ESAME DI STATO PER L’ABILITAZIONE ALLA PROFESSIONE DI INGEGNERE

I SESSIONE 2011

SEZIONE A – VECCHIO ORDINAMENTO

PROVA SCRITTA

INGEGNERIA DELLE TELECOMUNICAZIONI

Traccia 1 Un collegamento in linea di vista trasmette un multiplex di 200 canali analogici ognuno con banda pari a 20 kHz. La distanza da coprire è di 120 km e a metà viene interposta una stazione ripetitrice. La frequenza della portante è fc = 10 GHz e ogni tratta introduce attenuazioni aggiuntive per La = 3 dB. Il guadagno delle antenne utilizzate in trasmissione e in ricezione è Gtx = Grx = 22 dB e il ricevitore opera a una temperatura di 27 °C. Si vuole realizzare una trasmissione numerica e, a tale scopo, i segnali vengono campionati ad una frequenza fs = 22 kHz e quantizzati a 16 bit per campione. Viene impiegata una modulazione numerica di tipo 64-QAM ed impulsi a coseno rialzato con fattore di roll-off α = 0.2. La stazione ripetitrice è di tipo rigenerativo.

a. Determinare la banda impiegata dal collegamento.

b. Determinare il BER del collegamento avendo a disposizione una potenza media in trasmissione Ptx = 3:5 W.

c. Assumendo che ogni tratta sia affetta da fading (di Rayleigh, non selettivo nel tempo né in frequenza, con attenuazione media unitaria e indipendente sulle 2 tratte), determinare la potenza media in trasmissione Ptx per avere un BER inferiore a 10-6 per più del 90% del tempo.

d. Ripetere il calcolo al punto (c) nel caso in cui si utilizzi un ripetitore non rigenerativo, il cui amplificatore ha una figura di rumore Fa = 7 dB.

Traccia 2 Un’onda piana polarizzata circolarmente incide con un angolo di 30° dall’aria su uno strato dielettrico di spessore d e permittività εr = 3. A sinistra dello strato è posta un’antenna a mezz’onda con polarizzazione TE, mentre a destra dello strato è posta un’antenna con guadagno pari a 8 dB. Sapendo che la frequenza dell’onda incidente è pari a 1800 MHz, e che la densità di potenza incidente è pari a 100 mW/m2, calcolare:

a. il minimo spessore d del dielettrico tale da annullare la polarizzazione riflessa TM;

b. la minima distanza dallo strato a cui porre l’antenna a mezz’onda in modo da massimizzare la potenza consegnata a un carico adattato, e il valore di tale potenza;

c. il flusso netto di potenza, per unità di superficie, all’interfaccia sinistra dello strato (aria-dielettrico);

d. la potenza consegnata al carico dall’antenna posta a destra dello strato in condizioni di adattamento in potenza e in polarizzazione.

Traccia 3 Il candidato illustri i vantaggi e le problematiche di una memoria RAM di tipo dinamico.

Con riferimento alla cella di memoria RAM dinamica a 4 transistori di figura assumendo una capacità di bit line CL=0.5pF, dimensionare le porte T1 e T2 affinché durante l’operazione di lettura all’atto dell’apertura delle porte la tensione al nodo del latch che si trova al livello logico basso non superi 0.6V. Si suppongano le linee precaricate a VDD.

Determinare il tempo necessario affinché le capacità CG si scarichino del 10% del valore massimo, supponendo una corrente inversa delle giunzioni contropolarizzate di 1pA.

Determinare il tempo necessario per ripristinare il livello logico alto.

Schematizzare una rete per il ripristino della carica descrivendone il funzionamento.

Eventuali dati non inclusi nella traccia possono essere scelti liberamente dal candidato purché ne fornisca adeguata giustificazione insieme alle eventuali ipotesi fatte nello svolgimento dell’elaborato.

Dati: µnCox=50µA/V2, VTN=0.8, W/L=2/1µm per i transistori M1 ed M2, VDD=3.3V.

