circùito (fisica)

Circuito elettrico: generalità

"Per il circuito elettrico vedi schema al lemma del 6° volume." Complesso "Per il circuito elettrico vedi gli schemi a pg. 443 del 6° volume." costituito da uno o più generatori e un certo numero di componenti elettrici quali resistori, condensatori e induttori, percorsi da corrente continua o variabile, in particolare alternata sinusoidale. Nei circuiti in corrente continua occorre tener conto solo delle resistenze dei vari componenti, in quelli in corrente alternata si deve tener conto anche delle induttanze e delle capacità. I generatori sono caratterizzati, agli effetti elettrici, dalla tensione a vuoto V_v e dalla corrente di corto circuito I_c che essi sviluppano rispettivamente a morsetti aperti o chiusi in corto circuito tra loro; se come generalmente si verifica il generatore è lineare, cioè se la sua caratteristica tensione-corrente è rettilinea, la resistenza interna, costante, è definita dal rapporto R_i=V_v/I_c. Si può allora scrivere che la tensione V ai morsetti di un generatore che eroga una corrente I è data da: V=V_v–R_i I. Se il generatore è in corrente alternata, il concetto è ugualmente valido a patto di introdurre l'impedenza interna Z_i=V_v/Ī rapporto complesso tra i fasori V_v e Ī_c. In un circuito sono detti nodi i punti in cui concorrono almeno tre conduttori; il complesso degli elementi posti tra due nodi prende il nome di lato del circuito; più lati disposti l'uno di seguito all'altro in modo da formare un circuito chiuso costituiscono una maglia. Per risolvere un circuito elettrico, cioè per ricavare le tensioni e le correnti nel circuito, si applicano la legge di Ohm e i principi di Kirchhoff. La legge di Ohm stabilisce la relazione tra tensione e corrente in un lato e fornisce le regole di composizione per gli elementi circuitali in serie o in parallelo, consentendo così la semplificazione del circuito. I due principi di Kirchhoff stabiliscono rispettivamente che la somma delle correnti entranti in un nodo e la somma delle tensioni lungo una maglia sono nulle. Nel caso delle maglie il principio di Kirchhoff può essere anche enunciato dicendo che la somma algebrica delle cadute di tensione eguaglia la somma algebrica delle forze elettromotrici agenti sui lati della maglia. Si possono così scrivere tante equazioni quante sono le correnti e le tensioni indipendenti nel circuito; risolvendo il sistema di equazioni così ottenuto si ricavano le grandezze elettriche desiderate. Per scrivere le equazioni di Kirchhoff ai nodi, si fissano arbitrariamente i sensi di circolazione delle correnti, attribuendo poi segno positivo alle correnti entranti in un nodo e segno negativo a quelle uscenti; le equazioni alle maglie si scrivono stabilendo arbitrariamente un verso di percorrenza delle singole maglie e attribuendo segno positivo alle cadute di tensione provocate da correnti circolanti in tale verso e alle forze elettromotrici con esso concordi, e segno negativo alle restanti cadute di tensione e forze elettromotrici. Le cadute di tensione si calcolano, in base alla legge di Ohm, come prodotto della resistenza di un lato (impedenza se il circuito è in corrente alternata) per la corrente in esso circolante. Come esempio, si consideri il ponte di resistenze di figura 1: per risolvere il circuito, cioè calcolare le correnti nei sei lati, occorre scrivere sei equazioni. Una possibile scelta è di scrivere tre equazioni ai nodi e tre alle maglie come segue:

