Centro de Nanociencias y Nanotecnología Licenciatura en Nanotecnología

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1 PROGRAMA DE ASIGNATURA 1 CLAVE DENOMINACIÓN DE LA ASIGNATURA SEMESTRE 003 INSTRUMENTACIÓN ELECTRÓNICA OCTAVO MODALIDAD CARÁCTER HORAS SEMESTRE HORAS/SEMANA TEÓRICAS PRÁCTICAS CRÉDITOS CURSO, TALLER ETÁPA TIPO OPTATIVA PROFUNDIZACIÓN EJE TEMÁTICO DE MICROELÉCTRÓNICA Y NANOFABRICACIÓN TEÓRICO -PRÁCTICA ÁREA DE CONOCIMIENTO TÓPICOS DE INGENIERÍA OBJETIVO Proporcionar al alumno los fundamentos teóricos y prácticos sobre instrumentación analógica y digital más comunmente utilizados en la caracterización de dispositivos microelectrónicos tales como sensores y actuadores. El alumno podrá ser capaz de diseñar etapas de instrumentación electrónica para diversas aplicaciones, así como el control y adquisición de señales eléctricas y su procesamiento mediante una computadora o microcontrolador. SERIACIÓN OBLIGATORIA O INDICATIVA DE LAS ASIGNATURAS ASIGNATURA ANTECEDENTE ASIGNATURA SUBSECUENTE ELECTRÓNICA BÁSICA CIRCUITOS ELÉCTRICOS PRERREQUISITOS: ELECTRÓNICA BÁSICA Y CIRCUITOS ELÉCTRICOS TEMAS TEORÍA # HORAS I Introducción II Sistemas de adquisición de datos III Adquisición y manipulación de datos utilizando Labview IV Instrumentación analógica y digital V Sensores y actuadores VI Técnicas de aproximación VII Mediciones electroquímicas básicas Total horas 32 1 Elaborado por: MC. Ulises Jesús Tamayo Pérez. Dr. Eduardo Antonio Murillo Bracamontes, Marzo 201 Pág. 1 de

2 CONTENIDO TEMÁTICO Unidad Tema Horas clase I Introducción Objetivo: El alumno conocerá los conceptos básicos de los sistemas de medición y los podrá aplicar en el manejo de instrumentos para la caracterización eléctrica de micro y nanodispositivos. II III 1.1 Componentes de un sistema generalizado de medición. 1.2 Señales analógicas y digitales. 1.3 Concepto de exactitud y precisión. 1. Características de los sensores e instrumentos: precisión, tolerancia, rango, resolución, sensibilidad, linealidad, umbral, histéresis. 1. Incertidumbre en la medición: fuentes de error (instrumento, ambiente, conexiones) 1.6 Reducción de errores sistemáticos: capacitación, calibración, filtrado, corrección. 1.7 Calibración de instrumentos y trazabilidad. Sistemas de adquisición de datos Objetivo: El alumno aprenderá a manejar un sistema de adquisición de datos para muestrear y almacenar señales, tanto analógicas como digitales, de la respuesta de dispositivos microelectrónicos ante variables físicas Tipos de sistemas de adquisición de datos (DAQ, por sus siglas en inglés) Características de los sistemas de adquisición de datos: resolución, velocidad de muestreo, canales analógicos, canales digitales, muestreo independiente, muestreo simultáneo Teorema de Nyquist. 2.. Aliasing. 2.. Convertidores analógico a digital ADC Convertidores digital a analógico DAC. Adquisición y manipulación de datos utilizando Labview Objetivo: El alumno aprenderá a utilizar el software Labview para el control de instrumentos en la adquisición, despliegue y almacenamiento de datos provenientes de la respuesta de micro y nanodispositivos. 3.1 Introducción al ambiente de programación y creación de instrumentos virtuales. 3.2 Diagramas de flujo. 3.3 Diagrama a bloques y panel frontal. 3. Creación y uso de proyectos. 3. Modelo de programación de flujo de datos. 3.6 Tipos de estructuras. 3.7 Temporizadores. 3.8 Driver para tarjetas de adquisición de datos. 3.9 Protocolos de comunicación (GPIB, USB, Bluetooth). Pág. 2 de