INGEGNERIA MECCANICA

Traccia 1 Si consideri un sistema geotermico ad acqua dominante (150 °C, 1,5 MPa) dal quale sia possibile estrarre con continuità una potenza termica pari a 600 MW. L'acqua sia parzialmente convertita in vapore mediante un'espansione isoentalpica all'interno di un evaporatore flash operante a 0,25 MPa. Il condensatore sia alimentato con acqua a 45 °C proveniente da una torre evaporativa e si assuma, pertanto, una temperatura di condensazione pari a 50 °C.

Il rendimento della turbina sia pari a 0,85, mentre quello della pompa di alimentazione del condensatore sia pari a 0,75. Si schematizzi l'impianto e si valutino le caratteristiche termodinamiche e le portate nei diversi punti dell'impianto stesso. Si valuti la potenza ed il rendimento dell'impianto. Si indichino eventuali interventi migliorativi anche impiegando sorgenti di energia primaria differenti in aggiunta all'energia geotermica.

Traccia 2 Il braccio principale di una gru marina snodata da 3320 kNm viene sollevato mediante una coppia di martinetti idraulici a doppio effetto il cui schema e le dimensioni d’ingombro sono riportati nella figura seguente. Dimensionare i componenti dei martinetti sapendo che la pressione massima di esercizio è 250 bar e che, nella configurazione orizzontale della gru, il braccio utile rispetto alla cerniera principale è pari a 956 mm (componente normale del martinetto). In particolare, per ciò che concerne lo stelo eseguire il dimensionamento tenendo conto anche di eventuali problemi di instabilità (il martinetto è incernierato alle estremità).

Quindi dimensionare i collegamenti fra: - Testata e camicia del cilindro (viti); - Fondello e camicia del cilindro

(saldatura); - Pistone e stelo (collegamento

filettato).

Si utilizzino i seguenti materiali:

Per la camicia, il pistone, il fondello, le teste e la testata: S355J2G3 (Su=510 N/mm2, Sy=355 N/mm2).

Per lo stelo: C40 (Su=740 N/mm2, Sy=490 N/mm2).

Infine, eseguire il disegno costruttivo dei particolari.

Traccia 3 Si deve progettare un albero (schematizzato in figura) che porta calettata ad un estremo una ruota dentata cilindrica a denti diritti. La forza F che la ruota dentata di diametro D= 250 mm scambia con il pignone è F=4000 N. Assumere i seguenti valori: rapporti dei diametri: d 2/d1=1.2; raggi di intaglio pari a 2 mm. Si assumano opportunamente le lunghezze L1,L2,L3. Si individui la sezione critica e si dimensioni l’albero staticamente. Si verifichi poi la vita a fatica del componente, indicando (se a vita finita) il numero di cicli alla rottura. Trovati i diametri si scelgano opportunamente i cuscinetti. Si assuma il Kt delle linguette pari a 1.8.

N.B. Si suggerisce di applicare le reazioni vincolari alla metà dei cuscinetti. SI ASSUMANO I DATI EVENTUALMENTE MANCANTI

INGEGNERIA ELETTRICA

F

D

Traccia 1 Un trasformatore trifase è caratterizzato dai seguenti dati:

Potenza nominale An = 160 kVA; Tensione nominale primaria V1n = 10 kV; Tensione a vuoto secondaria V02 = 450 V; frequenza 50 Hz; potenza di corto-circuito percentuale pcc% = 1.7; tensione di cortocircuito percentuale vcc% = 4; potenza assorbita nella prova a vuoto p0% = 1.8; fattore di potenza a vuoto cosϕcc = 0.2.

Il trasformatore alimenta un motore asincrono trifase ed un carico passivo ohmico-induttivo.