La scelta non è univoca perché, per esempio, l'equazione I₄+I₅–I₁=0 potrebbe essere sostituita a una qualunque delle prime tre, e la

a una qualunque delle seconde tre pur rimanendo invariati i risultati ottenuti; ciò che occorre rispettare è l'indipendenza delle equazioni scritte, ciascuna delle quali deve riguardare almeno un ramo del circuito che non sia stato ancora percorso nello scrivere le precedenti. Per l'analisi e la semplificazione dei circuiti elettrici lineari, un altro strumento di notevole importanza è costituito dal teorema di Thevenin. Esso stabilisce che, agli effetti elettrici esterni, una rete comunque complessa considerata a una coppia di terminali prefissati è equivalente alla serie di un generatore ideale di tensione e di un'impedenza di valori opportuni (vedi figura 2). Il valore della tensione V_v da attribuire al generatore è quello che si sviluppa a vuoto ai terminali considerati, cioè quando non si preleva corrente da essi; l'impedenza Z_i è quella vista dai terminali considerati quando in essa gli eventuali generatori presenti siano stati sostituiti dalle rispettive impedenze interne. Il teorema duale è detto di Norton e stabilisce l'equivalenza di un circuito elettrico con il parallelo di un generatore di corrente I_cc e dell'impedenza Z_i. Il valore I_cc è quello della corrente erogata ai morsetti considerati chiusi in corto circuito. I teoremi di Thevenin e di Norton permettono di semplificare e risolvere i circuiti elettrici con una mole di lavoro algebrico notevolmente inferiore a quella necessaria con i principi di Kirchhoff. Si consideri per esempio la rete a scala di figura 3A, della quale si vuole ricavare la tensione V₁ noti V₀ e R. Se si immagina di spezzare il circuito in corrispondenza dei terminali X₁X₂, la parte di circuito a sinistra di questi è equivalente, in forza del teorema di Thevenin, a un generatore di tensione pari alla tensione che si stabilisce tra X₁ e X₂ quando la parte di circuito a destra è staccata (perciò ) in serie una resistenza R_i pari a quella che presenta la parte di circuito a sinistra, vista dai terminali X₁X₂, quando siano annullate le forze elettromotrici presenti (due resistenze di valore R in parallelo, perciò . Per sostituzione della parte semplificata, si ottiene così il circuito di figura 3B, del tutto equivalente a quello di partenza. Si può ora applicare di nuovo il teorema ai terminali Y₁Y₂, ottenendo facilmente il circuito di figura 3C. Da questo è immediato ricavare

Per i circuiti lineari dove sono presenti più generatori di tensione o di corrente le tensioni a vuoto e le correnti di corto circuito si possono calcolare mediante il principio di sovrapposizione degli effetti, il quale stabilisce che l'effetto globale è pari alla somma degli effetti che ciascun generatore fornisce quando è considerato da solo mentre gli altri sono esclusi dal circuito e sostituiti con le rispettive impedenze interne. I concetti fin qui esemplificati per i circuiti a corrente continua sono validi anche per i circuiti a corrente alternata se in luogo delle resistenze si considerano le impedenze del circuito. Infatti, la legge di Ohm generalizzata V=ZĪ stabilisce che il rapporto tra i fasori tensione e corrente è la grandezza complessa impedenza, il cui modulo rappresenta il rapporto tra i valori efficaci della tensione e della corrente e il cui argomento rappresenta lo sfasamento della tensione sulla corrente (uno sfasamento positivo indica un anticipo di V rispetto a Ī). Le impedenze di un resistore, un induttore e un condensatore sono rispettivamente R, jωL e 1/jωC, dove ω=2πf è la pulsazione in rad/sec associata alla frequenza f in Hz dell'onda sinusoidale e è l'unità immaginaria (vedi anche calcolo simbolico).

Tipologia dei circuiti elettrici ed elettronici

In relazione alla loro costituzione i circuiti elettrici ed elettronici possono essere: attivi o passivi a seconda che nel circuito siano presenti o manchino generatori di forza elettromotrice o componenti in grado di amplificare i segnali a essi applicati: lineari o non lineari, a seconda che le ampiezze dei segnali nei vari punti del circuito siano o meno in relazione di linearità tra loro; a costanti concentrate o a costanti distribuite, a seconda che le grandezze elettriche che caratterizzano gli elementi del circuito possano essere misurate a terminali identificabili e separabili oppure siano distribuite con continuità lungo il circuito, come per esempio nelle linee elettriche, dove a ogni tratto di linea, anche infinitesimo, può essere associato un valore di resistenza, induttanza e capacità.

