Ingeniería Eléctrica y Computadoras

Transcripción

1 UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SUR 1/5 DEPARTAMENTO DE: Ingeniería Eléctrica y Computadoras ÁREA N O 3: Electrónica H O R A S D E C L A S E P R O F E S O R R E S P O N S A B L E T E Ó R I C A S P R Á C T I C A S Dr. Pedro Julián Por semana Por Cuatrimestre Por semana Por Cuatrimestre A S I G N A T U R A S C O R R E L A T I V A S P R E C E D E N T E S A P R O B A D A S C U R S A D A S (2502) Análisis de Circuitos y Sistemas (2720) Fundamentos de Electrotecnia (3033) Elementos de Física del Estado Sólido DESCRIPCIÓN En la materia se describe el principio de funcionamiento de los principales dispositivos electrónicos (activos y pasivos). Se hace énfasis en la juntura semiconductora, en los transistores Metal Oxido Semiconductor (MOS) y los transistores Bipolares de Juntura (BJT). Se deducen los modelos matemáticos de dichos componentes, y a partir de estos se justifican los modelos de uso común en ingeniería electrónica. Se presentan los modelos PSPICE de los dispositivos estudiados, identificando los parámetros de cada dispositivo y su relación con los modelos estudiados en teoría. Se realizan prácticas de laboratorio, en las cuales se obtienen las características de los dispositivos vistos en la teoría y se elaboran modelos circuitales apropiados. PROGRAMA SINTÉTICO 1) Teoría básica de semiconductores 2) Juntura Semiconductora y diodos 3) Capacitor MOS 4) Transistor MOS 5) Transistor bipolar de juntura 6) Transistor de efecto de campo de juntura: JFET 7) Rectificadores controlados de silicio 8) Dispositivos pasivos 9) Ruido 10) Optoelectrónica Vigencia Años

2 UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SUR 2/5 DEPARTAMENTO DE: Ingeniería Eléctrica y Computadoras PROGRAMA ANALÍTICO 1) Teoría básica de semiconductores Materiales Semiconductores y Silicio. Bandas de energía. Equilibrio Térmico. Dopado. Mecanismos de conducción: arrastre y conducción. Resistividad de una lámina de Silicio. Potenciales relativos en Silicio. Tiempo de tránsito. 2) Juntura semiconductora y diodos Descripción cualitativa. Electrostática de la juntura. Modelo de DC: ley de la juntura; solución en directa; solución en inversa; desviación del comportamiento ideal. Modelo lineal incremental. Modelo de AC: capacidad en directa; capacidad en inversa. Mecanismos de ruptura inversa: efecto túnel; efecto avalancha. 3) Capacitor MOS Descripción cualitativa. Electrostática del capacitor MOS: potencial de banda plana; acumulación; vaciamiento; inversión. Modelo de AC. Otras configuraciones. 4) Transistor MOS Descripción cualitativa. El transistor NMOS: principio básico de funcionamiento; modelo referido al sustrato y al Source; desviaciones del comportamiento ideal. El transistor PMOS: principio básico de funcionamiento; modelo referido al sustrato y al Source; desviaciones del comportamiento ideal. Modelo lineal incremental: referido al sustrato; referido al Source. Modelo de AC: capacidad de Gate; capacidad de junturas; capacidad de solapamiento; límite de validez del modelo de AC. 5) Transistor Bipolar de Juntura Descripción cualitativa. Modelo de DC del transistor PNP: región de conducción activa directa; región activa inversa; región de saturación y el modelo de Ebers-Moll; modelos simplificados; desviaciones del comportamiento ideal. Modelo de DC del transistor NPN: región de conducción activa directa; región activa inversa; región de saturación y el modelo de Ebers-Moll; modelos simplificados; desviaciones del comportamiento ideal. Modelo lineal incremental. Modelo de AC: capacidad de vaciamiento; capacidad de carga de la base; límite de validez del modelo de AC. 6) Transistores de efecto de campo de juntura: JFET El transistor de efecto de campo de juntura (JFET). Estructura y operación del JFET canal N y P. Modelo de pequeña señal. Capacidades internas. Modelo de alta frecuencia del JFET.. Interpretación de hojas de datos. 7) Rectificadores controlados de Silicio Características constructivas. Funcionamiento. Modelo de diodos. Modelo de transistores.. Estado de bloqueo directo, conducción directa y apagado del RCS. Curvas características del RCS. Cuadrantes de disparo del RCS. Regímenes de corriente y tensión. Corriente de retención y enganche. Rapidez di/dt y dv/dt críticas. Características de compuerta. Disparo por pulsos. Regímenes máximos de disparo por pulsos. Características de apagado. Polarización negativa de compuerta en RCS. El Diac. El Triac. Cuadrantes de disparo del Triac. Aplicaciones de RCS, Diac y Triac. Vigencia Años