Il motore asincrono è caratterizzato dai seguenti dati: tensione nominale Vn = 400V; frequenza 50 Hz; potenza nominale Pn = 35 kW; corrente nominale In = 75A; frequenza rotorica con carico nominale fr = 1.9 Hz; coppie polari p = 4; resistenza ai morsetti statorici Rm = 0.2; potenza assorbita a vuoto P0 = 1300 W; perdite addizionali in condizioni nominali Padd = 0.6% della potenza attiva assorbita; fattore di potenza a vuoto cosϕ0 = 0.22; potenza a vuoto con rotore aperto ed alla velocità di sincronismo P0a = 700 W; fattore di potenza corrispondente cosϕ0no-rot = 0.14.

Il carico passivo è caratterizzato dai seguenti dati: Potenza assorbita Pp = 30 kW; fattore di potenza cosϕp = 0.5.

Nella condizione in cui il motore eroga la potenza nominale determinare: la coppia resa dal motore; il rendimento del motore; la tensione primaria del trasformatore; il rendimento convenzionale del trasformatore; la potenza reattiva del banco di condensatori connessi al primario del trasformatore per ottenere un fattore di potenza assorbito dalla linea pari a 0.9 in ritardo.

Traccia 2 Il candidato progetti un sistema di misura per il monitoraggio della corrente di spunto di un motore sincrono trifase.

Si considerino le seguenti specifiche progettuali.

Specifiche del motore elettrico: potenza nominale 60 kW, tensione concatenata nominale 400 V, fattore di potenza 0.8 rit., frequenza nominale 50 Hz.

Specifiche del sistema di misura: - deve essere in grado di analizzare nel dominio del tempo la corrente di spunto del motore

determinando almeno il valore di picco e la durata del transitorio (con un’incertezza inferiore ad 1 %).

- deve permettere la gestione remota dei parametri monitorati.

Nello sviluppo del progetto si evidenzino i seguenti aspetti: - il principio di misura; - l’architettura proposta, evidenziando i diversi componenti hardware e la scelta delle loro

caratteristiche tecniche e metrologiche per il soddisfacimento delle specifiche di progetto; - la procedura di misura da seguire, evidenziando i mezzi ed i modi per la determinazione

dei parametri richiesti; - le cause di incertezza presenti e come queste influiscono sulle prestazioni metrologiche

del sistema e sulla determinazione dei parametri richiesti; - i vantaggi della soluzione proposta rispetto ad altre possibili.

Traccia 3

Figura 1

Con riferimento allo schema unifilare di figura 1 e ai dati riportati nelle tabelle I-III, si calcoli la corrente di guasto monofase netto a terra nel nodo 2 e la si confronti con quella di guasto trifase netto nello stesso nodo assumendo aperti i collegamenti a terra dei neutri dei trasformatori (i1 e i2 aperti).

Si ripeta il calcolo supponendo direttamente a terra i neutri dei trasformatori T1 e T2 (i1 e i2 chiusi) determinando anche il coefficiente di stato del neutro della rete nel nodo 2.

Tabella I- Dati dei generatori

G1 G2 Pn 2 x 200 MVA 3 x 100 MVA Vn 15 kV 14.4 kV X’’ d 0.24 p.u. 0.24 p.u.

Tabella II - Dati dei trasformatori T1 T2 Pn 2 x 200 MVA 3x 100 MVA V1 15 kV 14.4 kV V2 380 kV 380 V Vcc% 12 % 13 %

Tabella III - Dati delle linee

Linea Lunghezza [Km]

Xd [ohm/km]

Xo [ohm/km]

Yd [S/km]

Yo [S/km]

L12 250 0.320 0.910 3.46x10-6 2.68x10-6 L13 170 0.320 0.910 3.46x10-6 2.68x10-6 L23 300 0.320 0.910 3.46x10-6 2.68x10-6

INGEGNERIA CHIMICA

Traccia 1

Il candidato deve svolgere obbligatoriamente l’esercizio 1 e uno a scelta tra gli esercizi 2 e 3

T1 T2 G2

1

G1

~

Y

~

~

~ ~

Y

2

3 i1

i2

Esercizio 1

Si deve progettare una colonna di distillazione operante a pressione atmosferica per separare 4500

kmoli/ora di una miscela liquida satura al 40 % molare di benzene e 60 % di toluene in un prodotto di testa

al 98% di benzene, un residuo al 97% di toluene e una frazione intermedia al 70% di benzene con portata

pari a 700 Kmole/ora (Figura 1).

