FACULTAD DE INGENIERÍA

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1 FACULTAD DE INGENIERÍA Universidad Nacional de San Juan Carrera: INGENIERÍA ELECTRÓNICA Planificación de Cátedra: Electrónica Analógica I Año 2013 Mg. Ing. Mario O. Muñoz Profesor Asociado Mg. Ing. Ana María ECHENIQUE Jefa del Departamento Electrónica y Automática Ing. Daniel Eduardo ARGUMOSA Secretario Académico Carrera: Ingeniería Electrónica Plan: 2005 Área: Ciclo Profesional Semestre 5º Carga Horaria Semanal: 5 horas Régimen: Semestral FACULTAD DE INGENIERÍA Tel /1328/1839/1298 Int. 354 Av. San Martin (Oeste) 1109 Fax San Juan ARGENTINA sec_dea@unsj.edu.ar

2 ELECTRÓNICA ANALÓGICA I PROGRAMA ANALÍTICO Año 2013 INTRODUCCIÓN. La asignatura Electrónica Analógica I se dicta en el 5º semestre de la carrera Ingeniería Electrónica (Ciclo Profesional, 3º año). Tiene como correlativas débiles a las siguientes asignaturas: Teoría de circuitos, Fundamentos de Dispositivos Electrónicos e Inglés II y como correlativas fuertes a Física II e Inglés I. Se dice que la era actual es la de las tecnologías de la información y comunicación, y la electrónica es el pilar fundamental de estas dos áreas. En esta asignatura se expone por primera vez el funcionamiento de dispositivos electrónicos discretos simples como son diodos y transistores, y se explica la metodología de análisis de funcionamiento de estos dispositivos en circuitos simples desde diferentes puntos de vista (electrónico, eléctrico, energético, análisis frecuencial, etc.). Esta metodología de análisis servirá de base para comprender posteriormente el funcionamiento de circuitos electrónicos más complejos. OBJETIVOS Objetivos Generales: Que los estudiantes aprendan a analizar el funcionamiento de circuitos electrónicos analógicos simples con dispositivos semiconductores discretos y dimensionarlos en función de los requerimientos del circuito. Objetivos específicos: El objetivo fundamental de la asignatura es dotar al estudiante de los conceptos y habilidades necesarias para el análisis y diseño de circuitos electrónicos analógicos simples, lo que implica: Comprender el funcionamiento de componentes electrónicos básicos (diodos, transistores bipolares y transistores de efecto de campo). Analizar y comprender el funcionamiento de circuitos con diodos y transistores aplicando las leyes y teoremas eléctricos fundamentales. Comprobar experimentalmente en el laboratorio el funcionamiento de circuitos analizados en clases teóricas. CONTENIDOS UNIDAD UNO 1.1 Diodos Introducción. Propiedades no lineales. El diodo ideal. El diodo real. Ecuación del diodo. Aproximaciones por segmentos de recta y sus circuitos equivalentes. Análisis de circuitos simples con diodos. Recta de carga de corriente continua (análisis gráfico). Análisis de señal débil. Concepto de resistencia dinámica. Desplazamiento del punto Q. Efecto de la temperatura en los diodos. Curva de reducción de los valores nominales. Interpretación de hojas de datos. 1.2 Aplicaciones de diodos Circuitos rectificadores Circuitos básicos de rectificación de media onda y onda completa. Frecuencia de la

