Programa del Laboratorio de Elementos Activos

Instituto Tecnológico de Costa Rica
Escuela de Ingeniería en Electrónica
Laboratorio de Elementos Activos
Semestre:
Segundo de 2005
Código:
EL-2206
Tipo de curso:
Práctico
Créditos:
1
Horas por semana: 2
Requisitos:
Ninguno
Correquisitos:
EL-2202
Suficiencia:
No
Asistencia:
Obligatoria
Grupo 01:
Horario:
Miércoles, 13:00-14:50
Consulta
Viernes, 7:30-9:20
Profesor
Roberto Pereira A., M.Sc.
[email protected], Ext. 2107
Programa del Curso
1. Descripción
Este laboratorio complementa al curso teórico “Elementos Activos”. Aquí se realizan una
serie de experimentos que permiten comprobar y ampliar conceptos teóricos de los
elementos activos (en especial diodos y transistores) y de algunos circuitos que los
utilizan. El curso pretende desarrollar en el estudiante habilidades necesarias para
extraer información de sesiones experimentales y presentar esta información de una
manera adecuada.
2. Objetivo General
Al finalizar el curso el estudiante será capaz de integrar al conocimiento teórico los
aspectos prácticos del comportamiento de los elementos activos, sus curvas
características y los circuitos de aplicación básica.
3. Objetivos Específicos
1. Obtener experimentalmente y comprobar las características de elementos activos
semiconductores (diodos y transistores).
2. Utilizar la simulación de circuitos para verificar los resultados del análisis teórico antes
de realizar la evaluación experimental, y para proveer datos que simplifiquen el
diagnóstico de errores en el montaje de los circuitos.
3. Conocer y aplicar las diferentes técnicas de medición y obtención de las curvas
características.
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4. Analizar y medir circuitos de aplicación básicos que utilizan este tipo de
semiconductores.
5. Realizar un informe de laboratorio de medición, que presente de manera concisa los
resultados obtenidos en los laboratorios, y que incluya el análisis de los mismos.
6. Los análisis y las actividades grupales tienen por objetivo:
6.1. Servir de demostración sobre mediciones o comprobaciones muy tipificadas.
6.2. Servir de evacuación de dudas y de mediciones alternativas que no se realizaron.
6.3. Rectificar posibles deducciones incorrectas.
6.4. Puntualizar sobre aspectos primordiales que serán objeto de evaluación
4. Motivación
El curso de Laboratorio de Elementos Activos pretende brindar al estudiante una
oportunidad de participación en sesiones experimentales de nivel científico básico, en la
que deben considerarse varios aspectos ilustrados en la Figura 1 y descritos a
continuación.
Simulación
Montaje
experimental
Toma y
presentación
de datos
Teoría
Análisis
Teórico
Análisis de
datos
Conclusiones
Informe
Figura 1. Aspectos involucrados en una sesión experimental.
El montaje de los circuitos del experimento es la base para la toma de datos. A partir de
estos datos se deben derivar y concluir, en un proceso analítico de generalización,
características fundamentales de los componentes y los circuitos evaluados. Desde un
punto de vista científico, un experimento no tiene ningún valor si no se publican los
resultados. La elaboración del informe de laboratorio corresponde a dicha publicación,
donde se utilizan estándares mundiales para la exposición de información científica y
tecnológica.
En el montaje experimental el estudiante desarrolla capacidades de utilización de equipos
de medición, instalación de circuitos de prueba y detección de errores de medición y de
montaje.
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La toma de datos incluye la habilidad de decidir qué tipo información es necesaria para
sustentar el análisis, y qué formas de representación de esa información son las más
adecuadas: tablas, gráficos, curvas, etc.
El análisis de los datos conduce generalmente a la corroboración o planteamiento de
algún modelo matemático que describe con suficiente precisión la relación entre las
diversas variables involucradas en el circuito en estudio.
Las implicaciones y
generalizaciones de estas relaciones corresponden a las conclusiones del experimento.
Por otro lado, la teoría brinda fundamento al análisis conceptual de los circuitos, que a su
vez permite la verificación continua de consistencia entre los datos experimentales y las
predicciones teóricas.
La simulación de los circuitos permite comprobar, previo a la sesión experimental, la
validez del análisis teórico de los circuitos. A su vez, la simulación permite además
obtener el comportamiento característico de un circuito en ciertos “puntos de prueba”, de
tal modo que se simplifique la búsqueda de errores en el experimento real.
