COMPONENTES Y CIRCUITOS (CC)

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1 COMPONENTES Y CIRCUITOS (CC) La asignatura Componentes y Circuitos (CC) tiene carácter troncal dentro de las titulaciones de Ingeniería Técnica de Telecomunicación, especialidad en Sistemas de Telecomunicación e Ingeniería Técnica de Telecomunicación, especialidad en Telemática, correspondientes al Plan de Estudios Dispone de 6 créditos, repartidos entre 3 créditos teóricos y 3 créditos prácticos y se ofrece cada cuatrimestre en l Escola Politècnica Superior de Castelldefels. 1. Características generales de la asignatura La asignatura Componentes y Circuitos (CC) comenzó a impartirse en Septiembre de 2000 en Sant Just Desvern. Los datos identificativos de la asignatura son: Nombre: Plan de Estudios: Escuela: Carácter: Ciclo: Cuatrimestre: Créditos: Teóricos: Prácticos: Número de semanas lectivas: Horas lectivas: Carga de trabajo para el alumno Componentes y Circuitos. Ingeniería Técnica de Telecomunicación Especialidades en Sistemas de Telecomunicación y en Telemática (Plan 2000). Escola Politécnica Superior de Castelldefels (EPSC). Troncal Primer ciclo 1A 3 (2 h /semana) 3 (2 h /semana) 15 semanas 60 h 4 h /semana 2. Objetivos generales de la asignatura y su temario El objetivo de la asignatura Componentes y Circuitos es introducir el estudiante en el conocimiento de los componentes electrónicos pasivos y del amplificador operacional para analizar circuitos electrónicos elementales. El alumno realizará una serie de prácticas paralelas a la impartición de la teoría con lo que adquirirá conocimientos y habilidades en el uso de la instrumentación básica de un laboratorio de electrónica al mismo tiempo que comprobará de forma experimental los conceptos de la teoría. La asignatura Componentes y Circuitos pretende: Iniciar a los estudiantes en el análisis y diseño de circuitos electrónicos sencillos e introducirle en el uso de los instrumentos básicos de un laboratorio de electrónica. Hacer comprobar a los estudiantes los conocimientos básicos de la teoría de circuitos mediante la implementación de prácticas de laboratorio.

2 A finalizar la asignatura los alumnos y alumnas deberán ser capaces de: Identificar los componentes y dispositivos de un circuito eléctrico básico: fuentes independientes y fuentes dependientes de tensión y de corriente, elementos resistivos (resistores fijos y variables), elementos almacenadores de energía (condensadores, bobinas y transformadores), el amplificador operacional y los diodos (rectificadores, LED y zener). Definir la ley de Ohm y las leyes de Kirchhoff. Analizar circuitos resistivos lineales de forma elemental, a partir de los métodos sistemáticos (nudos, mallas, superposición) derivados de las leyes de Kirchhoff. Simplificar circuitos por el método de transformación de fuentes. Analizar circuitos lineales y no lineales básicos con amplificadores operacionales. Analizar circuitos lineales con elementos almacenadores de energía de primer orden, en el dominio temporal. Comparar diferentes estrategias para resolver un circuito determinado y elegir la idónea. Utilizar la herramienta de simulación PSPICE como alternativa al análisis manual de circuitos. Verificar experimentalmente las principales leyes y teoremas de la teoría de circuitos lineales. Comprobar experimentalmente el comportamiento de los componentes y dispositivos electrónicos básicos: resistencias, potenciómetros, condensadores, amplificadores operacionales, diodos. Utilizar correctamente los instrumentos básicos de un laboratorio de electrónica: el osciloscopio, el multímetro digital, la fuente de alimentación y el generador de funciones. Recopilar información sobre el impacto ambiental de la electrónica y hacer un resumen de los aspectos más importantes. Diseñar circuitos electrónicos de aplicación sencillos.

3 Temario TEMA 1: COMPONENTES Y MAGNITUDES ELÉCTRICAS (2 h) 1.1. Carga eléctrica y campo eléctrico Trabajo y diferencia de potencial Corriente eléctrica Potencia eléctrica Componentes, dispositivos y circuitos Componentes y dispositivos básicos Conductores e interruptores Fuentes de energía independientes Circuitos Leyes de Kirchhoff El impacto ambiental de los residuos electrónicos. TEMA 2: CIRCUITOS RESISTIVOS LINEALES CON FUENTES INDEPENDIENTES Y DEPENDIENTES. EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL (18 h) 2.1. Ley de Ohm Concepto de circuito equivalente Asociación de resistencias en serie. El divisor de tensión Asociación de resistencias en paralelo. El divisor de corriente Reducción de circuitos resistivos Métodos sistemáticos de análisis de circuitos Análisis de circuitos resistivos por el método de nudos Análisis de circuitos resistivos por el método de mallas Concepto de linealidad y de superposición Aplicación del principio de superposición al análisis de circuitos Circuitos equivalentes Thévenin i Norton Transferencia de señal Concepto de fuente dependiente lineal. Tipos de fuentes dependientes Análisis de circuitos con fuentes dependientes por el método de nudos, mallas y superposición Equivalentes de Thévenin y de Norton de circuitos lineales con fuentes dependientes Fundamentos básicos de amplificadores El amplificador operacional El amplificador operacional ideal Circuitos lineales básicos con AO Circuitos no lineales básicos con AO.