Figura 1

Calcolare le portate di distillato e di residuo, il rapporto di riflusso minimo e il numero degli stadi necessari

usando un rapporto di riflusso pari a 2 volte il minimo.

I dati di equilibrio del sistema benzene-toluene sono riportati nella Tabella 1.

Un’ottima previsione delle condizioni di equilibrio può essere anche ottenuta considerando il sistema

ideale.

x y T (°C)

0,042 0,089 108,75

0,047 0,102 108,42

0.0132 0,257 104,87

0.0183 0,334 103,00

0,0219 0,395 101,52

0,035 0,530 97,76

0,407 0,619 95,01

F

P

D

L0

R

0,483 0,688 92,76

0,551 0,742 90,76

0,628 0,800 88,63

0,712 0,853 86,41

0,810 0,911 84,10

0,900 0,958 81,99

0,904 0,960 81,92

0,941 0,973 81,18

Tabella 1

Traccia 1

Esercizio 2

La parete di un forno da laboratorio è costituita da mattonelle refrattarie argillose di spessore pari a 20 cm

(conducibilità termica Ka = 1 W/m K). Questa è inoltre ricoperta da un materiale isolante di spessore pari a 3

cm (conducibilità termica Kb = 0,07 W/m K).

Sapendo che la temperatura interna del forno è pari a 1250 K mentre quella esterna è pari a 310 K,

1. Calcolare il flusso termico attraverso la parete in W/m2 2. Determinare la temperatura di interfaccia tra il refrattario e l’isolante 3. Rappresentare graficamente il profilo di temperatura 4. Determinare lo spessore di refrattario nel caso in cui si voglia ridurre di un terzo il flusso

termico e commentare il risultato ottenuto in termini di convenienza progettuale.

Esercizio 3

Con riferimento al diagramma di stato Al-Ca allegato, individuare: a) la temperatura delle reazioni invarianti presenti e la composizione delle fasi coinvolte; b) la composizione e la tipologia (fusione congruente o incongruente) dei composti intermedi. Descrivere le trasformazioni che avvengono al raffreddamento da 800°C fino a temperatura ambiente di un liquido contenente il 20% in peso di Ca e la microstruttura del solido finale.

Traccia 2

Il candidato deve svolgere obbligatoriamente l’esercizio 1 e uno a scelta tra gli esercizi 2 e 3

Esercizio 1

Volendo caratterizzare la cinetica della reazione A�B, sono state effettuate alcune prove sperimentali, nel

corso delle quali sono stati misurati i profili della concentrazione di B in funzione del tempo (vedi tabella).

a) Si rappresentino graficamente, in un unico diagramma, i profili di concentrazione registrato in ciascun

esperimento

b) Si determini, mediante regressione lineare, la velocità di reazione in ciascun esperimento

c) Si utilizzino i dati ottenuti per determinare l’ordine della cinetica di reazione

d) Dovendo progettare un’applicazione reattoristica, si indichi se la reazione in esame può essere effettuata

più vantaggiosamente in un reattore CSTR o in un reattore PFR, spiegandone sinteticamente i motivi.

Esercizio 2

In un processo industriale, una salamoia viene riscaldata dalla temperatura di 6 ° a 12 °C in uno scambiatore

double-pipe mediante acqua entrante a 50 °C e uscente a 40 °C con una portata di 0,166 Kg/s.

