Electrónica Operacional

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
SECRETARÍA ACADÉMICA
DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS
FÍSICO MATEMÁTICAS
PROGRAMA SINTÉTICO
CARRERA :
ASIGNATURA:
Ingeniería en Control y Automatización.
Electrónica Operacional
SEMESTRE:
Quinto
OBJETIVO GENERAL:
El alumno verificará el comportamiento, funcionamiento y aplicación de los amplificadores
operacionales como inversores, comparadores, temporizadores y filtros, para el desarrollo de
dispositivos de control analógico, previo a su análisis y descripción tanto analítica como experimental
CONTENIDO SINTÉTICO:
I. Introducción a los Amplificadores Operacionales.
II. Amplificadores Inversores y no Inversores.
III. Comparadores y Circuitos Controladores.
IV. Generadores de Señal y Temporizadores Integrados.
V. Amplificadores Diferenciales de Instrumentación y de Puente.
VI. Filtros Activos.
METODOLOGÍA:
Exposiciones e intervenciones orales por parte de los alumnos, bajo la coordinación y supervisión del
profesor.
Investigación documental por parte de los alumnos en revistas técnicas de circulación internacional.
Integración de equipos de trabajo para la realización de prácticas de laboratorio.
Visitas industriales.
Resolución de ejercicios en clase coordinados por el profesor.
Dinámicas grupales.
EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN:
La calificación de la teoría será la suma promedio de los tres exámenes departamentales, con un
valor del 40%. La participación en clase, tareas, trabajos y actividades extra clases tendrán un valor
del 10% como parte integral de la calificación de teoría . La calificación de laboratorio será la suma
promedio de todos los reportes técnicos de laboratorio con un valor del 50%. La calificación final
será la suma obtenida de la teoría, laboratorio y participación en clase, tareas, trabajos y actividades
extractases. La calificación final será acreditada siempre y cuando la calificación de teoría y
laboratorio sean aprobatorias.
BIBLIOGRAFÍA:
Robert L. Boylestad, Louis Nashelsky. Electrónica: Teoría de Circuitos. Sexta edición. Prentice Hall,
México, 1997.
Velasco Ballano. Sistemas Electrónicos de Potencia, Electrónica de Regulación y Control de
Potencia. Paraninfo, México, 1999.
W. Bolton, Mecatrónica Sistemas de Control Electrónico en Ingeniería Mecánica y Eléctrica.
Alfaomega. Segunda Edición, México, 2001.
Y.N. Bapat. Dispositivos y Circuitos Electrónicos. Mc Graw Hill, México, 1982.
Robert F. Coughlin, Frederick F. Driscoll. Amplificadores Operacionales y Circuitos Integrados
Lineales. Prentice Hall, México, 1998.
Tobey, Greald, Huelsman. Operational Amplificators. Mc Graw Hill, USA, 1997.
Villanucci R. Electronics Techniques: Shop Practices and Construction, Prentice Hall, USA, 1998.
Smith J.I. Modern Operational Circuit Design, Edit. Jhon Wiley & Sons Inc, USA, 1973.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
SECRETARÍA ACADÉMICA
DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS
FÍSICO MATEMÁTICAS
ESCUELA: Escuela Superior de Ingeniería
Mecánica y Eléctrica
CARRERA:
Ingeniería
en
Control
y
Automatización.
OPCIÓN:
COORDINACIÓN:
DEPARTAMENTO: Académico de Ingeniería
en Control y Automatización
ASIGNATURA: Electrónica Operacional
SEMESTRE: 5°
CLAVE:
CRÉDITOS: 9.0
VIGENTE: Agosto 2005
TIPO DE ASIGNATURA: Teórico-práctica
MODALIDAD: Escolarizada
TIEMPOS ASIGNADOS
HRS./SEMANA / TEORÍA: 3.0
HRS./SEMANA / PRÁCTICA: 3.0
HRS./SEMESTRE / TEORÍA: 54
HRS./SEMESTRE / PRÁCTICA: 54
HRS./TOTALES: 108
PROGRAMA
ELABORADO
O
ACTUALIZADO:
POR: Academia de Ingeniería Electrónica
REVISADO POR: Subdirección Académica
APROBADO
POR:
Consejo
Técnico
Consultivo Escolar de la ESIME Zacatenco,
M. en C. Jesús Reyes García
AUTORIZADO POR: Comisión de Planes y
Programas de Estudio del Consejo General
Consultivo del IPN
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SECRETARÍA ACADÉMICA
DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y
CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS
ASIGNATURA: Electrónica Operacional
CLAVE:
HOJA: 2 DE 10
FUNDAMENTACIÓN DE LA ASIGNATURA
La electrónica analógica como parte esencial del desarrollo de la ciencia y la tecnología, se ha
convertido en una herramienta de apoyo en todas las ramas de la ingeniería así como en el
desarrollo tecnológico y de investigación. En el área de la Ingeniería en Control y Automatización es
necesario identificar los dispositivos electrónicos analógicos y los amplificadores operacionales para
integrar las acciones de control en la automatización.