3 CONTENIDO TEMÁTICO Unidad Tema Horas clase 3.10 Adquisición y despliegue de datos Almacenamiento de datos: Implementación de funciones de archivo I/O para leer y escribir datos a archivos. IV V VI Instrumentación analógica y digital Objetivo: El alumno se familiarizará con las técnicas de acondicionamiento de señales en micro y nanodispositivos para la medición de voltaje, corriente, resistencia y conductividad, tomando en consideración los factores que intervienen..1. Fuentes de ruido..2. Errores de medición..3. Acondicionamiento de señales... Circuitos con amplificadores operacionales... Mediciones en función del tiempo..6. Mediciones de voltaje..7. Mediciones de corriente..8. Concepto de densidad..9. Mediciones de resistencia y resistividad..10. Mediciones de conductancia y conductividad..11. Método de las puntas de Kelvin..12. Puente de Wheatstone. Sensores y actuadores Objetivo: El alumno se familiarizará con los diferentes tipos de sensores y actuadores que se utilizan en la fabricación de micro y nanodispositivos para el monitoreo y control de variables físicas..1. Sensor de temperatura..2. Sensor de fuerza..3. Sensor de presión... Sensor de luz... Sensor de posición..6. Electroimanes..7. Sensor de efecto hall..8. Motores de DC (Corriente Directa)..9. Puente H..10. Motores de pasos y sus controladores..11. Control analógico y digital..12. Control PID (Proporcional Integral Derivativo). Técnicas de aproximación. Objetivo: El alumno se familiarizará con algunas técnicas de aproximación y caracterización de micro y nanodispositivos Manejo estadístico de datos (media, varianza, moda, etc.) 6.2. Memoria y almacenamiento de datos Caracterización y aproximaciones. 6.. Curva de calibración. 6.. Ley de Lambert-Beer: Absorbencia y transmitancia. Pág. 3 de

4 VII Mediciones electroquímicas básicas. Objetivo: El alumno estudiará la interacción en la interfaz eléctrico- iónica en dispositivos nanoestructurados, así como los factores que intervienen en ésta Celdas electroquímicas Tipos de celdas electroquímicas Electrodos de referencia. 7.. Iones en solución. 7.. Solvatación Doble capa electroquímica Potenciales oxido-reducción Voltametrías cíclica y lineal Conductividad iónica en soluciones. Bibliografía básica Neamen, Donald A. Dispositivos y circuitos electrónicos, Editorial Mc Graw Hill, Cuarta Edición (2012). Stephen E. Derenzo Practical Interfacing in the Laboratory Using a PC for Instrumentation, Data Analysis and Control. Cambridge University Press. Bibliografía complementaria Blackburn, James A Modern Instrumentation for Scientists and Engineers. Ed. Springer. Canadá. Webster, John G Measurement, Instrumentation, and Sensors Handbook. Ed. CRC Press Larsen, Ronald W Labview for Engineers. Ed. Prentice Hall. New Jersey. LabVIEW User Manual National Instruments. USA. PRÁCTICAS DE LABORATORIO SUGERIDAS #HORAS TEMAS I Convertidor analógico a digital (ADC) 2 II Convertidor digital a analógico (DAC) 2 III Introducción al LabView 2 IV Adquisición y manipulación de datos utilizando Labview V puntas de Kelvin 2 VI Puente de Wheatstone 2 VII Sensor de temperatura 2 VIII Sensor de fuerza y presión 2 IX Motores de paso (dispensador de soluciones programable) 2 X Control PID (control de velocidad) 2 XI Caracterización de sensores no lineales XII Ley de Lambert-Beer 2 XIII Voltametrías cíclica y lineal. 2 XIV Reposición 2 Total de horas 32 Pág. de

5 SUGERENCIAS DIDÁCTICAS TÉCNICAS DE EVALUACIÓN SUGERIDAS Exposición oral x Exámenes parciales x Exposición audiovisual x Examen final x Ejercicios dentro de clase x Trabajos y tareas fuera del aula x Ejercicios fuera del aula x Prácticas de laboratorio x Lecturas obligatorias x Participación en clase x Prácticas de taller o laboratorio x Desempeño en la clase de teoría 60% Desempeño en el taller o laboratorio 0 PERFIL DE LOS PROFESORES QUE PUEDEN IMPARTIR LA ASIGNATURA: Profesor con estudios de posgrado en algún tema afín al área de electrónica, con experiencia o capacitación docente. Pág. de