4 TEMA 3: CIRCUITOS RC Y RL (8 h) 3.1. El condensador El condensador ideal y real. Principio físico de funcionamiento. Almacenamiento de energía en un condensador. Reactancia Asociación de condensadores Análisis de circuitos RC. Carga y descarga de un condensador La bobina El inductor ideal y real. Principio físico de funcionamiento. Almacenamiento de energía en una bobina. Reactancia Asociación de inductores Análisis de circuitos RL. Carga y descarga de un inductor El transformador El transformador ideal. Modelo físico Análisis de circuitos con transformador. 3. Objetivos específicos por temas de la parte teórica El objetivo de la asignatura Componentes y Circuitos es introducir el estudiante en el conocimiento de los componentes electrónicos pasivos y del amplificador operacional para el análisis elemental de circuitos electrónicos. El alumno realizará una serie de prácticas paralelas a la impartición de la teoría con lo que adquirirá conocimientos y habilidades en el uso de la instrumentación básica de un laboratorio de electrónica al mismo tiempo que comprobará de forma experimental los conceptos de la teoría. A continuación vamos a describir el desglose de la asignatura. En cada tema destacamos diferentes aspectos: los principales objetivos específicos, los conocimientos previos que debe conocer el alumno para poder abordar convenientemente los nuevos conceptos y los ejercicios básicos que debe realizar. Tema 1: COMPONENTES Y MAGNITUDES ELÉCTRICAS (2 h) 1- Objetivos Al finalizar este tema los alumnos y alumnas deberán ser capaces de: 1. Definir los conceptos de carga eléctrica y campo eléctrico. 2. Definir el concepto de diferencia de potencial. 3. Definir el concepto de energía y potencia eléctrica. 4. Explicar el concepto de circuito y los elementos que lo forman. 5. Determinar la resistencia eléctrica de un conductor. 6. Definir y enumerar las distintas fuentes de energía independientes y dependientes.

5 7. Representar la característica corriente-tensión de un elemento de circuito. 8. Definir analíticamente y representar gráficamente las señales: escalón, rampa, impulso, senoidal y exponencial 9. Enunciar las leyes de Kirchhoff. 10. Definir los conceptos de valor eficaz y valor medio de una señal. 11. Calcular el valor medio y el valor eficaz de señales eléctricas: senoidal, cuadrada, triangular. 12. Aplicar las Leyes de Kirchhoff a diferentes circuitos eléctricos, con fuentes independientes y elementos de circuito indefinidos. 13. Escribir los símbolos utilizados y las unidades del Sistema Internacional para las magnitudes eléctricas. 2- Conocimientos previos Antes de comenzar este tema los alumnos y alumnas deben conocer: 1. Los métodos de derivación e integración de funciones fundamentales. 2. Las unidades básicas del Sistema Internacional. 3. La representación gráfica de funciones. 4. La representación numérica científica. Tema 2: CIRCUITOS RESISTIVOS LINEALES CON FUENTES INDEPENDIENTES Y DEPENDIENTES. EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL (18 h) 1- Objetivos Al finalizar este tema los alumnos y alumnas deberán ser capaces de: 1. Enunciar la Ley de Ohm. 2. Obtener el valor resistivo de un resistor a partir de su curva característica corriente-tensión. 3. Calcular la potencia media disipada por un resistor a partir de la tensión en sus terminales o la corriente que la atraviesa. 4. Identificar el símbolo de los resistores fijos y variables. 5. Interpretar el valor nominal, la tolerancia y la potencia nominal de los resistores. 6. Escribir las ecuaciones resultantes de aplicar las leyes de Kirchhoff a circuitos resistivos. 7. Aplicar el método sistemático de análisis de circuitos por nudos y el método sistemático de análisis de circuitos por mallas, a circuitos que contengan resistores y fuentes de energía independientes. 8. Aplicar la definición de circuito equivalente. 9. Determinar la resistencia equivalente entre los dos terminales de un circuito resistivo. 10. Asociar resistores en serie y en paralelo. 11. Diferenciar el divisor de tensión y el divisor de corriente.

