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    Massimo VITELLI

    Insegnamento di TEORIA DEI CIRCUITI

    Corso di laurea magistrale in INGEGNERIA ELETTRONICA

    SSD: ING-IND/31

    CFU: 6,00

    ORE PER UNITÀ DIDATTICA: 48,00

    Periodo di Erogazione: Primo Semestre

    Italiano

    Lingua di insegnamento

    ITALIANO

    Contenuti

    Approfondimenti della teoria dei circuiti e alle relative metodologie per l’analisi delle reti lineari e non, dinamiche e non. Effetti della non linearità sul chaos. Elementi di base della teoria di analisi e sintesi dei filtri.

    Testi di riferimento

    Testi di riferimento
    • Chua, Lin Computer-Aided Analysis of Electronic Circuits: Algorithms and Computational Techniques, Prentice Hall
    • Chua, Desoer, Kuh Circuiti lineari e non lineari, Jackson
    • Appunti dalle lezioni.

    Materiale di consultazione
    • Hasler, Neirynck Non Linear Circuits Hartech House, 1986
    • Comencioli Analisi Numerica: Metodi Modelli, Applicazioni Mc Graw Hill
    • Vladimirescu Guida a Spice Mc Graw Hill
    • J. Vandewalle and L. Vandenberghe, ”Piecewise-Linear Circuits and Piecewise-Linear Analysis”, The Circuits and Filters Handbook, Editor Wai-Kai Chen, CRC Press, 1995.
    • J.M.T. Thompson and H.B. Stewart, ”Nonlinear Dynamics and Chaos”, J. Wiley & Sons, 1987
    • Testi e documenti didattici forniti di volta in volta dal docente.

    Obiettivi formativi

    Obiettivi principali del Corso sono l’approfondimento delle competenze nel settore dei Circuiti e l'apprendimento di metodiche e di strumenti per la loro analisi automatica.

    A questo scopo vengono considerati i seguenti elementi principali:
    • Modalità di selezione e costruzione di modelli circuitali adatti allo studio di componenti di interesse applicativo
    • Tecniche per la classificazione dei circuiti e relativo impatto
    • Acquisizione degli strumenti per la formulazione di modelli adatti al trattamento automatico
    • Metodologie e tecniche per la soluzione numerica di modelli non lineari e dinamici e loro applicazione all'analisi dei circuiti.
    • Approfondimenti sulle proprietà delle reti lineari e non (Compensazione, reciprocità, Cohn, conseguenze della monotonia nel non lineare, ecc).
    • Approfondimenti su temi specifici quali il filtraggio e l'impatto del rumore nei circuiti lineari e non.
    • Metodologie per lo sviluppo e l'utilizzo di codici commerciali e non per la analisi delle reti.

    Prerequisiti

    Nessuna propedeuticità.

    Per una fruttifera frequenza del corso, sono richieste le competenze fisico-matematiche e tecnico-scientifiche dei corsi di laurea Triennale della Ingegneria della Informazione.

    Metodologie didattiche

    Lezioni frontali, esercitazioni ed esperimenti numerici.
    Lavori individuali e di gruppo.

    Seminari su temi specifici.

    Metodi di valutazione

    Il corso prevede una prova individuale di accertamento, svolta in forma orale. La valutazione complessiva del profitto include anche l'esito del contributo individuale al lavoro di gruppo.

    Altre informazioni

    Calendario delle attività didattiche
    Le attività dell’insegnamento seguono il calendario accademico. Dettagli sui siti ufficiali.

    Calendario delle prove di esame
    Disponibile per tutto l’anno corrente sui siti ufficiali. 3—4 sedute alla fine del corso; altre sedute fissate sulla base delle necessità degli studenti.

    Attività di supporto
    Sono previsti incontri frequenti per assistenza individuale, collegiale e dei gruppi di lavoro. Interventi specifici per allievi con diverse abilità vengono definite di volta in volta sulla base delle specifiche esigenze.

    Programma del corso

    Il Programma del Corso include i seguenti principali capitoli:

    Elementi introduttivi. Classificazione degli elementi circuitali. Elementi fondamentali, statici e dinamici. Modelli di componenti di interesse applicativo. Scelta delle variabili di integrazione.
    Proprietà generali delle reti. Reti lineari (sostituzione, reciprocità, compensazione, Cohn, ecc). Reti non lineari con non linearità monotone.

    Topologia dei circuiti. Matrici di incidenza, di maglia e degli insiemi di taglio. Strutture di base e strutture fondamentali. Relazioni tra variabili di lato. Generazione automatica di albero e degli insiemi fondamentali di tensioni e correnti. Albero ottimo.

    Circuiti adinamici. Modelli nodali e loro soluzione; formulazione topologica; analisi di reti lineari in regime periodico; modelli nodali per reti non lineari. Modelli ibridi; calcolo automatico della matrice ibrida per reti di bipoli con e senza generatori indipendenti e controllati. Trattamento di reti non lineari con linearità a tratti. Iterazioni di punto fisso. Algoritmo di Newton-Raphson. Metodi numerici e loro applicazione alla analisi automatica.