La electrónica analógica tiene su aplicación en el comportamiento de las variables físicas que por lo
general son analógicas, por esto es fundamental que el Ingeniero en Control y Automatización
identifique, emplee y diseñe los dispositivos analógicos modernos en los procesos industriales.
En la industria se aplican tales dispositivos en: el control automatizado, arrancadores, generadores,
reguladores y controladores de velocidad entre otros.
Los cursos que anteceden a esta asignatura son: Circuitos Lógicos, Electrónica I.
Los cursos colaterales son : Elementos Primarios de Medición.
Los cursos consecuentes : Electrónica II , Interfases y Microcontroladores, Control de Máquinas.
OBJETIVO DE LA ASIGNATURA
El alumno verificará el comportamiento, funcionamiento y aplicación de los amplificadores
operacionales como inversores, comparadores, temporizadores y filtros, para el desarrollo de
dispositivos de control analógico, previo a su análisis y descripción tanto analítica como experimental.
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CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS
Electrónica Operacional
ASIGNATURA:
No. UNIDAD:
I
NOMBRE:
CLAVE:
HOJA: 3
DE 10
Introducción a los Amplificadores Operacionales
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno identificará la estructura y disposición de los amplificadores operacionales de propósito general.
No.
TEMA
TEMAS
HORAS
T
1.1
Introducción.
0.5
1.2
Amplificador operacional de propósito general.
1.0
1.3
Especificación de un amplificador operacional.
1.5
1.4
Conexión de circuitos de amplificadores operacionales.
1.5
1.5
Terminales de los amplificadores operacionales.
1.5
1.6
Ganancia de voltaje en lazo abierto.
1.5
P
EC
3.0
5.0
CLAVE
BIBLIOGRÁFICA
1B, 2B, 4C
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Búsqueda por el alumno en diversos medios: libros, revistas científicas, sobre los amplificadores operacionales de
propósito general y sus terminales.
Exposición oral por parte del alumno.
Integración de nuevos conceptos.
Empleo de material audiovisual.
Prácticas de laboratorio.
PROCEDIMIENTOS DE EVALUACIÓN
Primer examen departamental que comprende las unidades I y II, con un valor del 40% de la calificación parcial.
Participación en clase, tareas, trabajos y actividades extra clases, con un valor del 10% de la calificación parcial.
Reporte de práctica de laboratorio, con un valor del 50% de la calificación del parcial.
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CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS
Electrónica Operacional
ASIGNATURA:
No. UNIDAD:
II
NOMBRE:
CLAVE:
HOJA: 4
DE 10
Amplificadores Inversores y no Inversores
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno estimará los parámetros y características de los Amplificadores Operacionales a través de las
especificaciones de las señales de entrada y salida.
No.
TEMA
TEMAS
HORAS
T
2.1
Amplificador inversor.
0.5
2.2
Sumador inversor y mezclador de audio.
0.5
2.3
Amplificador multicanal.
0.5
2.4
Amplificador inversor de promedio.
0.5
2.5
Seguidor de voltaje.
0.5
2.6
Circuito integrador.
0.5
2.7
Circuito diferenciador.
0.5
2.8
Amplificador no inversor.
0.5
2.9
Sumador no inversor.
0.5
2.10
Amplificadores diferenciales.
1.5
2.11
Servoamplificador.
1.5
2.12
Configuraciones del control analógico de sistemas.
