ELETTRONICA INDUSTRIALE

Docenti: 
Crediti: 
6
Sede: 
PARMA
Anno accademico di offerta: 
2020/2021
Responsabile della didattica: 
Settore scientifico disciplinare: 
ELETTRONICA (ING-INF/01)
Semestre dell'insegnamento: 
Primo Semestre
Lingua di insegnamento: 

ITALIANO

Obiettivi formativi

1) Conoscenza e comprensione



Scopo del modulo di Elettronica industriale è fornire agli studenti una conoscenza di base di:


- dispositivi di rilevamento e trasduzione di interesse in ambito elettro-meccanico


- circuiti per l'elaborazione analogica dei segnali con utilizzo di amplificatori operazionali


- semplici circuiti digitali combinatori e sequenziali


- principi fondamentali e metodi di controllo automatico analogico e digitale


- convertitori elettronici di potenza



2) Capacità di applicare conoscenza e comprensione



Le competenze che lo studente potrà acquisire con questo insegnamento sono:


- la capacità di individuare i componenti di rilevamento e trasduzione opportuni per una determinata applicazione in base alle loro caratteristiche e alle specifiche del problema


- la capacità di analizzare il funzionamento di semplici circuiti basati su amplificatori operazionali


- la capacità di analizzare e dimensionare semplici sistemi di controllo automatico analogico


- la capacità di sintetizzare funzioni logiche combinatorie in forma minima


- la capacità di analizzare il funzionamento dei principali circuiti per la conversione statica dell'energia elettrica e di valutarne le prestazioni in base alle forme d'onda di tensione e corrente

Prerequisiti

Si presuppone nello studente la familiarità con le nozioni di matematica, fisica, elettrotecnica ed elettronica impartite dal Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica.

Contenuti dell'insegnamento

1. Cenni sui dispositivi a semiconduttore e sugli interruttori di potenza


2. Conversione statica dell'energia elettrica


3. Sensori e trasduttori


4. Condizionamento del segnale


5. Segnali digitali


6. Controlli in retroazione

Programma esteso

1. Cenni sui dispositivi a semiconduttore e sugli interruttori di potenza - 4 ore



Diodo pn. Transistore bipolare npn. MOSFET a canale n e a canale p. IGBT.



2. Conversione statica dell'energia elettrica - 16 ore



Introduzione e parametri di merito dei convertitori. Raddrizzatore a singola semionda; carica-batterie. Raddrizzatore a onda intera con secondario a presa centrale. Raddrizzatore a ponte. Filtri passa-basso. Raddrizzatore a ponte con carico RLE. Raddrizzatore a ponte trifase. Convertitori DC/DC di tipo "switching": Buck, Boost, Buck-Boost; convertitore DC/DC a ponte; modulazione PWM. Convertitori DC/AC (inverter): inverter a mezzo ponte; inverter a ponte intero; inverter trifase. Modulazione degli inverter a ponte: PWM a impulso singolo, a impulsi multipli, sinusoidale; modulazione "space vector".



3. Sensori e trasduttori - 6 ore



Terminologia. Spostamento, posizione e prossimità: potenziometri; sensori capacitivi; sensori induttivi; encoder ottici; interruttori di prossimità; sensori ad effetto Hall. Velocità e moto: dinamo tachimetri; generatore AC; sensori piroelettrici. Forza e pressione: celle di carico; sensori piezoelettrici. Temperatura: strisce bimetalliche; RTD; termistori; termodiodi e termotransitor; termocoppie. Sensori ottici: fotodiodo; fototransistor; fotoresistore; CCD.



4. Condizionamento del segnale - 16 ore



Amplificatori e funzioni di rete. Amplificatori differenziali. Amplificatori operazionali: comportamento in frequenza. Esempi di applicazione degli amplificatori operazionali. Amplificatore 741. Amplificatore per strumentazione: INA114. Amplificatore logaritmico. Comparatore. Circuiti di protezione ed isolamento. Filtri passivi ed attivi. Ponte di Wheatstone. Conversione A/D: campionamento e teorema di Shannon. Convertitori D/A: weighted resistor DAC; ladder DAC; ZN558D. Convertitori A/D: ADC ad approssimazioni successive; ZN439; cenni sui convertitori flash. Amplificatore sample & hold. Multiplexer. Schede di acquisizione dati.



5. Segnali digitali - 4 ore



Circuiti digitali combinatori: operatori logici; leggi di De Morgan; mappe di Karnaugh; generatore di parità; comparatore; decoder. Circuiti digitali sequenziali: flip-flop SR asincrono e sincrono; flip-flop D e T; flip-flop JK; registri; timer 555.



6. Cenni sui controlli digitali - 2 ore



Controllori digitali. Controllo adattativo.

Bibliografia

Argomenti 3, 4, 5, 6:



W. Bolton, "Mechatronics - electronic control systems in mechanical and electrical engineering", 4th ed., Pearson Educational, ISBN 978-0-13-240763-2.



Argomenti: 1, 2:



M. Rashid, "Power electronics", 3rd ed., Prentice-Hall, ISBN 0-13-122815-3.



Argomenti 1, 4:



R. Menozzi: "Appunti di elettronica", 2a edizione, Pitagora Ed., ISBN 88-371-1624-1.

Metodi didattici

Lezioni frontali.
L'edizione 2020/21 del corso sarà tenuta sia in presenza che in in telepresenza con modalità sia sincrona (Teams) che asincrona (registrazioni raggiungibili da Elly per almeno tre giorni successivi alla lezione).

E’ previsto lo svolgimento di esercizi in aula, svolti sia dal docente che dagli studenti. Parte delle lezioni utilizzano slide disponibili agli studenti per il download.

Modalità verifica apprendimento

L’esame consiste in una prova orale.
Gli esami si svolgeranno in presenza e/o con modalità remota in base alle normative ed alle indicazioni di ateneo vigenti alla data dell'appello.

L'orale è unico per i due moduli integrati di "Azionamenti elettrici" ed "Elettronica industriale". Durante la prova lo studente dovrà dimostrare di conoscere i componenti ed i circuiti trattati nelle lezioni e di averne compreso e saperne descrivere il funzionamento. Si attribuisce importanza anche all'analisi quantitativa, svolta con calcoli manuali di prima approssimazione, dei circuiti e sistemi trattati.

Altre informazioni

Le pagine web dell'insegnamento sono reperibili sulla piattaforma Elly.