Argomenti tipici dell’Elettronica Analogica e questionari realizzati
1. Introduzione
L’Elettronica Analogica, argomento che si somministra agli studenti del
IV e V anno dei corsi di Elettronica e Telecomunicazioni degli Istituti Tecnici
Industriali ed agli studenti del settore elettronico degli Istituti
Professionali, si occupa dello studio della elaborazione e generazione dei
segnali elettrici analogici.
Un segnale elettrico si dice analogico se può assumere tutti i valori
compresi tra un valore minimo e massimo. In contrapposizione vi sono i segnali
elettrici digitali caratterizzati dal fatto di possedere solo due valori, ad
esempio 0V e +5V, a cui, convenzionalmente, si attribuiscono i simboli 0 e 1
del sistema binario.
Un primo studio consiste nell’analisi in funzione del tempo del
segnale di uscita di un circuito elettrico passivo sollecitato in ingresso da
segnali elettrici tipici come, ad esempio, il gradino di tensione, l’impulso e
la rampa. Il circuito elettrico contiene resistenze, induttanze e capacità.
Accanto allo studio transitorio vi è, poi, quello armonico che consiste
nel valutare l’ampiezza del segnale di uscita sinusoidale in funzione della
frequenza del segnale elettrico pure sinusoidale applicato in ingresso.
Per questo tipo di analisi è necessario che lo studente, oltre a
conoscere i componenti elettronici utilizzati, sia in possesso di strumenti
matematici che lo mettano in grado di esperire le suddette analisi. Spesso,
però, il bagaglio matematico necessario non è completamente somministrato dal
docente di matematica perché certi argomenti sono svolti dopo un percorso
formativo che richiede prerequisiti specifici. In altre parole, alcuni metodi
matematici particolari sono a carico del docente di Elettronica.
Un secondo argomento fondamentale è lo studio degli amplificatori.
Un amplificatore è un apparato elettronico in grado di elevare l’ampiezza del
segnale applicato in ingresso; in altre parole il segnale di uscita ha
esattamente la stessa forma, nel tempo, di quello di ingresso ma il suo livello
di tensione e di potenza è sicuramente maggiore.
Gli amplificatori si realizzano con i transistor e con
particolari circuiti integrati denominati Amplificatori Operazionali.
Si dovrà,
pertanto, introdurre lo studio dei vari tipi di transistor partendo
necessariamente dai diodi. In seguito si potrà introdurre il concetto di
amplificatore, eseguire lo studio dei vari schemi elettrici disponibili e delle
tecniche per ottimizzarne il funzionamento sia con transistor che con gli amplificatori
operazionali.
Troviamo,
poi, i filtri attivi. Sono particolari amplificatori in grado di
amplificare segnali elettrici di opportuna frequenza e di attenuare quelli di
frequenza diversa.
I vari
circuiti attivi, inoltre, fornendo segnali elettrici in uscita si ampiezza
superiore a quella di uscita, per il principio della conservazione
dell’energia, dovranno approvvigionarsi di di energia elettrica da speciali
circuiti noti come alimentatori. La batteria dell’automobile, quelle dei
telefonini, delle calcolatrici ed orologi al quarzo sono esempi di alimentatori
che forniscono una f.e.m. (forza elettro motrice) costante in Volt. In
apparecchiature non portatili e di elevato assorbimento, non conviene l’uso
delle batterie e si ricorre agli alimentatori elettronici che sono apparati in
grado di trasformare la tensione di rete alternata a 220V in tensione costante.
Esiste tutta una serie di circuiti costituiti da componenti elettronici atti a
questa trasformazione.
Vi sono,
poi, circuiti elettronici che generano forme d’onda sinusoidali, quadre,
triangolare e di altro tipo basati sugli amplificatori e che richiedono una
particolare tecnica di analisi matematica per lo studio del funzionamento e per la progettazione.
Non
mancano i circuiti elettronici che consentono la trasformazione del segnale
analogico in segnale numerico o digitale e sono noti come convertitori
analogico-digitali (ADC) e, viceversa, circuiti che attuano la conversione
opposta, dalla forma digitale a quella analogica e sono noti come convertitori digitali-analogici
(DAC).
2. Questionario sull’Elettronica Analogica
Il
questionario di Elettronica Analogica interattivo che si propone in questa
tesina è rivolto agli studenti del IV anno che hanno completato l’anno
scolastico e si può somministrare nei mesi ottobre-novembre dell’anno
successivo come verifica del grado di conoscenza.
Poiché,
inoltre, i questionari sono stati realizzati ordinatamente sui vari argomenti
oggetto di studio del programma di Elettronica del IV anno, è possibile utilizzare
il questionario specifico subito dopo aver svolto il programma su tale
argomento. Ad esempio dopo la trattazione dei diodi si potrà utilizzare subito
il relativo questionario.