1.5
P
EC
3.0
6.0
CLAVE
BIBLIOGRÁFICA
1B,2B,3B,6C,7C
6.0
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Consulta de revistas especializadas en electrónica y temas afines.
Técnicas grupales para la discusión de investigaciones del Amplificador inversor y no inversor.
Realización de tareas y trabajos extra-clases sobre el Amplificador inversor y no inversor.
Solución de problemas en clase.
Realización de prácticas en las cuales comprobará la validez del conocimiento aprendido.
PROCEDIMIENTOS DE EVALUACIÖN
Primer examen departamental que comprende las unidades I y II, con un valor del 40% de la calificación parcial.
Participación en clase, tareas, trabajos y actividades extra clases, con un valor del 10% de la calificación parcia.
Reporte técnico de las prácticas de laboratorio, con un valor del 50% de la calificación del parcial.
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CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS
ASIGNATURA:
No. UNIDAD:
Electrónica Operacional
III
CLAVE:
HOJA: 5
DE 10
Comparadores y Circuitos Controladores.
NOMBRE:
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno explicará el fenómeno de la histéresis en los circuitos comparadores y los circuitos de control,
previa identificación de los niveles de voltaje de umbral superior e inferior, curvas características y gráficas de
los comparadores.
No.
TEMA
TEMAS
HORAS
T
3.1
Efecto del ruido en los circuitos comparadores.
0.5
3.2
Retroalimentación positiva.
1.0
3.3
Detector de cruce por cero con histéresis.
1.5
3.4
Detectores de nivel de voltaje con histéresis.
1.5
3.5
Controlador con dos puntos de ajuste independientes.
1.5
3.6
Comparador de precisión.
1.5
3.7
Detector de ventana.
1.5
P
EC
4.5
5.0
CLAVE
BIBLIOGRÁFICA
2B,3B,5B,7C,8C
4.5
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Consulta informativa en diversos medios: libros, revistas técnicas de publicación nacional e internacional, sobre los
comparadores.
Discusión en clase con ejemplos ilustrativos.
Resolución de ejercicios de aplicación.
Uso de programas de simulación por medio de computadoras.
Realización de prácticas.
Visita industrial.
PROCEDIMIENTOS DE EVALUACIÓN
Segundo examen departamental que comprende las unidades IIIy IV, con un valor del 40% de la calificación
parcial.
Participación en clase, tareas, trabajos y actividades extra clases, con un valor del 10% de la calificación parcial.
Reporte de práctica de laboratorio, con un valor del 50% de la calificación del parcial.
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CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS
Electrónica Operacional
ASIGNATURA:
No. UNIDAD:
IV
NOMBRE:
CLAVE:
HOJA: 6
DE 10
Generadores de Señal y Temporizadores Integrados
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno utilizará el circuito multivibrador para proporcionar señales de referencia como fuente de
excitación para sistemas secuenciales y de control, por medio de circuitos integrados comerciales.
No.
TEMA
TEMAS
HORAS
T
4.1
Operación del temporizador 555.
1.5
4.2
Multivibrador Astable.
1.5
4.3
Multivibrador Monoestable.
1.5
4.4
Generadores de onda triangular con AMOP.
1.5
4.5
Generador de onda diente de sierra con AMOP.
1.5
4.6
Generador de funciones trigonométricas universales con
AMOP.
1.5
4.7
Contadores para temporización con el 555 y el XR2240.
1.5
P
EC
4.5
6.0
CLAVE
BIBLIOGRÁFICA
2B,3B,5B, 4C,8C
6.0
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Búsqueda bibliográfica de nuevos conceptos.
Integración de equipos de trabajo para discusión en clase de los nuevos conceptos.
Realización de tareas y trabajos extra-clases sobre el temporizador 555.
Resolución de ejercicios de aplicación de los temas vistos en clase.
Realización de prácticas en laboratorio.
Utilización de instrumentos y técnicas de información y comunicación: computadora.
PROCEDIMIENTOS DE EVALUACIÓN
Segundo examen departamental que comprende las unidades IIIy IV, con un valor del 40% de la calificación
parcial.
Participación en clase, tareas, trabajos y actividades extra clases, con un valor del 10% de la calificación parcial.