Se il coefficiente di scambio termico totale è di 850 W/m2

°C, quale superficie di scambio è necessaria per:

a) Uno scambiatore a flussi paralleli b) Uno scambiatore in controcorrente.

Si consideri il Cp dell’acqua pari 4180 kJ/ kg K

Esercizio 3

Nel diagramma di stato allegato, individuare: a) la tipologia delle reazioni invarianti presenti e la composizione delle fasi coinvolte; b) la composizione e la tipologia (fusione congruente o incongruente) dei composti intermedi. Descrivere le trasformazioni che avvengono al raffreddamento da 1700°C fino a temperatura ambiente di un liquido contenente il 5.5% in peso di C e la microstruttura del solido finale.

Traccia 3

Il candidato deve svolgere obbligatoriamente l’esercizio 1 e uno a scelta tra gli esercizi 2 e 3

Esercizio 1

Una colonna di distillazione è progettata per separare alla pressione atmosferica una miscela liquida satura

di acqua e acetone al 30 % molare di acetone e ottenere un distillato al 90 % e un residuo all’1 % molare di

acetone, lavorando con un rapporto di riflusso pari a 0.5.

Dopo la realizzazione della colonna si rende necessario ottenere un distillato al 92 % di acetone; a questo

scopo si aumenta il rapporto di riflusso mantenendo invariata la portata di vapore fornita dal ribolliture.

Determinare il rapporto di riflusso da usare e la composizione del residuo ottenuto nelle nuove condizioni

di funzionamento.

I dati di equilibrio del sistema acqua-acetone alla pressione di 760 mmHg sono riportati nella seguente

tabella:

x y T (°C)

0.000 0.000 100.0

0,010 0,335 87.8

0.023 0,462 83.0

0.041 0,585 76.5

0,264 0,756 66.2

0,300 0,802 61.8

0,111 0,809 61.1

0,483 0,832 60.0

0,506 0,837 59.7

0,538 0,840 59.5

0,609 0,847 58.9

0,661 0,860 58.5

0,793 0,900 57.4

0,850 0,917 57.1

1,000 1,000 56.5

Esercizio 2

In figura è riportato il ben noto diagramma di stato Fe→Fe3C. Rispondere ai seguenti quesiti:

a- Qual è la massima solubilità del C nel Fe?

b- Quante e quali reazioni invarianti sono presenti nel diagramma, (indicando la composizione delle fasi

coinvolte)?

c- Descrivere il raffreddamento di un liquido contenente il 1.2% di C dalla temperatura di 1600°C fino a

temperatura ambiente.

d- Effettuare l’analisi completa delle fasi per la miscela suddetta alla temperatura di 800°C.

Traccia 3

Esercizio 3

Un liquido, di densità pari a 820 kg/m3, è contenuto in un serbatoio mantenuto a livello costante h, e viene

fatto passare attraverso un piccolo orifizio come mostrato in figura 1. Determinare la espressione analitica

della velocità di uscita del liquido dall’orifizio 2 di figura 1 considerando lo scarico a pressione atmosferica e

le perdite di carico nulle.

Figura 1

Il liquido viene poi inviato attraverso una sezione divergente così come mostrato in figura 2 con una portata

di 0,028 m3/s.

1. Qual è la pressione totale nella sezione 2 di figura 2 se la pressione statica in posizione 1 (fig.2) è pari a 1,8 x 105 N/m2. Si consideri il liquido alla temperatura di 20 °C e le perdite di carico nulle.

2. Commentare la necessità di tener conto o meno della presenza di eventuali perdite di carico, se si considera l’espressione del coefficiente della perdita di carico pari a [1-(D1/D2)

2].

Figura 2

INGEGNERIA CIVILE

Traccia 1 Con riferimento allo stralcio di carpenteria riportato in figura, il candidato esegua il dimensionamento:

a) del telaio perimetrale indicato con le lettere BB; b) delle parti strutturali della scala in cemento armato con tipologia a trave a ginocchio.

