Ingegneria elettronica e delle comunicazioni

Il testo si rivolge agli studenti delle classi triennali dell'Ingegneria Industriale e dell'Ingegneria dell'Informazione che vogliano apprendere gli elementi di base dell'Automatica: l'analisi dei sistemi dinamici e i primi concetti riguardanti il loro controllo. Nel preparare questa nuova edizione gli autori hanno fatto tesoro dell'esperienza accumulata negli anni in cui la precedente versione, in due volumi, è stata utilizzata nei loro corsi. È stato cambiato l'ordine di presentazione di alcuni argomenti per favorire lo sviluppo progressivo delle conoscenze e delle competenze, si è cercato di chiarire punti che risultavano essere più ostici, è stata ampliata la rassegna di esempi per mostrare le potenzialità dell’approccio sistemistico, sono stati aggiunti esercizi per aiutare a comprendere le applicazioni della parte metodologica.

In questo volume sono raccolti gli elementi teorici e pratici indispensabili per lo sviluppo di sistemi digitali avanzati. Gli argomenti trattati spaziano dai fenomeni di natura metastabile alle insidie logiche, dall'integrità dei segnali alle tecniche che ne consentono il controllo, dal dimensionamento dei componenti al layout delle schede. Analisi e descrizioni arricchite da grafici e schemi di immediata fruizione si dimostrano utili per i maker quanto per gli studenti di Istituti Superiori ad indirizzo tecnico così come per coloro che sono coinvolti professionalmente nel design di circuiti. L'ampio range di nozioni tecniche esposte nel libro consente ai progettisti di ottimizzare i sistemi digitali sotto svariati punti di vista, dal funzionamento all'immunità dai disturbi, usufruendo di una panoramica unica sull'ambiente digitale, di fatto il settore tecnologico d'eccellenza nel mondo che stiamo vivendo.

Questo libro fornisce dettagliate istruzioni passo-passo per realizzare facilmente e in autonomia degli oggetti elettronici che tutti dovrebbero avere a disposizione nella lotta contro il Covid-19: un saturimetro, una sterilizzatrice UV per mascherine e un termometro ad infrarossi nelle versioni "a pistola" o a stazione fissa. Impiega tecnologie a basso costo, come Arduino e la stampa 3D, fornendo tutte le basi scientifiche e i calcoli dettagliati per trasformarle in dispositivi calibrati ed affidabili. Questi oggetti sono stati progettati ed utilizzati sul campo in uno studio di medicina generale, durante la prima ondata dell'epidemia. Ora finalmente le versioni perfezionate sono disponibili a tutti.

Il seguente testo è il frutto di argomenti preparati per un gruppo di studenti dell'ITIS avente per oggetto lo studio e l'applicazione di alcuni sensori orientati alla robotica e all'automazione utilizzando la piattaforma Arduino e Labview. È particolarmente indicato a chi è interessato all'elettronica e alla realizzazione di dispositivi che comprendono automatismi, che disponga di un minimo di attrezzatura di laboratorio e che abbia le conoscenze di base o che le voglia raffinare. L'intento principale è quello di allargare gli orizzonti tecnici usando una piattaforma semplice e accessibilissima (Arduino) realizzando circuiti con difficoltà crescente e rivolgendo uno sguardo verso applicazioni e concetti teorici più evoluti (analisi del partitore di tensione, circuiti di condizionamento, PID, standard current loop) e utilizzando software come Labview. Fondamentale in questo processo è non usare il codice con un semplice copia e incolla se si vuole ottenere la piena comprensione con la circuiteria di interfacciamento.

L'attività didattica e di apprendimento del corso è proposta all'interno di un ambiente digitale per lo studio, che ha l'obiettivo di completare il libro offrendo risorse didattiche fruibili in modo autonomo o per assegnazione del docente. Il codice presente sulla copertina di questo libro consente l'accesso per 18 mesi a MyLab, una piattaforma digitale interattiva specificamente pensata per accompagnare e verificare i progressi durante lo studio. MyLab offre la possibilità di accedere al manuale online: l'edizione digitale del testo arricchita da funzionalità che permettono di personalizzarne la fruizione, attivare la lettura audio digitalizzata, inserire segnalibri anche su tablet e smartphone.

