PROGRAMA DE ASIGNATURA INGENIERÍA BIOMÉDICA NIVEL 5 CRÉDITOS DE LA ASIGNATURA. FECHA DE REVISIÓN Diciembre de 2009

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1 PROGRAMA DE ASIGNATURA INGENIERÍA BIOMÉDICA NOMBRE DE LA ASIGNATURA ELECTRÓNICA ANÁLOGA Y DE POTENCIA DISCIPLINA CURRICULAR A LA QUE PERTENECE PROGRAMA ACADÉMICO ELECTRICIDAD Y ELECTRONICA INGENIERIA BIOMEDICA NIVEL 5 PRERREQUISITO(S) CIRCUITOS ELÉCTRICOS CORREQUISITO(S) CRÉDITOS DE LA ASIGNATURA 3 créditos HORAS CON ACOMPAÑAMIENTO DIRECTO(teóricas y prácticas) 48 Teóricas + 16 prácticas= 64 HORAS DE TRABAJO INDEPENDIENTE 128 FECHA DE REVISIÓN Diciembre de 2009 JUSTIFICACIÓN La electrónica análoga es fundamental en la adquisición y acondicionamiento de señales, al igual que la electrónica de potencia para la actuación sobre dispositivos que modificarán una variable o condición en una aplicación biomédica. Es por esto que cobran importancia estas áreas de la electrónica, razón por la cual se hace relevante estudiar los principios y leyes fundamentales que las rigen. PROBLEMA Nuestra sociedad requiere soluciones tecnológicas innovadoras, que apoyados en la electrónica análoga y de potencia conlleven al desarrollo de equipos, dispositivos, ayudas diagnósticas, sistemas de rehabilitación de discapacitados, entre otros. OBJETO DE ESTUDIO Parte de la realidad científica en estudio. Sistemas de electrónica análoga y de potencia OBJETIVO GENERAL DE FORMACIÓN DE LA ASIGNATURA Implementar sistemas de electrónica análoga y de potencia de mediana complejidad basados en las leyes y principios y leyes fundamentales que los rigen, mediante visión integral, de trabajo en equipo, creativa y analítica, que permita proyectar dichos sistemas en el ámbito de la Bioinstrumentación y el procesamiento de señales. CONTENIDO SISTEMA DE HABILIDADES

2 Implementar circuitos electrónicos básicos con diodos. Diseñar circuitos electrónicos básicos con transistores. Construir una fuente de alimentación básica combinando componentes electrónicos diversos. Diseñar aplicaciones de procesamiento de señales basados en amplificadores operacionales. Clasificar los circuitos osciladores y sus aplicaciones básicas. Implementar sistemas de control de mediana complejidad empleando dispositivos electrónicos de potencia de estado sólido. SISTEMA DE CONOCIMIENTOS DIODOS SEMICONDUCTORES Reseña histórica Átomos y tipos de enlaces: conducción en cristales semiconductores; Semiconductores tipo P y tipo N; uniones PN; Polarización de la unión PN. El Diodo Ideal. Diodos Reales. Semiconductores Diodo Polarizado Directamente. Diodo Polarizado Inversamente. Característica V-I Circuitos con Diodos. Rectificador de media onda. Rectificador de onda completa. Recortadores y Fijadores. Duplicadores y triplicadores de voltaje. Diodos Especiales. El diodo Zener. El LED. El Fotodiodo. El diodo Schottky. TRANSISTORES TRANSISTORES DE UNIÓN BIPOLAR (BJT). o Estructura, funcionamiento y curvas características. o Polarización. o Configuraciones de polarización. o Estabilidad del punto de operación. o Aplicaciones del transistor bipolar de juntura en C.D. o Inversor y compuertas lógicas. o Reguladores de voltaje en serie y en paralelo. o Circuitos de pequeña señal del BJT. o Amplificador en emisor común. o Circuitos de gran señal del BJT. o Rectas de carga en C.D. y C.A. o Máxima excursión simétrica. o Conexiones Darlington. o Seguidores de Emisor. o Aplicaciones del BJT. TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO (FET). o Estructura, funcionamiento y curvas características. o Polarización. o Configuraciones de polarización. o Estabilidad del punto de operación. o Aplicaciones del transistor de efecto de campo. o Circuitos de pequeña señal del transistor de efecto de campo. o Modelo del JFET. o Amplificador en fuente común. o Circuitos de gran señal del transistor de efecto de campo. o Rectas de carga en C.D. y A.C.