Circuito equivalente e oscillante

Circuito equivalente di un dispositivo elettrico, circuito costituito da bipoli ideali il cui comportamento, almeno entro un determinato campo di frequenze, equivale a quello del dispositivo considerato nel senso che, quando il circuito reale e quello equivalente vengono sottoposti alla medesima tensione con la medesima frequenza, assorbono correnti della stessa intensità con uguale sfasamento. § Circuito oscillante, "Per il circuito oscillante vedi schema al lemma del 6° volume." circuito elettrico "Per il circuito oscillante vedi gli schemi a pg. 444 del 6° volume." nel quale si stabilisce un'oscillazione di corrente con caratteristiche dipendenti dai valori di resistenza R, induttanza L e capacità C del circuito. Un semplice circuito oscillante è costituito da un resistore, un induttore e un condensatore collegati in serie. L'oscillazione può essere generata per esempio collegando il circuito a un generatore di forza elettromotrice costante E: si può dimostrare che, se R ha valore minore di 2(L/C)¹, si stabilisce nel circuito un'oscillazione smorzata di corrente, con frequenza , detta frequenza caratteristica del circuito oscillante. La corrente si annulla quando la tensione tra le armature del condensatore eguaglia il valore della forza elettromotrice E: ciò avviene in un tempo tanto più lungo quanto minore è il valore del rapporto R/L (se R=0 l'oscillazione è permanente e di ampiezza costante). Una corrente oscillante può essere ottenuta anche caricando il condensatore e chiudendo in corto circuito i morsetti di ingresso del circuito.

Circuito virtuale

"Per il circuito virtuale vedi schema al lemma del 6° volume." Circuito usato in telefonia "Per il circuito virtuale vedi lo schema a pg. 444 del 6° volume." , realizzato mediante due coppie telefoniche, dette circuiti reali, dotate ciascuna all'inizio e al termine della linea di uno speciale traslatore con presa centrale. Il circuito virtuale viene realizzato collegando i conduttori di andata e di ritorno alle prese centrali dei traslatori in partenza e in arrivo. Data la simmetria degli avvolgimenti dei traslatori le correnti foniche relative al circuito virtuale si suddividono in due parti uguali che percorrono le due metà dei secondari dei traslatori: in tal modo non si induce alcuna forza elettromotrice nel primario e non si ha perciò diafonia fra le tre distinte comunicazioni telefoniche (due sui circuiti reali e una sul circuito virtuale). Ogni circuito reale funziona così come unico conduttore di andata o di ritorno per le correnti del circuito virtuale. I circuiti virtuali consentono al limite di aumentare del 50% la potenzialità di un fascio di linee telefoniche; tuttavia si tende ad abbandonarne l'impiego dato l'elevato numero di canali telefonici disponibile con i moderni impianti di telecomunicazione.

Circuito di cordone e di alimentazione

Insieme di dispositivi telefonici (traslatori, accoppiatori e registri) impiegati nella telefonia a comando indiretto per realizzare l'istradamento di una comunicazione telefonica. § Il circuito di alimentazione è invece costituito dall'apparato telefonico di utente, dalla linea telefonica tra utente e centrale e dall'organo che fornisce alla linea stessa la corrente di alimentazione del microfono.