Sebbene condivida la meccanica con quella tradizionale, l'automobile dei giorni nostri vede l'impiego crescente dell'elettronica, che gradualmente sta sostituendo i meccanismi e i sistemi di regolazione meccanici e idropneumatici con sensori e attuatori gestiti da una o più centraline. La presenza ormai pervasiva dell'elettronica ha anche consentito di realizzare funzioni e sottosistemi un tempo impensabili e di spingere l'efficienza e le prestazioni dei veicoli, in primis quelle dei motori, a livelli irraggiungibili con la meccanica convenzionale. È stata proprio l'elettronica a perfezionare il rendimento dei motori endotermici, a migliorarne il rapporto potenza/cilindrata e le emissioni inquinanti, ma anche a consentire la creazione dei moderni cambi di velocità robotizzati, delle trasmissioni a differenziale bloccabile e AWD, come anche di molti dei sistemi di sicurezza attiva (ABS, ESP) e passiva (SRS-Airbag). Sempre l'elettronica ha cambiato la vita a bordo e il modo di guidare, semplificando la gestione delle criticità (grazie all'assistenza alla frenata) e aumentando notevolmente il confort in tutti i viaggi, dai brevi spostamenti alle lunghe tratte. Ma anche a limitare le emissioni inquinanti in conformità alle più severe normative come le EURO 6 e a mettere in condizione, anche l'automobilista meno esperto, di scongiurare incidenti un tempo più frequenti. In questo volume verranno esposti i principali sistemi dell'automobile coinvolti dalla gestione elettronica, ma non prima di aver fornito al lettore le nozioni di base di Elettrotecnica ed Elettronica e la conoscenza di base sulla tecnica digitale e sui microprocessori, che ormai presidiano le centraline disseminate per l'automobile. Si partirà dalla gestione elettronica del motore a ciclo Otto e a ciclo Diesel, passando per il controllo elettronico della trazione, della sterzata e delle sospensioni attive, per i sistemi di sicurezza e di assistenza alla guida, per approdare infine all'ADAS ed alla guida fortemente assistita ed autonoma che essa prevede in un futuro ormai prossimo.

Nel libro vengono raccolte una serie di note e progetti aventi quale finalità l'analisi e la descrizione di oscillatori operanti a frequenze RF e Microonde da 100 KHz fino a diversi GHz. L'ampio spettro oggetto della trattazione è stato affrontato ponendo in evidenza alcuni aspetti non adeguatamente presenti in altre pubblicazioni ma sempre con una attenzione agli elementi pratici. Gli oscillatori sono la tipologia di circuiti che più di altre pone difficoltà nella progettazione e realizzazione, tale difficoltà deriva da considerazioni tecniche ma anche di carattere applicativo. Se portare ad oscillazione un circuito è relativamente semplice tutt'altro si può affermare per l'ottimizzazione del rumore di fase o la predizione della stabilità nel tempo. Questo porta in molti casi a modificare progetti preesistenti senza approfondire le conseguenze delle varianti introdotte. Da qui la necessità di eseguire test complessi che comprovino la bontà del circuito, misure che spesso richiedono strumentazione non sempre disponibile in un laboratorio mediamente attrezzato. Le note tecniche e le schede di progetto raccolte in questa opera colmano una lacuna ponendo a disposizione di quanti si occupano di circuiti RF & Microonde le risorse per trovare le soluzioni alle diverse necessità e per velocizzare il ciclo di sviluppo di sistemi operanti in alta frequenza.

Nel secolo scorso, quando i televisori a colori usavano i pesanti e ingombranti cinescopi a tre cannoni elettronici, per i tre colori fondamentali, RGB, cioè rosso, verde, blu, la ricerca innovativa ipotizzava apparecchi TV leggerissimi, ultrasottili, avvolgibili e ripiegabili in qualunque forma, ad alta definizione, larghi almeno ottanta pollici che avrebbero consumato meno energia dei normali televisori dell'epoca. A distanza di alcuni decenni tutte queste ipotesi sono divenute realtà, grazie alla recente tecnologia degli OLED. Abbreviazione di Organic Light Emitting Diode, cioè diodo organico emittente luce, OLED è una tecnologia di visualizzazione per produrre immagini ad alta definizione in cui uno strato di composto organico emette luce quando la corrente elettrica lo attraversa. In realtà, dietro questa semplificazione si è sviluppata la tecnica e la tecnologia che comprende soprattutto il fenomeno della elettroluminescenza che si riscontra nei composti organici a base di carbonio.

