FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO CIENCIAS FÍSICAS Y TECNOLOGÍA

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1 Código-Materia: Electrónica y Laboratorio Requisito: COR: Espacio de Laboratorio de Electrónica Programa Semestre: Ingenierías: Telemática Cuarto semestre Período académico: Enero a Mayo de 2016 Intensidad semanal: 5 horas semanales Créditos: 4 MOTIVACION Comprender los sistemas de computación y comunicación electrónica es importante para un ingeniero telemático, por tal razón éste curso da las bases para aplicar conocimientos y habilidades en el modelamiento de circuitos eléctricos y medios de comunicación guiados. El curso, además, permitirá al estudiante la aplicación de los principios de la computación física que abarca la construcción de sistemas que integran hardware y software como microcontroladores, sensores y actuadores para sensar, procesar y modificar y/o actuar en el entorno físico. OBJETIVOS Objetivo General Aplicar los conceptos y técnicas para el modelado, análisis y aplicación de los circuitos analógicos y digitales así como los medios de comunicación guiados más comunes. Construir sistemas interactivos que permitan sensar, procesar y modificar y/o actuar en el entorno físico aplicando los principios de la computación física. Objetivos Terminales 1. Aplicar los métodos basados en las leyes de Kirchhoff, ley de Ohm y teorema de Thevenin, para identificar, simplificar y analizar circuitos analógicos lineales. 2. Modelar filtros pasivos y activos y medios de comunicación guiados caracterizando su respuesta en el dominio de la frecuencia. 3. Interconectar diferentes tipos de circuitos actuadores y sensores y manejo de interfaces de comunicación en sistemas basados en microcontroladores. 4. Modelar problemas de representación binaria usando el álgebra de Boole, tablas de verdad y electrónica de conmutación basada en transistores. Electrónica y Laboratorio Página 1 de 7

2 De formación académica: Unidad 1: Circuitos Eléctricos - Conceptos Básicos Realizar el análisis de circuitos resistivos con fuentes de voltaje y corriente independientes aplicando la ley de Ohm y divisor de corriente y voltaje. Identificar los diferentes componentes eléctricos tanto activos como pasivos presentes en un circuito lineal. Calcular el balance de potencia de un circuito eléctrico lineal con fuentes dependientes e independientes de voltaje y corriente. - Componentes eléctricos y concepto de potencia, voltaje y corriente. - Tipos de fuentes de voltaje y corriente - Ley de ohm y balance de potencia en un circuito eléctrico. - Divisor de corriente y voltaje - Simulación de circuitos estudiados en clase y laboratorio. Unidad 2: Métodos para Análisis de Circuitos Reducir y simplificar un circuito netamente resistivo usando el concepto de resistencia equivalente. Analizar un circuito eléctrico lineal con fuentes dependientes e independientes de voltaje y corriente aplicando las leyes de voltajes y corrientes de Kirchhoff (métodos de nodos y mallas). Reducir la complejidad de un circuito determinando el equivalente Thevenin y calcular una cantidad eléctrica (Voltaje o Corriente) sobre un componente específico del circuito. - Conexión serie paralelo y mixto. - Simplificación de circuitos eléctricos calculando la resistencia equivalente - Análisis de circuitos eléctricos lineales utilizando las leyes de voltajes y corrientes de Kirchhoff (métodos de nodos y mallas). - Transformación de fuentes - Circuito equivalente Thevenin Electrónica y Laboratorio Página 2 de 7

3 Unidad 3: Análisis en frecuencia de circuitos eléctricos y medios físicos Describir el comportamiento de diferentes impedancias (inductores, capacitores y resistores) frente a cambios en la frecuencia de la señal de excitación. Utilizar los métodos de nodos, mallas y equivalente Thevenin para el análisis y solución de circuitos con elementos inductivos, capacitivos y resistivos usando la transformada de Laplace y el concepto de fasor. Deducir la función de transferencia de un circuito con impedancias reactivas y resistivas y fuentes de excitación senoidal, empleando el concepto de redes de dos puertos y la transformada de Laplace. Realizar el análisis en frecuencia de circuito dado por medio del trazo el diagrama de Bode y el uso de programas de simulación en computador con el fin de identificar su comportamiento basándose en los tipos de filtros de frecuencia y estimando el ancho de banda. Aplicar el teorema de máxima transferencia de potencia en el acoplamiento de dos o más circuitos o subsistemas empleando el teorema de Thevenin y modelamiento por redes de dos puertos. - Concepto de Impedancia (reactancia capacitiva e inductiva) y su comportamiento en el dominio de la frecuencia. - Modelamiento de la impedancia con la transformada de Laplace y fasores. - Impedancia equivalente - Concepto de redes de dos puertos y obtención de la función de transferencia. - Teorema de máxima transferencia de potencia y su aplicación como acople de impedancias. - Modelamiento de medios físicos de transmisión y filtros pasivos usando el concepto de impedancia y función de transferencia. - Análisis espectral por medio del trazo de diagramas de Bode y simulación por computador. - Estimación del ancho de banda a través del diagrama de Bode y simulación por computador Unidad 4: El diodo y el transistor y Sistemas Basados en Microcontroladores Electrónica y Laboratorio Página 3 de 7