Reporte técnico de las prácticas de laboratorio, con un valor del 50% de la calificación del parcial.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
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CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS
ASIGNATURA:
No. UNIDAD:
Electrónica Operacional
V NOMBRE:
CLAVE:
HOJA: 7
DE 10
Amplificadores Diferenciales de Instrumentación y de Puente.
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno construirá las configuraciones típicas de los amplificadores de instrumentación por medio de
amplificadores diferenciales, para la medición de variables físicas.
No.
TEMA
HORAS
TEMAS
T
P
EC
4.5
6.0
5.1
Amplificador diferencial básico.
1.5
5.2
Amplificador de instrumentación.
1.5
5.3
Detección y medición
instrumentación.
5.4
Medición de pequeños cambios en la resistencia.
1.5
5.5
Balanceo de un puente de sensores de deformación.
1.5
5.6
Amplificador de puente básico.
1.5
mediante
el
amplificador
de
1.5
CLAVE
BIBLIOGRÁFICA
1B,3B,5B, 6C,7C
4.5
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Consulta en diversos medios: libros, revistas científicas, sobre los amplificadores de instrumento.
Análisis de casos.
Discusión en clase con ejemplos ilustrativos.
Solución de problemas en clase.
Realización de prácticas en el laboratorio.
PROCEDIMIENTOS DE EVALUACIÓN
Tercer examen departamental que comprende las unidades V y VI, con un valor del 40% de la calificación parcial.
Participación en clase, tareas, trabajos y actividades extra clases, con un valor del 10% de la calificación parcial.
Reporte de práctica de laboratorio, con un valor del 50% de la calificación del parcial.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
SECRETARÍA ACADÉMICA
DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y
CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS
Electrónica Operacional
ASIGNATURA:
No. UNIDAD:
VI
NOMBRE:
CLAVE:
HOJA: 8
DE 10
Filtros Activos
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno analizará el funcionamiento de los diferentes tipos de filtros por medio de amplificadores
operacionales de propósito específico.
No.
TEMA
TEMAS
HORAS
T
P
EC
4.5
3.0
6.1
Filtro pasa bajas básico.
1.5
6.2
Filtro Butterworth.
1.5
6.3
Filtro pasa banda.
1.5
6.4
Filtro de banda ancha básico.
1.5
6.5
Filtro pasa banda de banda angosta.
1.5
6.6
Filtro de muesca.
1.5
CLAVE
BIBLIOGRÁFICA
2B, 3B, 6C,7C
4.5
4.5
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Búsqueda de nuevos conceptos por parte del alumno.
Consulta documentada de los diferentes tipos de filtros.
Resolución de ejercicios de aplicación de los temas.
Uso de programas de simulación por medio de computadoras.
Realización de prácticas en el laboratorio.
PROCEDIMIENTOS DE EVALUACIÓN
Tercer examen departamental que comprende las unidades V y VI, con un valor del 40% de la calificación parcial.
Participación en clase, tareas, trabajos y actividades extra clases, con un valor del 10% de la calificación parcial.
Reporte técnico de las prácticas de laboratorio, con un valor del 50% de la calificación del parcial.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
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CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS
ASIGNATURA:
Electrónica
Operacional
CLAVE:
HOJA:
9
DE
10
RELACIÓN DE PRÁCTICAS
Práctica
No.
1
UNIDAD
DURACIÓN
[Horas]
LUGAR DE
REALIZACIÓN
Amplificador
I
3.0
Todas las
prácticas se
realizarán en el
laboratorio de
electrónica.
NOMBRE DE LA PRÁCTICA
Identificación
Operacional.
del
2
Implementación
señales.
de un mezclador de
II
3.0
3
Implementación de un control PI y PID
para un motor.
II
6.0
4
Generadores de onda.
III
4.5
5
Detector de nivel
III
4.5
6
Oscilador astable y monoestable.
IV
4.5
7
Modulador de ancho de pulso.
IV
6.0
8
Medidor de deformación.
V
4.5
9
Medidor de temperatura.
V
4.5
10
Filtros pasa bajos.
VI
4.5
11
Filtro pasa bandas.
VI
4.5
12
Filtro pasa altos.