Ai fini della determinazione dei carichi da neve e da sisma, il candidato faccia riferimento alla seguente località: Cassino. Il candidato produca i calcoli strutturali e gli elaborati grafici in opportuna scala. Eventuali dati non inclusi nella traccia possono essere liberamente scelti dal candidato purché ne fornisca adeguata giustificazione.

5.00

4.00

3.00 4.50

ingresso

piano terra

vano scala

A

A

0.00 m

3.50 m

7.00 m

sezione A-A

stralcio di carpenteria

B

B

Traccia 2 Data una strada extraurbana principale di tipo F1, il cui tracciato geometrico è riportato nella successiva tabella, il candidato, in ottemperanza ai dettami riportati nelle “Norme funzionali e geometriche per la costruzione delle strade (D.M. 5/11/2001)”, provveda a:

1) calcolare numericamente, verificare alla luce del D.M. 5/11/2001 e rappresentare graficamente il diagramma di velocità;

2) si verifichi la necessità, alla luce del D.M. 5/11/2001, di inserire delle corsie di arrampicamento per entrambi i sensi di marcia sapendo che il valore della Velocità Limite, Vlim in Km/h, su di una livelletta di assegnata pendenza longitudinale è stimabile, per un veicolo commerciale tipo, attraverso l’espressione:

)( mri-18.244lim e134.96V +⋅=

dove i (in frazione) rappresenta la pendenza della livelletta ed mr il coefficiente di resistenza a rotolamento pari a 0.035, e le curve di prestazione sono espresse attraverso le seguenti relazioni: accelerazione: )1()( sk

lim eVsV ⋅−−= , decelerazione: sklimlim eVVVsV ⋅−−+= )()( 0

dove s rappresenta la progressiva in metri, V0 è la velocità massima iniziale delle curve di prestazione pari a 90 Km/h, e k = 0.005. Si assuma una velocità all’inizio del tratto in esame del veicolo pari a 73 Km/h.

3) assumendo le clotoidi di flesso simmetriche, effettuare le relative verifiche (contraccolpo, sovrappendenza ed ottica) e calcolare i parametri rilevanti per la loro geometrizzazione;

4) effettuare le verifiche sugli altri elementi del tracciato (curve e rettifili); 5) calcolare numericamente e rappresentare il diagramma dei cigli; 6) calcolare il Livello di Servizio, secondo la procedura dell’ Highway Capacity Manual 2000,

assumendo un valore del Traffico Giornaliero Medio (mono-direzionale) pari a 2600 veicoli/giorno, una percentuale di veicoli pesanti pari al 13 %, una ripartizione del traffico nelle due direzioni pari a 49/51, un terreno ondulato, una densità di 6 accessi per chilometro ed una percentuale di tracciato con visibilità superiore a quella necessaria al sorpasso pari al 39 %.

N. progressivo Elemento Sviluppo [m] Raggio [m] Pendenza [%] 1 Rettifilo 225 - 3.9 2 Clotoide di transizione 215 - 3.9 3 Curva 185 352 3.9 4 Clotoide di flesso 285 - -1.2 5 Curva 480 371 -1.2 6 Clotoide di flesso 140 - 1.1 7 Curva 90 305 1.1 8 Clotoide di transizione 240 - 0.5 9 Rettifilo 250 - 0.5

Infine, sulla scorta dei dati di ingresso già riportati, si provveda a dimensionare una pavimentazione flessibile con il metodo semi-probabilistico AASHTO Guide 1986, assumendo una vita utile di 20 anni, un tasso di crescita annuo del traffico pari all’ 1.5 %, un valore del Modulo Resiliente del sottofondo pari a 42 MPa, un valore di affidabilità pari all’85% , un valore del PSI finale pari a 2.5 ed uno spettro di traffico dei veicoli pesanti riportato nella tabella seguente:

(N.B. gli assi ravvicinati sono da intendersi Tandem) % sul traffico Tipo di veicolo Peso degli assi [kN] Commerciale totale

