INTRODUCCIÓN A LA ELECTRÓNICA

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1 INTRODUCCIÓN A LA ELECTRÓNICA Guía de Aprendizaje Información al estudiante 1. Datos Descriptivos Asignatura Materia Departamento responsable Introducción a la Electrónica M2 : Física Electrónica Física Créditos ECTS 4,5 Carácter Titulación Curso Especialidad Básica Graduado en Ingeniería de Tecnologías y Servicios de Telecomunicación Primero N/A Curso académico Semestre en que se imparte Idioma en que se imparte Segundo semestre (Febrero a Junio) Español Página Web 2. Profesorado

2 NOMBRE Y APELLIDO DESPACHO Correo electrónico Carlos Algora del Valle IES-110 algora@ies-def.upm.es Pablo Benítez Giménez (Coord.) IES-209 pbenitez@cedint.upm.es David Fuertes Marrón IES-201 dfuertes@ies-def.upm.es Antonio Martí Vega IES-108 amarti@etsit.upm.es Juan C. Miñano Domínguez IES-206 minano@cedint.upm.es Gabriel Sala Pano IES sala@ies-def.upm.es Asunción Santamaría Galdón IES-209 asun@cedint.upm.es Ignacio Tobías Galicia IES-106 tobias@ies-def.upm.es 3. Conocimientos previos requeridos para poder seguir con normalidad la asignatura Asignaturas superadas Otros resultados de aprendizaje necesarios N/A Matemáticas: Aproximación lineal de funciones de una variable. Propiedades de funciones elementales (e.g. logaritmo y exponencial). Física: Electricidad, corrientes eléctricas, resistencia, capacidad. Introducción a los circuitos eléctricos.

3 4. Objetivos de Aprendizaje COMPETENCIAS ASIGNADAS A LA ASIGNATURA Y SU NIVEL DE ADQUISICIÓN Código Competencia Nivel CG1- CG13 CB4 Todas las asignaturas del Plan de Estudios contribuyen en mayor o menor medida a la consecución de las competencias generales del perfil de egreso. Comprensión y dominio de los conceptos básicos de sistemas lineales y las funciones y transformadas relacionadas, teoría de circuitos eléctricos, circuitos electrónicos, principio físico de los semiconductores y familias lógicas, dispositivos electrónicos y fotónicos, tecnología de materiales y su aplicación para la resolución de problemas propios de la ingeniería. 1 2 LEYENDA: Nivel de adquisición 1: Básico Nivel de adquisición 2: Medio Nivel de adquisición 3: Avanzado RESULTADOS DE APRENDIZAJE DE LA ASIGNATURA Código Resultado de aprendizaje Competencias asociadas Nivel de adquisición RA1 RA2 Conocimiento descriptivo de la Electrónica como disciplina, con compresión y diferenciación conceptual entre los sistemas analógico y digitales, y de los fundamentos tecnológicos sobre los que se apoyan Conocimiento de los dispositivos fundamentales (diodos y transistores bipolares y de efecto de campo) mediante modelos funcionales que los aproximan para distintos regímenes de funcionamiento (no lineales para gran señal; lineales para pequeña señal) CB4 1 CB4 2

4 RESULTADOS DE APRENDIZAJE DE LA ASIGNATURA Código Resultado de aprendizaje Competencias asociadas Nivel de adquisición RA3 RA4 RA5 Conocimiento básico de la interacción de los materiales semiconductores con la luz, y su aplicación a dispositivos optoelectrónicos (LEDs, Diodos Láser, fotodiodos, células solares, fototransistores). Familiarización con el manejo de los modelos funcionales en circuitos analógicos sencillos (punto de trabajo) y amplificación a frecuencias medias. Conocimiento de los circuitos digitales básicos y sus propiedades, incluyendo el uso de los modelos funcionales simples para el análisis de los inversores bipolares, N MOS y C MOS, en particular la conmutación de diodos y transistores con capacidades externas. CB4 2 CB4 2 CB4 2 LEYENDA: Nivel de adquisición 1: Conocimiento Nivel de adquisición 2: Comprensión/Aplicación Nivel de adquisición 3: Análisis/Síntesis/Implementación 5. Sistema de evaluación de la asignatura INDICADORES DE LOGRO Ref I1 Indicador Conocer la Electrónica, sus principios, dispositivos y aplicaciones principales, con capacidad de diferenciar conceptualmente las electrónicas analógica y digital. Relacionado con RA RA1 I2 Manejar el modelo de Shockley del diodo RA2 I3 Manejar el modelo de Ebers-Moll del transistor bipolar RA2 I4 Manejar los modelos cuadráticos de los transistores de efecto de campo RA2