3. Struttura dei questionari
I
questionari sono stati realizzati col programma JBC (Multiple Choice Quiz) del
software freeware Hot Potatoes http://web.uvic.ca/hrd/hotpot/
Per ogni
domanda sono disponibili quante si vogliono risposte. È, inoltre, possibile
scegliere una o più risposte considerate corrette. Personalmente ho scelto,
quasi sempre, quattro risposte di cui una sola esatta. In caso di più risposte
esatte ho inserito tale informazione nella domanda. E’ possibile, a proprio
piacimento, inserire, oltre alla risposta, il feedback che consiste in
un messaggio che appare sul monitor quando lo studente sceglie la
corrispondente risposta. Se la risposta è esatta il messaggio di feedback ha un
tenore gratificante oppure rinforza la validità di quella risposta con
opportune considerazioni. Se la risposta è errata il messaggio di feedback
informa sul perché della risposta errata da cui la denominazione di feedback.
In tutti i casi, utilizzare il campo feedback, a mio avviso, ha una forte
valenza formativa, aldilà dello scopo valutativo del questionario.
In
qualsiasi campo (domanda, risposta, titolo o feedback) è possibile inserire immagini
o link ad oggetti multimediali.
L’inserimento delle immagini consente di riconoscere un
circuito, un comportamento temporale o armonico.
In figura
si mostra la schermata del modulo JBC del programma Hot Potatoes. Si notano il
campo destinato alla domanda, le quattro risposte, la casella spuntata della
risposta A (quella esatta) e le risposte di feedback, in questo caso inserite
solo per le risposte errate.
Nel campo
Title si è inserita una immagine attraverso il comando Insert/Image. Si noti il
codice HTML inserito in automatico.
Al termine
della generazione del questionario in ambiente JBC si salva il documento con
l’estensione nativa JBC. Se si vuole trasformare il questionario pronto per
l’ambiente Internet si deve impartire il comando File/Export HTML (o facendo
click sull’icona V3 che significa Hot Potatoes versione 3) oppure File/Export
DHTML (o facendo click sull’icona V4 che significa Hot Potatoes versione 4 che
supporta il formato DHTML, Dinamic HTML).
L’esportazione
genera una struttura a 2 frame (3 file
HTML) che utilizza il Javascript.
4. Valutazione automatica
Il questionario
si può personalizzare in vari modi. Si può, o meno, introdurre un
temporizzatore, modificare i messaggi di benvenuto, il font, il colore, ecc.
Per quanto
attiene la valutazione è interessante il meccanismo vigente. Ad ogni risposta
si attiva un numero che fornisce il valore percentuale delle risposte esatte
fornite. Per cui se si risponde a due domande correttamente il valore mostrato
è 100%. Se una è errata e l’altra è corretta si avrà il 50%. Se sono entrambe
errate si otterrà 0%.
Se si è data
una risposta errata è possibile rispondere ad un’altra risposta alternativa
alla stessa domanda. Se si risponde
correttamente saranno conteggiate, ai fini del calcolo percentuale, sia la
risposta errata che quella esatta nell’ambito della stessa domanda.
Non è
possibile eliminare una risposta data, in altre parole, non si può barare (
salvo ripartire col questionario).
Un
comportamento interessante è quello in corrispondenza alla risposta esatta. Se
si tenta di fornire un’altra risposta alla stessa domanda, oltre a quella
esatta, il programma non accetta il comando. Evidentemente la logica del
programma ritiene un errore di battitura sulla tastiera la volontà di
rispondere ad un’altra alternativa, senz’altro errata, oltre a quella fornita
correttamente.
Per
valutare, infine, la percentuale di risposte esatte complessiva, è necessario
che il questionario sia svolto completamente dal candidato. Per non perdere le
risposte assegnate ed il risultato conseguito sarà necessario stampare
immediatamente il questionario.
In figura
(è stato fatto un ritaglio grafico) si mostra parte della schermata del
programma Explorer relativo al questionario sui filtri attivi. La
risposta esatta della domanda 3 è la B. Si è volutamente risposto inizialmente
con A ed è apparsa la faccina triste ed un messaggio di feedback
che giustificava l’errata risposta. Successivamente si è risposto B ed è
apparsa la faccina sorridente, segno che la seconda risposta data era
corretta. Si è tentato di rispondere anche C e D alla domanda 3 ma non è stata
accettata alcuna risposta dopo quella fornita correttamente.
La
risposta alla domanda 4 è la D e si è risposto, in successione A, B, C e D.
Esse sono state tutte accettate perché solo l’ultima selezionata è risultata
esatta. In totale sono state fornite 6 risposte di cui solo 2 esatte. Il
punteggio percentuale parziale, perciò, è: 2/6*100 = 33%.