3 o o o Máxima simetría de excursión. El MOSFET. Aplicaciones del FET. FUENTES DE ALIMENTACIÓN Reguladores de Voltaje usando transistores y diodos Zener. Reguladores integrados y especificaciones del fabricante. Fuentes de Alimentación. AMPLIFICADORES OPERACIONALES El Amplificador Diferencial. El Amplificador Operacional. Estructura del OP-AMP. Aspectos generales del OP-AMP. Notación y terminología. Circuito eléctrico equivalente. Alimentación. Realimentación. Encapsulado del OP-AMP. Características del OP-AMP ideal y del OP-AMP real. Circuitos con amplificador inversor. Circuito separador (buffer). Circuito no inversor. Circuitos con amplificador sumador. Sumador inversor. Sumador no inversor. Circuitos restadores. Restadores con alta impedancia de entrada. Fuentes de voltaje de referencia. Fuentes de corriente. Convertidores corriente-voltaje y voltaje-corriente. El Integrador. El Diferenciador. Comparadores. Convertidores de Forma de Onda. Generadores de Señal. Circuitos Activos con Diodos. Aplicaciones de los Amplificadores Operacionales Filtros activos de primer orden: pasa-bajas, pasa-altas, pasa-bandas y rechaza-bandas. OSCILADORES Teoría de los Osciladores Sinusoidales. Osciladores RC. Osciladores LC. Osciladores discretos Osciladores integrados. DISPOSITIVOS DE POTENCIA DE ESTADO SOLIDO. Introducción. Diodos. Transistores Bipolares. MOSFET. IGBT. Tiristores. SCS, GTO, MCT e IGCT, Fototiristores. Relés de estado sólido. Limitaciones y protección zonas de operación segura (SOA), limitaciones (rattings) de los tiristores, redes snubber.

4 Comportamiento térmico. Conmutación de dispositivos de Potencia. Activación de transistores de potencia. Activación del transistor BJT. Activación de los transistores MOSFET e IGBT. Activación de los tiristores. Características de conmutación, requerimientos de los circuitos de disparo, formas de disparar, disparo de TRIACs. Dispositivos para el disparo, circuitos de disparo. Cálculos y aplicaciones de control con tiristores. Circuito básico de disparo por fase, el problema de la histéresis. Circuito básico de disparo por oscilador de relajación. Control por paso por cero. Aplicaciones de los Dispositivos de Potencia de Estado Sólido. SISTEMA DE VALORES Observación Rigor científico Metodología de trabajo científico Criterios de selección para tomar decisiones ante la variedad de información de que el puede disponer. Valorar el carácter interdisciplinario de las ciencias. Reconocer la necesidad del trabajo en equipo. Integrar los conocimientos de la electrónica para el desarrollo de otras ciencias y de la sociedad. ESTRUCTURA DE LA ASIGNATURA POR TEMAS Habilidad del sistema de habilidades de la asignatura (Objetivo de cada tema) Implementar circuitos electrónicos básicos con diodos. Diseñar circuitos electrónicos básicos con transistores. Construir una fuente de alimentación básica combinando componentes electrónicos diversos. Diseñar aplicaciones básicas de procesamiento de señales basados en amplificadores operacionales. Clasificar los circuitos osciladores y sus aplicaciones básicas. Implementar sistemas básicos de control empleando dispositivos electrónicos de potencia de estado sólido. METODOLOGÍA Métodos Medios Tema Horas con acompañamiento Horas independientes DIODOS SEMICONDUCTORES TRANSISTORES FUENTES DE ALIMENTACIÓN 3 6 AMPLIFICADORES OPERACIONALES OSCILADORES DISPOSITIVOS DE POTENCIA DE ESTADO SÓLIDO Se combinan actividades prácticas: laboratorios, talleres con la clase expositiva y el uso de tecnología educativa. Se estimula la actividad cognoscitiva del estudiante y el pensamiento creativo utilizando el método problémico de búsqueda parcial: o El profesor prepara los contenidos (conocimientos, habilidades y valores) que serán objeto de análisis en cada clase, propone el problema por resolver y orienta al estudiante a desarrollar uno a uno los pasos del método científico. o El estudiante indaga y encuentra los elementos que le permiten resolver el problema. Se combinan los medios tradicionales (tiza y tablero), textos guías, documentos preparados por el profesor con prácticas de laboratorio, prácticas de simulación con el software PROTEUS y otras ayudas didácticas que se