5 Ref I5 I6 I7 I8 I9 I11 INDICADORES DE LOGRO Indicador Conocer y aplicar los modelos de pequeña señal de diodos y transistores Ser capaz de deducir modelos de pequeña señal a partir de la aproximación lineal de ecuaciones de gran señal de un dispositivo, aunque no sea de los vistos en la asignatura Resolver el análisis de circuitos con diodos y transistores en estática usando modelos por tramos mediante el procedimiento de hipótesis-verificación de hipótesis sobres los estados de los dispositivos, con interpretación gráfica tanto de las hipótesis correctas como las falsas Utilizar los modelos de los dispositivos optoelectrónicos, para resolver circuitos sencillos que los utilicen, y conocer las conceptos básicos de la interacción luz-semiconductor. Comprender la técnica de análisis de circuitos amplificadores mediante descomposición en polarización y pequeña señal, y realizar dicho análisis para frecuencias medias empleando los circuitos equivalentes no lineales de los dispositivos en estática y los lineales de pequeña señal, respectivamente Calcular la función de transferencia de circuitos con diodos y transistores en régimen de cuasi-estática y gran señal, especialmente los circuitos inversores digitales Calcular los estados estacionarios y tiempos de retardo en circuitos con diodos o un transistor y cargas capacitivas Relacionado con RA RA2 RA2 RA2. RA4 RA3 RA4 RA5 RA5

6 EVALUACION SUMATIVA Breve descripción de las actividades evaluables Momento Lugar Peso en la calif. Respuesta a preguntas y resolución de ejercicios relacionados con los temas 1 al Semana 14 Aula 50% 4 Respuesta a preguntas y resolución de ejercicios relacionados con los temas del 1 al 8, con énfasis en los temas 5 al 8. Examen Junio Aula 50% Total: 100% CRITERIOS DE CALIFICACIÓN Existirán dos opciones a escoger por el alumno para la calificación de la asignatura: evaluación continua o por examen final. Por defecto, se entiende que el alumno opta por la evaluación continua si bien, en cumplimiento de la Normativa de Evaluación de la Universidad Politécnica de Madrid, los alumnos que lo deseen serán evaluados mediante un único examen final siempre y cuando lo comuniquen al Director del Departamento de Electrónica Física mediante instancia presentada en el registro de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Telecomunicación antes del día 21 de marzo de Esta opción supone la renuncia a la evaluación continua. Para los alumnos que escojan la opción de evaluación continua, la calificación final (C F ) se calculará como la media aritmética de las calificaciones de las dos pruebas (C 1 y C 2 ) que se detallan en la siguiente tabla. Si lo desea, previa solicitud mediante instancia al Director del Departamento de Electrónica Física presentada en el registro de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Telecomunicación antes del lunes 26 de mayo, el alumno podrá repetir la prueba 1 junto con la prueba 2 (que coincidirá en lugar y fecha con el examen final). Su calificación final de la prueba 1 será la mayor de las dos obtenidas en dicha prueba. PRUEBA TIPO Y MATERIA CALIFICACIÓN MÁXIMA 1 2 Prueba hasta tema 4 incluido. Prueba hasta tema 8 incluido, con énfasis en los temas 5 al Para los alumnos que escogen la opción de examen final, la calificación será la que obtengan en dicho examen. Ese examen constará de dos grupos de ejercicios, equivalentes a las pruebas 1 y 2 de la tabla anterior. La asignatura se aprobará cuando se obtenga una calificación igual o superior a 5 puntos.

7 6. Contenidos y Actividades de Aprendizaje CONTENIDOS ESPECÍFICOS Bloque / Tema / Capítulo Apartado Indicad. Relac. Tema 1: Introducción a la Electrónica Tema 2: Componentes electrónicos básicos 1.1 Repaso de conocimientos previos recomendados 1.2 Introducción a la Electrónica. Señales analógicas y digitales. 1.3 Introducción a los semiconductores. Breves nociones de tecnología. 2.1 Introducción a las técnicas de análisis de circuitos. Definiciones, notaciones y convenios de signos. 2.2 Componentes de dos terminales. Curva característica. Ejemplos. Componentes activos y pasivos. Componentes lineales. 2.3 Disipación del calor de circuitos electrónicos. Nociones sobre diseño y análisis térmico. 2.3 Componentes reales. Tolerancias y sensibilidad - I1 I1 I7, I9, I7, I9, I7, I9, I7, I9, 3.1 Introducción. Regímenes de funcionamiento. I1, I2 Tema 3: El diodo 3.2 El diodo en cuasi-estática. Ecuación de Shockley. Curva característica. Estados del diodo. Descripción cualitativa de su funcionamiento interno. Modificaciones de la ecuación de Shockley. Disrupción de la unión 3.3 Modelos aproximados del diodo en cuasiestática y gran señal. Ilustración de la dificultad del análisis analítico con el modelo de Shockley. Análisis de circuitos mediante procesos de hipótesis-verificación, incluyendo el cálculo de funciones de transferencia. 3.4 Modelo aproximado del diodo en cuasi-estática (baja frecuencia) y pequeña señal. Análisis de circuitos mediante descomposición en polarización y pequeña señal. 3.5 El diodo en dinámica. Modelo aproximado en pequeña señal y alta frecuencia. I2 I2, I7 I5, I7, I9 I5, I11