3 UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SUR 3/5 DEPARTAMENTO DE: Ingeniería Eléctrica y Computadoras 8) Dispositivos Pasivos Resistencias: tipos, características constructivas. Disipación. Códigos de colores. Tolerancia Estabilidad. Regímenes máximos. Ruido. Límites de frecuencia. Coeficiente de temperatura.. Análisis de hojas de datos. Potenciómetros: tipos, linealidad, resolución. Termistores y RTD. Capacitores: Cerámicos, de poliéster (metalizados y de película), mica, papel, electrolíticos de aluminio y de tantalio. Características constructivas. Conceptos y definiciones básicas: valor capacitivo, tolerancia, tensión máxima de trabajo, corriente máxima, tangente de delta, coeficiente de temperatura, resistencia de aislamiento, inductancia parásita, frecuencia de resonancia. Códigos de capacitores. Condensadores plásticos, Condensadores de plástico metalizado. Fenómeno de autorregeneración. Condensadores cerámicos: Clase 1 y clase 2. Condensadores electrolíticos de aluminio y tantalio. Características constructivas y comparación. Vida útil. Inductores: Revisión de conceptos básicos de magnetismo. Diseño de inductores con núcleo de ferrite. Encapsulados y tipo de montajes de elementos pasivos; inserción y SMD. 9) Ruido Introducción. Densidad espectral de potencia de ruido. Ruido térmico, shot, flicker, burst y avalancha. Ruido en dispositivos pasivos. Ruido en transistores MOS, Bipolares y JFET. 10) Optoelectrónica Interacción fotón-electrón. Dualidad onda-corpúsculo. Principios de generación y recombinación en la optoelectrónica. Materiales directos e indirectos. Diodos LED visibles e infrarrojos. Fotodiodos. Fototransistores. Fotoceldas, LDR.. Características ópticas de LEDS. Gráficos de intensidad relativa. Eficiencia luminosa. Características espectrales. Acoplamiento entre fototransistores y LEDs.. Interpretación de hojas de datos. Optoacopladores. Vigencia Años

