Ingegneria elettronica e delle comunicazioni

Il presente testo consiste in una raccolta di esercizi di analisi di circuiti elettrici, intesa come ausilio allo studente per la preparazione degli esami di “Elettrotecnica” e di “Teoria dei Circuiti” in tutti i Corsi di Laurea nel settore dell’Ingegneria dell’Informazione.

Siamo nel marzo del 2022, e la pandemia caratterizza ancora la scena mondiale creando un bel po' di problemi e soprattutto procurando un sacco di morti. Il sistema sanitario si è dovuto evolvere rapidamente e ha dovuto adoperare dei nuovi sistemi smart di individuazione monitoraggio tracciamento e trattamento delle patologie mediche delle persone. Si sono utilizzate le prime APP dedicate specificamente al tracciamento e alla telemedicina in modo radicale e dei certificati digitali per permettere alle persone vaccinate di usufruire dei servizi di ristorazione, svago, etc.., pubblici e privati. La ''Medicina Smart'' è diventata uno dei mezzi più efficaci per combattere il diffondersi della pandemia e limitare il numero dei decessi. Il futuro ci mostra uno scenario governato dalla telemedicina, da dispositivi smart che monitorano i parametri vitali delle persone e fanno diagnosi predittive nelle abitazioni delle persone, e altri che permettono di curare le persone senza ricoverarle. I robots chirurghi permetteranno di operare i pazienti a distanza. Ciò presuppone che tutti questi sistemi integrati possano operare in sicurezza e la cybersecurity dei dispositivi e il ''modus operandi'' dei medici nell'utilizzarli diventeranno fondamentali.

Tutti gli esperti di robotica che ho incontrato sono risultati persone intelligenti, empatiche e lucide. Eppure, non penso sia giusto che su un piccolo gruppo di scienziati e ingegneri, che lavorano isolati dal resto del mondo, ricadano tutte le decisioni che avranno un'influenza su vita, morte, lavoro e mezzi di sostentamento, status sociale, privacy, identità di genere, nonché sul futuro della guerra, sulla forma dei paesaggi urbani e su tanti altri campi; per lavorare bene, queste persone hanno bisogno di essere coadiuvate, e di accogliere altre prospettive. Questo libro prova ad ampliare il circolo di individui che hanno e avranno il potere di dire cosa possono e non possono fare i robot, quale aspetto dovrebbero avere, cosa dovrebbero comprendere e cosa dovrebbe essere lasciato fuori dal loro raggio d'azione.

Utilizzando microcontrollori e orologi in tempo reale, con oscillatore a cristallo di quarzo controllato in temperatura, TCXO, si possono realizzare sistemi di misurazione del tempo con stabilità e precisione più che soddisfacenti come nel caso dei progetti qui proposti. I progetti qui presentati possono essere assemblati per creare stazioni di misurazione del tempo che comprendono il calcolo delle fasi lunari e il tempo intercorrente tra una fase di luna piena e quella successiva in un periodo di mese lunare di 29,53 giorni. Un orologio di tipo analogico e digitale e datario con o senza termometro e igrometro per misurare o meno la temperatura e l'umidità ambientale. Il calendario mensile con i giorni del mese ripartiti secondo i giorni della settimana: domenica, lunedì, ecc. Tutti questi dati vengono visualizzati su display OLED da 1,3" che per le dimensioni ridotte e il consumo di energia molto contenuto consentono la realizzazione di una stazione di misurazione del tempo alimentata con 4 pile AA. Altre due differenti stazioni di misurazione utilizzano come elemento di visualizzazione le matrici LED con 256 LED per mostrare con modalità diverse ore, minuti, secondi, data e giorno della settimana. Tutti i progetti vengono proposti con due differenti modalità costruttive: in modo classico su breadboard e in modo stabile e definitivo con gli elementi passivi saldati su basetta in fibra di vetro a doppia faccia e gli elementi attivi montati su zoccolo. Quest'ultima modalità costruttiva può essere considerata come una realizzazione a circuito stampato. I vari passaggi costruttivi sono documentati da numerose fotografie che facilitano la realizzazione. Nessuno dei progetti richiede l'accesso alla rete e le stazioni di misurazione del tempo funzionano autonomamente grazie all'utilizzo del dispositivo RTC DS3231SN.

