Ingegneria elettronica e delle comunicazioni

Questo volume raccoglie ed aggiorna una serie di articoli tecnici apparsi sulle pagine del mensile Radio Kit Elettronica a firma dello stesso autore. I diversi temi trattati hanno come traccia comune l'ambito dei circuiti in alta frequenza (RF) per il range che dai KHz giunge al GHz, ogni capitolo inoltre pone all'attenzione idee e schemi elettrici in grado di fornire spunti per facilitare i progetti che i lettori vorranno intraprendere in futuro. Per questo la trattazione unisce aspetti teorici con descrizioni di natura concreta, un mix di concetti ed osservazioni pratiche che permette di sperimentare circuiti e funzioni utili a coloro che operano a qualsivoglia titolo - professionalmente oppure da appassionati - nel campo delle radiocomunicazioni, della strumentazione da laboratorio, e dell'elaborazione analogica dei segnali. I diversi capitoli affrontano circuiti caratterizzati da un diverso grado di complessità. Dagli schemi semplici fino ai sistemi che richiedono un gran numero di componenti e che presentano al loro interno più stadi con funzioni distinte.

Il testo, frutto dell'esperienza di insegnamento degli Autori nei corsi di laurea di Ingegneria informatica e di Informatica, presenta i principi e le metodologie fondamentali per il progetto di sistemi digitali, richiedendo il minimo insieme di prerequisiti informatici, tecnologici e matematici. Poiché la progettazione digitale viene realizzata servendosi di strumenti automatici di supporto offerti dai diversi produttori del settore EDA (Electronic Design Automation), nel testo si accompagna continuamente la teoria con la sperimentazione pratica basata sull'uso di tali strumenti. In questa nuova edizione tutti i concetti di progettazione sono esemplificati con l'uso di Verilog, linguaggio di descrizione dell'hardware ormai diventato riferimento unico per il mondo della progettazione digitale. Questo approccio risulta sicuramente innovativo e stimolante ed è il contributo principale che il libro vuole fornire alla didattica di questa disciplina.

Interpretare un fenomeno a partire dalla sua osservazione sperimentale è un problema fondamentale delle scienze e dell'ingegneria. All'iniziale speranza di poter descrivere il reale con leggi semplici e di universale validità, si è più recentemente contrapposta la consapevolezza che le situazioni che si incontrano possono essere così complesse da richiedere il ricorso a tecniche empiriche di modellizzazione. Con tali tecniche, la deduzione di un modello matematico di un fenomeno può essere effettuata in via diretta dall'analisi dei dati disponibili e dalla loro opportuna elaborazione. In altri casi, pur essendo il modello deducibile da leggi affidabili e di validità generale, permane incertezza sul valore di questo o quel parametro. Le tecniche di identificazione consentono appunto di ricavare un modello matematico pronto per l'uso dall'elaborazione di dati sperimentali relativi al comportamento osservato di segnali misurabili.

Il manuale "Elettrotecnica per i concorsi pubblici" nasce per venire incontro alle esigenze di chi intende partecipare ai sempre più frequenti concorsi nella P.A. per i profili tecnici ed è stato costruito sulla base degli argomenti maggiormente richiesti nei bandi. Il testo riporta le nozioni fondamentali della materia, che riguarda le applicazioni pratiche dell’elettricità, ossia produzione, trasporto e utilizzo dell’energia elettrica attraverso opportune tecniche. In particolare, sono analizzati i seguenti argomenti: le leggi di Maxwell e di Kirchhoff; il campo elettrico e la legge di Gauss; bipoli, N-poli e sistemi a N-porte; i circuiti in evoluzione libera e forzata; i circuiti risonanti; l’accoppiamento magnetico. A completamento del libro è riportata una batteria di quiz a risposta multipla su tutte le tematiche trattate, ai fini di una corretta autovalutazione. Il manuale, per le caratteristiche descritte, è consigliato per la preparazione ai concorsi negli enti locali, nei Ministeri e nei Vigili del Fuoco, in quanto costituisce uno strumento di ripasso per chi già possiede consolidate basi in tale disciplina, ma rappresenta un valido aiuto anche per chi la studia per la prima volta.

