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Corso di elettrotecnica ed elettronica (volume 1)
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VOLUME 1

ELETTROTECNICA
Modulo A
Grandezze elettriche fondamentali
e loro legami, bipoli elettrici 3
Obiettivi 4
Prerequisiti 4
SCHEDA PRE-1
Unità di misura 4
SCHEDA PRE-2
Elementi di geometria analitica 6
A1 Grandezze elettriche 10
A1.1 Intensità della corrente elettrica 10
A1.2 Forma d'onda della corrente 11
A1.3 Densità di corrente 13
A1.4 Differenza di potenziale,
tensione elettrica 13
A1.5 Potenza elettrica 15
A1.6 Resistenza e conduttanza,
legge di Ohm 15
A1.7 Resistività e conduttività 17
A1.8 Variazione della resistività e della
resistenza con la temperatura 20
A1.9 Effetto Joule 24
Esercizi di verifica 27
Test di verifica 28
A2 Bipoli elettrici e loro collegamenti 30
A2.1 Concetto di bipolo elettrico 30
A2.2 Convenzioni di segno 31
A2.3 Caratteristica esterna 32
A2.4 Tensione a vuoto e corrente
di cortocircuito 33
A2.5 Bipoli ideali 34
GENERATORE IDEALE DI TENSIONE 34
GENERATORE IDEALE DI CORRENTE 34
RESISTORE IDEALE 35
CIRCUITO APERTO IDEALE 35
CORTOCIRCUITO IDEALE 36
A2.6 Maglie e nodi, leggi di Kirchhoff 36
LEGGE DI KIRCHHOFF DELLE CORRENTI
(O PRIMO PRINCIPIO DI KIRCHHOFF) 37
LEGGE DI KIRCHHOFF DELLE TENSIONI
(O SECONDO PRINCIPIO DI KIRCHHOFF) 39
A2.7 Tensione tra due punti 40
A2.8 Bipoli in serie, in parallelo,
in serie-parallelo 42
A2.9 Collegamento in serie dei resistori 44
A2.10 Regola del partitore di tensione 46
A2.11 Collegamento in parallelo dei resistori 47
A2.12 Regola del partitore di corrente 50
A2.13 Risoluzione dei circuiti con resistori
in serie-parallelo 52
A2.14 Resistori collegati a stella e a triangolo 55
TRASFORMAZIONE DA TRIANGOLO A STELLA 57
TRASFORMAZIONE DA STELLA A TRIANGOLO 57
CASO PARTICOLARE DI TRE RESISTENZE UGUALI 58
A2.15 Resistenza tra due punti di una rete
elettrica passiva 61
A2.16 Circuito equivalente del generatore
reale 63
A2.17 Generatore reale di tensione 64
FUNZIONAMENTO A VUOTO 64
Indice
V
Indice VI
FUNZIONAMENTO IN CORTOCIRCUITO 65
CARATTERISTICA ESTERNA 65
PUNTO DI LAVORO 65
POTENZE E RENDIMENTO 66
ANALISI DELLE POTENZE AL VARIARE
DEL CARICO ESTERNO 68
A2.18 Generatore reale di corrente 71
FUNZIONAMENTO A VUOTO 72
FUNZIONAMENTO IN CORTOCIRCUITO 72
CARATTERISTICA ESTERNA 72
PUNTO DI LAVORO 73
POTENZE E RENDIMENTO 73
A2.19 Equivalenza tra i generatori reali
di tensione e di corrente 74
A2.20 Utilizzatore attivo 76
CARATTERISTICA ESTERNA 77
POTENZE E RENDIMENTO 78
Esercizi di verifica 80
Test di verifica 85
A3 Misure elettriche: aspetti generali
e misura delle grandezze fondamentali 88
A3.1 Concetto di misura 88
A3.2 Errori di misura e loro
classificazione 89
A3.3 Errore nella misura indiretta di una
grandezza 91
ERRORE RISULTANTE DALLA SOMMA 92
ERRORE RISULTANTE DALLA DIFFERENZA 93
ERRORE RISULTANTE DAL PRODOTTO 95
ERRORE RISULTANTE DAL QUOZIENTE 96
A3.4 Classificazione degli strumenti
di misura 98
A3.5 Caratteristiche degli strumenti
di misura 99
PORTATA 99
COSTANTE DI LETTURA 99
SENSIBILITÀ 100
CLASSE DI PRECISIONE 100
ERRORE SULL 'ULTIMA CIFRA 101
A3.6 Misura di corrente 101
A3.7 Misura di tensione 103
A3.8 Misura di resistenza,
metodo volt-amperometrico 105
INSERZIONE CON VOLTMETRO A VALLE 106
INSERZIONE CON VOLTMETRO A MONTE 107
A3.9 Misura di resistenza,
ponte di Wheatstone 109
A3.10 Misura di potenza 111
INSERZIONE CON VOLTMETRO A VALLE 111
INSERZIONE CON VOLTMETRO A MONTE 112
MISURA DIRETTA DELLA POTENZA,
WATTMETRO 112
Esercizi di verifica 115
Test di verifica 117
A4 Attività di laboratorio proposte 118
A4.1 Misura della resistenza con il metodo
volt-amperometrico 118
A4.2 Misura della potenza con il metodo
volt-amperometrico 119
A4.3 Generatore reale di tensione
con carico variabile 120
Modulo B
Risoluzione delle reti elettriche lineari
in corrente continua 121
Obiettivi 122
Prerequisiti 122
SCHEDA PRE-1
Risoluzione di un sistema
di equazioni lineari 122
B1 Metodi di risoluzione delle reti lineari 126
B1.1 Applicazione dei principi di Kirchhoff 126
PRESENZA DI GENERATORI DI CORRENTE 128
B1.2 Bilancio delle potenze in una rete
elettrica 129
B1.3 Teorema di Millmann 130
B1.4 Sovrapposizione degli effetti 133
B1.5 Generatore equivalente di Thevenin 137
B1.6 Generatore equivalente di Norton 141
B1.7 Principio di dualità 143
B1.8 Reti con generatori dipendenti 144
Esercizi di verifica 146
Test di verifica 150
B2 Regolazione reostatica e verifica
dei metodi di risoluzione delle reti 151
B2.1 Reostati e potenziometri 151
B2.2 Regolazione con reostato in serie 153
B2.3 Regolazione potenziometrica 154
B2.4 Verifica dei principi di Kirchhoff 157
B2.5 Verifica della sovrapposizione
degli effetti 157
B2.6 Determinazione del generatore
equivalente 158
Esercizi di verifica 159
Test di verifica 159
B3 Attività di laboratorio proposte 160
B3.1 Regolazione reostatica della corrente 160
B3.2 Regolazione potenziometrica
della tensione 161
Indice VII
B3.3 Verifica del primo principio
di Kirchhoff 162
B3.4 Verifica del secondo principio
di Kirchhoff 162
B3.5 Verifica della sovrapposizione
degli effetti 163
B3.6 Determinazione del generatore
equivalente 164
Modulo C
Reti elettriche capacitive 165
Obiettivi 166
Prerequisiti 166
SCHEDA PRE-1
Richiami di elettrostatica 166
SCHEDA PRE-2
Grandezze con andamento
esponenziale nel tempo 169
C1 Reti capacitive a regime costante 174
C1.1 Condensatore 174
POLARIZZAZIONE DEL DIELETTRICO 176
C1.2 Capacità di un condensatore 176
CAPACITÀ DEL CONDENSATORE PIANO 178
C1.3 Energia elettrostatica 178
C1.4 Condensatori in serie 180
CONDENSATORI CON CAPACITÀ UGUALI 181
DUE CONDENSATORI IN SERIE 181
C1.5 Regola del partitore di tensione 182
C1.6 Condensatori in parallelo 184
CONDENSATORI CON CAPACITÀ UGUALI 185
C1.7 Regola del partitore di carica 186
C1.8 Condensatori in serie-parallelo 187
C1.9 Collegamento a stella
e a triangolo 188
CASO DEI CONDENSATORI DI UGUALE CAPACITÀ 190
C1.10 Risoluzione delle reti capacitive
a regime costante 191
Esercizi di verifica 197
Test di verifica 200
C2 Fenomeni transitori
nei circuiti capacitivi 203
C2.1 Transitorio di carica
di un condensatore 203
ESPRESSIONE DELLA COSTANTE DI TEMPO 207
CASO DEL CONDENSATORE INIZIALMENTE CARICO 207
C2.2 Transitorio di scarica
di un condensatore 209
CASO DELLA SCARICA INCOMPLETA 211
C2.3 Risoluzione di reti capacitive
nel periodo transitorio 212
C2.4 Rilievo sperimentale del transitorio
di carica e scarica mediante
oscilloscopio 216
Esercizi di verifica 220
Test di verifica 222
Modulo D
Elettromagnetismo, circuiti magnetici 223
Obiettivi 224
Prerequisiti 224
SCHEDA PRE-1
Richiami di magnetismo 224
SCHEDA PRE-2
Funzioni trigonometriche 225
SCHEDA PRE-3
Relazioni tra i lati di un triangolo
rettangolo 227
D1 Grandezze magnetiche e loro legami,
circuiti magnetici 228
D1.1 Campo magnetico prodotto
da un conduttore rettilineo 228
D1.2 Vettore induzione magnetica 229
D1.3 Campo magnetico prodotto
da una spira circolare 232
D1.4 Campo magnetico prodotto
da un solenoide 233
D1.5 Forza magnetomotrice e forza
magnetizzante 235
D1.6 Permeabilità magnetica relativa,
classificazione dei materiali
magnetici 237
D1.7 Caratteristica di magnetizzazione 238
D1.8 Isteresi magnetica 240
D1.9 Flusso magnetico 241
SUPERFICIE NON PERPENDICOLARE AL VETTORE B
?