Accoppiamento di circuiti

Due circuiti elettrici si dicono accoppiati quando si ha un trasferimento di energia dall'uno all'altro. L'accoppiamento può essere realizzato mediante un elemento comune attraverso il quale avviene il trasferimento di energia o mediante un flusso di induzione magnetica che si concatena con entrambi i circuiti (accoppiamento per mutua induttanza). Hanno particolare importanza i casi di accoppiamento tra circuiti oscillanti e tra stadi successivi di amplificatori. Per quel che riguarda l'accoppiamento di circuito oscillanti, il caso di maggiore interesse è quello delle oscillazioni libere di due circuiti oscillanti con la stessa frequenza caratteristica, accoppiati mediante una mutua induttanza. Se la frequenza caratteristica è i due circuiti accoppiati diventano sede di due correnti oscillanti smorzate, pari rispettivamente alla somma e alla differenza di due correnti di frequenze e , dove è il coefficiente di accoppiamento dei due circuiti. L'accoppiamento di circuito amplificatori può essere diretto, a connessione metallica, per capacità, per mutua induttanza (o con trasformatore). L'accoppiamento per connessione metallica è utilizzato per amplificazione in corrente continua, gli altri due per amplificazione in corrente alternata, dato che impediscono il trasferimento delle componenti continue da uno stadio al successivo. L'accoppiamento mediante resistenza o induttanza ha il vantaggio che il circuito amplifica anche segnali a frequenza molto bassa, ma lo svantaggio di una notevole instabilità poiché il circuito risente anche di variazioni di corrente dovute a cause estranee al segnale; tale inconveniente non si verifica con l'accoppiamento a capacità.

Circuito magnetico

Regione di spazio generalmente occupata da materiali ferromagnetici, che costituisce un tubo di flusso del vettore di induzione magnetica B. La legge che regola i circuiti magnetici, detta di Hopkinson, è formalmente analoga alla legge di Ohm che caratterizza i circuiti elettrici lineari; è soprattutto in base a questa analogia che acquista significato il termine circuito. La legge di Hopkinson è espressa dalla relazione F=RΦ in cui Φ è il flusso di induzione magnetica, F è la forza magnetomotrice e R è una costante caratteristica del circuito chiamata riluttanza magnetica. Nel caso ideale in cui le linee di flusso si svolgano tutte all'interno di un materiale ferromagnetico omogeneo e in cui l'induzione magnetica sia prodotta da un avvolgimento di N spire percorse da una corrente continua i, la forza magnetomotrice F è data dal prodotto Ni; se poi la sezione del circuito è costante, la riluttanza è data da in cui l rappresenta la lunghezza media del circuito, S la sezione del circuito e μ la permeabilità magnetica del materiale. Nel caso più generale in cui il circuito sia costituito da una successione di elementi con permeabilità magnetica variabile anche con continuità, la riluttanza è data dall'integrale ∮dl/μS esteso a tutto il circuito; questo integrale, nei casi che in pratica si presentano più frequentemente, si riduce a una sommatoria estesa a un numero piccolo di termini relativi alle diverse sezioni del circuito. L'analogia formale tra legge di Hopkinson e legge di Ohm si ricava dalla stretta corrispondenza tra forza magnetomotrice e forza elettromotrice, tra riluttanza e resistenza, tra flusso di induzione e intensità di corrente. L'utilità dell'analogia sta nel fatto che essa consente di applicare a un circuito magnetico complesso, avente più rami in serie e in parallelo, le leggi dei circuiti elettrici, determinando così la riluttanza risultante. Da questa si ricava la forza magnetomotrice necessaria per ottenere un dato flusso; il calcolo è di interesse pratico nella progettazione delle macchine elettriche.