Il materiale raccolto in questo libro è relativo alle lezioni del corso di Fondamenti di Elettronica tenute agli studenti del corso di laurea in Ingegneria Elettronica presso l'Università di Padova. Frutto di una esperienza più che ventennale in vari insegnamenti di elettronica analogica, gli argomenti trattati nel testo sono proposti con l'obiettivo di aiutare la comprensione della materia tramite un percorso che vuole guidare lo studente a ottenere quei risultati che, molto spesso, sono riportati sinteticamente nella maggior parte dei libri di testo. Il testo si propone quindi come strumento di accompagnamento per un primo passo nel mondo dell'elettronica portando lo studente a prendere confidenza con i dispositivi e il loro funzionamento e con le principali tecniche di analisi circuitale, lasciando, volutamente, le necessarie analisi di "approfondimento" (risposta in frequenza, retroazione e stabilità) a un volume successivo.

I linguaggi per la descrizione dell'hardware sono essenziali per la progettazione digitale. Il libro presenta il linguaggio Verilog, uno standard mondiale a larghissima diffusione e il più richiesto per il ruolo di progettista di circuiti digitali. Il Verilog è spiegato mediante esempi di utilizzo pratico limitando i costrutti a quanto è utile per una progettazione agile, affidabile e riutilizzabile. Buona enfasi è data ai costrutti del linguaggio Verilog da usare per la verifica del funzionamento dei circuiti distinguendo quindi un Verilog orientato alla sintesi del circuito da un Verilog orientato alla verifica. Le implementazioni sono effettuate su dispositivi FPGA al fine di familiarizzare il lettore con una tecnologia molto utilizzata da piccole e grandi aziende. Il sistema di sviluppo utilizzato per la progettazione, la verifica e la sperimentazione dei progetti è Quartus, un software distribuito gratuitamente da Intel. I circuiti sono verificati sperimentalmente utilizzando una scheda dimostrativa il cui utilizzo è spiegato nel testo ma che non è necessaria per la comprensione degli argomenti. Il libro presenta infine una breve storia della progettazione digitale, la struttura dei dispositivi FPGA in commercio e completa gli argomenti esposti con cenni su conoscenze accessorie utili per una comprensione di tutto il testo. Per quanto focalizzati su dispositivi FPGA, i contenuti sono validi per qualsiasi progetto digitale implementato, ad esempio, su ASIC, CPLD o System On Chip.

Il manuale offre una trattazione completa e aggiornata dell'elettronica di base, sia analogica sia digitale, permettendo di acquisire le tecniche di base della moderna progettazione di circuiti elettronici. Il testo, infatti, raccoglie un ampio spettro di argomenti e il materiale può essere facilmente selezionato per coprire diversi corsi di Elettronica e Microelettronica a Ingegneria. Nella presente edizione i contenuti sono stati completamente rivisti e arricchiti. Oltre ad aggiornamenti di carattere generale, legati anche al progresso tecnologico nel settore, sono stati riorganizzati i capitoli con una più efficace concatenazione degli argomenti. Inoltre, la trattazione con il metodo del guadagno asintotico è stata affiancata a una descrizione del general feedback theorem e del teorema dell'elemento aggiunto. Tali metodi hanno il vantaggio di rendere più sistematica e completa l'analisi dei sistemi retroazionati. Le schede Elettronica in Azione sono state riviste, ampliate e aggiornate. Le Note Progettuali, che evidenziano regole fondamentali di progetto, e gli Esempi svolti, che mettono in pratica le nozioni apprese, sono stati entrambi arricchiti, così come è stato aggiornato in modo significativo l'Eserciziario finale, che contiene più di 1950 problemi con soluzione sul sito web. Infine, grande attenzione è posta in tutto il testo all'uso di strumenti di analisi e simulazione basati sul calcolatore, fondamentali oggi per la progettazione di circuiti elettronici complessi.

In questo libro vengono fornite nozioni di base relative all’elettronica destinate ad un pubblico giovane. Gli esperimenti a corredo servono a far “toccare con mano” ed in sicurezza l’affascinante mondo dei componenti e dei circuiti. L’elettronica caratterizza la vita moderna dei nostri giorni; la quasi totalità degli oggetti di uso comune: elettrodomestici, tablets, telefonini, computers, radio e televisione, telecomandi, ecc. è infatti realizzata con componenti elettronici. L’elettronica non è una materia facile ma può essere semplificata corredando sempre i concetti teorici con puntuali realizzazioni pratiche. Solo vincendo le inevitabili incertezze che si incontrano nell’affascinante percorso di apprendimento, si può arrivare ad una conoscenza di fondo che consentirà non solo di realizzare i classici circuiti di base ma ad inventarne da soli anche di nuovi.