242
D1.10 Riluttanza e permeanza,
legge di Hopkinson 243
UNITÀ DI MISURA 245
D1.11 Legge della circuitazione magnetica 246
D1.12 Induttanza 249
D1.13 Energia del campo magnetico 251
ENERGIA MAGNETICA SPECIFICA 252
ENERGIA PERSA NEL CICLO D'ISTERESI 254
Esercizi di verifica 255
Test di verifica 256
Indice VIII
D2 Interazioni tra circuiti elettrici
e campi magnetici 257
D2.1 Forza agente su un conduttore elettrico 257
D2.2 Coppia agente su una spira 259
COPPIA PRODOTTA DA UN CAMPO MAGNETICO RADIALE 260
COPPIA AGENTE SU UNA BOBINA 260
D2.3 Forze agenti tra conduttori paralleli 261
D2.4 Induzione elettromagnetica 262
D2.5 Tensione indotta in un conduttore
in moto relativo rispetto al campo
magnetico 264
D2.6 Funzionamento da generatore e da
motore, potenza elettrica e meccanica 268
GENERATORE ELETTRICO 268
MOTORE ELETTRICO 268
D2.7 Tensione indotta in una spira
rotante in un campo magnetico 269
D2.8 Autoinduzione 272
D2.9 Mutua induzione 275
TENSIONE INDOTTA PER MUTUA INDUZIONE 277
Esercizi di verifica 279
Test di verifica 281
D3 Fenomeni transitori nei circuiti induttivi 283
D3.1 Transitorio di magnetizzazione
di un induttore 283
ESPRESSIONE DELLA COSTANTE DI TEMPO 286
CASO DELL'INDUTTORE INIZIALMENTE MAGNETIZZATO 287
D3.2 Transitorio di smagnetizzazione
di un induttore 288
CASO DELLA SMAGNETIZZAZIONE INCOMPLETA 289
D3.3 Risoluzione di reti induttive
nel periodo transitorio 291
Esercizi di verifica 296
Test di verifica 298
ELETTRONICA
Modulo E
Introduzione all'elettronica digitale 301
Obiettivi 302
Prerequisiti 302
SCHEDA PRE-1
Semiconduttori, diodi e transistor 302
E1 Gli ambiti dell'elettronica 307
E1.1 L'elettronica analogica 307
E1.2 L'elettronica digitale 308
LA COMUNICAZIONE TRA DISPOSITIVI ANALOGICI
E DISPOSITIVI DIGITALI 309
Test di verifica 310
E2 Variabili binarie, operatori logici
elementari, porte logiche 311
E2.1 Variabili binarie, bit 311
E2.2 Operatori logici NOT, AND, OR,
circuiti con interruttori 311
OPERATORE NOT 312
OPERATORE AND 312
OPERATORE OR 313
TABELLE DELLA VERITÀ 314
CIRCUITI LOGICI CON RELÉ 314
E2.3 Circuiti logici integrati 315
CARATTERISTICHE GENERALI DEGLI INTEGRATI 315
FAMIGLIE TECNOLOGICHE DEI CIRCUITI LOGICI 316
DISPOSITIVI LOGICI ELEMENTARI INTEGRATI (SSI) 317
FAN-OUT (VENTAGLIO SULL 'USCITA) 318
ALCUNI INTEGRATI CON PORTE LOGICHE ELEMENTARI 318
E2.4 Configurazioni d'uscita dei circuiti
logici integrati 319
STRUTTURA A TOTEM POLE 319
OPEN COLLECTOR, OPEN DRAIN 320
USCITE 3-STATE 321
E2.5 Porte logiche con trigger
di Schmitt 322
E2.6 Porte di trasmissione
(transmission gates) 323
Test di verifica 325
E3 Il laboratorio di elettronica digitale 327
E3.1 Strumentazione di base 327
E3.2 Uso della breadboard 328
E3.3 I codici a colori dei resistori 329
E3.4 Utilizzazione di diodi LED
e resistenze 329
E3.5 Utilizzazione del tester 330
E3.6 Utilizzazione dell'alimentatore
stabilizzato 330
E3.7 Utilizzazione del generatore
di segnali 331
E3.8 Utilizzazione dell'oscilloscopio 331
E3.9 Organizzazione e realizzazione
di una verifica pratica 332
Test di verifica 334
E4 Sistemi di numerazione 335
E4.1 Sistemi di numerazione posizionali 335
E4.2 Sistema di numerazione binario 336
E4.3 Numerazione esadecimale 337
Indice IX
E4.4 Conversione da decimale
a esadecimale/binario 338
E4.5 Conversione di numeri frazionari
da decimale a binario/esadecimale 338
E4.6 Operazioni aritmetiche con i numeri
binari 339
ADDIZIONE 339
SOTTRAZIONE 340
MOLTIPLICAZIONE 340
DIVISIONE 340
E4.7 Il codice binario BCD 340
E4.8 Il codice binario complemento a due 340
Esercizi di verifica 343
Test di verifica 347
E5 Attività di laboratorio proposte 349
E5.1 Verifica di porte logiche 349
E5.2 Caratteristica statica
di porta logica NOT 350
E5.3 Composizione e visualizzazione
di un numero binario con 8 bit 350
Modulo F
Circuiti logici combinatori 351
Obiettivi 352
Prerequisiti 352
F1 Algebra di Boole e circuiti logici 353
F1.1 Rappresentazione di variabili
binarie mediante mappe 353
RAPPRESENTAZIONE DI NOT A 354
RAPPRESENTAZIONE DI DUE VARIABILI BINARIE INDIPENDENTI 355
RAPPRESENTAZIONE DELLE FUNZIONI AND E OR 355
F1.2 Struttura reticolare dell'insieme
delle variabili binarie 355
RETICOLO 356
LEGGI DI IDENTITÀ E DI ANNULLAMENTO 356
IL CONCETTO DI ABILITAZIONE 357
F1.3 Complemento di una variabile
binaria e operatore NOT 358
LEGGE DEI COMPLEMENTI 358
LEGGE DELLA DOPPIA NEGAZIONE 359
LA LEGGE DEI COMPLEMENTI E LE PORTE LOGICHE REALI,
L 'ALEA STATICA 359
F1.4 Porte logiche NAND-NOR 360
REALIZZAZIONE DI NOT MEDIANTE NAND E NOR 361
F1.5 Regole di precedenza degli operatori
e uso delle parentesi 361
F1.6 Le proprietà del reticolo 361
PROPRIETÀ COMMUTATIVA 361
PROPRIETÀ ASSOCIATIVA 362
AND E OR COME RICONOSCITORI DI CODICE BINARIO 363
DECODER DI NUMERI BINARI 364
LA PROPRIETÀ DI IDEMPOTENZA 364
LA PROPRIETÀ DI ASSORBIMENTO 364
IL PRINCIPIO DI DUALITÀ 365
F1.7 L'algebra di Boole delle variabili
binarie 366
PROPRIETÀ DISTRIBUTIVA 366
F1.8 Teoremi dell'algebra di Boole 366
LEGGE DI UNIFICAZIONE O DI ADIACENZA 366
SECONDO TEOREMA DI ASSORBIMENTO 367
TEOREMA DI CONSENSO 367
TEOREMA DI DE MORGAN 367
GENERALIZZAZIONI DEL TEOREMA DI DE MORGAN 369
TEOREMA DI ESPANSIONE DI SHANNON O DELLO SVILUPPO
DI FUNZIONI BOOLEANE 369
Esercizi di verifica 371
Test di verifica 374
F2 Sviluppo e realizzazione di funzioni
booleane 377
F2.1 Tutte le funzioni di n variabili 377
FUNZIONI DI 2 VARIABILI 377
OPERATORI XOR E XNOR 377
PROPRIETÀ ASSOCIATIVA DELLA XOR 378
FUNZIONI DI N VARIABLI 378
F2.2 Applicazione del teorema di Shannon
allo sviluppo di funzioni di n variabili 379
F2.3 Il multiplexer (MUX) o selettore
di linee di dato 382
APPLICAZIONE DEI MULTIPLEXER ALLA REALIZZAZIONE
DI FUNZIONI BOOLEANE 383
F2.4 Forme canoniche 384
COSTITUENTI O MINTERM 384
PROPRIETÀ DEI COSTITUENTI 385
COSTITUENTI O MINTERM DI UNA FUNZIONE 385
PRIMA FORMA CANONICA 385
ASSEGNAZIONE DI UNA FUNZIONE MEDIANTE ELENCO
DEI SUOI MINTERM 386
APPLICAZIONE DEI DECODER ALLA REALIZZAZIONE
DI FUNZIONI BOOLEANE 386
MAXTERM 387
PROPRIETÀ DEI MAXTERM 387
MAXTERM DI UNA FUNZIONE 387
SECONDA FORMA CANONICA 387
F2.5 Livelli delle porte logiche
di un circuito 389
Esercizi di verifica 390
Test di verifica 392
F3 Sintesi di forme algebriche minime
per le funzioni booleane 395
F3.1 Semplificazioni tra minterm 395
F3.2 Il codice Gray e le mappe di Karnaugh 396
Indice X
F3.3 Minimizzazione della forma OR
di AND mediante mappa
di Karnaugh 399
F3.4 Minimizzazione della forma AND
di OR mediante mappa
di Karnaugh 400
F3.5 Alee statiche e copertura
ridondante 401
F3.6 Mappe di Karnaugh per funzioni
di più di 4 variabili 402
F3.7 Condizioni di indifferenza 403
Esercizi di verifica 405