Circuito elettronico

Un circuito elettronico è costituito dall'interconnessione elettrica di molti componenti elettronici, ciascuno dei quali esegue una funzione elementare di modificazione del segnale di tensione o di corrente che si propaga nel circuito in modo tale che, a un prestabilito terminale, il segnale giunga dotato delle proprietà desiderate. Riguardo ai componenti attivi utilizzati, i circuiti elettronici si possono distinguere in: circuito con tubi a vuoto o a gas, circuito con componenti a semiconduttore discreti e circuito con componenti integrati. In moltissime applicazioni i tubi sono ormai abbandonati a favore dei componenti a semiconduttore discreti e integrati, i quali consentono una notevolissima riduzione di ingombro e peso, non richiedono tempo d'attesa né consumo di potenza e hanno una durata praticamente illimitata. I circuiti con tubi sono oggi usati nel campo delle applicazioni di potenza in alta frequenza (trasmettitori per telecomunicazioni, forni elettronici). § Nella produzione industriale di apparecchiature elettroniche, il montaggio finale dei componenti di un circuito si esegue a mezzo di circuiti stampati "Per il circuito stampato vedi lo schema a pg. 444 del 6° volume." , i quali hanno il duplice scopo di fornire un solido ancoraggio ai componenti e di accoglierne le interconnessioni elettriche. Queste ultime vengono ricavate tutte insieme in un unico processo di fotoincisione, adatto alla produzione di serie: ne conseguono un'ovvia riduzione dei costi di montaggio e il miglioramento dell'uniformità del prodotto finito. Il circuito stampato è ricavato da una lastra di materiale isolante dello spessore di ca. 1,5 mm, laminata a caldo con un sottile foglio di rame che a essa aderisce ricoprendone una superficie. Per incisione e asportazione selettiva del foglio di rame vengono ricavate le piste che forniscono le interconnessioni tra i componenti. Le fasi di lavorazione "Per il circuito stampato vedi schema al lemma del 6° volume." si iniziano con la deposizione sul rame di uno strato di un materiale (fotoresist) che polimerizza quando è esposto alla luce ultravioletta, diventando resistente all'attacco di acidi e solventi. Il fotoresist viene impressionato attraverso una maschera fotografica che riproduce, in negativo, il disegno delle piste da realizzare; dopo un bagno di sviluppo, il fotoresist non esposto viene asportato per lavaggio lasciando allo scoperto le parti dello strato di rame che devono essere eliminate. L'asportazione del rame superfluo avviene immergendo la piastra in un bagno di cloruro ferrico o di persolfato d'ammonio. Infine, con la rimozione completa del fotoresist, il circuito stampato è pronto per essere forato e accogliere i componenti, i cui terminali vengono saldati alle piste di rame. Spesso, per produzioni di media e grande serie, come materiale di mascheratura si usa l'inchiostro, che può venire deposto sul rame con i metodi tipici della stampa. Circuiti stampati di qualità migliore di quelli in semplice laminato a foglio di rame si ottengono depositando per via elettrochimica, sopra al rame, un sottile strato di oro che assicura la protezione contro la corrosione e un buon contatto elettrico. § Circuiti integrati, "Per la produzione di circuiti integrati vedi schema al lemma del 6° volume." insiemi inseparabili di elementi circuitali formati in una singola struttura compatta di piccole dimensioni "Per la tabella dei livelli d’integrazione vedi pg. 445 del 6° volume." . I circuiti integrati rappresentano uno dei risultati più importanti conseguiti nella microminiaturizzazione dei sistemi elettronici. L'uso dei circuiti integrati permette la realizzazione di apparati complessi aventi ingombri e consumi molto ridotti; infatti su una piastrina di silicio di qualche millimetro quadrato possono essere presenti varie migliaia di componenti elettronici (generalmente transistori e resistori) con un consumo complessivo di potenza di frazioni