4 Identificar las diferentes interfaces y puertos de la tarjeta arduino (sistema basado en microcontrolador) y programar la tarjeta wiring para la Interconexión de puertos paralelo, serial, señal PWM y conversión análogo/digital. Interconectar diodos LEds a la tarjeta arduino y poder controlar el encendido y apagado e intensidad por medio de puertos digitales y PWM. Interpretar e identificar las características y especificaciones más importantes del transistor bipolar. Reconocer la aplicación y uso del transistor como elemento de acoplamiento de sensores y actuadores que manejan corrientes o tensiones diferentes a las que entrega un sistema digital. Aplicar las reglas del álgebra de Boole a la simplificación de circuitos combinacionales Identificar y utilizar las formas normales para describir funciones lógicas. - Introducción a los microcontroladores y tarjeta arduino. - Programación básica de la tarjeta arduino. - Tipos y características de los diodos semiconductores - Interfaces serial (RS232, Bluetooth, I2C, 1-wire) - Puertos digitales, serial, señal PWM y conversión análogo/digital de la tarjeta arduino. - Interconexión de Sensores y actuadores. - El transistor bipolar - Uso del transistor para acople de voltaje y corriente de actuadores y sensores. - El álgebra de Boole y la electrónica de conmutación. - Tablas de verdad y funciones de conmutación. - Aplicación y uso del transistor y la compuertas lógicas - Resolución de problemas con circuitos combinacionales. De formación en valores y capacidades - La tolerancia, y no en el sentido de desinterés por lo que piensa el otro sino más bien promover el respeto activo, el interés por comprender a los otros y por ayudar a cumplir los objetivos de aprendizaje. - La autonomía e interés de querer ir más allá de los que se enseña. La perseverancia a través del desarrollo de los ejercicios y de talleres y que la motivación simplemente no se una nota si no su autoformación y amor por aprender cosas nuevas. - La capacidad de análisis, a través de la identificación y evaluación de los componentes necesarios para resolver un problema planteado. Electrónica y Laboratorio Página 4 de 7

5 - La capacidad cooperación y comunicación, ya que se deben presentar las soluciones a los problemas propuestos de una manera clara para los demás participantes del curso. - La capacidad de trabajo bajo presión, ya que se cuenta con tiempos limitados para algunas actividades. METODOLOGÍA - La componente teórica del curso, está basada en explicaciones a problemas que se les hayan presentado a los estudiantes, en la preparación del material de clase que previamente se les ha asignado. - El estudiante tiene una participación activa en el desarrollo de la asignatura, pues resuelve talleres en casa, como en las horas de clase lo que permite, realizar un seguimiento del aprendizaje y adicionalmente, se espera que las prácticas de laboratorio sirvan de afianzamiento de la componente teórica. - Se utilizará el software de simulación de circuitos MultiSim para analizar y comprobar el funcionamiento de los diferentes circuitos que se estudien durante el curso. - Se recomienda al estudiante traer calculadora a cada clase y práctica de Laboratorio, esto con el fin de que el trabajo sea más productivo. Actividades del estudiante Antes de la clase: El estudiante debe preparar el material asignado para cada clase y resolver los ejemplos y ejercicios propuestos en el material a preparar. Durante la clase: Durante la clase el estudiante tiene una participación activa ya que con la moderación del profesor, se discuten los conceptos asignados para esa clase y se realizan ejercicios mediante los cuales se verifica si hay dudas o inconsistencias conceptuales. Después de la clase: Después de la clase el estudiante debe realizar ejercicios de manera individual para verificar si los conceptos estudiados en clase quedaron claros y preparar la clase siguiente. Electrónica y Laboratorio Página 5 de 7

6 EVALUACIÓN Componente Individual Exámenes Porcentaje Unidades a Evaluar Semana de realización Primer Parcial 30% Unidad 1 y 2 Semana 6 ( ) Segundo Parcial 30% Unidad 2 y 3 Semana 11 ( ) Tercer Parcial 30% Unidad 3 Semana 14 ( ) Verificaciones de estudio, tareas, talleres, investigaciones, simulaciones. 10% Total Nota individual 100% Dependiendo del tema revisado en clase. Reglas de Juego: No se permite el uso de celulares durante la realización de quices o exámenes parciales, usar celular durante alguna prueba de estas es considerado fraude. No se aceptan tareas enviadas por correo electrónico, él único medio para la recepción de tareas es por medio de la plataforma moodle. En el último parcial es posible que se incluya preguntas referentes al proyecto final. Si el estudiante por cualquier razón va a presentar un supletorio DEBE realizar todo el trámite respectivo. La evaluación total del curso se realizará de la siguiente manera: a. Parte teórica 65% b. Proyecto Final 15% c. Laboratorio 20% 100% Si el estudiante no obtiene una nota de 3.0 ó superior en la parte teórica, el proyecto final ni el laboratorio se tendrá en cuenta para la nota definitiva, dando como resultado la no aprobación de la materia. Es claro anotar que como el laboratorio va ligado a la parte teórica de la materia, en los parciales se harán preguntas concernientes a los temas o procedimientos tratados en el laboratorio. La nota del proyecto final del curso estará distribuida así: Entrega Final Presentación 20% Funcionamiento 80% Total 100% Electrónica y Laboratorio Página 6 de 7

7 BIBLIOGRAFÍA 1. Robbins, Allan H. Miller, Wilhelm C. Análisis de circuitos: teoría y práctica. 4 Ed. México, Cengage Learning, Cuéllar Q. Juan Carlos. Principios de Electrónica. Universidad Icesi Boy Lestad & Nashelsky. Fundamentos de Electrónica. Editorial Prentice Hall - Cuarta Edición 4. Johnson, Hilburn. Circuitos Eléctricos. Editorial Prentice Hall 5. Malvino, Paul. Principios de Electrónica. Editorial Mc Graw Hill 6. Monk, Simon. Arduino + Android projects for the Evil Genius: control Arduino with your smartphone or tablet. New York, McGraw-Hill, Margolis, Michael. Arduino cookbook. 2. ed. O'Reilly Media, Inc., Electrónica y Laboratorio Página 7 de 7