Test di verifica 408
F4 Circuiti combinatori integrati di base 410
F4.1 Multiplexer o selettore di linee 410
L'INTEGRATO 74XX253 410
ESPANSIONE 410
F4.2 Decoder e demultiplexer 411
L'INTEGRATO 74XX139 411
ESPANSIONE IN PARALLELO 412
ESPANSIONE CON PIÙ LIVELLI 412
L'INTEGRATO 74XX138 413
ESPANSIONE 413
L'INTEGRATO 4051 413
F4.3 Codificatore con priorità 414
ESPANSIONE 415
L'INTEGRATO 4532 416
L'INTEGRATO 74XX148 416
F4.4 Decoder-driver per display
con 7 segmenti 416
DISPLAY A LED 416
DISPLAY A CRISTALLI LIQUIDI, LCD 416
GLI INTEGRATI 74LS47 E 74LS48 417
USO DELLE FUNZIONI RBI E RBO 418
L'INTEGRATO 9368 418
GLI INTEGRATI 4543 E 74HCT4543 419
F4.5 Generatore-verificatore di parità 420
L'INTEGRATO 74HCT280 421
ESPANSIONE 421
F4.6 Comparatore 421
L'INTEGRATO 74HCT85 422
ESPANSIONI 422
L'INTEGRATO 74HCT688 422
ESPANSIONE 423
F4.7 Sommatori e generatori
di riporto 423
FULL ADDER 423
RIPPLE ADDER 424
SOTTRAZIONE 424
GENERATORE E PROPAGATORE DI RIPORTO 425
LOOK AHEAD CARRY 425
SOMMATORI CON LOOK AHEAD CARRY 425
INTEGRATO 74XX283 426
ESPANSIONE 426
INTEGRATI 40182 E 74XX182 426
F4.8 Unità Aritmetico Logica (ALU) /
Generatore di Funzioni 427
GLI INTEGRATI 74181 E 40181 427
Esercizi di verifica 429
Test di verifica 431
F5 Attività di laboratorio proposte 435
F5.1 Leggi di identità e annullamento,
concetto di abilitazione 435
F5.2 Legge dei complementi, alea statica 436
F5.3 Teorema di De Morgan 437
F5.4 Circuito logico di un MUX 1 of 4 437
F5.5 Circuito generatore di funzione
mediante MUX 1 of 8 438
F5.6 Decoder/demultiplexer digitale 439
F5.7 Espansione di decoder 439
F5.8 Comparatore digitale 440
F5.9 Espansione di un comparatore digitale 441
F5.10 Decoder per display 7 segmenti 441
Modulo G
Circuiti logici sequenziali 443
Obiettivi 444
Prerequisiti 444
G1 Circuiti sequenziali di base:
latch e flip-flop 445
G1.1 Una semplice trappola elettronica 445
G1.2 Il concetto di stato di un sistema 446
TABELLE DEGLI STATI O DI ECCITAZIONE 446
DIAGRAMMA DEGLI STATI 447
G1.3 Latch SR 447
DIAGRAMMA DEGLI STATI DI UN SR 449
EQUAZIONE DELLO STATO SUCCESSIVO DI UN SR 449
G1.4 Circuito antirimbalzo 449
G1.5 Latch SR con abilitatore 450
G1.6 D-latch 450
G1.7 Registri a ingressi
e uscite paralleli 451
CORSA CRITICA 451
INTEGRATO 74LS75 452
INTEGRATO 74LS279 452
INTEGRATO 74LS373 452
INTEGRATO CD4042 453
G1.8 Caratteristiche di commutazione
dei latch 453
G1.9 Flip-flop 453
MASTER-SLAVE 453
INGRESSI ASINCRONI O DIRETTI 454
EDGE-TRIGGERED 455
DATA LOCK-OUT 456
Indice XI
G1.10 Flip-flop JK 456
EQUAZIONE DELLO STATO SUCCESSIVO DI UN JK 457
G1.11 Dal SR al JK 457
G1.12 Il flip-flop D 458
G1.13 Il flip-flop T 458
G1.14 Flip-flop integrati 458
CARATTERISTICHE DI COMMUTAZIONE 459
G1.15 Trasformazioni di flip-flop 459
Esercizi di verifica 461
Test di verifica 462
G2 Circuiti generatori di segnali impulsivi 465
G2.1 Monostabile mediante un latch SR 465
CALCOLO DEL TEMPO T
0
466
G2.2 Astabile mediante un latch SR 466
CALCOLO DEI TEMPI T
1
E T
2
466
G2.3 Monostabile con trigger
di Schmitt 466
G2.4 Astabile con trigger di Schmitt 468
G2.5 Astabile realizzato con porte
NOT CMOS 469
CALCOLO DEI TEMPI T
1
E T
2
470
G2.6 Circuiti monostabili e astabili
integrati 471
L'INTEGRATO 4047 471
INDICAZIONI PER L'UTILIZZAZIONE DELL'INTEGRATO 471
ASTABILE 471
MONOSTABILE 473
UTILIZZAZIONE DELL 'INGRESSO RETRIGGER 474
TIMER 555 474
MONOSTABILE 475
ASTABILE 475
Esercizi di verifica 477
Test di verifica 479
G3 Contatori e registri a scorrimento 482
G3.1 Un modello per i sistemi sequenziali
sincroni 482
G3.2 Registri a scorrimento 482
G3.3 Contatori realizzati
con shift register 484
CONTATORE AD ANELLO SEMPLICE 484
CONTATORE JOHNSON 484
G3.4 Contatori binari sincroni 485
CONTATORE IN AVANTI (UP) 485
CONTATORE DOWN 487
CONTATORE UP/DOWN 488
FREQUENZA MASSIMA DEL CLOCK 488
ERRORI NEI CODICI 488
CONTATORI SINCRONI MODULO QUALUNQUE 489
G3.5 Contatori asincroni 489
CONTATORE BINARIO RIPLLE MODULO 2
N
489
G3.6 Controllo ed espansione
dei contatori 490
START/STOP 490
PRESET 490
COLLEGAMENTO IN CASCATA DI PIÙ CONTATORI 491
Esercizi di verifica 492
Test di verifica 494
G4 Contatori e shift register integrati 496
G4.1 Contatori integrati binari e decadici 496
GLI INTEGRATI 4510 E 4516 496
L'INTEGRATO 4029 497
GLI INTEGRATI 74LS169 E 74LS168 497
L'INTEGRATO 40110 497
GLI INTEGRATI 74LS90 E 74LS93 498
G4.2 Shift register integrati 498
L'INTEGRATO 74LS164 498
L'INTEGRATO 74LS194 499
L'INTEGRATO 4015 499
L'INTEGRATO 4094 499
Esercizi di verifica 500
Test di verifica 501
G5 Attività di laboratorio proposte 504
G5.1 Verifica di latch SR 504
G5.2 Verifica di circuito antirimbalzo 504
G5.3 Verifica di flip-flop JK 505
G5.4 Monostabile con latch 506
G5.5 Astabile con porte NOT CMOS 507
G5.6 Contatore decimale con 7490 508
Modulo H
Circuiti programmabili e a programma 509
Obiettivi 510
Prerequisiti 510
H1 Memorie 511
H1.1 Memorie RAM (Random Access
Memory) 511
CICLI DI SCRITTURA E CICLI DI LETTURA 513
H1.2 Memorie ROM 515
MEMORIE A MASCHERA 515
MEMORIE PROM 516
MEMORIE EPROM 517
MEMORIE EEPROM E FLASH 518
H1.3 Applicazioni delle memorie 519
NEI CIRCUITI COMBINATORI 519
NEI CIRCUITI SEQUENZIALI 519
NEI SISTEMI A PROGRAMMA 519
Esercizi di verifica 520
Test di verifica 520
Indice XII
H2 Dispositivi logici programmabili (PLD) 522
H2.1 Dalle PROM agli Array Logici
Programmabili PLA e FPLA 522
L'INTEGRATO PLS100 525
L'INTEGRATO PLS405 525
H2.2 Programmable Array
Logic (PAL, FPAL) 525
L'INTEGRATO 22V10 527
H2.3 Dispositivi Logici Programmabili
Complessi (CPLDs, FCPLDs) 528
H2.4 Gate Array Programmabili
(MPGAs, FPGAs) 528
Test di verifica 530
H3 Dispositivi logici esecutori di programma,
microprocessori 532
H3.1 Concepire un microprocessore 532
H3.2 Architettura di Von Neumann 535
H3.3 Modello di Harvard 536
Test di verifica 538
H4 Attività di laboratorio proposte 539
H4.1 Operazioni manuali di scrittura
e lettura su una memoria RAM 539
Soluzioni 541

XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

VOLUME 2

Prefazione XII
ELETTROTECNICA
Modulo A
Risoluzione delle reti elettriche lineari
in corrente alternata monofase 3
Obiettivi 4
Prerequisiti 4
SCHEDA PRE-1
Rapporto incrementale:
significato geometrico e fisico 4
SCHEDA PRE-2
Numeri immaginari, numeri complessi
e operazioni relative 6
A1 Concetti introduttivi 14
A1.1 Grandezze periodiche e alternate 14
GRANDEZZE PERIODICHE 14
GRANDEZZE ALTERNATE 15
VALORE MEDIO NEL PERIODO 15
VALORE MEDIO NEL SEMIPERIODO 16
VALORE MASSIMO 16
VALORE PICCO-PICCO 16
VALORE EFFICACE 17
FATTORE DI FORMA E FATTORE DI CRESTA 18
A1.2 Grandezze sinusoidali 20
PERIODO E FREQUENZA 21
VALORE MEDIO, VALORE EFFICACE, FATTORE DI FORMA,