di watt . Inoltre tali circuiti sono caratterizzati da un'elevatissima affidabilità. Dal punto di vista economico, i circuiti integrati sono caratterizzati da un elevato costo di progetto e da un basso costo di fabbricazione; il loro costo diminuisce quindi sensibilmente col crescere del numero di esemplari fabbricati. Date le loro caratteristiche, i circuiti integrati hanno trovato applicazione dapprima nella tecnica spaziale e dei calcolatori, ma attualmente la diminuzione dei costi li ha resi competitivi anche nel campo delle applicazioni industriali e domestiche. In base alla tecnologia di fabbricazione adottata i circuiti integrati si distinguono in monolitici e ibridi; dal punto di vista del funzionamento possono essere digitali o lineari. I circuiti integrati monolitici sono circuiti integrati nei quali tutti i componenti (transistori, diodi, resistori e condensatori) e le relative interconnessioni sono formati in una singola piastrina (chip) di silicio. Le dimensioni delle piastrine vanno da qualche millimetro quadrato a qualche centimetro quadrato e su una piastrina viene formato un numero di componenti attivi (transistori, diodi, ecc.) variabile tra alcune decine, nei primi circuiti integrati a piccola scala di integrazione, e milioni nei circuiti integrati a scala di integrazione ultragrande. Per la fabbricazione dei circuiti integrati monolitici si parte dallo schema del circuito elettronico che si vuole attuare in forma integrata. A ogni componente circuitale si fa corrispondere un insieme di regioni di semiconduttore di tipo diverso e configurato in modo tale da svolgere nel semiconduttore la stessa funzione del componente considerato. Le forme delle varie regioni vengono disegnate, notevolmente ingrandite, su uno stesso foglio; partendo da questo tracciato delle regioni del circuito integrato, viene preparata una serie di disegni di fotomaschere, uno per operazione da effettuare sulla fetta di silicio dalla quale deve essere ricavato il circuito integrato, come per la fabbricazione dei transistori; le dimensioni dei disegni delle fotomaschere vengono poi ridotte attraverso una serie di processi fotografici e, nell'ultima operazione di riduzione, ogni disegno viene riprodotto ripetutamente sulla stessa lastra fotografica, così da formare una matrice di piccolissime configurazioni identiche, disposte una a fianco dell'altra; la lastra così ottenuta costituisce la fotomaschera principale, denominata master. Da ogni master sono ricavate, con processi di stampa a contatto, delle copie che vengono usate per praticare, mediante fotoincisione, le necessarie aperture nello strato di ossido che ricopre la fetta di silicio. Attraverso queste aperture sono introdotte di volta in volta le impurezze, di tipo p o di tipo n, adatte a modificare nel modo richiesto le proprietà elettriche del silicio. Completata la formazione delle varie regioni di semiconduttore su una faccia della fetta di silicio, si procede a formare sopra di esse le zone di contatto e le interconnessioni metalliche. Una volta completata la formazione dei circuiti integrati sulla fetta di silicio, il conseguimento del corretto funzionamento elettrico viene verificato con una strumentazione automatica che effettua le necessarie misure mediante un complesso di minuscole sonde applicate simultaneamente ai contatti di uno stesso circuito integrato. Terminato l'esame, la fetta è sottoposta a una serie di incisioni, effettuate da una punta di diamante a movimento automatico, che permettono di separare i diversi circuiti integrati dando origine ai cosiddetti chip. I chip che funzionano correttamente vengono fissati su apposite basette di struttura adatta al particolare tipo di contenitore. Naturalmente, prima della chiusura ermetica del chip entro il contenitore, viene assicurato il contatto elettrico fra i terminali che fuoriescono dal contenitore e lezone di contatto sul chip; ciò è ottenuto mediante sottili fili di oro, del