Centro de Nanociencias y Nanotecnología Licenciatura en Nanotecnología

Transcripción

1 PROGRAMA DE ASIGNATURA 3 CLAVE DENOMINACIÓN DE LA ASIGNATURA SEMESTRE CIRCUITOS ELÉCTRICOS MODALIDAD CARÁCTER HORAS CURSO, LABORATORIO ETÁPA TIPO ÁREA DE CONOCIMIENTO SEMESTR E HORAS/SEMANA TEÓRICAS PRÁCTICAS SEXTO CRÉDITOS OPTATIVA PROFUNDIZACIÓN EJE TEMÁTICO DE MICROELÉCTRÓNICA Y NANOFABRICACIÓN TEÓRICA TÓPICOS DE INGENIERÍA OBJETIVO: El alumno comprenderá los fundamentos teóricos y prácticos relacionados con el análisis de circuitos así como el funcionamiento de los dispositivos analógicos y digitales que sustentan la microelectrónica. Podrá aplicar diversas técnicas de análisis de circuitos en diagramas electrónicos y será capaz de diseñar etapas electrónicas para diversas aplicaciones. Se proporcionarán las bases para comprender el funcionamiento de elementos pasivos y activos que se utilizan para la fabricación de circuitos integrados en la industria de la microelectrónica. SERIACIÓN OBLIGATORIA O INDICATIVA DE LAS ASIGNATURAS ASIGNATURA ANTECEDENTE ASIGNATURA SUBSECUENTE ELECTRÓNICA BÁSICA INSTRUMENTACIÓN ELECTRÓNICA PRERREQUISITOS: ELECTRÓNICA BÁSICA TEMAS: # HORAS 4 I Análisis nodal y de malla II Técnicas de análisis de circuitos en corriente directa III Circuitos en régimen transitorio IV Análisis de estado senoidal permanente V El amplificador operacional VI Compuertas lógicas y lógica secuencial 20 Total de horas 80 3 Elaborado por: Dr. Eduardo Antonio Murillo Bracamontes, M.C. Ulises Tamayo Pérez. 4 El número de horas indicado incluye las prácticas del taller. Pág. 8 de 37

2 CONTENIDO TEMÁTICO Unidad Tema Horas clase 5 I Análisis nodal y de malla Objetivo: El alumno aprenderá técnicas de análisis de nodos y análisis de mallas y las podrá aplicar para determinar voltajes y corrientes en circuitos eléctricos y microelectrónicos Revisión de las leyes de corriente y voltaje de Kirchhoff 1.2. Análisis nodal 1.3. El supernodo 1.4. Análisis de malla 1.5. La supermalla 1.6. Comparación entre las técnicas de análisis de nodos y análisis de mallas. II III IV Técnicas de análisis de circuitos en corriente directa Objetivo: El alumno aprenderá a analizar circuitos analógicos en corriente directa mediante técnicas alternas, y podrá obtener modelos equivalentes para la simplificación de circuitos eléctricos y microelectrónicos Principio de linealidad 2.2. Principio de superposición 2.3. Transformación de fuentes 2.4. Teoremas de Thevenin y Norton 2.5. Teorema de máxima transferencia de potencia 2.6. Aplicación de modelos equivalentes en circuitos microelectrónicos Circuitos en régimen transitorio Objetivo: El alumno podrá analizar circuitos analógicos de primer y segundo orden, así como graficar su respuesta transitoria El circuito RL sin fuente 3.2. El circuito RC sin fuente 3.3. Función escalón unitario 3.4. Respuestas natural y forzada de circuitos RL y RC 3.5. El circuito RLC 3.6. Repuesta natural forzada del circuito RLC Análisis de estado senoidal permanente Objetivo: El alumno comprenderá las propiedades de señales sinusoidales y la respuesta en frecuencia de elementos pasivos que almacenan energía. Comprenderá la importancia del análisis en frecuencia, en la fabricación de dispositivos microelectrónicos Características de la función senoidal 4.2. Respuesta forzada a funciones senoidales 4.3. Función forzada compleja 4.4. El fasor 5 El número de horas indicadas incluye las horas de taller. Pág. 9 de 37

3 CONTENIDO TEMÁTICO Unidad Tema Horas clase Impedancia 4.6. Admitancia 4.7. Análisis fasorial V VI El amplificador operacional Objetivo: El alumno podrá utilizar y diseñar circuitos basados en amplificadores operacionales para realizar operaciones matemáticas y filtrado de señales analógicas. 5.1 Introducción al amplificador operacional 5.2 Fundamentos del amplificador operacional (impedancia de entrada, impedancia de salida, ganancias) 5.3 Seguidor de voltaje 5.4 Amplificador inversor 5.5 Amplificador no inversor 5.6 Sumador inversor 5.7 Sumador no inversor 5.8 Restador 5.9 Integrador 5. Derivador 5.11 Circuitos de instrumentación 5.12 Filtros activos Compuertas lógicas y lógica secuencial Objetivo: El alumno utilizará la lógica booleana mediante el uso de compuertas lógicas y el manejo de los circuitos integrados de las familias TTL (lógica transistor transistor) y CMOS (complementary metal-oxide-semiconductor) más utilizados en sistemas digitales. 6.1 Lógica binaria. 6.2 Definición de teoremas y propiedades del algebra booleana 6.3 Compuertas básicas AND, OR y NOT: simbología, tabla de verdad, diagrama y expresión lógica. 6.4 Compuertas secundarias NOR, NAND, XOR, XNOR: simbología, tabla de verdad, diagrama y expresión lógica. 6.5 Simplificación de expresiones booleanas. 6.6 Familias lógicas digitales de circuitos integrados: TTL y CMOS 6.7 Buffers y salida triestado. 6.8 Multiplexores y demultiplexores. 6.9 Celdas de memoria: latch, flip-flops RS,MS, JK,T,D. 6. Tipos de memorias(rom, ram, eeprom, flash,etc) 6.11 Diagramas de estado Motores a pasos. 20 Total de horas 80 Pág. de 37