    Circuiti dinamici. Approcci nel dominio del tempo, nelle variabili di stato; formulazione ibrida. Determinazione dell'ordine; impatto dei generatori controllati. Analisi nel dominio della frequenza. Metodi numerici e loro applicazione alla analisi automatica.

    Cenno al problema del filtraggio. Classificazione e fondamenti. Leggi di trasformazione e filtri normalizzati. Strutture di Buttherworth. Analisi nel dominio della trasformata complessa. Teorema di Foster. Sintesi di Cauer e di Foster. Esempi applicativi.

    Approfondimenti. Stabilità e caos: circuito di Chua. Analisi di sensibilità. Reti neurali: classificazione e fondamenti; tecniche di apprendimento e di verifica; esempi applicativi per classificazione e fitting.

    English

    Teaching language

    Italian

    Contents

    Insights into the theory of circuits and related methodologies for the analysis of linear and non linear, dynamic and not dynamic networks. Effects of non-linearity on the chaos. Basic elements of the analysis and synthesis theory of the filters.

    Textbook and course materials

    Reference books
    • Chua, Lin Computer-Aided Analysis of Electronic Circuits: Algorithms and Computational Techniques, Prentice Hall
    • Chua, Desoer, Kuh Circuiti lineari e non lineari, Jackson, 1989
    • Notes from the lectures

    Consultation texts
    • Hasler, Neirynck Non Linear Circuits Hartech House, 1986
    • Comencioli Analisi Numerica: Metodi Modelli, Applicazioni Mc Graw Hill
    • Vladimirescu Guida a Spice Mc Graw Hill
    • J. Vandewalle and L. Vandenberghe, ”Piecewise-Linear Circuits and Piecewise-Linear Analysis”, The Circuits and Filters Handbook, Editor Wai-Kai Chen, CRC Press, 1995.
    • J.M.T. Thompson and H.B. Stewart, ”Nonlinear Dynamics and Chaos”, J. Wiley & Sons, 1987
    • Texts and educational documents provided from time to time by the teacher

    Course objectives

    The main aims of the course are the deepening of the skills in the field of Circuits and the learning of methods and tools for their automatic analysis.

    For this purpose, the following main elements are considered:
    • Method for selecting and constructing circuit models suitable for the study of components of applicative interest
    • Techniques for the classification of circuits and their impact
    • Acquisition of tools for the formulation of models suitable for automatic processing
    • Methods and techniques for the numerical solution of nonlinear and dynamic models and their application to circuit analysis.
    • Insights on the properties of linear and non-linear networks (Compensation, reciprocity, Cohn, consequences of monotony in non-linear, etc.).
    • Insights on specific topics such as filtering and noise impact in linear and non-linear circuits.
    • Methodologies for the development and use of commercial and not codes for network analysis.

    Prerequisites

    No prerequisites.

    For a fruitful frequency of the course, the physical-mathematical and technical-scientific skills of the three-year degree courses in Information Engineering are required.

    Teaching methods

    Lectures, exercises and numerical experiments.
    Individual and group work.

    Seminars on specific topics.

    Evaluation methods

    The course includes an individual assessment test, carried out in oral form. The overall assessment of the profit also includes the outcome of the individual contribution to group work.

    Other information

    Calendar of educational activities
    The teaching activities follow the academic calendar. Details on official websites.

    Schedule of exam tests
    Available throughout the current year on official sites. 3-4 sessions at the end of the course; other sessions set according to the needs of the students.

    Support activities
    Frequent meetings are scheduled for individual, collegial and work group assistance. Specific interventions for students with different skills are defined from time to time based on specific needs.

    Course Syllabus

    The Course Program includes the following main sections:

    Introductory elements. Classification of the circuit components. Fundamental, static and dynamic elements. Models of components of applicative interest. Choice of descriptive variables.

    General properties of networks. Linear networks (Theorems of substitution, reciprocity, compensation, Cohn, etc.). Non-linear networks with monotone and non- monotone linearity.

    Circuit topology. Incidence, loop and cutting sets. Fundamental and basis variables, sets and matrixes. Relations between variables. Automatic generation of tree and fundamental sets of voltages and currents. Optimum tree.

    Adynamic circuits. Nodal voltage based models and their solution; topological formulation; analysis of linear networks in periodic regime; nodal voltage based models for non-linear networks. Hybrid models; automatic calculation of the hybrid matrix for two-port networks with and without independent and controlled generators. Treatment of non-linear networks with piecewise linearity. Iterations of fixed point. Newton-Raphson's algorithm. Numerical methods and their application to network automatic analysis.

    Dynamic circuits. Approaches in the time domain, in the state variables; hybrid formulation. Determination of the complexity order; impact of controlled generators. Analysis in the frequency domain. Numerical methods and their application to automatic analysis.

    Basics of the problem of filtering. Classification and formulations. Transformation laws and standardized filters. Buttherworth filters. Analysis in the domain of the complex transform. Foster's theorem. Cauer and Foster topologies and design. Examples and application.

    Further items. Stability and chaos: Chua circuit. Sensitivity analysis. Neural networks: classification and foundations; learning and verification techniques; application examples for classification and fitting.

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