Questo libro è una raccolta di esercizi risolti, ed è stato pensato come supporto alla comprensione degli argomenti che sono tipicamente trattati in un corso di base in automatica. Il libro è organizzato in capitoli, ognuno riguardante un argomento specifico. Ogni capitolo inizia con una breve sezione di richiami di teoria, utile per introdurre alcune notazioni e per descrivere i risultati principali dell'argomento su cui esso verte. Sono poi proposti e risolti in modo dettagliato vari esercizi, introducendo ulteriori specifici richiami di teoria, qualora necessario. All'interno di ogni capitolo, gli esercizi sono organizzati in ordine crescente di difficoltà, in modo da far comprendere i concetti su esempi semplici, per poi affrontare esempi un po' più complicati. Concludono il libro due appendici relative ad alcune nozioni di algebra lineare e ai numeri complessi, entrambi utilizzati ampiamente nel libro. In questa seconda edizione del libro, il Capitolo 9 sul progetto del controllore è stato ampliato aggiungendo una parte sulla realizzazione digitale del controllore. Vari capitoli sono stati inoltre aggiornati con nuovi esercizi. Il libro tratta sistemi dinamici a tempo continuo e tempo invarianti, ad eccezione della parte sulla realizzazione digitale del controllore dove vengono considerati sistemi dinamici lineari a tempo discreto. Il libro non sostituisce in alcun modo un testo di teoria, ma ne rappresenta piuttosto un complemento.

I principali interessi di ricerca riguardano i sistemi di controllo a tempo discreto, compreso il controllo ottimale di impianti complessi. Il manuale include la modellizzazione matematica di impianti complessi e lo sviluppo di tecniche di progettazione di sistemi di controllo a tempo discreto e problemi di ottimizzazione, come problemi di arresto ottimali, attraverso un approccio di programmazione dinamica. Vengono affrontati l'approccio della risposta in frequenza, l'approccio locus-root e l'approccio spazio-stato all'analisi e alla progettazione di sistemi di controllo. Il testo fornisce uno sviluppo graduale della teoria del controllo, mostra come risolvere tutti i problemi computazionali con MATLAB ed evita argomenti altamente matematici. Numerosi esempi e problemi risolti sono presenti in tutto il testo. Rispetto all'edizione originale nella traduzione italiana sono stati aggiunti due capitoli scritti dal prof. Luigi Biagiotti: capitolo 9 "Strutture di controllo" e capitolo 10 "Implementazione digitale dei sistemi di controllo", ed è stato aggiunto il capitolo 2 sulla "Trasformata di Laplace".

Indicato per i corsi di elettronica dei sistemi digitali sia nelle lauree triennali sia nelle lauree specialistiche in Ingegneria elettronica e Ingegneria dell'informazione, il testo dedica ampio spazio alla trattazione estesa di tematiche quali i dispositivi submicrometrici, l'ottimizzazione circuitale, la modellizzazione ed ottimizzazione delle interconnessione, l'integrità del segnale, la temporizzazione, la sincronizzazione e il consumo di potenza. Tutti questi argomenti vengono discussi insieme ad esempi progettuali in linea con lo stato dell'arte. Data l'importanza delle metodologie nei processi di fabbricazione, sono stati inclusi nel testo degli inserti sulle metodologie progettuali, ciascuno dei quali pone in risalto un particolare aspetto del flusso di progettazione. Ogni capitolo segue un approccio coerente: vengono presentati prima i concetti chiave a livello teorico, quindi ne viene mostrata l'implementazione pratica attraverso l'utilizzo di casi reali. Sempre a supporto della didattica, alla fine di ogni capitolo, vengono posti una serie di esercizi e problemi (per un totale di circa 500) che consentono non soltanto di verificare il livello di comprensione dello studente, ma anche di proporre un momento di confronto attraverso l'analisi di casi reali. In questa edizione è stata aggiunta la piattaforma Mylab.

Questo terzo volume si propone di illustrare le ultimissime novità del settore e di fare un tuffo nel passato illustrando la rivisitazione di un impianto centralizzato TV-SAT e la potenziale realizzazione di un micro ripetitore TV. Per quanto riguarda le ultime novità, particolare attenzione è rivolta alla tecnologia dCSS, alla tecnologia WideBand e ad una centrale digitale programmabile con osservazioni e modi d'impiego.