4 PRÁCTICAS SUGERIDAS No. de práctica Descripción Construir en el protoboard un circuito de tres mallas que contenga 3 fuentes de voltaje y resistencias. Medir las corrientes de malla utilizando un amperímetro y hacer el análisis teórico utilizando el método de mallas. Comparar los resultados teóricos contra los resultados observados. Construir en el protoboard un circuito de al menos tres nodos que contenga fuentes de voltaje y resistencias. Medir los voltajes de nodo utilizando un voltímetro y realizar el análisis teórico utilizando el método de nodos. Comparar los resultados teóricos contra los resultados observados. Construir en el protoboard un circuito que contenga 3 fuentes de voltaje y resistencias. Medir la corriente que proporciona cada fuente de voltaje en una resistencia del circuito, con una fuente encendida a la vez. Posteriormente, medir la corriente que proporcionan las tres fuentes encendidas en la misma resistencia. Resolver de forma teórica el circuito utilizando el método de superposición para hacer la comprobación. Construir en el protoboard un circuito que contenga 3 fuentes de voltaje y resistencias que se pueda resolver mediante el método de transformación de fuentes. Medir la corriente que proporciona la fuente de la primer malla. Resolver el circuito utilizando transformación de fuentes y comparar con el resultado observado. Construir un circuito de dos mallas que contenga una resistencia de carga (RL). Medir la potencia absorbida por tres distintas resistencias de carga y comprobar el resultado mediante el teorema de máxima transferencia de potencia; utilizar los teoremas de Thevenin y Norton, para determinar el valor de la resistencia de carga que produce una máxima transferencia de potencia. Utilizar el generador de funciones para generar señales senoidales, triangular y cuadrada. Medir estas señales utilizando el osciloscopio para determinar sus parámetros (amplitud, periodo, voltaje pico, voltaje pico-pico, voltaje rms, voltaje promedio). Construir un circuito RC. Utilizar un generador de funciones y medir las formas de onda de los voltajes y corrientes en la resistencia y en el capacitor. Realizar un análisis fasorial y comparar con los resultados observados. Construir un circuito RL. Utilizar un generador de funciones y medir las formas de onda de los voltajes y corrientes en la resistencia y en el inductor. Realizar un análisis fasorial y comparar con los resultados observados. Construir un circuito RLC. Utilizar un generador de funciones y medir las formas de onda de los voltajes y corrientes en la resistencia, capacitor e inductor. Realizar un análisis fasorial y comparar los resultados. Construir un circuito seguidor de voltaje, sumador, restador, integrador y derivador utilizando amplificadores operacionales. Utilizar un generador de funciones y un osciloscopio para realizar las operaciones. Medir las formas de onda de salida. Construir un circuito amplificador no inversor y un amplificador inversor. Utilizar un generador de funciones y un osciloscopio para observar el efecto amplificador. Pág. 11 de 37

5 Construir un filtro pasa altas, pasa bajas y pasa banda utilizando amplificadores operacionales. Utilizar un generador de funciones y un osciloscopio para observar las formas de onda y comprobar las frecuencias de corte. Construir en protoboard un circuito digital utilizando las compuertas digitales básicas AND, OR y NOT; además de las compuertas derivadas NAND, NOR, EX-OR, EX- NOR y comprobar las tablas de verdad vistas en clase. Construir un contador de 2 bits con flip-flops para observar su funcionamiento y el efecto del rebote que existe en un interruptor. Verificar experimentalmente la operación de una máquina de estado para un Flip-flop tipo D visto en clase. Construir un circuto que utilice un circuito multiplexor y demultiplexor. Utilizar LEDs para visualizar las salidas. Construir un circuto para controlar un motor a pasos. Realizar una aplicación práctica con este circuito. Bibliografía básica Hayt, William, Análisis de circuitos en ingeniería, Editorial Mc Graw Hill, 8ª edición. Floyd, Thomas, Fundamentos de Sistemas Digitales, Editorial Prentice-Hall, 9ª edición. Boylestad, Robert L. Electrónica: Teoría de Circuitos y dispositivos electrónicos, Editorial Prentice Hall, ª edición, Bibliografía complementaria Neamen, Donald A. Dispositivos y circuitos electrónicos, Editorial Mc Graw Hill, 4ª edición, SUGERENCIAS TÉCNICAS DE EVALUACIÓN SUGERIDAS DIDÁCTICAS 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 Participación en clase x 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. 12 de 37