FATTORE DI CRESTA, VALORE PICCO-PICCO 21
A1.3 Corrispondenza tra sinuosidi,
fasori e numeri complessi 22
CORRISPONDENZA TRA SINUSOIDI E FASORI 22
RAPPRESENTAZIONE DI SINUOSIDI SFASATE 25
RAPPRESENTAZIONE VETTORIALE
DELLE GRANDEZZE SINUSOIDALI 26
CORRISPONDENZA TRA SINUOSIDI E NUMERI COMPLESSI 27
Esercizi di verifica 30
Test di verifica 33
A2 Circuiti in corrente
alternata monofase 35
A2.1 Circuito puramente ohmico 35
RAPPRESENTAZIONE SIMBOLICA 36
POTENZA ELETTRICA 37
CONCETTO DI IMPEDENZA 39
A2.2 Circuito puramente induttivo 39
RAPPRESENTAZIONE SIMBOLICA 41
POTENZA ELETTRICA 43
COMPORTAMENTO DI UN INDUTTORE AL VARIARE
DELLA FREQUENZA 45
A2.3 Circuito puramente capacitivo 45
RAPPRESENTAZIONE SIMBOLICA 47
POTENZA ELETTRICA 49
COMPORTAMENTO DI UN CONDENSATORE
AL VARIARE DELLA FREQUENZA 50
A2.4 Circuito RL serie e parallelo 51
Indice
V
Indice VI
CIRCUITO RL SERIE 51
POTENZE NEL CIRCUITO RL SERIE 53
CIRCUITO RL PARALLELO 55
POTENZE NEL CIRCUITO RL PARALLELO 56
A2.5 Comportamento del circuito RL
al variare della frequenza 57
A2.6 Circuito RC serie e parallelo 59
CIRCUITO RC SERIE 59
POTENZE NEL CIRCUITO RC SERIE 61
CIRCUITO RC PARALLELO 62
POTENZE NEL CIRCUITO RC PARALLELO 63
A2.7 Comportamento del circuito RC
al variare della frequenza 64
A2.8 Circuito RLC serie e parallelo 66
CIRCUITO RLC SERIE 67
POTENZE NEL CIRCUITO RLC SERIE 69
CIRCUITO RLC PARALLELO 70
POTENZE NEL CIRCUITO RLC PARALLELO 72
A2.9 Comportamento del circuito RLC
al variare della frequenza, risonanza 74
A2.10 Equivalenza serie-parallelo 76
Esercizi di verifica 78
Test di verifica 81
A3 Reti in corrente
alternata monofase 82
A3.1 Bipoli passivi collegati in serie
e in parallelo 82
COLLEGAMENTO IN SERIE 82
PARTITORE DI TENSIONE 83
COLLEGAMENTO IN PARALLELO 84
PARTITORE DI CORRENTE 85
COLLEGAMENTO IN SERIE-PARALLELO 86
A3.2 Trasformazione stella-triangolo 86
TRASFORMAZIONE DA TRIANGOLO A STELLA 86
TRASFORMAZIONE DA STELLA A TRIANGOLO 86
CASO PARTICOLARE DI TRE IMPEDENZE UGUALI 87
A3.3 Metodi di risoluzione
delle reti elettriche 88
TEOREMA DI MILLMANN 88
SOVRAPPOSIZIONE DEGLI EFFETTI 88
GENERATORE EQUIVALENTE DI THEVENIN 88
GENERATORE EQUIVALENTE DI NORTON 88
A3.4 Teorema di Boucherot 90
A3.5 Generatore in corrente alternata
monofase 92
VARIAZIONE DI TENSIONE DA VUOTO A CARICO 93
A3.6 Potenze e rendimento del generatore 95
RENDIMENTO DEL GENERATORE 96
A3.7 Linee in corrente alternata monofase 97
LINEE CON PARAMETRI TRASVERSALI TRASCURABILI 98
POTENZE E RENDIMENTO DI UNA LINEA 100
A3.8 Rifasamento di carichi induttivi 101
Esercizi di verifica 105
Test di verifica 109
A4 Misure elettriche: misure in corrente
alternata monofase 111
A4.1 Misura dell'impedenza
mediante circuiti a ponte 111
A4.2 Misura della capacità col ponte
di De Sauty 112
A4.3 Misura dell'induttanza
col ponte di Maxwell 114
A4.4 Misura della potenza
in corrente alternata monofase 115
A4.5 Misura di impedenza
con il metodo industriale 118
Test di verifica 120
A5 Attività di laboratorio proposte 121
A5.1 Misura della potenza in corrente
alternata monofase 121
A5.2 Misura dell'impedenza
con il metodo industriale 122
A5.3 Circuito RC serie con alimentazione
sinusoidale 122
A5.4 Rifasamento di un carico
monofase 124
Modulo B
Risoluzione delle reti elettriche lineari
in corrente alternata trifase 127
Obiettivi 128
Prerequisiti 128
B1 Sistemi trifase 129
B1.1 Generatore di trifase simmetrico
a stella e a triangolo 129
TENSIONI DI FASE E TENSIONI DI LINEA 130
B1.2 Carico trifase equilibrato a stella
e a triangolo 134
CORRENTI DI LINEA E CORRENTI DI FASE 135
B1.3 Esame dei collegamenti generatorecarico per i sistemi trifase
simmetrici ed equilibrati 137
CONFIGURAZIONE STELLA-STELLA 138
CONFIGURAZIONE STELLA-TRIANGOLO 139
CONFIGURAZIONE TRIANGOLO-STELLA 139
CONFIGURAZIONE TRIANGOLO-TRIANGOLO 140
B1.4 Metodo del circuito equivalente
monofase 140
B1.5 Potenze nei sistemi trifase
simmetrici ed equilibrati 142
Indice VII
CARICO COLLEGATO A STELLA 142
CARICO COLLEGATO A TRIANGOLO 144
FATTORE DI POTENZA TOTALE 145
B1.6 Sistemi trifase simmetrici
e squilibrati 146
SISTEMA TRIFASE A STELLA CON NEUTRO 146
SISTEMA TRIFASE A STELLA SENZA NEUTRO 147
SISTEMA TRIFASE A TRIANGOLO 149
B1.7 Potenze nei sistemi trifase simmetrici
e squilibrati 151
CARICO COLLEGATO A STELLA CON NEUTRO 151
CARICO COLLEGATO A STELLA SENZA NEUTRO 152
CARICO COLLEGATO A TRIANGOLO 152
FATTORE DI POTENZA TOTALE 153
B1.8 Caduta di tensione e rendimento
di una linea trifase 154
B1.9 Rifasamento di carichi
trifase 156
Esercizi di verifica 158
Test di verifica 161
B2 Misure elettriche: misure
in corrente alternata trifase 162
B2.1 Misura delle potenze nei sistemi
trifase 162
B2.2 Misura delle potenze in un sistema
trifase a quattro fili 162
MISURA DELLA POTENZA ATTIVA 162
MISURA DELLA POTENZA REATTIVA 163
CASO DEL SISTEMA SIMMETRICO
ED EQUILIBRATO 164
B2.3 Misura delle potenze
in un sistema trifase a tre fili
mediante l'inserzione Aron 165
SISTEMA SIMMETRICO ED EQUILIBRATO , ESAME
DEI VARI CASI 167
B2.4 Misura delle potenze in un
sistema trifase a tre fili mediante
l'inserzione Righi 170
Test di verifica 172
B3 Attività di laboratorio proposte 173
B3.1 Sistema trifase simmetrico squilibrato
a stella senza neutro 173
B3.2 Misura di potenza in un sistema
trifase simmetrico ed equilibrato
con il metodo di Aron 174
TABELLA DELLE MISURE 175
TABELLA DEI RISULTATI 175
B3.3 Misura di potenza in un sistema
trifase simmetrico e squilibrato
con il metodo Righi 176
TABELLA DELLE MISURE 177
TABELLA DEI RISULTATI 177
Modulo C
Aspetti generali delle macchine
elettiche 179
Obiettivi 180
Prerequisiti 180
SCHEDA PRE-1
Massa volumica e peso volumico 180
SCHEDA PRE-2
Grandezze termiche 180
C1 Definizioni e classificazioni 182
C1.1 Definizione di macchina elettrica 182
C1.2 Classificazione delle macchine
elettriche 184
C1.3 Circuiti elettrici e magnetici 185
Test di verifica 187
C2 Perdite e rendimento,
riscaldamento, tipi di servizio 188
C2.1 Perdite negli elementi conduttori 188
C2.2 Perdite nei nuclei magnetici 189
PERDITE PER ISTERESI MAGNETICA 190
PERDITE PER CORRENTI PARASSITE 190
CIFRA DI PERDITA 191
C2.3 Perdite negli isolamenti 192
C2.4 Perdite meccaniche 193
C2.5 Perdite addizionali 193
C2.6 Rendimento effettivo e convenzionale
di una macchina elettrica 193
C2.7 Curve ideali di riscaldamento
e di raffreddamento 195
CURVA IDEALE DI RAFFREDDAMENTO 196
C2.8 Diagramma di carico e potenza
nominale 197
C2.9 Tipi di servizio delle macchine
elettriche 198
SERVIZIO CONTINUO (S1) 199
SERVIZIO DI DURATA LIMITATA (S2) 199
SERVIZIO INTERMITTENTE PERIODICO (S3)
E ININTERROTTO PERIODICO CON CARICO
INTERMITTENTE (S6) 200