diametro di qualche decina di micron, le cui estremità vengono saldate, con tecniche di termocompressione o con l'uso di ultrasuoni, alla zona di contatto sul chip e al terminale. Tutte le operazioni di fabbricazione e di controllo dei circuiti integrati monolitici sono largamente automatizzate ed è stato sviluppato un gran numero di tecniche avanzate di progettazione mediante calcolatore (progettazione automatica). I circuiti integrati ibridi sono circuiti integrati nei quali i componenti passivi (resistori e condensatori di piccola capacità) e le interconnessioni sono formati su un substrato isolante con tecnologie a film sottili o a film spessi, mentre i componenti attivi (diodi, transistori o interi circuiti integrati monolitici), i condensatori di grande capacità e le induttanze sono realizzati a parte e successivamente applicati sul circuito nelle posizioni previste. Nei circuiti attuati con la tecnologia a film sottili, gli strati hanno spessori da qualche centesimo a qualche decimo di micron e sono formati con processi di evaporazione sotto vuoto o con processi di spruzzamento (sputtering) del substrato con atomi del materiale da depositare, ottenuto bombardando il materiale stesso con gli ioni di un gas, per esempio argo. Per la formazione di strati dielettrici vengono comunemente usati ossidi di tantalio, di alluminio o di silicio; oro e platino sono invece usati per depositare strati conduttori. I circuiti integrati ibridi a film sottile possono utilizzare componenti di maggiore precisione e stabilità di quelli ottenibili con l'integrazione monolitica e quindi sono particolarmente adatti per applicazioni nel campo delle telecomunicazioni, mentre i circuiti integrati monolitici si sono affermati nel campo dell'elaborazione dati. Quando le esigenze di precisione sono meno forti, i circuiti integrati ibridi possono essere costruiti mediante la tecnologia dei “film spessi”, basata su processi di lavorazione più economici dei precedenti. I resistori, i condensatori di piccola capacità e le interconnessioni vengono formati attraverso un processo simile alla stampa serigrafica tradizionale, dove l'inchiostro è sostituito da una soluzione organica contenente in sospensione una sottile polvere di vetro speciale e di metalli. Ogni operazione di stampa viene seguita da una fase di cottura a temperature dell'ordine di 700 ºC; lo spessore degli strati è in questo caso di qualche decina di micron. Indipendentemente dalla tecnologia con cui sono stati costruiti, i circuiti integrati si possono distinguere in digitali e lineari. I circuiti integrati digitali sono circuiti logici attuati generalmente con porte NAND o NOR e con circuiti bistabili. Pur assolvendo essenzialmente alle stesse funzioni, si suddividono in diverse famiglie (v. oltre: circuito logico), in base al tipo di struttura e alle modalità di funzionamento. Per ogni famiglia, i vari circuiti logici vengono ottenuti mediante diverse combinazioni di una porta logica di base. I circuiti integrati lineari sono caratterizzati da una relazione di proporzionalità fra il segnale d'uscita e quello d'ingresso. Le limitazioni che si incontrano nell'attuazione in forma monolitica di alcuni dei componenti normalmente usati nei circuiti lineari (impossibilità di ottenere induttanze e capacità di elevato valore, notevole imprecisione nel valore delle resistenze, instabilità di funzionamento al variare della temperatura) possono essere superate o adottando tecniche di integrazione ibrida oppure evitando di usare i componenti non attuabili in forma monolitica e compensando, quando necessario, gli effetti delle imprecisioni dei componenti e delle variazioni di temperatura. Seguendo questa seconda via di sviluppo sono stati realizzati numerosi circuiti integrati lineari monolitici, quali minuscoli amplificatori audio per ausili auditivi, amplificatori a larga banda per circuiti video e radar, amplificatori operazionali per calcolatori analogici, ecc.

