Ingegneria elettronica e delle comunicazioni

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.

Per poter correttamente funzionare, gli utilizzatori presenti all'interno di un impianto elettrico, assorbono dalla rete potenza elettrica attiva, convertendola in un'altra forma di energia (lampade o stufe elettriche) o in lavoro utile (motori elettrici). Tuttavia, affinché ciò avvenga è necessario che l'utilizzatore scambi con la rete energia reattiva principalmente di tipo induttivo. Tale energia, pur non essendo direttamente convertita in altre forme, contribuisce ad incrementare la potenza totale transitante nella rete elettrica lungo i cavi conduttori fino agli utilizzatori. Per attenuare tale effetto negativo viene effettuato il rifasamento degli impianti elettrici utilizzatori. Inoltre, l'attuale diffusione di utilizzatori non lineari, quali circuiti elettronici per azionamenti elettrici, comporta la generazione di armoniche di corrente che si riversano in rete, con il conseguente inquinamento e distorsione delle forme d'onda sugli altri carichi presenti in rete. Il presente testo ha lo scopo di analizzare tali problematiche, senza trattarne approfonditamente i dettagli matematici; partendo dalla definizione di rifasamento e di analisi armonica il testo si propone di descrivere le possibili soluzioni delle due problematiche.

La ricorrenza del periodo natalizio è caratterizzata da rappresentazioni come il Presepe in tutte le sue varianti e il classico Albero di Natale. In entrambi i casi non mancano luci, suoni e immagini che fanno da contorno e con l'elettronica dei microcontrollori si possono ottenere effetti suggestivi. Il microcontrollore più noto è senza dubbio l'Atmel MEGA328P, cuore della scheda di sviluppo Arduino. Tutti i progetti proposti utilizzano la scheda di sviluppo Arduino (Nano o clone NANO o Arduino UNO R3) in unione ad altre periferiche come buzzer, altoparlanti, LED, sensori PIR e Ultrasonico, dispositivo servomotore, display OLED di varie dimensioni, display LCD e TFT. Il tutto è corredato con semplici istruzioni passo passo per arrivare al progetto finale. Di ogni progetto viene mostrato l'assemblaggio su breadboard per verificarne il funzionamento, per poi passare, se si desidera, alla saldatura su una meno ingombrante basetta PCB. Le immagini fornite a corredo di ogni progetto facilitano la realizzazione di quanto proposto. Inoltre, vengono forniti tutti i codici per ogni progetto.

Il testo, ideato per gli studenti triennali di Ingegneria Elettronica, parte dai concetti acquisiti nei corsi di Fisica II ed Elettrotecnica e conduce all'acquisizione dei metodi matematici per lo studio e la risoluzione delle equazioni di Maxwell, e al loro uso per la comprensione dei fenomeni elettromagnetici di interesse di un ingegnere elettronico. In particolare, lo studio delle onde piane, la teoria delle antenne e l'ottica geometrica forniscono agli studenti le conoscenze di base per le sfide nella progettazione delle infrastrutture di comunicazione wireless per le future reti 5G e 6G, dove la generazione di fasci di onde radio focalizzate e la loro interazione con l'ambiente circostante diventeranno aspetti fondamentali per la realizzazione di una copertura capillare del territorio. Per ognuno degli argomenti che vengono trattati, viene illustrato dapprima l'aspetto fisico che sta alla base dei fenomeni, e successivamente vengono esposti i dettagli dei calcoli che consentono di giungere al risultato finale; infine, vengono proposti degli esempi che illustrano l'uso applicativo nell'ingegneria.

L'avvento delle future reti di comunicazioni 5G e 6G richiederà lo sviluppo di sistemi di comunicazione che permettano un ulteriore incremento di traffico. Questo testo intende fornire una conoscenza di base e una metodologia di studio per tutti i sistemi di comunicazione wired che realizzeranno l'infrastruttura fisica per la rete di accesso a internet. Nel testo viene discussa dapprima la propagazione nelle linee di trasmissione, ossia nei mezzi di comunicazione basati sui cavi in rame quali il doppino telefonico o il cavo coassiale che sono impiegati per la connessione alla rete degli apparati domestici. Successivamente, viene illustrata la propagazione nelle guide metalliche, indispensabili per la trasmissione e la ricezione dei segnali nei ponti radio alle microonde. Infine, viene illustrato lo studio della propagazione nelle guide dielettriche, sia planari per la realizzazione di circuiti fotonici integrati, sia nelle fibre ottiche per la trasmissione ad altissima capacità e a lunga distanza. Il testo è pensato per i corsi di Microonde e Propagazione guidata dei percorsi di laurea triennale e magistrale in Ingegneria Elettronica.