VI
4.5
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CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS
ASIGNATURA:
Electrónica Operacional
PERIODO
UNIDAD
CLAVE:
HOJA: 10 DE 10
PROCEDIMIENTO DE VALUACIÓN
Primero
Unidad I y II.
Primer Examen Departamental.
Segundo
Unidades III y IV.
Segundo Examen Departamental.
Tercero.
Unidades V y VI.
Tercer Examen Departamental.
La calificación de la teoría será la suma promedio de los tres exámenes
departamentales, con un valor del 40%. La participación en clase,
tareas, trabajos y actividades extra clases tendrán un valor del 10%
como parte integral de la calificación de teoría. La calificación de
laboratorio será la suma promedio de todos los reportes técnicos de
laboratorio con un valor del 50%. La calificación final será la suma
obtenida de la teoría, laboratorio y participación en clase, tareas,
trabajos y actividades extractases. La calificación final será acreditada
siempre y cuando la calificación de teoría y laboratorio sean
aprobatorias.
CLAVE
B
C
BIBLIOGRAFÍA
1
X
2
X
Robert L. Boylestad, Louis Nashelsky. Electrónica: Teoría de Circuitos.
Sexta edición. Prentice Hall, México, 1997.
Velasco Ballano. Sistemas Electrónicos de Potencia, Electrónica de
Regulación y Control de Potencia. Paraninfo, México, 1999.
3
X
W. Bolton, Mecatronica Sistemas de Control Electrónico en Ingeniería
Mecánica y Eléctrica. Alfaomega. Segunda Edición, México, 2001.
4
5
X
X
Robert F. Coughlin, Frederick F. Driscoll. Amplificadores Operacionales
y Circuitos Integrados Lineales. Prentice Hall, México, 1998.
6
X
7
X
8
Y.N. Bapat. Dispositivos y Circuitos Electrónicos. Mc Graw Hill, México,
1982.
X
Tobey, Greald, Huelsman. Operational Amplificators. Mc Graw Hill,
USA, 1998.
Villanucci R. Electronics Techniques: Shop Practices and Construction,
Prentice Hall, USA, 1998.
Smith J.I. Modern Operational Circuit Design, Edit. Jhon Wiley & Sons
Inc, USA, 1973.
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SECRETARÍA ACADÉMICA
DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y
CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS
PERFIL DOCENTE POR ASIGNATURA
1. DATOS GENERALES
ESCUELA:
Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica
CARRERA:
Ingeniería en Control y Automatización
ÁREA:
SEMESTRE
BÁSICAS
D. INGENIERÍA
Quinto
C. SOC. y HUM.
C. INGENIERÍA
ACADEMIA:
Ingeniería Electrónica
ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADÉMICO
REQUERIDO:
ASIGNATURA:
Electrónica Operacional
Ingeniero en Control, Ingeniero Electrónico deseable
especialidad y/o maestría en el área..
2. OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA:
El alumno verificará el comportamiento, funcionamiento y aplicación de los amplificadores operacionales como
inversores, comparadores, temporizadores y filtros, para el desarrollo de dispositivos de control analógico, previo
a su análisis y descripción tanto analítica como experimental.
3. PERFIL DOCENTE:
CONOCIMIENTOS
• Amplificadores
operacionales.
• Manejo de
comparadores y
circuitos
controladores.
• Generadores de
señal.
• Tempoorizadores
integrados.
• Filtros activos.
EXPERIENCIA
PROFESIONAL
• Experiencia en la
aplicación, operación y
diseño de Electrónica
analógica.
HABILIDADES
• Facilidad de
comunicación.
• Motivar al auto
estudio, el
razonamiento y
la investigación.
• Manejo de
grupos.
• Realizar
analogías y
comparaciones
en forma simple.
ACTITUDES
Compromiso social.
Responsabilidad.
Etica.
Superación docente y
profesional.
• Cooperativa.
•
•
•
•
ELABORÓ
REVISÓ
AUTORIZÓ
Ing. Ivone Cecilia Torres
Rodríguez.
Ing. Guillermo Santillán Guevara
M en C. Jesús Reyes García
PRESIDENTE DE ACADEMIA
SUBDIRECTOR ACADÉMICO
DIRECTOR DEL PLANTEL
FECHA:
Septiembre-2004