Circuito fluidico e circuito termico

Il circuito fluidico "Per il circuito fluidico vedi schema al lemma del 6° volume." è una successione di componenti "Per il circuito fluidico vedi lo schema a pg. 446 del 6° volume." attraverso i quali passa con portata costante un dato fluido; se questo è un liquido si ha un circuito idraulico; in particolare, se il liquido è olio il circuito si diceoleodinamico; se il fluido è un aeriforme il circuito si dice pneumatico. Il circuito è detto chiuso se il fluido può circolare lungo un percorso chiuso tornando sempre al punto di partenza, aperto se può solo circolare fra due estremi distinti. La circolazione è detta spontanea o naturale quando il moto del fluido è provocato da uno squilibrio di forze agenti su di esso e non dovuto alla presenza di componenti che trasformino energia meccanica in energia del fluido; la circolazione è detta assistita o forzata nel caso opposto. Il moto del fluido viene studiato in base all'analogia del fenomeno con il moto di cariche nei circuiti elettrici lineari. All'intensità di corrente elettrica corrisponde nei circuiti fluidici la portata (nei circuiti idraulici è espressa in volume e nei circuiti pneumatici, a seconda dei casi, in peso, o in volume, o in volume ridotto definito come la portata in volume in condizioni standardizzate dell'aeriforme: pressione al livello del mare e temperatura a 20 ºC). Alla differenza di potenziale nei circuiti elettrici corrisponde nei circuiti fluidici la differenza di pressione. I componenti più importanti d'un circuito fluidico sono: componenti operatori, analoghi ai generatori elettrici, nei quali il fluido riceve energia meccanica a spese di energia meccanica fornita ai componenti stessi da motori (termici, o elettrici, o di altra natura), che sono in sostanza pompe idrauliche e, nel caso pneumatico, compressori; componenti motori, analoghi agli utilizzatori elettrici, che ricevono energia dal fluido e forniscono lavoro meccanico; nel caso idraulico sono tali i motori idraulici e il martinetto idraulico; nel caso pneumatico sono tali i motori pneumatici, i martinetti pneumatici, le pompe a vuoto; componenti dissipatori, analoghi alle resistenze distribuite dei conduttori elettrici, che dissipano energia, determinando una perdita di carico del fluido; sono sostanzialmente delle resistenze, localizzate in punti particolari del circuito, per esempio gomiti e brusche variazioni di sezione, o distribuite, per esempio rugosità delle pareti, attrito interno del fluido, ecc.; componenti reattivi, analoghi agli induttori e ai condensatori elettrici; componenti di controllo e regolazione, costituiti rispettivamente da strumenti di misura, quali per esempio flussometri, contatori, manometri, termometri, e da valvole, distributori, accumulatori idraulici. Per esempio, in un circuito fluidico costituito da una pompa che genera una pressione p e da un condotto la cui resistenza distribuita è R, si ha una portata in volume Q=p /R; la relazione è analoga alla legge di Ohm con la quale si calcola la corrente che fluisce in un circuito elettrico alimentato da una forza elettromotrice continua.§ Il circuito termico è una successione di componenti attraverso i quali si propaga calore. Il termine circuito trova giustificazione soprattutto nell'analogia tra la forma delle leggi che regolano i due circuiti e le grandezze che vi compaiono. La differenza di temperatura e la quantità di calore sono rispettivamente analoghe alla differenza di potenziale e alla carica elettrica; la quantità di calore che passa nell'unità di tempo attraverso una sezione di circuito termico è analoga all'intensità di corrente nel circuito elettrico; il rapporto tra la differenza di temperatura ΔT e il flusso termico Φ è chiamato, per analogia con la resistenza elettrica, resistenza termica R. La capacità termica è, infine, la grandezza analoga alla capacità elettrica.

Circuito acustico ed elettroacustico

Il circuito acustico è una successione di componenti attraverso cui si propaga energia sonora o meglio una successione di segnali sonori. I componenti principali sono: generatori acustici, per esempio altoparlanti e ricevitori telefonici, analoghi ai generatori di forza elettromotrice nei circuiti elettrici lineari; componenti dissipatori, analoghi alle resistenze distribuite dei circuiti elettrici, che dissipano energia sonora trasformandola in calore con corrispondente diminuzione di pressione sonora; sono costituiti da resistenze acustiche; componenti reattivi, nei quali non si dissipa energia, analoghi agli induttori e condensatori elettrici; trasduttori elettroacustici, dove il segnale sonoro si trasforma in elettrico o viceversa; nel primo caso il trasduttore è il componente terminale del circuito, per esempio un microfono, nel secondo è il generatore. Il circuito elettroacustico è successione di elementi di un circuito elettrico e di un circuito acustico o viceversa, accoppiati da un trasduttore elettroacustico. La conoscenza di parametri caratteristici del trasduttore in funzione della frequenza consente di considerare l'insieme come un circuito unico.