Il testo raccoglie una collezione di esercizi svolti in classe o assegnati nelle prove scritte degli insegnamenti di Campi elettromagnetici, Propagazione guidata, Propagazione e antenne e Progettazione di antenne tenuti nei corsi di Laurea triennale e magistrale in Ingegneria Elettronica presso l’Università degli Studi di Udine. Gli esercizi sono suddivisi in 5 capitoli. Nel primo vengono proposti esercizi sul potenziale vettore, i teoremi di Poynting e dell’unicità, l’analisi dimensionale, e le leggi costitutive dei mezzi materiali. Nel secondo capitolo si richiamano i temi legati a riflessione e rifrazione, alle formule di Fresnel, la propagazione in mezzi multistrato e alla polarizzazione delle onde elettromagnetiche. Nel terzo capitolo si propongono esercizi sui parametri delle antenne in trasmissione e ricezione, il calcolo del campo irradiato da antenne singole o in schiera, le formule di dimensionamento dei radiocollegamenti e la formula del radar. Nel quarto capitolo vengono illustrati i casi del calcolo dei modi guidati nelle guide metalliche e dielettriche. Infine, nel quinto viene proposto lo studio della propagazione ad alta frequenza nelle linee bifilari.

Questo libro presenta una raccolta di esercizi di Elettronica Generale. Nello specifico gli argomenti trattati sono: circuiti a diodi, circuiti a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), circuiti a BJT (Bipolar Junction Transistor), amplificatori lineari a MOSFET e a BJT, risposta in frequenza degli amplificatori lineari. Gli esercizi si riferiscono al pro- gramma del primo insegnamento di Elettronica del corso di Laurea in Ingegneria Elettronica dell'Università di Firenze, ma gli stessi argomenti sono svolti nella maggior parte dei corsi di Laurea nell'area dell'Ingegneria Elettronica, Informatica e Biomedica. Gli esercizi proposti sono da svolgere “carta e penna” oppure con l'ausilio di un simulatore circuitale. Nel secondo caso si fa riferimento al software LTspice, disponibile gratuitamente, ma lo studente può usare qualsiasi altro simulatore circuitale con cui ha familiarità. Sia gli esercizi “carta e penna”, sia le simulazioni sono svolti in dettaglio con spiegazioni passo-passo. Questo libro è scritto in modo da essere quanto più possibile autoconsistente, ma non contiene spiegazioni teoriche, per le quali è necessario riferirsi a un testo di base di Elettronica.

Questo secondo volume si concentra sull'apprendimento automatico, o machine learning, i cui metodi sono alla base di moltissime delle attuali applicazioni dell'IA. Sono illustrate numerose tecniche, incluse le reti neurali e il deep learning e l'apprendimento per rinforzo. Segue poi la parte dedicata a descrivere le modalità con cui un sistema intelligente può percepire l'ambiente, per esempio attraverso la visione artificiale e la comprensione del linguaggio naturale, e i modi in cui può eseguire le proprie azioni, per esempio attraverso il movimento robotizzato e la formazione di frasi in linguaggio naturale. L'ultima parte, infine, analizza le implicazioni etiche e filosofiche dell'IA e ipotizza cosa potrà accadere in futuro. Il libro di Stuart Russell e Peter Norvig, adottato in oltre 1500 università in 134 paesi del mondo, è unanimemente apprezzato per la sua presentazione equilibrata e la sintesi efficace che permette di coprire uno spettro molto ampio di contenuti. Lo scopo principale degli autori è quello di trasmettere le idee emerse nei 65 anni di ricerca nel campo dell'IA, e nei due precedenti millenni di pensiero. Pur evitando eccessivi formalismi nella presentazione dei concetti, la precisione e l'accuratezza dell'esposizione sono esemplari. Il libro è principalmente rivolto a un corso o a una serie di corsi universitari, e può essere certamente utile anche ai professionisti che vogliono estendere le conoscenze al di fuori dal proprio campo specialistico.