8 CONTENIDOS ESPECÍFICOS Bloque / Tema / Capítulo Apartado Indicad. Relac. 3.6 Otros diodos (varicap, túnel, zener, Schottky) I1, I6 Tema 4: El transistor bipolar Tema 5: Transistores de efecto de campo 3.7 Ejemplos de circuitos con diodos. Introducción a los simuladores de circuitos electrónicos 4.1 Introducción y tipos (npn, pnp). Convenios de signos. Descripción cualitativa de su funcionamiento interno. Regímenes de funcionamiento. 4.2 El transistor bipolar (BJT) en cuasi-estática. Estados del transistor bipolar. Ecuaciones de Ebers-Moll. Curvas características como cuadripolo en emisor común. Modificaciones de las ecuaciones de Ebers-Moll. 4.3 Modelos aproximados del BJT en cuasiestática y gran señal. Análisis de circuitos mediante procesos de hipótesis-verificación, incluyendo el cálculo de funciones de transferencia. 4.4 Modelos aproximados del BJT en cuasiestática (baja frecuencia) y pequeña señal. Análisis de circuitos mediante descomposición en polarización y pequeña señal 4.5 El BJT en dinámica. Modelo aproximado en pequeña señal y alta frecuencia. 4.6 Ejemplos de circuitos con BJT s 5.1 Introducción y tipos (canal n, canal p). Convenios de signos. Similitud con el transistor bipolar El MOSFET y el JFET. Descripción cualitativa de su funcionamiento interno. 5.3 Los FET en cuasi-estática. Estados y ecuaciones cuadráticas. Curvas características como cuadripolo en fuente común. Modificaciones de las ecuaciones de los FET. 5.4 Análisis de circuitos con FETs en cuasiestática y gran señal mediante procesos de hipótesis-verificación, incluyendo el cálculo de funciones de transferencia. I7, I9, I1, I3 I3 I3, I7 I5, I7, I9 I5, I11 I7, I9, I1, I4 I1 I4 I4, I7

9 CONTENIDOS ESPECÍFICOS Bloque / Tema / Capítulo Apartado Indicad. Relac. 5.5 Modelos aproximados de los FET en cuasiestática (baja frecuencia) y pequeña señal. Análisis de circuitos mediante descomposición en polarización y pequeña señal 5.6 Los FET en dinámica. Modelo aproximado en pequeña señal y alta frecuencia. 5.7 Ejemplos de circuitos con FET s 6.1 Interacción entre los semiconductores y la luz. Absorción de luz con generación luminosa de pares electrón-hueco. Generación de luz por recombinación radiativa de pares electrón-hueco. 6.2 Modulación de la conductividad del semiconductor. Fotorresistencias I5, I7, I9 I5, I11 I7, I9, I1 I8 Tema 6: Dispositivos optoelectrónicos 6.3 Fotodiodos. Circuito equivalente y aplicaciones. I8 6.4 Diodos emisores de luz. Emisión espontánea y estimulada. Diodos LED y láser. Aplicaciones. I8 6.5 La célula solar. Circuito equivalente y parámetros de calidad. Descripción del estado del arte. 6.6 El fototransistor. Circuito equivalente y aplicaciones. 7.1 Introducción. Conmutación cuasi-estática y dinámica I8 I8 I Circuitos conformadores de onda con diodos. I7, Tema 7: Introducción a los circuitos de conmutación 7.3 Circuitos de conmutación con diodos y condensadores. Cálculo de tiempos de retardo. 7.4 Introducción a los circuitos digitales. Circuitos combinacionales. Ejemplos de puertas lógicas. Circuitos secuenciales. Ejemplo de celda biestable. 7.5 Familias lógicas bipolares y MOS. Visualización de los transistores como interruptores controlados. Introducción a las puertas básicas NMOS y CMOS. Análisis en cuasi.-estatica y gran señal de la función de transferencia de inversores. I Conmutación cuasi-estática de transistores con I11

10 CONTENIDOS ESPECÍFICOS Bloque / Tema / Capítulo Apartado Indicad. Relac. cargas capacitivas. Cálculo de tiempos de retardo. 8.1 Breve historia de la Electrónica. I1 Tema 8: Aplicaciones de la Electrónica 8.2 Aplicaciones de la Electrónica. El mercado de la Electrónica. Previsiones de futuro. 8.3 Electrónica en la Ingeniería de Telecomunicación I1 I1