5. Contenido y Cronograma
Introducción
1era semana
1
Curva característica de diodos.
2 Sem.
2
Circuitos recortadores y sujetadores con diodos
3 Sem.
3
Rectificadores de media y onda completa con y sin filtro
4 Sem.
4
Curvas características de BJT, JFET, MOSFET
7 Sem.
5
El transistor como interruptor (Multivibradores)
10 Sem.
6
FETs como interruptores: Compuertas Lógicas
11 Sem.
7
Diseño de una compuerta lógica en tecnología CMOS
14 Sem.
6. Metodología
El profesor prepara y entrega a los estudiantes una guía que plantea el experimento a
realizar. Esta guía contiene principalmente tres secciones:
1. Cuestionario previo. El estudiante es responsable de preparar todos los conceptos
indicados en este cuestionario antes de la ejecución del laboratorio. Este contendrá
entre otras cosas la simulación y análisis de los circuitos del experimento.
2. Experimento. El procedimiento a seguir por el estudiante en la sesión experimental.
Los resultados se anotarán en un cuaderno de protocolo de laboratorio, que será
revisado por el profesor.
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3. Análisis. Contiene la lista de conceptos y deducciones que el estudiante debe
dominar después de haber realizado el experimento e interpretado los resultados. El
estudiante debe también revisar estas preguntas antes de realizar el experimento. Si
para ello se necesitan los resultados experimentales, pueden utilizarse los resultados
de las simulaciones.
En los primeros quince minutos de la sesión experimental se aplicará un examen corto
(quiz) donde se evaluarán los conceptos derivados del análisis de resultados de la sesión
de laboratorio anterior y los conceptos preparados por el estudiante para la sesión del día
guiado por el cuestionario previo.
Luego del examen los estudiantes montan los circuitos y realizan la toma de datos,
tomando en cuenta los resultados de los análisis teóricos. Varios de los circuitos
requerirán para su montaje el uso de placas para prototipos (o protoboards) y en esos
casos los estudiantes deberán preparar el circuito antes de la sesión experimental.
Las tablas y gráficos tomados en el experimento deben ser adjuntados al cuaderno de
laboratorio y presentados al profesor al finalizar la sesión Los resultados de las
simulaciones también deben adjuntarse al cuaderno. El estudiante deberá elegir puntos
de prueba en los circuitos con los que él pueda verificar el funcionamiento correcto de su
circuito real a partir de los resultados de la simulación.
Durante el semestre se realizarán tres sesiones grupales donde se discutirán los
aspectos principales de los laboratorios realizados y servirán para la evacuación de dudas
conceptuales generales.
Además los estudiantes deberán realizar un solo informe de los primeros tres
laboratorios, que siga la normativa sobre realización de informes técnicos [3]. Este
informe se calificará dos veces en un proceso iterativo para asegurar el aprendizaje del
estudiante.
7. Evaluación
Participación en clase, cuaderno y preguntas
15%
Quices
40%
Informe
1ra Iteración
20%
2da Iteración
25%
Total
100%
El último laboratorio de diseño de una compuerta lógica CMOS a bajo nivel proveerá la
oportunidad de ajustar un total de 15 puntos adicionales sobre la nota final. Para ello, el
diseño de la compuerta más veloz en cada uno de los tres grupos obtendrá un 5%
adicional y la compuerta más veloz entre los tres grupos obtendrá un 10% adicional.
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8. Bibliografía
[1] Boylestad, Robert y Nashelsky, Louis. Electronic Devices and Circuit theory.
Laboratory Manual. 6º Edition. Prentice Hall 1996
[2] Horenstein, Mark N. y Wasserman, Moe. Microelectronic circuits and Devices. 3º
Edition Prentice Hall 1996.
[3] Murillo, Pedro y Alvarado, Pablo. Guía para la elaboración de informes de laboratorio.
[en línea].
Julio 2005. [visitado el 22 de Julio de 2005]. URL:
http://www.ietec.org/palvarado/LabActivos/GuiaInforme.pdf
[4] Rateau, René. Osciloscopios, funcionamiento y utilización. Editorial Paraninfo 1999.
[5] Sedra, A.S. y Smith K.C. Circuitos Microelectrónicos. 4ª Ed., Oxford University Press.
[6] Wolf, Stanley y Smith, Richard F.M. Guía para mediciones electrónicas y prácticas de
laboratorio. Prentice Hall. 1992
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