Autocarri medi e pesanti ↓40 ↓80 16

Autocarri pesanti ↓60 100↓ ↓100 34

Autotreni ↓60 ↓100 ↓100 ↓100 30

Autoarticolati ↓40 80↓ ↓80 80↓ ↓80 15 Autobus ↓50 ↓80 5

Traccia 3 Un bacino urbano è servito da un sistema fognario che termina con un canale emissario la cui sezione iniziale coincide con la sezione di chiusura del bacino stesso. Il bacino è caratterizzato da: Area della superficie totale S = 45 ha; Coefficiente d’afflusso f = 0.6; Tempo di corrivazione tc = 30 minuti. Le caratteristiche pluviometriche del bacino, per quanto riguarda i valori estremi, possono essere desunte dall’analisi dei dati relativi ai massimi annuali delle altezze di pioggia riportati nella tabella che segue.

5' 10' 15' 30' 60' 1 h 3 h 6h 12 h 24 h

1975 2.0 3.9 5.9 11.8 16.4 16.4 25.2 40.0 50.0 68.4

1976 3.4 6.9 10.3 20.6 31.4 31.4 40.2 40.8 47.2 55.2

1977 7.3 14.6 14.6 14.6 26.6 26.6 31.2 32.4 32.4 49.0

1978 3.3 6.7 10.0 20.0 38.8 38.8 40.6 40.8 40.8 40.8

1979 3.2 6.3 9.5 19.0 21.4 21.4 22.0 25.4 33.0 49.4

1980 8.0 16.0 16.0 16.0 16.8 16.8 18.0 26.6 40.0 58.0

1981 5.6 11.2 11.2 11.2 16.0 16.0 25.2 25.2 36.4 42.8

1982 8.0 16.0 16.0 17.5 35.0 35.0 40.6 40.8 40.8 44.0

1983 7.5 15.1 22.6 23.5 47.0 47.0 47.0 48.0 50.6 55.8

1984 3.6 7.2 7.2 7.2 11.0 11.0 19.0 35.2 47.2 91.8

1985 6.6 6.6 6.6 7.5 15.0 15.0 27.0 33.8 39.0 54.0

1986 12.2 14.6 14.6 14.6 24.8 24.8 46.2 47.8 50.8 50.8

1987 7.4 14.8 22.2 22.2 22.2 22.2 36.0 55.0 69.4 97.8

1988 6.3 12.6 19.0 31.6 37.2 37.2 39.0 43.2 43.2 45.0

1990 7.3 11.6 11.6 11.6 21.2 21.2 23.2 40.0 72.0 95.8

1991 10.4 10.4 10.4 18.0 36.0 36.0 59.8 60.2 60.2 60.8

1993 10.4 10.4 13.6 14.2 14.2 14.2 20.4 25.8 27.2 43.4

1995 6.5 13.1 19.6 34.0 36.4 36.4 37.0 37.0 57.8 78.6

1996 11.6 13.3 20.0 20.4 20.4 20.4 20.4 27.0 34.8 49.8

1997 3.4 6.8 10.2 12.0 21.0 21.0 44.2 61.8 85.4 87.6

1998 15.6 21.2 31.8 37.4 49.4 49.4 58.4 69.6 69.6 69.6

1999 6.8 7.9 9.1 18.2 34.4 34.4 37.0 37.0 37.0 37.0

2000 9.6 10.4 15.6 16.2 16.2 16.2 21.6 30.8 43.8 72.0 Il canale emissario è costituito da uno scatolare in calcestruzzo armato (Ks = 65 m1/3s-1) a sezione interna quadrata di lato pari a 1.5 m. Esso presenta un primo tratto lungo 100 m con pendenza if = 0.02 ed un secondo tratto lungo 200 m con pendenza if = 0.003. Si calcoli analiticamente e si disegni il profilo di corrente in condizioni di moto permanente corrispondente alla portata massima decennale drenata dal bacino. Ai fini del tracciamento del profilo si assuma che sia nel tratto iniziale che in quello finale del canale il profilo stesso tenda al moto uniforme.

