Universidad Tecnológica Nacional - Escuela de Ingeniería Electrónica

:
Universidad Nacional de Rosario
Facultad de Ciencias Exactas,
Ingenieria y Agrimensura
Ciclo lectivo:
2003
Identificación de la asignatura
Electrónica I
Profesor a cargo de la cátedra:
María Isabel Schiavon
Carrera en la que se dicta:
Ingeniería Electrónica
Plan de Estudios:
1996
Código identificatorio:
A-504
Ubicación: Nº de cuatrimestre (1-10):
5
Nº de Horas-Reloj Semanales:
8
Nºde semanas de clases:
16
Carácter (Obligatoria / Electiva):
Obligatorio
Bloque curricular al cual pertenece:
Tecnologías Básicas
Escuela a cargo de su dictado:
Ingeniería Electrónica
Departamento a cargo de su dictado:
Laboratorio de Microelectrónica
Modalidades de enseñanza y Carga horaria
Carga horaria
semanal
total
3
48
Teórica
Resolución de problemas rutinarios
1
16
Laboratorio
3
48
Trabajo de campo
--
--
Resolución de problemas de Ingeniería
1
16
Proyectos y diseño
--
--
En el sector productivo de bienes y/o servicios
--
--
En la institución
--
--
8
128
Formación experimental
Práctica supervisada
Sumatoria
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Planificación de Asignaturas
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Asignaturas relacionadas
Código
Nombre
Asignaturas anteriores relacionadas
(de las cuales se nutre)
Teoría de Circuitos I
Física IV
Asignaturas simultáneas relacionadas
(con las cuales debería existir algún nivel
de integración o complementación)
Teoría de Sistemas y Señales
Mediciones I
Digital I
Asignaturas posteriores relacionadas
(a las cuales aporta)
Electrónica II
Digital II
Características generales de la asignatura
Asignatura teórico práctica básica del ciclo profesional que se ubica en el 5º semestre (primer
semestre de 3er. Año). Su contenido es científico-tecnológico fuertemente formativo con una
equilibrada componente informativa respecto a los avances tecnológicos.
Es la primer asignatura de la carrera donde el alumno enfrenta problemas reales relacionados
con el diseño y análisis de circuitos electrónicos, para resolverlos debe relacionar las
limitaciones de los dispositivos semiconductores con la validez de los modelos empíricos
formulados matemáticamentey realizar una confrontación permanente entre lo abstracto y lo
concreto.
Aporte de la asignatura a la formación del graduado
Aporta los fundamentos básicos del análisis y diseño de circuitos electrónicos, desarrolla
capacidad de elaboración de criterios y de toma de decisiones en la selección de la solución
más adecuada para una aplicación concreta. Incorpora conceptos teóricos relacionados con
tecnologías de dispositivos y circuitos electrónicos.
Objetivos de la Asignatura
Que el alumno adquiera capacidad y destreza para:
 utilizar, identificar, caracterizar y modelar dispositivos básicos en sus distintas aplicaciones.
 identificar y caracterizar aplicaciones lineales y no lineales.
 analizar, diseñar, implementar e interconectar circuitos electrónicos básicos.
 identificar, modelar y caracterizar amplificadores en cuanto a características de su respuesta.
 identificar, modelar, caracterizar e interconectar circuitos digitales de distintas tecnologías.
 realizar ensayos de laboratorio para caracterizar circuitos electrónicos.
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Planificación de Asignaturas
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Contenidos
UNIDAD 1: DISPOSITIVOS Y CIRCUITOS BÁSICOS PARA PROCESAMIENTO DE SEÑALES.
1.1 Características de los componentes pasivos y activos. Elementos lineales y no lineales. Propiedades
básicas. Modelos lineales y seccionalmente lineales. Análisis gráfico. Dispositivos Activos de dos
terminales. Juntura PN. Diodos de unión. Características. Diodos especiales: zener, schottky,
varactor, túnel, varistor. Características. Dispositivos fotónicos: Fotodiodo. Diodo emisor de luz. Diodo
láser. Características. Modelos seccionalmente lineales. Parámetros y especificaciones técnicas.
1.1 Circuitos con elementos de dos terminales. Circuitos conformadores de ondas con elementos pasivos
(R, L, C): integradores, derivadores, atenuadores compensados. Representación mediante gráficos
de Bode en el dominio frecuencial, límites de frecuencia, frecuencia de corte. Respuesta a distintas
excitaciones. Parámetros característicos, determinación experimental. Circuitos básicos con
elementos activos de dos terminales: cortadores, comparadores, fijadores, rectificadores. Respuesta
a distintas excitaciones. Parámetros característicos, determinación experimental. Análisis, diseño y
ensayo en laboratorio de circuitos de aplicación.
1.3 Dispositivos activos de tres/cuatro terminales: Transistores
1.3.1 Transistor bipolar de juntura: estructura, clases, conceptos básicos. Características estáticas.
Zonas de funcionamiento. Modelo de Eber y Molls. Parámetros y especificaciones técnicas.
Fototransistor. Características y funcionamiento. Modelos.
1.3.2 Transistores de efecto de campo de Juntura. JFET. Estructura física. Funcionamiento.
Clases. Simbología. Características y modelos estáticos. Zonas de funcionamiento. Parámetros
y especificaciones técnicas. MESFET. Características. Análisis comparativo con el JFET.
1.3.4 Transistor de efecto de campo de compuerta aislada. Estructuras Metal-Oxido-Semiconductor
(MOS): capacitor MOS, región de carga espacial, balance de carga y balance de potencial,
capacidad en función del campo aplicado. El transistor MOS: estructura, clases, simbología.
Características y zonas de funcionamiento. Modelos, parámetros y especificaciones técnicas.
Descarga electrostática, efecto de disrupción. Tensión de contracción. Efecto diferencia tensión
sustrato fuente (body effect). Tecnología CMOS. Características, dependencia de la
temperatura, limitaciones de potencia.
1.4 Circuitos básicos con transistores: configuración inversora, configuración de seguidor de tensión,
configuración de seguidor de corriente. Características de transferencia. Respuesta a distintas
excitaciones.
Al finalizar la unidad el alumno estará capacitado para:
 identificar los elementos lineales y no lineales de un circuito.
 utilizar modelos lineales para los dispositivos no lineales estableciendo sus condiciones de validez e
identificando sus zonas de funcionamiento y los parámetros que caracterizan el funcionamiento
para los diferentes modelos y su relación con los datos dados por el fabricante.
 identificar y medir los parámetros dados por los fabricantes para caracterizar los dispositivos.
 identificar y evaluar las limitaciones de funcionamiento
 analizar, diseñar, simular y ensayar en laboratorio circuitos básicos con dispositivos activos/pasivos
e inferir su respuesta a distintos tipos de excitaciones
 definir, identificar y medir los parámetros que caracterizan el funcionamiento de estos circuitos.
UNIDAD 2: AMPLIFICACIÓN ANALÓGICA.
2.1 Amplificación. Concepto y características. Definición de señal. Circuitos activos y pasivos. Gran
señal y pequeña señal. Conceptos y características. Los transistores en pequeña señal. Modelos de
los transistores bipolar y de efecto de campo. Parámetros y limitaciones de estos modelos. Efectos
capacitivos e inductivos intrínsecos. Modelos básicos. El transistor como amplificador. Polarización:
concepto general, punto de trabajo y sus requerimientos. Técnicas de polarización para las distintas
clases de transistores.
2.2 Etapas amplificadoras básicas de un sólo transistor: inversor, seguidor de tensión, seguidor de
corriente. Características. Modelos en señal. Análisis comparativo.
2.3 Efecto de la frecuencia de la señal en la respuesta de los amplificadores. Efectos capacitivos e
inductivos en los circuitos. Elementos causantes. Modelos. Respuesta en frecuencia en régimen
permanente senoidal. Límites de frecuencia de banda alta, baja y media. Determinación analítica y
experimental.
Producto ganancia-ancho de banda.
Respuesta en frecuencia ante distintas
excitaciones.
2.4 Análisis, diseño y caracterización de amplificadores.
Parámetros estáticos y dinámicos
característicos. Caracterización experimental. Determinación de los parámetros característicos.
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Contenidos (continuación)
2.5 Amplificadores multietapa. Acoplamiento de etapas: características y aplicaciones. Circuitos de alta
impedancia de entrada. Circuitos de alta ganancia. Desplazadores de nivel. Configuraciones con
mayor ancho de banda. Análisis, diseño y caracterización.
2.6 Amplificador diferencial. Topología básica. Características. Señales diferenciale y a modo común.
Factor de rechazo. Implementación con distintas tecnologías. Funcionamiento en gran señal. Rango
de excursión. Efecto del desapareamiento de los elementos. Análisis, diseño y caracterización.
2.7 Fuentes de corriente y cargas activas. Espejo de corriente. Fuente Widlar. Configuración cascode.
Configuración Wilson. Las fuentes de corriente como cargas activas. Consideraciones en el diseño.
Matching. Independencia de la temperatura y de la alimentación.
Al finalizar la unidad 2 el alumno estará capacitado para:
 analizar circuitos amplificadores de una o varias etapas estableciendo su funcionalidad y su
respuesta a distintos tipos de excitaciones
 definir, identificar y medir los parámetros que caracterizan el funcionamiento de los mismos.
 identificar los distintos acoplamientos posibles y evaluar su incidencia en la respuesta de circuitos.
 analizar, diseñar, simular y ensayar en el laboratorio circuitos amplificadores de una/varias etapas.
UNIDAD 3: EL TRANSISTOR COMO ELEMENTO NO LINEAL.
3.1 El transistor como interruptor: conceptos básicos. Llaves Analógicas y digitales, características.
Circuitos multivibradores: astables, monoestables, biestables, características de funcionamiento,
criterios de diseño. Circuitos de Aplicación.
3.2 Circuitos Digitales. Configuración inversora como compuerta lógica, implementación con distintas
tecnologías. Parámetros característicos. Niveles lógicos. Margen de ruido. Capacidad de carga de
entrada y salida. Retardos de propagación. Disipación de potencia. Producto potencia-retardo.
3.3 Familias Lógicas: TTL, ECL, NMOS, CMOS, BiCMOS. Particularidades tecnológicas. Características
de las topologías circuitales básicas. Compatibilidad e interconexión entre las diferentes familias.
3.4 Dispositivos Lógicos Programables. Características: programación/reprogramación. Particularidades
topológicas de los circuitos internos. Características tecnológicas.
Al finalizar la unidad 3 el alumno estará capacitado para:
 analizar y diseñar interruptores con transistores identificando sus componentes y estableciendo las
características y limitaciones de funcionamiento.
 analizar los circuitos internos de los componentes básicos de las familias lógicas estableciendo su
funcionalidad, definiendo, identificando y midiendo los parámetros que los caracterizan y
estableciendo sus limitaciones de funcionamiento.
 diseñar, simular y ensayar en el laboratorio los circuitos internos de los componentes básicos de las
familias lógicas y definiendo, identificando y midiendo los parámetros que los caracterizan.
 interconectar circuitos de distintas tecnologías resolviendo los problemas de compatibilidad.
 identificar y clasificar según sus características circuitales y tecnológicas los dispositivos lógicos
programables
UNIDAD4: ENSAYO, CARACTERIZACIÓN Y DISEÑO DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS
4.1 Instrumental de Laboratorio. Funcionamiento y manejo. Utilización en experiencias de laboratorio de
ensayo y caracterización de los circuitos electrónicos comprendidos en la asignatura.
4.2 Proceso de Diseño. Etapas. Herramientas disponibles. Problemas de diseño aplicados a los temas
de la asignatura. Desarrollo y ejercitación distribuidos en todas las unidades.
Al finalizar la unidad 4, cuyo contenido se incorpora en cada una de las restantes unidades, el alumno
estará capacitado para:
 identificar y utilizar correctamente instrumentos de laboratorio para el ensayo y la caracterización de
circuitos electrónicos.
 diseñar circuitos electrónicos de baja y mediana complejidad utilizando herramientas adecuadas.
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Bibliografía
Libros:
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Horenstein Mark N. Microelectrónica circuitos y dispositivos. 2a. Ed.. Prentice Hall, 1997.
Millman y Grabel. Microelectrónica. Mc Graw Hill. 1989.
Sedra y Smith. Dispositivos Electrónicos y amplificación.. Interamericana. 1992.
Millman. Microelectrónica. Mc Graw Hill. 1982.
Schiavon M. I. Fundamentos del Diseño de Circuitos Integrados Digitales. UNR Ed., 1997.
Circuitos Integrados Lineales. RCA, ARBÓ.
Publicaciones internas de la FCEIA.
 Schiavon M. I.. Transistores de Efecto de Campo. 1997
 Schiavon M. I.. Amplificador Diferencial. 1998
 Schiavon M. I.. Conformación de ondas. 1998.
 Schiavon M. I.. Fundamentos de los Amplificadores de Acoplamiento Directo. 1995.
 Schiavon M. I.. Estudio de la respuesta en frecuencia de redes lineales. 1990.
 Problemas de aplicación unidades 1, 2 y 3.
 Consignas para las actividades: análisis y diseño de circuitos, experiencias de Laboratorio.
Firma Profesor
Aprobado Escuela
Fecha
Fecha
Aquí finaliza lo que constituiría el Programa Analítico de la Asignatura, que aprueba el
CD y debe actualizarse cada vez que sufra cambios. Es lo que se usaría para los
trámites de equivalencias para alumnos que cambian de carrera o de facultad. Esta
parte debe ser oportunamente aprobada por el CD.
El resto forma parte del formulario de Planificación que no se aprueba por CD y que el
profesor actualiza y comunica a sus alumnos cada año. El documento completo se
publicaría en la página web de la FCEIA al comienzo del cuatrimestre.
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Planificación de Asignaturas
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Equipo de Cátedra
Profesor Titular: Ing. María Isabel Schiavon
Profesor Adjunto: Ing. Mauro Del Grande
Jefe de Trabajos Prácticos: Ing. Daniel Crepaldo
Ayudantes: Ingenieros Raúl Lisandro Martín, Daniel León, Javier Ghorghor, Federico Piro.
Estrategias didácticas
La estrategias empleadas son:
Clases expositivas de encuadre y visión general del tema, en ellas se explicitan los objetivos y
los conceptos relevantes relacionados con la temática. Están a cargo de los docentes con
mayor experiencia y se dan en conjunta para todos los alumnos.
Clases tipo taller, en las cuales un máximo de 30 alumnos cada dos docentes trabajan en
forma grupal o individual, en un proceso que se articula alrededor de dos ejes que favorecen el
desarrollo de hábitos de autoaprendizaje: resolución de problemas y estudio de casos.
1) resolución de problemas, diseño de circuitos que respondan a especificaciones dadas con
apoyo bibliográfico, tutoría de los docentes y apoyo computacional, para su implementación y
ensayo en laboratorio a fin de verificar su funcionamiento y realizar su caracterización.
2) estudio de casos, análisis de circuitos prediseñados a fin de elaborar criterios que le
permitan identificar su funcionamiento, encarar su diseño y caracterizarlos en laboratorio.
El estudiante, protagonista activo del proceso, observa, formula hipótesis, verifica, hace,
desarrolla y aplica criterios propios, elabora el conocimiento a través del desarrollo de los
conceptos y la aplicación a problemas concretos mientras el docente actúa como consultor. El
docente actúa como orientador, guía, apoyo, del proceso de enseñanza-aprendizaje.
La biliografía básica recomendada son libros, apuntes de los docentes de la cátedra, guías con
consignas para las actividades (análisis y diseño de circuitos, trabajos de laboratorio), problemas
de aplicación de cada unidad, manuales de componentes.
Evaluación y Condiciones de Promoción y de Aprobación
Se realiza evaluación continua mediante el seguimiento del trabajo individual y grupal, de
la participación en las clases, actividades, experiencias de laboratorio, tanto durante su
realización como a través de los trabajos escritos (memorias de trabajos, evaluaciones
parciales, resoluciones de problemas).
El alumno que ha realizado las actividades programadas en un porcentaje no menor al 80%
, aprobado las evaluaciones individuales y/o grupales y realizado satisfactoriamente el 100%
de las experiencias de laboratorio incluyendo las memorias correspondientes y el coloquio
final globalizador aprueba la asignatura al culminar el cursado.
En caso de no haber cumplimentado algunos de los requisitos anteriores el alumno debe
rendir un examen personalizado a fin de demostrar su conocimiento y destreza en los temas
en los cuales su desempeño no alcanzó el nivel mínimo requerido previamente a acceder al
coloquio y aprobar la asignatura.
En caso de presentarse a examen en condición de libre el alumno debe realizar y aprobar
un examen de laboratorio y un examen escrito, en los cuales demuestre haber alcanzado los
objetivos conceptuales y procedimentales requeridos, previamente a acceder al coloquio
globalizador que le permite aprobar la asignatura.
Tanto los exámenes parciales como las memorias de trabajos se le devuelven con su
calificación y sugerencias en el término de una semana. Al finalizar cada unidad se le informa
al alumno las condiciones en que se halla en cuanto al cumplimiento de las exigencias.
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Análisis de coherencia
Las actividades previstas y la modalidad de evaluación están directamente relacionadas con
inducir al alumno a desarrollar un proceso continuo de aprendizaje gradual que le facilite la
integración de los contenidos conceptuales, procedimentales y actitudinales involucrados en la
asignatura. El equipo docente realiza reuniones semanales para coordinar acciones, fijar
criterios, y actualizar el seguimiento de los estudiantes.
Cronograma de actividades
Clases (8 horas semanales):
Tipo de clase
Expositivas y de trabajo individual o
grupal:
Laboratorio, todas las semanas en uno de
los horarios disponibles que el alumno elige
el primer día de clase
Horario
Aula
Lunes 18:20 a 21:40
Jueves de 18:20 a 20:20 hs
Miércoles de 15:00 a 17:30 hs.
Jueves de 15:00 a 17:30 hs.
Jueves de 21:00 a 23:30 hs.
Viernes de 14:30 a 17:00 hs.
Jueves de 21:00 a 23:30 hs.
03 (PELLEGRINI)
14 (PELLEGRINI)
LABORATORIO
ELECTRONICA
(CUR)
Carga horaria porcentual
33% ( 40 horas)
Clases expositivas a cargo del Profesor.
(Introducciones conceptuales a cada tema, conceptos, criterios y objetivos)
25% ( 32 horas)
Taller (resolución de problemas en forma individual o grupal)
33% ( 40 horas)
Experiencias de Laboratorio (*)
9% ( 10 horas)
Evaluaciones (escritas u orales)
Dedicación extra horario de clase necesaria (promedio de cinco horas semanales):
 50% ( 40 hs.)
Estudio y consulta bibliografía
 30% ( 24 hs.)
Resolución de problemas
 20% ( 16 hs.)
Preparación trabajos y/o exposiciones
Clases de consulta de asistencia voluntaria:
Se fija un mínimo de 10 hs. semanales de consulta extra clase distribuidas en módulos de
2 hs. c/u.
(*)Las Experiencias de Laboratorio son concurrentes a la unidad cuatro del programa y corresponden a
conceptos de las tres primeras unidades del programa. Se realizan en grupo de no más de tres
estudiantes, y se organizan de manera de complementar, con objetivos conceptuales y procedimentales,
los conocimientos puestos en juego en las restantaes actividades. Los objetivos procedimentales se
pueden resumirse en que el estudiante se familiarice con el uso del instrumental básico (generadores,
fuentes, osciloscopio, multimetro) y adquiera destreza y habilidad para ensayar en laboratorio circuitos
electrónicos, medir los parámetros que caracterizan su respuesta ante distintas excitaciones utilizando el
osciloscopio como instrumento de medición, y en confeccionar una memoria de un trabajo experimental.
Plan de Integración o articulación con otras asignaturas
Los horarios de las asignaturas del cuatrimestre están coordinados para posibilitar el cursado simultáneo.
Las evaluaciones se realizan dentro del horario asignado.
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