Il testo si compone di tre parti: (1) le reti e i protocolli, (2) la rete Internet, (3) le reti di accesso. La prima parte definisce la nomenclatura di base delle reti e introduce il mondo dei protocolli e la sua architettura a strati che ne costituiscono l'ossatura portante. Sono presentati i concetti fondamentali che caratterizzano le varie tipologie di rete e di protocolli per i quali sono definiti i parametri numerici necessari a caratterizzarne le prestazioni. La seconda parte è interamente dedicata al mondo di Internet. Questa consiste nel presentare le modalità di interazione con Internet dal punto di vista dell'utente, descrivendo quindi inizialmente i protocolli dello strato di applicazione, per poi affrontare le problematiche relative al trasferimento di informazioni attraverso Internet, cosa che richiede la descrizione dei protocolli dello strato di trasporto e dello strato di rete. La terza parte è rivolta alla tematica delle reti di accesso, cioè a quelle strutture di comunicazione che consentono di raggiungere "le porte di ingresso" al mondo di Internet. Sono dapprima presentate le principali soluzioni in rame e in fibra ottica, oppure basate su rete radiomobile, con cui si fornisce connettività per accesso a Internet. Vengono infine presentate le diverse tipologie di reti locali, sia cablate sia wireless, e per queste ultime viene anche affrontato il problema della mobilità delle apparecchiature terminali. Il testo è corredato da oltre 100 esempi numerici distribuiti lungo i vari capitoli, che mostrano le operazioni svolte dai vari protocolli attraverso i loro parametri di prestazione, e anche da più di 200 esercizi numerici da svolgere.

Questo libro presenta un'introduzione all'elaborazione di segnali numerici (Digital Signal Processing - DSP). L'analisi di segnali numerici è illustrata sia con riferimento al dominio del tempo che a quello della frequenza. Ampio spazio viene dato alla trasformata di Fourier discreta (DFT), alla sua implementazione veloce (FFT) e a due importanti applicazioni: l'implementazione dell'operazione di filtraggio e l'analisi spettrale. Sono descritte le tecniche di sintesi di filtri numerici sia a risposta impulsiva finita (FIR) che a risposta impulsiva infinita (IIR). Un corso moderno di DSP non può non tenere conto del fatto che molte delle tecniche presentate possono essere facilmente sperimentate mediante l'ausilio di un computer e di un software dedicato. Per tale motivo, nel libro, gli argomenti di teoria sono spesso corredati da script in linguaggio MATLAB che hanno lo scopo di invogliare il lettore a sperimentare i metodi e gli algoritmi presentati. Il fine è quello di far familiarizzare il lettore con concetti complessi facendo maturare, al contempo, quella sensibilità sui problemi pratici nell'elaborazione di segnali numerici che è bagaglio culturale indispensabile in molte discipline scientifiche. I temi illustrati in questo libro trovano infatti applicazione in molti campi quali l'Ingegneria Elettronica e delle Telecomunicazioni, il Telerilevamento, la Sismologia, la Bioingegneria, ecc.

Il volume si rivolge agli studenti dei corsi di Elettrotecnica per i corsi di laurea in Ingegneria dell'informazione, Ingegneria biomedica, ma anche Ingegneria industriale. Il testo presenta l'analisi dei circuiti in modo chiaro e coinvolgente, spiegando i principi e i teoremi passo per passo. Il frequente ricorso a esempi, esercizi e progetti permette di collegare con maggiore efficacia i concetti della teoria dei circuiti agli aspetti applicativi. I coautori italiani hanno continuato il lavoro svolto nelle precedenti edizioni con l'obbiettivo di rendere il testo sempre più aderente ai programmi didattici italiani, con un'adeguata trattazione sia dei teoremi delle reti sia dei circuiti dinamici. La principale novità di questa sesta edizione consiste nell'introduzione di un nuovo capitolo relativo alla sicurezza elettrica, basato sulla normativa italiana ed europea. Sono state inoltre aggiunte nuove parti relative ai circuiti magnetici e maggiori dettagli relativi ai regimi multifrequenza e ai doppi bipoli. Inoltre, alle funzioni di rete è stato dedicato un capitolo nella versione cartacea. È, infine, presente un Eserciziario con 1290 problemi di diversa tipologia e il codice d'accesso alla piattaforma Connect contenente 500 domande in formato digitale.

Le macchine elettriche sono sempre presenti nell'ambiente della vita di tutti i giorni: consentono infatti il funzionamento di frigoriferi, congelatori, aspirapolvere, frullatori, condizionatori d'aria, ventilatori e molti altri elettrodomestici che utilizziamo nelle nostre case. L'energia elettrica per azionare questi dispositivi è generata da macchine elettriche denominate generatori. È da precisare che per macchina elettrica si intende qualsiasi dispositivo che effettua una conversione energetica, nel quale sia presente energia elettrica in ingresso o in uscita. Esistono tre tipologie fondamentali di macchine elettriche: - macchine elettriche statiche; - macchine elettriche che trasformano energia meccanica o chimica in energia elettrica; - macchine elettriche che trasformano energia elettrica in energia meccanica o chimica. Il presente testo ha l'obiettivo di fornire i principi fondamentali delle macchine elettriche.