3 tensión de salida. Valores medios de las tensiones de salida de los diferentes tipos de rectificador. Filtro capacitivo. Cálculo del valor de la capacitancia de filtrado en función del rizado deseado. Formas de onda de la corriente por los diodos por efecto del filtro capacitivo. Selección de los diodos de acuerdo a los requerimientos del circuito Regulación de tensión Diodos Zener. Descripción del funcionamiento. Análisis de la curva tensión-corriente. Recta de carga. Aplicación a las fuentes de corriente continua. Cálculo de resistencia limitadora en diferentes aplicaciones Otros circuitos con diodos Circuitos limitadores. Características de transferencia (entrada-salida). Recortadores de corte superior y/o inferior con diodos rectificadores y zener. Circuitos comparadores. Comparador con diodo y fuente de corriente continua. Circuitos de fijación. Enclavadores con diodos. Circuitos multiplicadores de amplitud. Doblador. Multiplicador de tensión. Puerta de discriminación o muestreo. Circuitos moduladores y demoduladores. 1.3 Diodos especiales Características fundamentales: Diodos Emisores de Luz (LED). Diodos Schottky. UNIDAD DOS 2.1 Transistores bipolares (BJT) Características constructivas. Funcionamiento. Corrientes en el transistor. Ecuaciones que relacionan las corrientes por los electrodos. Polarización de las junturas Base-Emisor y Base-Colector. Amplificación de corriente en el transistor Configuraciones básicas de los circuitos con transistores: Base común (BC), Emisor común (EC) y Colector común (CC). Curvas características de entrada y salida para cada configuración El amplificador básico. Tipos de polarización, comparaciones. Concepto de recta de carga. Análisis gráfico de corrientes y tensiones. Ubicación del punto de reposo Q. Máxima excursión simétrica de la corriente de colector Cálculos de potencia. Potencia suministrada por la fuente de alimentación. Potencia disipada en la carga. Potencia disipada en el colector. Rendimiento. Factor de mérito. Análisis gráfico de potencias en función de la componente alterna de la corriente de salida Condensadores de acoplamiento de señal y de carga, condensadores interetapa y de desacoplamiento de resistencia de emisor. 2.2 Transistores de efecto de campo (FET) El FET de unión o juntura (J-FET). Generalidades, principios de funcionamiento. Curvas características de salida y de transferencia. Ecuación de Shockley El JFET como resistencia controlada por tensión. Amplificadores con JFET Polarización de JFET. Polarización fija, autopolarización, polarización con divisor de voltaje, recta de carga en la curva característica de transferencia, análisis gráfico Transconductancia y ganancia de tensión FET de compuerta aislada o MOS-FET. Generalidades. MOS-FET de acrecentamiento o enriquecimiento. MOS-FET de agotamiento o empobrecimiento. Características de drenador y transferencia. Polarización. UNIDAD TRES 3.1 Estabilidad de la polarización de transistores bipolares Factores que intervienen en la estabilidad la polarización de transistores bipolares: β, ΔV be, I CBO. Definición de los correspondientes factores de estabilidad: S(β), S(V be ), S(I CBO ). Análisis de un amplificador en configuración emisor común con y sin R E. 3.2 Estabilidad de la polarización de transistores de efecto de campo

4 Polarización para estabilizar la corriente de drenador contra las variaciones de temperatura. Polarización para compensar los efectos de recambio, teniendo en cuenta la dispersión de los parámetros de los transistores. 3.3 Consideraciones térmicas ambientales en los amplificadores con transistores. Curva de reducción de los valores nominales. Características de los transistores de alta potencia dadas por los fabricantes. Significado de los símbolos. Disipadores de calor. UNIDAD CUATRO 4.1 Redes de cuatro terminales Modelo de red basado en cuadripolos. Circuito equivalente con fuente de tensión a la entrada y de corriente a la salida. Modelo del transistor utilizando parámetros híbridos. 4.2 Modelos y análisis de amplificadores de baja frecuencia para señal débil, con parámetros híbridos Resistencia para corriente alterna de la base al emisor cuando se considera la corriente de base o de emisor Modelo del amplificador en configuración base común Ganancias de tensión, corriente y potencia. Impedancias de entrada y salida. Variación de la ganancia de tensión en función de la carga Modelo del amplificador en configuración emisor común Ganancias de tensión, corriente y potencia. Impedancias de entrada y salida Modelo del amplificador en configuración colector común Ganancias de tensión, corriente y potencia. Impedancias de entrada y salida. Reflexión de impedancias. 4.3 Modelo para corriente alterna y señal débil del transistor efecto de campo Análisis de amplificadores en configuración fuente común y seguidor de fuente. 4.4 Especificaciones de los fabricantes Interpretación de las especificaciones dadas por los fabricantes para transistores de baja potencia. UNIDAD CINCO 5.1 Amplificadores de potencia en audiofrecuencia Introducción. Definiciones y tipos de amplificadores. El amplificador ideal. Clases de amplificadores de potencia: A, B, AB, C y D. 5.2 Amplificador de potencia clase "A" acoplado por inductor Situación del punto de reposo. Cálculos de potencia. Potencia suministrada por la fuente de alimentación. Potencias disipadas en la carga y en el colector. Rendimiento. Factor de mérito. Comparación con el análisis de potencia del amplificador emisor común sin inductor Amplificador clase A acoplado por transformador Cálculos de potencia. Potencia suministrada. Potencia transferida a la carga. Disipación de colector. Rendimiento. Factor de mérito. Grado de libertad que proporciona la relación de transformación. 5.3 Hipérbola de disipación máxima Definición de Área de Operación Segura (SOA). 5.4 Amplificadores de potencia clase "B" push-pull Funcionamiento. Determinación de la recta de carga. Distorsión de cruce por cero. Cálculos de potencia. Potencia suministrada. Potencia transferida a la carga. Potencia disipada en el colector. Rendimiento. Factor de mérito. Resumen de ventajas y desventajas Amplificadores simétricos complementarios UNIDAD SEIS

