Download Programa Analítico - DEA

FACULTAD DE INGENIERÍA
Universidad Nacional de San Juan
Carrera:
INGENIERÍA ELECTRÓNICA
Planificación de Cátedra:
Electrónica Analógica I
Año 2013
Mg. Ing. Mario O. Muñoz
Profesor Asociado
Mg. Ing. Ana María ECHENIQUE
Jefa del Departamento
Electrónica y Automática
Ing. Daniel Eduardo ARGUMOSA
Secretario Académico
Carrera: Ingeniería Electrónica
Plan: 2005
Área: Ciclo Profesional
Semestre 5º
Carga Horaria Semanal: 5 horas
Régimen: Semestral
FACULTAD DE INGENIERÍA
Av. San Martin (Oeste) 1109
5400 San Juan – ARGENTINA
Tel.
+ 54 264 421700/1328/1839/1298 – Int. 354
Fax.
+ 54 264 4213672
E-mail: [email protected]
ELECTRÓNICA ANALÓGICA I
PROGRAMA ANALÍTICO – Año 2013
INTRODUCCIÓN.
La asignatura Electrónica Analógica I se dicta en el 5º semestre de la carrera Ingeniería
Electrónica (Ciclo Profesional, 3º año). Tiene como correlativas débiles a las siguientes
asignaturas: Teoría de circuitos, Fundamentos de Dispositivos Electrónicos e Inglés II y
como correlativas fuertes a Física II e Inglés I.
Se dice que la era actual es la de las tecnologías de la información y comunicación, y la
electrónica es el pilar fundamental de estas dos áreas. En esta asignatura se expone por
primera vez el funcionamiento de dispositivos electrónicos discretos simples como son
diodos y transistores, y se explica la metodología de análisis de funcionamiento de estos
dispositivos en circuitos simples desde diferentes puntos de vista (electrónico, eléctrico,
energético, análisis frecuencial, etc.). Esta metodología de análisis servirá de base para
comprender posteriormente el funcionamiento de circuitos electrónicos más complejos.
OBJETIVOS
Objetivos Generales:
• Que los estudiantes aprendan a analizar el funcionamiento de circuitos electrónicos
analógicos simples con dispositivos semiconductores discretos y dimensionarlos en
función de los requerimientos del circuito.
Objetivos específicos:
El objetivo fundamental de la asignatura es dotar al estudiante de los conceptos y
habilidades necesarias para el análisis y diseño de circuitos electrónicos analógicos simples,
lo que implica:
•
Comprender el funcionamiento de componentes electrónicos
transistores bipolares y transistores de efecto de campo).
•
Analizar y comprender el funcionamiento de circuitos con diodos y transistores aplicando
las leyes y teoremas eléctricos fundamentales.
•
Comprobar experimentalmente en el laboratorio el funcionamiento de circuitos
analizados en clases teóricas.
básicos
(diodos,
CONTENIDOS
UNIDAD UNO
1.1
Diodos
Introducción. Propiedades no lineales. El diodo ideal. El diodo real. Ecuación del
diodo. Aproximaciones por segmentos de recta y sus circuitos equivalentes. Análisis
de circuitos simples con diodos. Recta de carga de corriente continua (análisis
gráfico). Análisis de señal débil. Concepto de resistencia dinámica. Desplazamiento
del punto Q. Efecto de la temperatura en los diodos. Curva de reducción de los
valores nominales. Interpretación de hojas de datos.
1.2
Aplicaciones de diodos
1.2.1 Circuitos rectificadores
Circuitos básicos de rectificación de media onda y onda completa. Frecuencia de la
tensión de salida. Valores medios de las tensiones de salida de los diferentes tipos
de rectificador. Filtro capacitivo. Cálculo del valor de la capacitancia de filtrado en
función del rizado deseado. Formas de onda de la corriente por los diodos por efecto
del filtro capacitivo. Selección de los diodos de acuerdo a los requerimientos del
circuito.
1.2.2 Regulación de tensión
Diodos Zener. Descripción del funcionamiento. Análisis de la curva tensión-corriente.
Recta de carga. Aplicación a las fuentes de corriente continua. Cálculo de resistencia
limitadora en diferentes aplicaciones.
1.2.3 Otros circuitos con diodos
Circuitos limitadores. Características de transferencia (entrada-salida). Recortadores
de corte superior y/o inferior con diodos rectificadores y zener.
Circuitos comparadores. Comparador con diodo y fuente de corriente continua.
Circuitos de fijación. Enclavadores con diodos.
Circuitos multiplicadores de amplitud. Doblador. Multiplicador de tensión.
Puerta de discriminación o muestreo. Circuitos moduladores y demoduladores.
1.3
Diodos especiales
Características fundamentales: Diodos Emisores de Luz (LED). Diodos Schottky.
UNIDAD DOS
2.1
2.1.1
2.1.2
2.1.3
2.1.4
2.2
2.2.1
2.2.2
2.2.3
2.2.4
2.2.5
Transistores bipolares (BJT)
Características constructivas. Funcionamiento. Corrientes en el transistor.
Ecuaciones que relacionan las corrientes por los electrodos. Polarización de las
junturas Base-Emisor y Base-Colector. Amplificación de corriente en el transistor.
Configuraciones básicas de los circuitos con transistores: Base común (BC), Emisor
común (EC) y Colector común (CC). Curvas características de entrada y salida para
cada configuración.
El amplificador básico. Tipos de polarización, comparaciones. Concepto de recta de
carga. Análisis gráfico de corrientes y tensiones. Ubicación del punto de reposo “Q”.
Máxima excursión simétrica de la corriente de colector.
Cálculos de potencia. Potencia suministrada por la fuente de alimentación. Potencia
disipada en la carga. Potencia disipada en el colector. Rendimiento. Factor de mérito.
Análisis gráfico de potencias en función de la componente alterna de la corriente de
salida.
Condensadores de acoplamiento de señal y de carga, condensadores interetapa y de
desacoplamiento de resistencia de emisor.
Transistores de efecto de campo (FET)
El FET de unión o juntura (J-FET). Generalidades, principios de funcionamiento.
Curvas características de salida y de transferencia. Ecuación de Shockley.
El JFET como resistencia controlada por tensión. Amplificadores con JFET.
Polarización de JFET. Polarización fija, autopolarización, polarización con divisor de
voltaje, recta de carga en la curva característica de transferencia, análisis gráfico.
Transconductancia y ganancia de tensión.
FET de compuerta aislada o MOS-FET. Generalidades.
MOS-FET de acrecentamiento o enriquecimiento.
MOS-FET de agotamiento o empobrecimiento. Características de drenador y
transferencia. Polarización.
UNIDAD TRES
3.1
3.2
Estabilidad de la polarización de transistores bipolares
Factores que intervienen en la estabilidad la polarización de transistores bipolares: β,
ΔVbe, ICBO. Definición de los correspondientes factores de estabilidad: S(β), S(Vbe),
S(ICBO). Análisis de un amplificador en configuración emisor común con y sin RE.
Estabilidad de la polarización de transistores de efecto de campo
3.3
Polarización para estabilizar la corriente de drenador contra las variaciones de
temperatura. Polarización para compensar los efectos de recambio, teniendo en
cuenta la dispersión de los parámetros de los transistores.
Consideraciones térmicas ambientales en los amplificadores con transistores.
Curva de reducción de los valores nominales. Características de los transistores de
alta potencia dadas por los fabricantes. Significado de los símbolos. Disipadores de
calor.
UNIDAD CUATRO
4.1
4.2
4.2.1
4.2.2
4.2.3
4.3
4.4
Redes de cuatro terminales
Modelo de red basado en cuadripolos. Circuito equivalente con fuente de tensión a la
entrada y de corriente a la salida. Modelo del transistor utilizando parámetros
híbridos.
Modelos y análisis de amplificadores de baja frecuencia para señal débil, con
parámetros híbridos
Resistencia para corriente alterna de la base al emisor cuando se considera la
corriente de base o de emisor.
Modelo del amplificador en configuración base común
Ganancias de tensión, corriente y potencia. Impedancias de entrada y salida.
Variación de la ganancia de tensión en función de la carga.
Modelo del amplificador en configuración emisor común
Ganancias de tensión, corriente y potencia. Impedancias de entrada y salida.
Modelo del amplificador en configuración colector común
Ganancias de tensión, corriente y potencia. Impedancias de entrada y salida.
Reflexión de impedancias.
Modelo para corriente alterna y señal débil del transistor efecto de campo
Análisis de amplificadores en configuración fuente común y seguidor de fuente.
Especificaciones de los fabricantes
Interpretación de las especificaciones dadas por los fabricantes para transistores de
baja potencia.
UNIDAD CINCO
5.1
Amplificadores de potencia en audiofrecuencia
Introducción. Definiciones y tipos de amplificadores. El amplificador ideal. Clases de
amplificadores de potencia: A, B, AB, C y D.
5.2
Amplificador de potencia clase "A" acoplado por inductor
Situación del punto de reposo. Cálculos de potencia. Potencia suministrada por la
fuente de alimentación. Potencias disipadas en la carga y en el colector.
Rendimiento. Factor de mérito. Comparación con el análisis de potencia del
amplificador emisor común sin inductor.
5.2.1 Amplificador clase “A” acoplado por transformador
Cálculos de potencia. Potencia suministrada. Potencia transferida a la carga.
Disipación de colector. Rendimiento. Factor de mérito. Grado de libertad que
proporciona la relación de transformación.
5.3
Hipérbola de disipación máxima
Definición de Área de Operación Segura (SOA).
5.4
Amplificadores de potencia clase "B" push-pull
Funcionamiento. Determinación de la recta de carga. Distorsión de cruce por cero.
Cálculos de potencia. Potencia suministrada. Potencia transferida a la carga.
Potencia disipada en el colector. Rendimiento. Factor de mérito. Resumen de
ventajas y desventajas.
5.4.1 Amplificadores simétricos complementarios
UNIDAD SEIS
6.1
6.2
6.3
Circuitos con varios transistores
Conexión en cascada de etapas amplificadoras
Acoplamientos directo y capacitivo. Análisis del punto de reposo y para señal débil.
Ganancias. Impedancias.
Amplificador compuesto.
Configuración Darlington. Determinación del punto de reposo, funcionamiento con
señal débil. Ganancias de tensión y corriente. Impedancias.
Principio de funcionamiento del amplificador diferencial
UNIDAD SIETE
7.1
Respuesta en frecuencia
Consideraciones generales sobre frecuencia. Análisis de baja frecuencia. Diagramas.
Respuesta a baja frecuencia de amplificadores básicos. Representación de la
ganancia en decibelios. Teorema de Miller. Respuesta a alta frecuencia de
transistores. Modelo de alta frecuencia de transistores bipolares. Emisor común (sin
y con resistencia de emisor). Colector común. Base común. Modelo de alta
frecuencia de FET. Respuesta en frecuencia de amplificadores multietapa.
7.2
Circuitos de conmutación
7.2.1 El transistor como conmutador
Tiempos de conmutación. Circuitos para acelerar la conmutación.
7.3
Multivibradores
Multivibrador biestable con transistores bipolares. Curvas características.
Determinación de los resistores para asegurar corte y saturación.
Capacitores de conmutación. Disparos: asimétrico y simétrico.
Multivibrador monoestable. Curvas características, funcionamiento, uso. Disparo.
Multivibrador astable. Funcionamiento. Curvas características.
7.3.1 Disparador de Schmitt con transistores bipolares
Concepto de disparador de Schmitt y ciclo de histéresis. Aplicación en sistemas de
control.
ACTIVIDADES PRÁCTICAS
Se realizan tres tipos de actividades prácticas: Resolución de problemas de gabinete,
experiencias de laboratorio real y experiencias de simulación en PC.
En las clases de resolución de problemas de gabinete, el profesor resuelve un ejercicio tipo,
y posteriormente guía a los alumnos para resolver otros de complejidad creciente.
Durante el cursado de llevan a cabo tres experiencias de laboratorio, una utilizando circuitos
con diodos y las dos restantes con transistores. Las experiencias se realizan en grupos de 2
o 3 alumnos que deben formar los estudiantes. Se incentiva a los alumnos y se les brindan
los medios necesarios para que con antelación a la realización de la práctica obligatoria en
el laboratorio con instrumentos reales; realicen las mismas experiencias utilizando un
software de simulación de circuitos. De esta manera se pretende que los alumnos tengan
una idea aproximada del funcionamiento del circuito real proporcionada por el simulador y
así poder dilucidar en forma rápida si el circuito que están experimentando en el laboratorio
real funciona correctamente. Los resultados de estas experiencias se evalúan mediante la
corrección de un informe grupal.
METODOLOGÍA DE LA ENSEÑANZA
La metodología de la enseñanza empleada es la del dictado de clases teóricas magistrales
participativas por parte de los profesores. Se estimula a los alumnos a participar en las
clases, de forma de conseguir una mejor comunicación, y por ende mejor transmisión de los
conocimientos.
FORMA DE EVALUACIÓN
Para evaluar los conocimientos adquiridos por los alumnos se realizan tres evaluaciones
integrativas parciales con sus respectivas recuperaciones ordinarias y una recuperación
extraordinaria.
BIBLIOGRAFÍA
• Electrónica: Teoría de Circuitos y Dispositivos Electrónicos. Robert L. Boylestad, Louis
Nashelsky.
• Circuitos Electrónicos Discretos e Integrados. Donald L. Schilling, Charles Belove.
• Principios de Electrónica. Albert P. Malvino
PERSONAL DE CÁTEDRA
Docente
Cargo
Dedicación
Mg. Ing. Mario O. Muñoz
Profesor Asociado
Exclusiva
Ing. Rodolfo R. Recio
Profesor Asociado
Simple
Sr. Pablo de Arriba
Ayudante Alumno
Simple
Sr. Mauricio Molina
Ayudante Alumno
Simple
Sr. Carlos Del Aquila
Ayudante Alumno
Simple