6 12. Resolver circuitos resistivos a partir de los conceptos de divisor de corriente y divisor de tensión. 13. Simplificar los circuitos por medio de cambios topológicos, e identificar sus elementos superfluos, cuando sea posible. 14. Diferenciar una función lineal de una función no lineal. 15. Deducir el principio de superposición a partir de la definición de linealidad. 16. Resolver circuitos resistivos con fuentes independientes mediante superposición. 17. Deducir los circuitos equivalentes de Thévenin y Norton a partir del concepto de linealidad. 18. Calcular el equivalente Thévenin y el equivalente Norton de un circuito lineal. 19. Determinar si dos circuitos son equivalentes a partir de su característica corriente-tensión. 20. Describir las equivalencias entre el equivalente de Thévenin y el equivalente de Norton. 21. Reducir circuitos por medio de la obtención de circuitos equivalentes de subcircuitos y la transformación de fuentes. 22. Optimizar una variable de circuito (tensión, corriente, potencia) en función de algún parámetro, como puede ser una resistencia. 23. Calcular la resistencia de carga de un circuito para que disipe la máxima potencia. 24. Obtener el punto de trabajo de un elemento no lineal conectado a un circuito equivalente Thévenin. 25. Definir el concepto de fuente dependiente de energía y saberlo diferenciar del de fuente independiente de energía. 26. Identificar el parámetro de control de las fuentes dependientes. 27. Relacionar las fuentes dependientes con el modelo de dispositivos activos. 28. Sustituir en un circuito, el símbolo de un elemento activo por su modelo. 29. Resolver circuitos con un transistor bipolar por medio de la substitución de su símbolo por el modelo de la fuente lineal dependiente de corriente. 30. Resolver circuitos resistivos que contengan fuentes independientes y fuentes dependientes. 31. Obtener el equivalente de Thévenin y el equivalente de Norton de circuitos resistivos que contengan fuentes independientes y dependientes. 32. Definir el comportamiento y el modelo del amplificador operacional ideal. 33. Resolver circuitos con un amplificador operacional por medio de la substitución de su símbolo por el modelo de la fuente lineal dependiente de tensión. 34. Analizar circuitos lineales con amplificadores operacionales por medio de la técnica del cortocircuito virtual. 35. Comparar los distintos métodos de análisis de circuitos. 36. Obtener la respuesta del comparador de tensión con amplificador operacional.

7 2- Conocimientos previos Antes de comenzar este tema los alumnos y alumnas deben conocer: 1. Todos los conceptos tratados hasta el Tema La definición de linealidad de una función de varias variables. 3. Las propiedades de la derivada y de la integral. 4. Resolver problemas de optimización. 5. Utilizar el programa PSPICE para el análisis de circuitos resistivos. 6. Los conocimientos físicos y eléctricos expuestos en el Tema La comprensión de las Leyes de Kirchhoff para poderlas aplicar al análisis sistemático de circuitos. 8. La resolución de sistemas de ecuaciones lineales. 9. La representación gráfica de características corriente-tensión. Tema 3: CIRCUITOS RC Y RL (8 h) 1- Objetivos Al finalizar este tema los alumnos y alumnas deberán ser capaces de: 1. Explicar el principio de funcionamiento del condensador así como su característica corriente-tensión. 2. Demostrar la condición de continuidad de la tensión entre los terminales de un condensador. 3. Calcular la capacidad equivalente y la inductancia equivalente correspondiente a asociaciones de condensadores e inductores. 4. Analizar circuitos de primer orden con condensadores, resistencias, interruptores y generadores de energía. 5. Explicar el principio de funcionamiento del inductor así como su característica corriente-tensión. 6. Demostrar la condición de continuidad de la corriente entre los terminales de un inductor. 7. Analizar circuitos de primer orden con inductores, resistencias, interruptores y generadores de energía. 8. Calcular analíticamente las expresiones de la corriente y de la tensión en condensadores e inductores correspondientes a funciones fundamentales. 9. Representar gráficamente las formas de onda de la corriente y de la tensión en condensadores e inductores correspondientes a funciones fundamentales. 10. Resolver circuitos con condensadores o inductores, resistencias y fuentes independientes constantes de corriente y de tensión, en régimen permanente. 11. Formular la característica ideal del transformador y describir sus principales parámetros y características.

8 12. Resolver circuitos sencillos que incluyen el modelo del transformador ideal. 2- Conocimientos previos Antes de comenzar este tema los alumnos y alumnas deben conocer: 1. Los conceptos estudiados en los temas anteriores, en especial los relacionados con el análisis sistemático de circuitos, equivalente de Thévenin y de Norton. 2. Los conceptos de campo eléctrico y campo magnético. 3. La derivación e integración de funciones fundamentales, en especial de la función exponencial. 4. Las propiedades de las funciones continuas y discontinuas y el cálculo de límites laterales. 5. Representar gráficamente funciones compuestas con la función exponencial.