INGEGNERIA ELETTRONICA

Traccia 1

In figura è riportato un amplificatore differenziale bistadio. Nel circuito si assuma Vcc = Vee = +12V e I=10mA.

Dati dei componenti attivi:

Q1, Q2, Q3, Q4 Q5 - Guadagno di corrente a emettitore

comune: β = 200 - Tensione di Early: VA=80V - CBE=CBC=0 - Temperatura: 27°C

- Guadagno di corrente a emettitore comune: β = 100 - Tensione di Early: VA=30V - CBE=10pF - CBC=1pF - Temperatura: 27°C

a) Si calcoli il punto di lavoro a riposo di tutti i transistori del circuito.

b) Si calcoli il guadagno di tensione alle medie frequenze.

c) Si calcolino le impedenze di ingresso e di uscita dello stadio.

d) Si diagrammi la risposta in frequenza del circuito in modulo e fase.

e) Si elenchino le cause possibili di distorsione non lineare presenti nel circuito e se ne discuta brevemente l’effetto che esse hanno sulla forma d’onda di uscita.

f) Si stabilisca il massimo prodotto teorico ampiezza-frequenza del segnale di ingresso, supposto sinusoidale, che non provochi distorsione non lineare in uscita e si grafichi su un diagramma opportuno la relazione tra ampiezza massima e frequenza massima del segnale di ingresso.

g) Si valuti il CMRR del circuito supponendo che il generatore di corrente sia ottenuto con uno specchio di corrente a BJT, con parametri uguali a Q1-Q4.

Traccia 2 Un’onda piana polarizzata circolarmente incide con un angolo di 30° dall’aria su uno strato dielettrico di spessore d e permittività εr = 3. A sinistra dello strato è posta un’antenna a mezz’onda con polarizzazione TE, mentre a destra dello strato è posta un’antenna con guadagno pari a 8 dB. Sapendo che la frequenza dell’onda incidente è pari a 1800 MHz, e che la densità di potenza incidente è pari a 100 mW/m2, calcolare:

e. il minimo spessore d del dielettrico tale da annullare la polarizzazione riflessa TM;

f. la minima distanza dallo strato a cui porre l’antenna a mezz’onda in modo da massimizzare la potenza consegnata a un carico adattato, e il valore di tale potenza;

g. il flusso netto di potenza, per unità di superficie, all’interfaccia sinistra dello strato (aria-dielettrico);

h. la potenza consegnata al carico dall’antenna posta a destra dello strato in condizioni di adattamento in potenza e in polarizzazione.

Traccia 3 Il candidato illustri i vantaggi e le problematiche di una memoria RAM di tipo dinamico.

Con riferimento alla cella di memoria RAM dinamica a 4 transistori di figura assumendo una capacità di bit line CL=0.5pF, dimensionare le porte T1 e T2 affinché durante l’operazione di lettura all’atto dell’apertura delle porte la tensione al nodo del latch che si trova al livello logico basso non superi 0.6V. Si suppongano le linee precaricate a VDD.

Determinare il tempo necessario affinché le capacità CG si scarichino del 10% del valore massimo, supponendo una corrente inversa delle giunzioni contropolarizzate di 1pA.

Determinare il tempo necessario per ripristinare il livello logico alto.

Schematizzare una rete per il ripristino della carica descrivendone il funzionamento.

Eventuali dati non inclusi nella traccia possono essere scelti liberamente dal candidato purché ne fornisca adeguata giustificazione insieme alle eventuali ipotesi fatte nello svolgimento dell’elaborato.

Dati: µnCox=50µA/V2, VTN=0.8, W/L=2/1µm per i transistori M1 ed M2, VDD=3.3V.