vetro, ad aria ed elettrolitici all'alluminio e al tantalio. Confronto e criteri di scelta fra le varie categorie in base alle esigenze applicative. Interpretazione e uso dei fogli tecnici di condensatori. Esercizi e problemi applicativi sull'uso dei condensatori.
Gli allievi devono conoscere i vari tipi di condensatori disponibili, interpretare i fogli tecnici, utilizzarne i dati disponibili e suggerire i criteri d'impiego.

Materiali magnetici

Interpretazione del fenomeno del magnetismo. Domini ferromagnetici. Anomalie dei materiali ferromagnetici: interpretazione dei fenomeni e applicazioni pratiche. Ciclo d'isteresi e relativa caratterizzazione. Fenomeni di perdita nei materiali magnetici e relazione fra perdite e frequenza d'impiego. Scelta delle varie categorie di materiali magnetici in base alla frequenza d'impiego, alle perdite e alle proprietà magnetiche.
Gli allievi devono conoscere i fenomeni che stanno alla base del magnetismo e del comportamento dei materiali magnetici, nonché i criteri per l'impiego pratico.

Componenti magnetici

Applicazioni dei materiali ferromagnetici negli induttori (per basse e alte frequenze, di filtro e di risonanza), nei relè (normali, bistabili e reed) e nei trasformatori (di alimentazione, di accoppiamento e per impulsi.
Gli allievi devono conoscere gli impieghi pratici dei materiali magnetici attraverso i componenti disponibili, conoscerne i parametri tipici e i criteri d'impiego.

Filtri passivi

Analisi degli schemi relativi ai più comuni tipi di filtri a componenti passivi e del loro comportamento in frequenza. Esercizi di calcolo delle frequenze d’intervento e delle ampiezze dei segnali in gioco; esercizi di dimensionamento di filtri in base ad esigenze assegnate e progetto di filtri. Esempi applicativi.
Gli allievi devono conoscere il modo di operare dei principali tipi di filtri a componenti passivi, saper dedurre e calcolare i parametri di base nonché dimensionare i filtri in base alle esigenze di progetto.

---

In Laboratorio, le esperienze da effettuare riguarderanno la progettazione e la realizzazione di cablaggi elettrici e di circuiti stampati, il collaudo delle schede e la stesura di una relazione su alcuni dei lavori fatti. Gli argomenti da trattare saranno:

Norme di sicurezza

Norme sulla sicurezza negli ambienti di lavoro. Norme sull'esecuzione di impianti di illuminazione e distribuzione di energia.
Gli allievi devono essere a conoscenza dell'esigenza, di fondamentale importanza, di attenersi alle normative vigenti sulle costruzioni elettriche ed elettroniche, e conoscere in linea di principio il contenuto delle norme elementari di sicurezza degli impianti civili.

Simbologia e impianti elettrici

Disegno in china su foglio lucido di simboli elettrici ed elettronici e rappresentazione di schemi elettrici di illuminazione e comando, con analisi del loro modo di operare. Progetto e disegno di un impianto per la distribuzione dell'energia elettrica e per l'illuminazione, con comando di gruppi di lampade da più punti utilizzando una soluzione a relè oppure a interruttori, deviatori e invertitori. Schemi elettrici funzionali, multifilari, unifilari e relative tavole di disegno degli schemi e del cablaggio.
Gli allievi devono conoscere e saper disegnare correttamente i simboli unificati dei componenti elettrici ed elettronici. Inoltre, devono saper analizzare, progettare e disegnare un impianto elettrico di illuminazione e distribuzione di energia.

Circuiti stampati

Tecniche di progetto dei circuiti stampati e di cablaggio dei componenti. Esempio di realizzazione di un circuito stampato. Rappresentazione di un circuito tramite schema elettrico, schema a blocchi per il collaudo, master per la fotoincisione del circuito stampato e cablaggio dei componenti.
Gli allievi devono essere in grado di ottenere un "master" per la fotoincisione partendo da uno schema elettrico, e di realizzare un semplice circuito stampato.

Cad elettronico

Apprendimento ed utilizzo del Cad elettronico OrCad-SDT (versione 3.22) per il disegno degli schemi elettrici. Struttura e potenzialità del programma, piazzamento dei simboli, delle linee di collegamento, delle interconnessioni, delle terminazioni e dei testi, con editing degli attributi dei componenti. Verifica e correzione degli errori, ottenimento dell'elenco del materiale e compilazione della Netlist dello schema.
Apprendimento e impiego del Cad elettronico OrCad-PCB (versione 2.10) per l’ottenimento del circuito stampato partendo dalla Netlist di uno schema. Piazzamento, collegamento ed editing dei moduli dei componenti, con tecnica a una e due facce.
Gli allievi devono essere in grado di utilizzare gli strumenti di Cad elettronico per il disegno degli schemi elettrici, la verifica della loro correttezza e l’ottenimento del master per la realizzazione di un circuito stampato.

Porte logiche

Porte logiche come componenti reali e principio di funzionamento, livelli di tensione e correnti d'ingresso e d'uscita.
Famiglie logiche TTL, CMOS e HC/HCT, loro caratterizzazione, criteri di scelta e problemi di interfacciamento. Esercizi ed esempi d'impiego.
Progetto, realizzazione e collaudo di un circuito che, partendo da uno o due tipi assegnati di porte logiche, simuli tutte le funzioni logiche. Tavole di disegno degli schemi elettrici, del circuito stampato, del cablaggio e del collaudo.
Gli allievi devono conoscere le modalità di impiego pratico delle famiglie logiche più diffuse, e devono saper progettare, realizzare e collaudare i circuiti basati su di esse.

Circuiti logici

Applicazione dei circuiti logici standard. Progetto, disegno delle tavole, realizzazione e collaudo di un circuito applicativo basato su porte logiche standard TTL o CMOS, con ingressi a deviatori e uscite a diodi LED. In particolare gli allievi, divisi in piccoli gruppi, devono progettare autonomamente circuiti quali ad esempio:
- codificatore decimale/binario a 4 bit;
- sommatore a 2 bit con riporto (senza Exor o ExNor);
- codificatore binario/decimale a 4 bit;
- multiplexer 4:1;
- comparatore a 4 bit;
- circuito di allarme con memoria e controllo di una pressa.
- sonda logica con display a LED a 7 segmenti
Gli allievi devono essere in grado di utilizzare ed applicare le loro conoscenze delle porte logiche per il progetto, la realizzazione ed il collaudo di semplici applicazioni basate su circuiti logici, imparando ad operare a piccoli gruppi.