4 UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SUR 4/5 DEPARTAMENTO DE: Ingeniería Eléctrica y Computadoras Modalidad de Enseñanza Las clases teóricas se imparten utilizando un laptop tipo TABLET PC (que permite escribir sobre la pantalla y guardar los contenidos de las clases) y presentaciones PowerPoint. Al final de cada clase, las notas de las mismas se suben al sitio de trabajo de la materia ( Durante las clases se plantean algunos problemas desafío, que requieren de la integración de conocimientos y búsqueda de información en forma particular. Estos problemas dan puntos adicionales para la nota final y se realizan para entusiasmar al alumno y para enfatizar la independencia en la resolución de problemas reales. En clase también se realizan simulaciones demostrativas utilizando el programa LTSpice. En las clases de laboratorio, luego de un breve examen de entrada, se realizan experiencias con dispositivos discretos, circuitos que los estudiantes deben armar y circuitos integrados de prueba fabricados especialmente para la materia. Para el dictado de clase se dispone de proyector. Para prácticas se cuenta con 8 puestos con instrumental adecuado (Laboratorio de Electrónica Básica). Se cuenta además con equipamiento específico en el Laboratorio de Micro y Nano Electrónica Formas de Evaluación La evaluación para el cursado se realiza mediante 2 exámenes parciales y la aprobación de todos los laboratorios. Existe un examen final de promoción para aquellos estudiantes que aprueben ambos exámenes parciales con más de 75 puntos; el mismo debe rendirse dentro de los 10 días de terminado el cursado y comprende un conjunto reducido de temas (conducción en semiconductores, juntura, capacitor MOS, transistor MOS, transistor bipolar) y además se debe entregar una monografía sobre algún tema de componentes pasivos. Esta modalidad de examen ayuda a que los alumnos con buen desempeño puedan rendir rápidamente la materia concentrándose en los temas centrales. Los alumnos que no promocionan rinden un examen final escrito donde se incluyen todos los temas. Los alumnos libres deben rendir tres exámenes: uno sobre la parte práctica de la materia que incluye ejercicios; uno sobre laboratorio, que consiste en la realización de un laboratorio específico; y finalmente un examen teórico. Bibliografía: 1. Introducción a los Dispositivos Semiconductores: Principios y Modelos, P. Julián, 2011, EDIUNS, en prensa. 2. Microelectronics Howe y Sodini, 1997, Prentice Hall. 3. Microelectronic Circuits, A. Sedra y K. Smith, 1998, Oxford university Press. 4. Circuitos Microelectrónicos, A. Sedra y K. Smith, 2006, McGraw Hill. Principles of Electronics Circuits Stanley Burns y Paul Bond, 1997, PWS Publishing Company. 5. Semiconductor Device Fundamentals, R. Pierret, 1996, Addison-Wesley Publishing Company. 6. Active and Nonlinear Electronics, T. Schubert y E. Kim, 1996, John Wiley & Sons, Inc. 7. Sensors and Signal Conditioning, R. Payas-Areny y J. Webster, 1991, John Wiley & Sons Inc.

5 Vigencia Años

6 UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SUR 5/5 DEPARTAMENTO DE: Ingeniería Eléctrica y Computadoras Bibliografía: (continuación) 8. Componentes Electrónicos, Siemens, 1987, Ed. Marcombo. 9. Dispositivos y Circuitos Electrónicos, J. Millman y C. Halkias, 1982, Ed. Pirámide. 10. Electrónica del Estado sólido, A. Tremosa, 1980, Ediciones Marymar. 11. Manual de componentes y circuitos pasivos, Ruiz Vasallo, 1981, Ediciones CEAC. 12. Manual RCA para circuitos de potencia de estado sólido. SP-52, 1985, Editorial Arbó. 13. Industrial electronics and control, Newman M., 1986, J. Wiley & Sons. 14. The Resistor Handbook, Cletus J. Kaiser, Vishay Intertechnology, 1998 ( 15. The Electronics Handbook, IEEE, edited by J. C. Whitaker, 1999, CRC Press, Inc. 16. Aluminum Electrolytic Capacitors, Data Book,1997, Siemens ( 17. Tantalum Electrolytic Capacitors, Data Book 1997, Siemens ( 18. Multilayer Ceramic Capacitors, Data Book 1997, Siemens ( 19. Film Capacitors, Data Book 1997, Siemens ( 20. Transformer and Inductor Design Handbook, Wm. T. Mclyman, 1978, Marcel Dekker, Inc. AÑO VIGENCIA DE ESTE PROGRAMA PROFESOR RESPONSABLE AÑO (firma aclarada) PROFESOR RESPONSABLE (firma aclarada) V I S A D O COORDINADOR AREA SECRETARIO ACADÉMICO DIRECTOR DE DEPARTAMENTO Claudio Busada Fecha: Fecha: Fecha: