I Sei Componenti Fondamentali di un Circuito Elettrico
Anatomia di un Circuito
Ogni circuito elettrico, indipendentemente dalla complessità, è composto da sei categorie funzionali di componenti. Comprendere ogni ruolo consente analisi, progettazione e risoluzione dei problemi.
1. Sorgente di Energia (Elemento Attivo)
Stabilisce il campo elettrico che guida il flusso di carica.
- Sorgenti Indipendenti: Tensione ideale (batteria, alimentatore stabilizzato), Corrente ideale (specchio di corrente, bias fotodiodo).
- Sorgenti Dipendenti: VCVS, CCVS, VCCS, CCCS — modelli per transistor, amplificatori operazionali, trasformatori.
- Sorgenti Reali: Hanno resistenza interna (Thévenin) o conduttanza (Norton). Pannello solare = sorgente di corrente + diodo + Rsh + Rs.
2. Carico / Elementi Passivi (Conversione/Magazzinamento Energia)
| Elemento | Relazione V-I | Energia | Funzione |
|---|---|---|---|
| Resistenza (R) | V = IR | Dissipare (calore) | Limitazione corrente, partizione, sensing, terminazione |
| Capacità (C) | I = C dV/dt | Immagazzinare (campo E) | Filtraggio, accoppiamento, timing, riserva energetica, PFC |
| Induttanza (L) | V = L dI/dt | Immagazzinare (campo B) | Filtraggio, SMPS, trasformatori, strozzini, sensori |
| Memristore (M) | dΦ = M dq | Memoria di stato | Neuromorfo, ReRAM, calcolo analogico |
3. Dispositivi Attivi / Semiconduttori (Flusso Energetico Controllato)
- Diodi: Rettifica, limitazione, rilevamento, commutazione (PN, Schottky, Zener, LED, Foto, Varicap).
- BJT: Sorgente di corrente controllata da corrente. Amplificazione, commutazione.
- MOSFET/IGBT: Interruttore controllato da tensione. Conversione di potenza, logica, RF.
- Tiristori (SCR, TRIAC, GTO): Interruttori di potenza a bloccaggio.
- IC: Op-amp, regolatori, MCU, FPGA, ASIC — sottocircuiti integrati.
4. Conduttori e Interconnessioni
- Fili/Cavi: Cu/Al, anellati/pieni, isolati (PVC, XLPE, PTFE, Silicone). Sezione per ampacità (NEC 310.16 / IEC 60364).
- Tracce PCB: Microstrip, stripline, coplanare. Impedenza controllata (50Ω, 100Ω differenziale).
- Barre: Alta corrente (>200A), laminate per effetto pelle/prossimità.
- Connettori: Morsettiere, header, D-sub, M12, RJ45, Anderson, MC4, USB, HDMI.
5. Dispositivi di Commutazione e Controllo
- Meccanici: Levetta, a bilanciere, pulsante, rotante, DIP, finecorsa, pressione, temperatura (termostato).
- Elettromeccanici: Relè (EMR), Contattore, Solenoide, Relè reed.
- Stato Solido: SSR, Optocoppia, Interruttore analogico (CD4066), Load switch.
- Protezione: Fusibile (rapido/lento), PTC resettabile, Interruttore automatico (termico-magnetico, elettronico), TVS, GDT, MOV.
6. Componenti di Protezione e Sicurezza
- Sovracorrente: Fusibili, Interruttori, eFuse.
- Sovratensione: Diodi TVS, MOV, GDT, Scaricatori, Crowbar.
- ESD: Array TVS, Soppressori ESD polimerici.
- Polarità Inversa: Diodo in serie, P-FET diodo ideale, Controllore (LTC4365).
- Guasto a Terra / Guasto ad Arco: Interruttori GFCI / AFCI / DF (Doppia Funzione).
- Isolamento: Optocoppie, Isolatori digitali (capacitivi SiO₂), Trasformatori.
Circuito = Grafo
Topologicamente, un circuito è un **grafo**: Nodi (reti) + Rami (componenti). Leggi di Kirchhoff (KCL/KVL) + Relazioni Costitutive dei Componenti = Sistema risolvibile. SPICE lo risolve numericamente.