5 seleccionan según el interés y el talento de los estudiantes. Formas - se organiza en formas variadas utilizando técnicas individuales como la consulta y la autopreparación y las técnicas de grupo como la clase expositiva, los laboratorios y las actividades prácticas, apoyadas con tutorías de docentes y de estudiantes talento. con las siguientes prácticas de laboratorio: PRÁCTICAS DE LABORATORIO 1. Aplicaciones de los diodos (Rectificadores, recortadores, fijadores y regulación con zener) (2 horas) 2. Amplificadores con transistores (2 horas) BJT 3. Amplificadores con transistores (2 horas) FET 4. Aplicaciones básicas con amplificadores OBJETIVO GENERAL Implementar circuitos electrónicos de aplicación de los diodos semiconductores. Diseñar un amplificador de pequeña señal basado en transistores bipolares. Diseñar un amplificador de pequeña señal basado en transistores de efecto de campo. Diseñar sistemas que realicen operaciones básicas con amplificadores operacionales y simular su desempeño. operacionales y simulación (2horas) 5. Filtros activos (2 horas) Implementar filtros activos basados en amplificadores operacionales. 6. Osciladores y sus aplicaciones (2 horas) Implementar un oscilador, sinusoidal y no sinusoidal. 7. Control de potencia con dispositivos de estado sólido unidireccionales (2 horas) 8. Control de potencia con dispositivos de estado sólido bidireccionales y optoacopladores (2 horas) SISTEMA DE EVALUACIÓN Construir una aplicación de control de potencia con dispositivos de estado sólido unidireccionales. Construir una aplicación ce control de potencia con dispositivos de estado sólido bidireccionales y optoacopladores. En la EIA, la evaluación se concibe como un proceso continuo que aporta al aprendizaje, mediante el cual se logra verificar el avance en el cumplimiento de los objetivos -metas de aprendizaje- de la asignatura y emprender las acciones de refuerzo que en forma oportuna se requieran. La evaluación tendrá un carácter integral propiciando, siempre que sea posible, la autoevaluación, coevaluación y heteroevaluación. La evaluación debe valorar, y en algunos momentos calificar, tanto el desarrollo de las habilidades de pensamiento como el desarrollo de las competencias propuestas en la asignatura. El examen final debe verificar el cumplimiento del objetivo definido para la asignatura, o sea la integración de las competencias (conocimientos, habilidades, actitudes y valores) logradas durante el proceso. Por ello, el examen final es diseñado por el grupo de profesores de la asignatura, y aprobado por el coordinador de área. El sistema de calificación definido para el curso es el siguiente: Examen final 30% Examen parcial 20% Proyecto integrador 15% Laboratorios 20% Seguimiento 15% BIBLIOGRAFÍA BÁSICA 1. BOYLESTAD, Robert L. NASHELSKY, Louis. Electrónica: Teoría de circuitos y dispositivos electrónicos. 8 Ed. Méjico: Pearson, ( /B792/8ed). 2. NILSSON, James W. y RIEDEL, Susan A. Circuitos eléctricos. 7 ed. New Yersey : Prentice Hall, ( /N712/7ed).

6 3. RASHID, Muhammad H. Electrónica de potencia.3ª ed. Méjico: Prentice-Hall International, ( /R224/3ed). 4. RASHID, Muhammad H. Circuitos microelectrónicos: análisis y diseño. Méjico: Thomson, ( /R224c). 5. FLOYD, Thomas. Dispositivos electrónicos. 8 Ed. Méjico: Pearson Prentice-Hall, COGDELL, J.R. Fundamentos de electrónica. 1 ed. Méjico: Prentice Hall, ( /C676). 7. MILLMAN, Jacob. HALKIAS, Christos C. Electrónica integrada: circuitos y sistemas análogos y digitales. 9 Ed. España: Hispano europea, ( /M655e). Sitios Web 8. Bioinstrumentacion. Kiron. [En línea] [Citado el: 01 de agosto de 2009.] 9. National Semiconductor. [En línea] [Citado el: 01 de agosto de 2009.] ANALOG DEVICES. [En línea] [Citado el: 01 de agosto de 2009.] Revistas Especializadas 11. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. Orlando : The Institute of Electrical and Electronics Engineering. (Disponible en biblioteca). 12. IEEE Engineering in Medicine and Biology Magazine. New York : IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. (Disponible en biblioteca). Revisado por: RÓBINSON ALBERTO TORRES VILLA Profesor Ingeniería Biomédica MAURICIO ARIAS CORREA Coordinador Área de Electricidad y Electrónica