5 Circuitos con varios transistores 6.1 Conexión en cascada de etapas amplificadoras Acoplamientos directo y capacitivo. Análisis del punto de reposo y para señal débil. Ganancias. Impedancias. 6.2 Amplificador compuesto. Configuración Darlington. Determinación del punto de reposo, funcionamiento con señal débil. Ganancias de tensión y corriente. Impedancias. 6.3 Principio de funcionamiento del amplificador diferencial UNIDAD SIETE 7.1 Respuesta en frecuencia Consideraciones generales sobre frecuencia. Análisis de baja frecuencia. Diagramas. Respuesta a baja frecuencia de amplificadores básicos. Representación de la ganancia en decibelios. Teorema de Miller. Respuesta a alta frecuencia de transistores. Modelo de alta frecuencia de transistores bipolares. Emisor común (sin y con resistencia de emisor). Colector común. Base común. Modelo de alta frecuencia de FET. Respuesta en frecuencia de amplificadores multietapa. 7.2 Circuitos de conmutación El transistor como conmutador Tiempos de conmutación. Circuitos para acelerar la conmutación. 7.3 Multivibradores Multivibrador biestable con transistores bipolares. Curvas características. Determinación de los resistores para asegurar corte y saturación. Capacitores de conmutación. Disparos: asimétrico y simétrico. Multivibrador monoestable. Curvas características, funcionamiento, uso. Disparo. Multivibrador astable. Funcionamiento. Curvas características Disparador de Schmitt con transistores bipolares Concepto de disparador de Schmitt y ciclo de histéresis. Aplicación en sistemas de control. ACTIVIDADES PRÁCTICAS Se realizan tres tipos de actividades prácticas: Resolución de problemas de gabinete, experiencias de laboratorio real y experiencias de simulación en PC. En las clases de resolución de problemas de gabinete, el profesor resuelve un ejercicio tipo, y posteriormente guía a los alumnos para resolver otros de complejidad creciente. Durante el cursado de llevan a cabo tres experiencias de laboratorio, una utilizando circuitos con diodos y las dos restantes con transistores. Las experiencias se realizan en grupos de 2 o 3 alumnos que deben formar los estudiantes. Se incentiva a los alumnos y se les brindan los medios necesarios para que con antelación a la realización de la práctica obligatoria en el laboratorio con instrumentos reales; realicen las mismas experiencias utilizando un software de simulación de circuitos. De esta manera se pretende que los alumnos tengan una idea aproximada del funcionamiento del circuito real proporcionada por el simulador y así poder dilucidar en forma rápida si el circuito que están experimentando en el laboratorio real funciona correctamente. Los resultados de estas experiencias se evalúan mediante la corrección de un informe grupal. METODOLOGÍA DE LA ENSEÑANZA La metodología de la enseñanza empleada es la del dictado de clases teóricas magistrales participativas por parte de los profesores. Se estimula a los alumnos a participar en las clases, de forma de conseguir una mejor comunicación, y por ende mejor transmisión de los conocimientos. FORMA DE EVALUACIÓN

6 Para evaluar los conocimientos adquiridos por los alumnos se realizan tres evaluaciones integrativas parciales con sus respectivas recuperaciones ordinarias y una recuperación extraordinaria. BIBLIOGRAFÍA Electrónica: Teoría de Circuitos y Dispositivos Electrónicos. Robert L. Boylestad, Louis Nashelsky. Circuitos Electrónicos Discretos e Integrados. Donald L. Schilling, Charles Belove. Principios de Electrónica. Albert P. Malvino PERSONAL DE CÁTEDRA Docente Cargo Dedicación Mg. Ing. Mario O. Muñoz Profesor Asociado Exclusiva Ing. Rodolfo R. Recio Profesor Asociado Simple Sr. Pablo de Arriba Ayudante Alumno Simple Sr. Mauricio Molina Ayudante Alumno Simple Sr. Carlos Del Aquila Ayudante Alumno Simple