Diploma di Laurea in Ingegneria Meccanica e Ingegneria Logistica.

Diploma di Laurea in Ingegneria Aerospaziale.

Cos’è un semiconduttore, in cosa differisce da un metallo e da un isolante. Elettroni e lacune; dipendenza della conducibilità dalla temperatura. Semiconduttori estrinseci e intrinseci. Drogaggio con donatori (As, Sb, P) o accettori (B).

Regione di svuotamento e barriera di potenziale per la diffusione delle cariche mobili. Caratteristica I-V qualitativa ed espressione analitica. Corrente di saturazione, fattore di idealita, Vt. Breakdown di tipo Zener e a valanga. Diodo ideale (caratteristica approssimata con resistenza differenziale ~ nulla.

Raddrizzatore a singola semionda. Raddrizzatore a doppia semionda con trasformatore a presa centrale. Raddrizzatore a doppia semionda a ponte di Graetz. Raddrizzatore trifase a singola semionda e a doppia semionda (in tutti i casi, calcolo del valore medio della tensione continua). Filtri raddrizzatori per i vari tipi di raddrizzatori visti, calcolo valore medio della tensione e del ripple.

Funzionamento del transistore bipolare dal punto di vista fisico. Modello di Ebers e Moll. Regioni di funzionamento del transistore. Caratteristiche nella configurazione a emettitore comune. Funzionamento in interdizione e in saturazione. Modelli del BJT in continua. Uso del BJT come interruttore. Il BJT come amplificatore. Modello del BJT per piccoli segnali alle basse frequenze. Amplificatore differenziale. Il BJT come diodo e negli specchi di corrente. Dipendenza delle caratteristiche di diodi e bipolari dalla temperatura. Limiti di funzionamento dei transistori.

Funzionamento qualitativo del transistore a effetto di campo a giunzione (JFET). Regioni di funzionamento del JFET e andamento qualitativo delle caratteristiche. Simbolo circuitale del JFET. Caratteristica di trasferimento del JFET. MOSFET a arricchimento: funzionamento, regioni di funzionamento e caratteristiche. MOSFET a svuotamento. Simbolo circuitale del MOSFET. Analisi in continua dei FET. Il MOSFET come resistenza. Il FET come interruttore, come amplificatore. Modello dei

FET per i piccoli segnali alle basse frequenze. Dispositivi CMOS.

Principio di funzionamento e simbolo di un SCR. Circuiti per la commutazione di SCR (circuito di Jones). Esempio di sistema di illuminazione di emergenza. Rate effect per gli SCR. Controllo dell’angolo di fase con SCR. Raddrizzatori controllati. Principio di funzionamento di un inverter. Inverter push-pull. Inverter con SCR e autotrasformatori. Inverter trifase con SCR. Triac. Circuito di controllo dell’angolo di fase con un triac. Diac. Esempio di impiego di un diac. GTO. Inverter con ponte di GTO. IGBT. Transistori bipolari di potenza. MOSFET di potenza. Esempio di inverter con MOSFET di potenza.

I terminali dell’amplificatore operazionale. L’amplificatore operazionale ideale. Amplificatore invertente. Approssimazione di corto circuito virtuale. Integratore invertente. Derivatore con operazionale. Amplificatore non invertente. Inseguitore di tensione. Amplificatore differenziale. Amplificatore differenziale per strumentazione. Cenni alla espansione in serie di Fourier. Concetto di armoniche. Armoniche di un’onda quadra. Funzione di trasferimento di un amplificatore. Funzione di trasferimento di una rete RC passa basso e passa alto. Decibel. Diagramma di Bode di ampiezza. Amplificazione di un operazionale in funzione della frequenza. Frequenza d’angolo di un’amplificatore invertente e di un non-invertente. Prodotto guadagno-banda. Non-idealità in continua. Tensione massima e minima di uscita. Tensione di offset. Effetto della tensione di offset sull’uscita di un amplificatore invertente e di un integratore. Correnti di polarizzazione e di offset. Effetto sull’uscita di un amplificatore invertente. Comparatori. Generazione di un’onda quadra a partire da una sinusoide. Generatore di impulsi a partire da una sinusoide. Comparatore rigenerativo (trigger di Schmitt).

Definizione di sensori e trasduttori. Trasduttori e sensori di temperatura. Termistori, Rivelatori di temperatura a resistenza (RTD). Termocoppie. Sensori di temperatura. Sensori di temperatura integrati a stato solido, trasmettitori di temperatura, pirometri all’infrarosso. Sensori e trasduttori ottici. Celle fotoconduttive. Trasduttori fotovoltaici. Fotodiodi. Fototransistori. Sensori ottici. Fotoisolatori e fotointerruttori. Sensori e trasduttori magnetici. Trasduttori a induzione. Trasduttori a riluttanza variabile. Trasduttori a effetto Hall. Trasformatori di corrente. Sensori magnetici integrati. Trasduttori e sensori elettromeccanici. Interrutori di fine corsa. Potenziometri. Trasformatori differenziali a variazione lineare. Trasduttori di forza. Sensori di flusso. Sensori di livello.

Elementi di base sugli interruttori. Selettori e pulsanti. Solenoidi. Relé elettromeccanici e a stato solido. Simboli per gli interruttori e gli ingressi digitali. Diagramma di linea (ladder diagram). Diagramma dei collegamenti (wiring diagram). Contattore elettromagnetico. Relé di sovraccarico,

Blocchi principali di un PLC. Modulo processore. Moduli di ingresso uscita. Modulo alimentatore. Armadio. Terminale di programmazione. Moduli di I/O remoto e moduli di back-up. Linguaggi di programmazione previsti dallo standard. Linguaggio a contatti. Istruzioni di base. Istruzioni di temporizzazione e conteggio. Istruzioni per il controllo del programma. Istruzioni per la manipolazione dei dati.

Riferimenti:

1. Millman J. and Grabel A., "Microelettronica", McGraw-Hill, 1994.
2. Sedra –Smith "Microelectronic Circuits",
3. Webb J., Greshock K., "Industrial Control Electronics", second edition, Macmillan Publishing Company, 1993.

4. Chiacchio P. "PLC e automazione industriale", Mc Graw Hill, 1996.