Esercizi di verifica 202
Test di verifica 203
C3 Materiali e loro caratteristiche 205
C3.1 Classificazione dei materiali 205
C3.2 Materiali conduttori 205
RAME 206
Indice VIII
ALLUMINIO 207
C3.3 Materiali magnetici 207
FERRO E LEGA FERRO-CARBONIO 208
LEGA FERRO-CARBONIO-SILICIO 208
LAMIERE A CRISTALLI ORIENTATI 209
MATERIALI MAGNETICI PARTICOLARI 209
C3.4 Materiali isolanti 210
CARATTERISTICHE DEGLI ISOLANTI 210
TIPI DI ISOLANTI 211
C3.5 Materiali strutturali 212
Test di verifica 213
Modulo D
Trasformatore 215
Obiettivi 216
Prerequisiti 216
SCHEDA PRE-1
Derivata di una grandezza
variabile sinusoidalmente 216
SCHEDA PRE-2
Tensione indotta da un flusso
magnetico sinusoidale 217
SCHEDA PRE-3
Circuiti elettrici magneticamente
accoppiati 218
D1 Aspetti costruttivi 219
D1.1 Struttura generale dei trasformatori 219
D1.2 Nucleo magnetico 221
D1.3 Avvolgimenti 223
D1.4 Sistemi di raffreddamento 224
Test di verifica 226
D2 Trasformatore monofase 227
D2.1 Principio di funzionamento
del trasformatore ideale 227
FUNZIONAMENTO A VUOTO 229
FUNZIONAMENTO A CARICO 229
POTENZE 230
TRASFORMAZIONE DELLE IMPEDENZE 231
D2.2 Circuito equivalente del trasformatore
reale 233
D2.3 Funzionamento a vuoto 234
RAPPORTO DI TRASFORMAZIONE A VUOTO 236
BILANCIO DELLE POTENZE 236
PROVA A VUOTO 237
D2.4 Funzionamento a carico 238
BILANCIO DELLE POTENZE 240
D2.5 Circuito equivalente primario 241
D2.6 Circuito equivalente secondario 243
D2.7 Funzionamento in cortocircuito 245
PROVA DI CORTOCIRCUITO 247
D2.8 Dati di targa del trasformatore 248
POTENZA APPARENTE NOMINALE 248
FREQUENZA NOMINALE 248
RAPPORTO DI TRASFORMAZIONE A VUOTO 249
CORRENTI NOMINALI 249
PERDITE E CORRENTE A VUOTO 249
TENSIONE DI CORTOCIRCUITO
PERCENTUALE 249
POTENZA DI CORTOCIRCUITO 249
FATTORE DI POTENZA IN CORTOCIRCUITO 250
D2.9 Variazione di tensione da vuoto
a carico 250
D2.10 Caratteristica esterna 253
D2.11 Perdite e rendimento 254
D2.12 Cenni sull'autotrasformatore
monofase 256
Esercizi di verifica 258
Test di verifica 259
D3 Trasformatore trifase 260
D3.1 Tipi di collegamento 260
RAPPORTO DI TRASFORMAZIONE 263
D3.2 Circuiti equivalenti 264
D3.3 Potenze, perdite e rendimento 266
D3.4 Variazione di tensione da vuoto
a carico 268
D3.5 Dati di targa del trasformatore
trifase 268
D3.6 Autotrasformatore trifase 269
D3.7 Criteri di scelta del tipo
di collegamento dei trasformatori
trifase 270
PRESENZA DEL CONDUTTORE NEUTRO 270
VALORI NOMINALI DELLE TENSIONI 270
COMPORTAMENTO CON CARICHI
SQUILIBRATI 270
CONCLUSIONI 272
Esercizi di verifica 273
Test di verifica 274
D4 Funzionamento in parallelo
dei trasformatori 275
D4.1 Collegamento in parallelo 275
D4.2 Trasformatori monofase
in parallelo 276
D4.3 Trasformatori trifase
in parallelo 278
Esercizi di verifica 282
Indice IX
D5 Misure elettriche e laboratorio:
prove sui trasformatori 283
D5.1 Misura della resistenza
degli avvolgimenti 283
AVVOLGIMENTI TRIFASE, RESISTENZA DI FASE
E RESISTENZA MISURATA 283
D5.2 Misura del rapporto di trasformazione
a vuoto 285
D5.3 Prova a vuoto 286
D5.4 Prova in cortocircuito 288
D5.5 Separazione delle perdite nel rame
e riporto alla temperatura
convenzionale 290
D5.6 Determinazione del rendimento
convenzionale e della variazione
di tensione da vuoto a carico 293
Test di verifica 296
ELETTRONICA
Modulo E
Dispositivi elettronici a semiconduttore 301
Obiettivi 302
Prerequisiti 302
E1 Il diodo a giunzione 303
E1.1 Caratteristiche del diodo a giunzione 303
E1.2 Polarizzazione diretta 304
E1.3 Polarizzazione inversa 305
E1.4 Dipendenza dalla temperatura
della caratteristica I-V 306
E1.5 Il concetto di retta di carico 307
GENERALIZZAZIONE DEL CONCETTO DI RETTA DI CARICO 307
VARIAZIONE DEI PARAMETRI DEL CIRCUITO 308
E1.6 Analisi di circuiti con diodi 308
E1.7 Modelli del diodo 314
IL DIODO COME INTERRUTTORE 314
IL DIODO COME GENERATORE 315
MODELLO CON RESISTENZA IN SERIE 316
E1.8 Diodi Zener 317
Esercizi di verifica 320
Test di verifica 322
E2 Applicazioni del diodo
a giunzione 325
E2.1 Circuiti di taglio e vincolo 325
E2.2 Circuiti limitatori a soglia singola 325
GENERAZIONE DELLA TENSIONE DI RIFERIMENTO 329
E2.3 Circuiti limitatori a soglia doppia 332
LIMITATORE A DIODI NORMALI 332
LIMITATORI A DIODI ZENER 334
E2.4 Circuiti stabilizzatori 335
DIODI ZENER 335
STABILIZZATORE A DIODO ZENER 336
DIMENSIONAMENTO DELLA RESISTENZA R 337
Esercizi di verifica 341
Test di verifica 343
E3 Il transistor BJT: principio
di funzionamento e utilizzo
in commutazione 345
E3.1 Struttura del transistor BJT 345
IL TRANSISTOR COME QUADRIPOLO 345
STRUTTURA FISICA DEL BJT 346
E3.2 Zone di funzionamento
del transistor BJT 347
BJT IN ZONA ATTIVA DIRETTA 347
GUADAGNO DIRETTO DI CORRENTE 349
BJT IN ZONA ATTIVA INVERSA 349
BJT IN SATURAZIONE 349
BJT IN INTERDIZIONE 350
E3.3 Curve caratteristiche 350
E3.4 Caratteristiche di uscita 351
EFFETTO EARLY 352
RETTA DI CARICO 353
E3.5 Il BJT come interruttore 354
INTERRUTTORE CHIUSO (BJT ON) 354
FORMULE DI PROGETTO 354
INTERRUTTORE APERTO (BJT OFF) 355
Esercizi di verifica 356
Test di verifica 357
E4 Transistor a effetto di campo (FET)
e loro applicazioni 359
E4.1 Struttura e principio di funzionamento
del transistor a effetto di campo
MOS (MOSFET) 359
STRUTTURA DEL MOSFET 359
FORMAZIONE DEL CANALE CONDUTTIVO 360
APPLICAZIONI DI UNA TENSIONE TRA DRAIN E SOURCE 362
LA CORRENTE DI DRAIN NEL MOSFET 362
E4.2 Curve caratteristiche del MOSFET 363
CARATTERISTICHE DI USCITA 363
CARATTERISTICA DI TRASFERIMENTO 364
E4.3 Il MOSFET ad arricchimento a canale p 364
E4.4 MOSFET a svuotamento 365
E4.5 Polarizzazione dei transistor FET 367
E4.6 Polarizzazione dei transistor MOSFET 367
POLARIZZAZIONE FISSA CON PARTITORE DI GATE 367
ANALISI DEL CIRCUITO 367
Indice X
FORMULE DI PROGETTO 369
POLARIZZAZIONE AUTOMATICA CON PARTITORE DI GATE 370
ANALISI DEL CIRCUITO 371
FORMULE DI PROGETTO 373
POLARIZZAZIONE DEI MOSFET A CANALE p 375
POLARIZZAZIONE DEI MOSFET A SVUOTAMENTO 376
E4.7 I FET come interruttori 376
INTERRUTTORE CHIUSO (MOSFET ON) 377
FORMULE DI PROGETTO 377
INTERRUTTORE APERTO (MOSFET OFF) 378
E4.8 Amplificazione e distorsione
nei circuiti a FET 379
E4.9 Modello per piccoli segnali
dei transistor FET 380
MODELLO DI PICCOLO SEGNALE CON GENERATORE
DI CORRENTE (A PARAMETRI Y) 381
EQUAZIONI E PARAMETRI DEL MODELLO 381
CIRCUITO EQUIVALENTE 382
LA TRANSCONDUTTANZA g
m
382
LIMITI DI VALIDITÀ DEL MODELLO DI PICCOLO SEGNALE 383
E4.10 Amplificatori a FET a source
comune 383
POLARIZZAZIONE 383
CIRCUITO PER L 'ANALISI DINAMICA 384
IMPEDENZE DI INGRESSO E DI USCITA 384
GUADAGNO IN TENSIONE 384
EFFETTO DEL PARTITO DI INGRESSO 385
FORMULE DI PROGETTO 386
Esercizi di verifica 388
Test di verifica 390
E5 Attività di laboratorio proposte 393
E5.1 Caratteristica del diodo a giunzione 393
E5.2 Circuito limitatore a soglia doppia
mediante diodi Zener 394
E5.3 Polarizzazione di BJT
e punto di lavoro 395
E5.4 Amplificatore a BJT 396
E5.5 Resistenze d'ingresso e d'uscita
di un amplificatore 396
E5.6 Amplificatore MOS a source comune 397
Modulo F
Funzione di trasferimento e risposta
in frequenza di circuiti elettronici 399
Obiettivi 400
Prerequisiti 400
SCHEDA PRE-1
Funzione di trasferimento
e risposta in frequenza di sistemi
dinamici lineari 400
SCHEDA PRE-2
Funzione di trasferimento 401
SCHEDA PRE-3
Risposta in frequenza 405
SCHEDA PRE-4
Funzione di trasferimento
di circuiti elettrici 406
SCHEDA PRE-5
Algebra degli schemi a blocchi 406
F1 Diagrammi di Bode della risposta
in frequenza 408
F1.1 Teorema della risposta in frequenza 408
TEOREMA DELLA RISPOSTA IN FREQUENZA 408
IMPORTANZA DEL TEOREMA DELLA RISPOSTA
IN FREQUENZA 410
F1.2 Diagrammi di Bode della risposta
in frequenza 412
SCOMPOSIZIONE DELLA RISPOSTA IN FREQUENZA
IN TERMINI ELEMENTARI 412
DIAGRAMMA DI BODE DEL GUADAGNO STATICO 413
DIAGRAMMA DI BODE DELLE SINGOLARITÀ NELL 'ORIGINE 413
DIAGRAMMA DI BODE DI SISTEMI
CON POLI REALI NEGATIVI 414
DIAGRAMMI DI BODE DI SISTEMI CON COPPIE
DI POLI COMPLESSI CONIUGATI 416
ALTRE SINGOLARITÀ REALI 419
ALTRE SINGOLARITÀ COMPLESSE CONIUGATE 420
ESEMPI SVOLTI 420
Esercizi di verifica 424
Test di verifica 424
F2 Filtri passivi 426
F2.1 Classificazione dei circuiti
filtranti 426
F2.2 Filtri ideali e filtri reali 428
F2.3 Filtro passivo passa basso 429
PROGETTO DI UN FILTRO PASSA BASSO 433
FILTRI DI ORDINE SUPERIORE AL PRIMO 433
F2.4 Filtro passivo passa alto 434
PROGETTO DI UN FILTRO PASSA ALTO 437
F2.5 Filtro passivo passa banda 438
FILTRO PASSA BANDA RLC 438
PROGETTO DI UN FILTRO PASSA BANDA RLC 439
FILTRO PASSA BANDA A DUE STADI 441
PROGETTO DI UN FILTRO PASSA BANDA
A DUE STADI 443
F2.6 Filtro arresta banda 444
PROGETTO DI UN FILTRO ARRESTA BANDA 446
Esercizi di verifica 448
Test di verifica 449
Indice XI
F3 Attività di laboratorio proposte 452
F3.1 Filtro passa basso 452
F3.2 Filtro passa alto 453
F3.3 Filtro passa banda 454
F3.4 Filtro passa banda a due stadi 455
Modulo G
Amplificatore operazionale e sue applicazioni 457
Obiettivi 458
Prerequisiti 458
G1 Applicazioni lineari dell'amplificatore
operazionale 459
G1.1 Struttura dell'amplificatore
operazionale 459
SCHEMA A BLOCCHI 459
MODELLO EQUIVALENTE 459
CARATTERISTICA DI TRASFERIMENTO 461
G1.2 Amplificatore operazionale
ideale 462
IPOTESI ALLA BASE DEL MODELLO DI AO IDEALE 462
CONSEGUENZE DELLE IPOTESI DI BASE 463
G1.3 Amplificatore non invertente 463
GUADAGNO IN TENSIONE 463
IMPEDENZE DI INGRESSO E DI USCITA 464
CRITERI DI PROGETTO 464
G1.4 Inseguitore di tensione 466
G1.5 Amplificatore invertente 467
GUADAGNO IN TENSIONE 467
IMPEDENZE DI INGRESSO E DI USCITA 468
CRITERI DI PROGETTO 468
G1.6 Amplificatore sommatore 470
SOMMATORE INVERTENTE 470
GUADAGNO IN TENSIONE 471
IMPEDENZE DI INGRESSO E DI USCITA 471
SOMMATORE NON INVERTENTE 472
GUADAGNO IN TENSIONE 472
IMPEDENZE DI INGRESSO E DI USCITA 473
G1.7 Amplificatore differenziale 474
MODO DIFFERENZIALE E MODO COMUNE 474
IMPEDENZA DIFFERENZIALE E DI MODO COMUNE 475
STADIO DIFFERENZIALE CON AO 476
GUADAGNO IN TENSIONE 476
IMPEDENZE DI INGRESSO E DI USCITA 477
REIEZIONE DELLA TENSIONE DI MODO COMUNE 478
G1.8 Circuito integratore 480
RELAZIONE INGRESSO-USCITA 480
COMPORTAMENTO ALLE BASSE FREQUENZE 481
L'INTEGRATORE COME FILTRO PASSA BASSO 482
IMPEDENZE DI INGRESSO E DI USCITA 483
G1.9 Circuito derivatore 484
RELAZIONE INGRESSO-USCITA 484
COMPORTAMENTO ALLE ALTE FREQUENZE 486
IL DERIVATORE COME FILTRO PASSA ALTO 487
IMPEDENZE DI INGRESSO E DI USCITA 487
Esercizi di verifica 490
Test di verifica 496
G2 Comparatori e applicazioni
non lineari dell'amplificatore
operazionale 501
G2.1 Comparatori 501
CARATTERISTICA DI TRASFERIMENTO 501
AO COME COMPARATORE 502
IL RUMORE NEI COMPARATORI 506
G2.2 Trigger di Schmitt 508
RETROAZIONE NEGATIVA E RETROAZIONE POSITIVA 508
COMPARATORE A ISTERESI 509
IL TRIGGER DI SCHMITT INVERTENTE 510
IL TRIGGER DI SCHMITT NON INVERTENTE 512
POLARIZZAZIONE DELLA CARATTERISTICA
DI TRASFERIMENTO 512
G2.3 Comparatori a finestra 518
COMPARATORE A FINESTRA 518
INDICATORI A BARRA 519
Esercizi di verifica 521
Test di verifica 522
G3 Attività di laboratorio proposte 524
G3.1 Integratore reale 524
G3.2 Derivatore reale 525
G3.3 Trigger di Schmitt 526
G3.4 Interruttore crepuscolare 527
G3.5 Misura di temperatura 527
Soluzioni 529

XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

VOLUME 3

Prefazione IX
Competenze XI
Modulo A
Elettronica di potenza 1
A1 Componenti elettronici per circuiti
di potenza 2
A1.1 Ambiti di applicazione dell'elettronica
di potenza 2
A1.2 Introduzione ai componenti elettronici
di potenza 4
A1.3 Caratteristiche dei diodi raddrizzatori
di potenza 5
TIPI DI DIODI 6
A1.4 Tiristori SCR 7
CARATTERISTICA IDEALE 9
CARATTERISTICA D'INNESCO 9
GRANDEZZE CARATTERISTICHE E TIPI COSTRUTTIVI 10
A1.5 Triac 12
A1.6 Tiristori GTO 14
ALTRI TIPI DI TIRISTORI A SPEGNIMENTO CONTROLLATO 15
A1.7 Uso del transistor BJT come interruttore
statico 15
A1.8 Uso del transistor MOSFET come
interruttore statico 16
A1.9 Tiristore MCT 18
A1.10 Transistor IGTB 19
GRANDEZZE CARATTERISTICHE DELL 'IGBT 20
TIPI COSTRUTTIVI E IMPIEGHI 21
A1.11 Perdite in commutazione
e in conduzione 22
COMMUTAZIONE OFF-ON 23
CONDUZIONE 24
COMMUTAZIONE ON-OFF 24
POTENZA MEDIA DISSIPATA DURANTE LA COMMUTAZIONE 24
POTENZA MEDIA DISSIPATA DURANTE LA CONDUZIONE 25
POTENZA MEDIA DISSIPATA TOTALE 25
Memo A1 Memo CLIL 26
Test di verifica 28
A2 Convertitori statici di potenza 31
A2.1 Classificazione dei convertitori 31
A2.2 Raddrizzatori monofase a diodi
a frequenza di rete 33
CIRCUITO MONOFASE A SEMIONDA SU CARICO RESISTIVO 33
CIRCUITO MONOFASE A ONDA INTERA SU CARICO RESISTIVO 36
A2.3 Raddrizzatori trifase a diodi
a frequenza di rete 40
CIRCUITO TRIFASE A SEMIONDA SU CARICO RESISTIVO 40
CIRCUITO TRIFASE A PONTE SU CARICO RESISTIVO 43
A2.4 Alimentazione di un carico
ohmico-induttivo 46
EFFETTO DEL DIODO VOLANO 48
A2.5 Alimentazione di un utilizzatore
attivo 49
A2.6 Effetti di un condensatore in parallelo
all'uscita 50
A2.7 Raddrizzatori a frequenza di rete
con controllo di fase 53
CIRCUITO MONOFASE A SEMIONDA SU CARICO RESISTIVO 53
CIRCUITO MONOFASE A PONTE SEMICONTROLLATO 55
CIRCUITO TRIFASE A PONTE SEMICONTROLLATO 56
A2.8 Ponti a tiristori totalmente controllati 58
A2.9 Comando del tiristore e controllo
dell'angolo di innesco 60
A2.10 Convertitori d.c.-d.c. a commutazione 61
A2.11 Chopper abbassatore 64
A2.12 Chopper frazionatore sul secondo
quadrante 68
A2.13 Chopper elevatore 71
A2.14 Chopper su due quadranti 74
FUNZIONAMENTO SUL PRIMO QUADRANTE 74
FUNZIONAMENTO SUL SECONDO QUADRANTE 74
A2.15 Chopper a ponte 75
FUNZIONAMENTO SUL I E SUL II QUADRANTE 76
Indice
III
Indice IV
FUNZIONAMENTO SUL III E SUL IV QUADRANTE 76
A2.16 Cenni sul controllo del convertitore
d.c.-d.c. 76
A2.17 Convertitori d.c.-a.c. a commutazione 78
A2.18 Inverter monofase a presa centrale
su carico ohmico 79
A2.19 Inverter monofase a presa centrale
su carico ohmico-induttivo 80
A2.20 Inverter monofase a ponte su carico
ohmico-induttivo 82
COMANDO A DUE LIVELLI DI TENSIONE 83
COMANDO A TRE LIVELLI DI TENSIONE 85
A2.21 Inverter trifase a ponte 86
A2.22 Regolazione della tensione
e della frequenza negli inverter 90
A2.23 Compatibilità elettromagnetica 95
COMPATIBILITÀ ELETTROMAGNETICA E IMMUNITÀ 95
MODABILITÀ DI PROPAGAZIONE DELLE EMISSIONI
E MISURE DI CONTENIMENTO 96
Memo A2 Memo CLIL 98
Esercizi di verifica 100
Test di verifica 101
A3 Esempi di simulazione di circuiti
raddrizzatori 104
A3.1 Raddrizzatore non controllato
monofase a semionda 104
RADDRIZZATORE MONOFASE A SEMIONDA SU CARICO
RESISTIVO 104
RADDRIZZATORE MONOFASE A SEMIONDA SU CARICO
OHMICO-INDUTTIVO 106
RADDRIZZATORE MONOFASE A SEMIONDA SU CARICO
ATTIVO 107
A3.2 Raddrizzatore non controllato
monofase a ponte 108
RADDRIZZATORE MONOFASE A PONTE SU CARICO
RESISTIVO 108
RADDRIZZATORE MONOFASE A PONTE SU CARICO
RESISTIVO CON FILTRO CAPACITIVO 110
A3.3 Raddrizzatori trifase non controllati 111
RADDRIZZATORE TRIFASE A SEMIONDA SU CARICO
RESISTIVO 111
RADDRIZZATORE TRIFASE A PONTE SU CARICO
RESISTIVO 113
A3.4 Raddrizzatore controllato monofase
a semionda 114
A3.5 Raddrizzatore controllato monofase
a ponte 117
A3.6 Raddrizzatore controllato trifase
a ponte 120
A4 Attività di laboratorio proposte 123
A4.1 Raddrizzatore monofase a semionda
su carico resistivo con filtro capacitivo 123
A4.2 Raddrizzatore monofase a semionda
su carico ohmico-induttivo con diodo
volano 124
A4.3 Raddrizzatore monofase con diodi
in controfase su carico ohmico 126
A4.4 Raddrizzatore trifase a semionda
su carico resistivo con filtro
capacitivo 127
A4.5 Raddrizzatore trifase a ponte
su carico resistivo con filtro
capacitivo 128
A4.6 Raddrizzatore controllato monofase
a ponte 129
A4.7 Raddrizzatore controllato trifase
a ponte 130
CLIL Module A Power electronics 131
Modulo B
Macchina asincrona 133
B1 Aspetti costruttivi 134
B1.1 Struttura generale del motore
asincrono trifase 134
B1.2 Cassa statorica 135
B1.3 Circuito magnetico statorico 136
B1.4 Circuito magnetico rotorico 137
B1.5 Avvolgimento statorico 138
B1.6 Avvolgimento rotorico 139
B1.7 Tipi di raffreddamento 140
Memo B1 Memo CLIL 141
Test di verifica 142
B2 Macchina asincrona trifase 143
B2.1 Campo magnetico rotante trifase 143
B2.2 Campo magnetico rotante nella
macchina asincrona trifase 146
VELOCITÀ DEL CAMPO MAGNETICO ROTANTE 147
VERSO DI ROTAZIONE DEL CAMPO 148
B2.3 Tensioni indotte negli avvolgimenti 149
Schede prerequisiti
• Dispositivi elettronici elementari
• Componenti armoniche di una funzione
periodica
• Distorsione armonica totale
Esercizi
Area digitale
Indice V
B2.4 Funzionamento con rotore
in movimento, scorrimento 149
FREQUENZA ROTORICA 151
TENSIONI INDOTTE ROTORICHE 151
B2.5 Circuito equivalente del motore
asincrono trifase 152
RAPPRESENTAZIONE ELETTRICA DEL CARICO
MECCANICO 152
B2.6 Funzionamento a carico,
bilancio delle potenze 154
POTENZE E LORO BILANCIO 155
RENDIMENTO 157
B2.7 Funzionamento a vuoto 158
B2.8 Funzionamento a rotore bloccato 159
B2.9 Circuito equivalente statorico 161
B2.10 Dati di targa del motore asincrono
trifase 162
B2.11 Curve caratteristiche del motore
asincrono trifase 163
B2.12 Caratteristica meccanica del motore
asincrono trifase 164
B2.13 Calcolo delle caratteristiche
di funzionamento del motore
asincrono trifase 167
B2.14 Cenni sul funzionamento
da generatore e da freno
della macchina asincrona 171
Memo B2 Memo CLIL 173
Esercizi di verifica 176
Test di verifica 177
B3 Avviamento e regolazione
della velocità 180
B3.1 Aspetti generali 180
B3.2 Motore con rotore avvolto e reostato
di avviamento 181
B3.3 Motori a doppia gabbia
e a barre alte 184
B3.4 Avviamento a tensione ridotta 185
B3.5 Regolazione della velocità
mediante variazione della frequenza
e della tensione 186
B3.6 Cenni sui motori a più velocità
ottenuti per variazione
del numero dei poli 190
Memo B3 Memo CLIL 191
Test di verifica 192
B4 Motori asincroni monofase 194
B4.1 Principio di funzionamento 194
GENERAZIONE DELLA COPPIA DI SPUNTO 197
B4.2 Tipi di motori asincroni monofase 197
MOTORE A FLUSSI SFASATI 197
MOTORE CON CONDENSATORE 198
MOTORE CON SPIRA IN CORTOCIRCUITO 199
Memo B4 Memo CLIL 200
Test di verifica 201
B5 Misure elettriche e laboratorio:
prove sulla macchina asincrona 202
B5.1 Misura della resistenza
degli avvolgimenti 202
B5.2 Misura diretta delle caratteristiche
di funzionamento del motore
asincrono trifase 203
B5.3 Prova a vuoto 205
SEPARAZIONE DELLE PERDITE NEL FERRO E MECCANICHE 207
B5.4 Prova in cortocircuito 208
B5.5 Determinazione dei parametri
equivalenti e riporto delle grandezze
alla temperatura nominale 210
B5.6 Determinazione del rendimento
del motore asincrono col metodo
semi-indiretto 212
Memo B5 Memo CLIL 213
Test di verifica 215
B6 Attività di laboratorio proposte 216
B6.1 Misura della resistenza
dell'avvolgimento statorico
di un motore asincrono trifase 216
B6.2 Prova a vuoto di un motore
asincrono trifase 218
B6.3 Prova in cortocircuito di un motore
asincrono trifase 220
CLIL Module B Asynchronous machine 223
Schede prerequisiti
• Elementi di cinematica e dinamica
dei moti rotatori
Approfondimento
• Diagramma circolare della macchina
asincrona
Esercizi
Area digitale
Indice VI
Modulo C
Macchina sincrona 225
C1 Aspetti costruttivi 226
C1.1 Struttura generale dell'alternatore trifase 226
C1.2 Rotore e avvolgimento di eccitazione 229
C1.3 Statore e avvolgimento indotto 231
C1.4 Sistemi di eccitazione 232
Memo C1 Memo CLIL 234
Test di verifica 236
C2 Macchina sincrona trifase 238
C2.1 Funzionamento a vuoto 238
TENSIONI INDOTTE NELLE FASI STATORICHE 239
CARATTERISTICA A VUOTO DELL 'ALTERNATORE 241
BILANCIO DELLE POTENZE 242
C2.2 Funzionamento a carico, reazione
d'indotto 244
CIRCUITO PURAMENTE OHMICO 245
CIRCUITO PURAMENTE INDUTTIVO 246
CIRCUITO PURAMENTE CAPACITIVO 247
C2.3 Circuito equivalente e diagramma
vettoriale di Behn-Eschemburg 248
CIRCUITO EQUIVALENTE CON R
I
TRASCURABILE 250
C2.4 Determinazione dell'impedenza sincrona 250
C2.5 Variazione di tensione e curve
caratteristiche 252
CALCOLO DELLA VARIAZIONE DI TENSIONE 252
CARATTERISTICA ESTERNA 254
CARATTERISTICA DI REGOLAZIONE 254
CARATTERISTICA DI CARICO 255
C2.6 Bilancio delle potenze e rendimento 255
RENDIMENTO 256
C2.7 Funzionamento da motore sincrono 258
C2.8 Cenni sulla regolazione del motore
sincrono 259
C2.9 Dati di targa della macchina sincrona 260
Memo C2 Memo CLIL 264
Esercizi di verifica 267
Test di verifica 268
C3 Motori sincroni monofase 270
C3.1 Motore sincrono a riluttanza 270
C3.2 Motore sincrono a isteresi 272
Memo C3 Memo CLIL 273
Test di verifica 274
C4 Misure elettriche e laboratorio:
prove sulla macchina sincrona 275
C4.1 Determinazione indiretta delle
caratteristiche di funzionamento 275
C4.2 Misura della resistenza
degli avvolgimenti 275
C4.3 Prova a vuoto 276
C4.4 Prova in cortocircuito 278
SEPARAZIONE DELLE PERDITE NEL RAME
E RIPORTO ALLA TEMPERATURA CONVENZIONALE 279
C4.5 Determinazione della reattanza
sincrona 280
C4.6 Determinazione della caratteristica
di regolazione 281
CARATTERISTICA DI REGOLAZIONE
COL METODO DI BEHN-ESCHEMBURG 281
C4.7 Determinazione della caratteristica
esterna 282
CARATTERISTICA ESTERNA COL METODO
DI BEHN-ESCHEMBURG 283
C4.8 Determinazione indiretta
del rendimento 283
Memo C4 Memo CLIL 285
Test di verifica 286
C5 Attività di laboratorio proposte 288
C5.1 Misura della resistenza degli avvolgimenti
di una macchina sincrona trifase 288
C5.2 Prova a vuoto di un alternatore sincrono
trifase 291
C5.3 Prova in cortocircuito di un alternatore
sincrono trifase 293
C5.4 Determinazione della reattanza
sincrona 296
C5.5 Determinazione del rendimento
convenzionale 297
CLIL Module C Synchronous machine 299
Approfondimenti
• Studio della macchina sincrona
con il metodo di Potier
• Collegamento della macchina sincrona
in parallelo alla rete
• Potenza e coppia in funzione
dell'angolo di carico, regimi di
funzionamento
Esercizi
Area digitale
Indice VII
Modulo D
Macchina a corrente continua 301
D1 Aspetti costruttivi 302
D1.1 Struttura generale della
macchina a corrente continua 302
D1.2 Nucleo magnetico statorico 304
D1.3 Avvolgimento induttore 304
D1.4 Nucleo magnetico rotorico 305
D1.5 Avvolgimento indotto 306
D1.6 Collettore e spazzole 307
Memo D1 Memo CLIL 308
Test di verifica 309
D2 Generatore a corrente continua 310
D2.1 Macchina rotante con collettore 310
D2.2 Funzionamento a vuoto 313
TENSIONE INDOTTA E CARATTERISTICA A VUOTO 314
POTENZA E COPPIA NEL FUNZIONAMENTO A VUOTO 316
D2.3 Funzionamento a carico, cenni sulla
reazione d'indotto 317
EFFETTI DELLA REAZIONE D'INDOTTO 317
D2.4 Bilancio delle potenze, rendimento 317
D2.5 Dinamo con eccitazione indipendente 320
CARATTERISTICA ESTERNA 322
CARATTERISTICA DI REGOLAZIONE 323
D2.6 Dinamo con eccitazione in derivazione 323
CARATTERISTICA ESTERNA 324
D2.7 Dinamo tachimetrica 325
D2.8 Dati di targa del generatore
in corrente continua 326
Memo D2 Memo CLIL 328
Esercizi di verifica 330
Test di verifica 331
D3 Motore a corrente continua 333
D3.1 Principio di funzionamento 333
D3.2 Funzionamento a vuoto 334
D3.3 Funzionamento a carico 335
AVVIAMENTO DEL MOTORE 335
D3.4 Bilancio delle potenze,
coppie e rendimento 337
D3.5 Caratteristica meccanica 339
MOTORE CON ECCITAZIONE INDIPENDENTE 340
MOTORE CON ECCITAZIONE DERIVATA 341
MOTORE CON ECCITAZIONE SERIE 342
D3.6 Tipi di regolazione 343
REGOLAZIONE A COPPIA COSTANTE 344
REGOLAZIONE A POTENZA COSTANTE 345
REGOLAZIONE MISTA 346
D3.7 Quadranti di funzionamento della
macchina a corrente continua 346
D3.8 Dati di targa dei motori
a corrente continua 349
Memo D3 Memo CLIL 350
Esercizi di verifica 353
Test di verifica 354
D4 Misure elettriche e laboratorio: prove
sulla macchina a corrente continua 356
D4.1 Misura della resistenza degli avvolgimenti 356
AVVOLGIMENTO DI ECCITAZIONE 356
AVVOLGIMENTO INDOTTO 357
D4.2 Prova a vuoto 357
PROVA A VUOTO SULLA DINAMO 357
PROVA A VUOTO SUL MOTORE A CORRENTE CONTINUA 359
D4.3 Rilievo della caratteristica
esterna della dinamo 360
D4.4 Rilievo della caratteristica
di regolazione della dinamo 362
D4.5 Determinazione del rendimento
effettivo della dinamo 362
D4.6 Determinazione del rendimento
convenzionale 363
FUNZIONAMENTO DA GENERATORE 364
FUNZIONAMENTO DA MOTORE 365
D4.7 Prova diretta del motore
a corrente continua 365
Memo D4 Memo CLIL 368
Test di verifica 369
D5 Attività di laboratorio proposte 370
D5.1 Misura della resistenza degli avvolgimenti
di una macchina a corrente continua 370
D5.2 Prova a vuoto di una dinamo 373
D5.3 Rilievo della caratteristica di regolazione
di una dinamo con eccitazione
in derivazione 375
D5.4 Determinazione del rendimento
convenzionale di una dinamo
con eccitazione in derivazione 377
CLIL Module D The direct current machine 379
Esercizi
Area digitale
Indice VIII
Modulo E
Applicazioni dell'elettronica di potenza 381
E1 Azionamenti con motori elettrici 382
E1.1 Aspetti generali 382
E1.2 Struttura generale di un azionamento 384
E1.3 Quadranti di funzionamento
del motore 386
E1.4 Quadranti di funzionamento del carico 388
E1.5 Punto di lavoro e campo
di operatività di un azionamento 389
E1.6 Azionamenti con motore
in corrente continua 390
E1.7 Azionamenti con motore
in corrente alternata 394
E1.8 Azionamenti con motore a passo 398
MOTORI A RILUTTANZA VARIABILE 398
MOTORI A MAGNETE PERMANENTE 401
MOTORI IBRIDI 402
CIRCUITI DI COMMUTAZIONE E DI INVERSIONE 403
CARATTERISTICHE DEI MOTORI A PASSO 405
E1.9 Azionamenti con motore brushless 406
Memo E1 Memo CLIL 409
Test di verifica 412
E2 Gruppi di continuità 415
E2.1 Considerazioni generali e definizioni 415
CLASSIFICAZIONE DELL 'ALIMENTAZIONE DI SICUREZZA 415
E2.2 Gruppi di continuità 416
E2.3 Gruppi di continuità statici 417
CARATTERISTICHE TECNICHE DEGLI UPS STATICI 420
E2.4 Gruppi di continuità rotanti 421
GRUPPI ROTANTI A RISERVA LIMITATA 421
GRUPPI ROTANTI A RISERVA ILLIMITATA 422
E2.5 Scelta del gruppo di continuità per
l'alimentazione di utenze informatiche 422
DETERMINAZIONE DELLA POTENZA 423
SCELTA DELLE CARATTERISTICHE DELL 'UPS 423
Memo E2 Memo CLIL 425
Test di verifica 426
E3 Altre applicazioni 427
E3.1 Lampade di emergenza 427
E3.2 Saldatura elettrica 428
SALDATRICI CON TRASFORMATORE A FREQUENZA DI RETE 428
SALDATRICI CON TRASFORMATORE IN ALTA FREQUENZA 428
E3.3 Connessione alla rete di impianti
fotovoltaici 429
E3.4 Connessione alla rete di impianti
eolici e di piccoli impianti
idroelettrici 430
Memo E3 Memo CLIL 432
Test di verifica 433
CLIL Module E Applications of power electronics 434
Come utilizzare il coupon per scaricare
la versione digitale del libro (eBook+) e i
contenuti digitali integrativi (risorse online) 436

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