11 7. Breve descripción de las modalidades organizativas utilizadas y de los métodos de enseñanza empleados CLASES DE TEORIA CLASES DE PROBLEMAS PRÁCTICAS TRABAJOS AUTONOMOS TRABAJOS EN GRUPO TUTORÍAS Se utilizará la lección magistral para la exposición verbal de los contenidos, apoyándose en recursos audiovisuales. El profesor seleccionará ejercicios que ilustrarán los contenidos explicados previamente en la teoría, que fomenten la ejercitación de los algoritmos de análisis de circuitos con dispositivos en los diferentes regímenes de funcionamiento No se aplica Los alumnos deberán realizar ejercicios y problemas para prácticas y afianzar los conocimientos adquiridos. Así mismo, siguiendo instrucciones del profesor, extenderán el contenido de lo visto en clase para así profundizar en algunos aspectos específicos. No se aplica Los alumnos podrán hacer uso de tutorías personalizadas en los horarios previamente establecidos mediante la solicitud de dicha tutoría de acuerdo con la normativa vigente

12 8. Recursos didácticos A.S. Sedra, K.C. Smith. "Circuitos Microelectrónicos", 5ª Edición edition. Oxford Univ. Press, 2005, o la versión en inglés A.S. Sedra, K.C. Smith. "Microelectronic Circuits", 5th Edition. Oxford University Press, 2004 BIBLIOGRAFÍA N.R. Malik. Circuitos Electrónicos: Análisis, Diseño y Simulación. Edit. Prentice Hall, 1997, o la versión en inglés N.R. Malik. Electronic Circuits. Analysis, Simulation and Design, Edit. Prentice Hall, 1995 Problemas de Electrónica Básica, Servicio de Publicaciones de la ETSIT-UPM Ll. Prat y otros. Circuitos y dispositivos electrónicos. Ediciones UPC, 1994 J.Millman, A.Grabel. Microelectrónica. Edit. Hispano Europea, 1993 RECURSOS WEB EQUIPAMIENTO Moodle en No hay ningún equipamiento específico Aula : la designada por la Jefatura de Estudios. 12

13 9. Cronograma de trabajo de la asignatura Semana Actividades en Aula Actividades en Laboratorio Trabajo Individual Trabajo en Grupo Actividades de Evaluación Otros Semana 1 ( 5 h) Semana 2 ( 6 h) Semana 3 (7 h) Semana 4 (7 h) Semana 5 (8 h) Presentación de la asignatura (1 h) Tema 1: Introducción a la Electrónica (2 h) Tema 1: Introducción a la Electrónica (1 h) Tema 2: Componentes electrónicos básicos (2 h) Tema 2. Componentes electrónicos básicos (1 h) Tema 3. El diodo (2 h) Tema 3. El diodo (3 h) Tema 3. El diodo (3 h) Lectura de bibliografía recomendada (1 h) presentados (1h) Ejercicios (1 h) Ejercicios (3 h) 13

14 Semana Actividades en Aula Actividades en Laboratorio Trabajo Individual Trabajo en Grupo Actividades de Evaluación Otros Semana 6 (8 h) Semana 7 (8 h) Semana 8 (10h) Semana 9 (13 h) Semana 10 (7 h) Semana 11 Tema 3. El diodo (1 h) Tema 4. El transistor bipolar (2 h) Tema 4. El transistor bipolar (3 h) Tema 4. El transistor bipolar (3 h) Tema 4. El transistor bipolar (1 h) Tema 5. Transistores de efecto de campo (2 h) Tema 5. Transistores de efecto de campo (3 h) Semana Santa Ejercicios (3 h) Ejercicios (3 h) presentados (1 h) 14

15 Semana Actividades en Aula Actividades en Laboratorio Trabajo Individual Trabajo en Grupo Actividades de Evaluación Otros Semana 12 (7 h) Tema 5. Transistores de efecto de campo (2 h) Tema 6. Dispositivos optoelectrónicos (1 h) Semana 13 (7 h) Tema 6. Dispositivos optoelectrónicos (3 h) Estudio preparación de la prueba práctica (3 h) Semana 14 (7 h) Tema 6. Dispositivos optoelectrónicos (1 h) Tema 7. Circuitos de conmutación (2 h) Prueba práctica (2 h) Semana 15 (7 h) Tema 7. Circuitos de conmutación (3 h) Semana 16 Tema 7. Circuitos de conmutación (1 h) presentados (1 h) (4 h) Tema 8. Aplicaciones de la Electrónica (2 h) Semana 17 ó 18 (8 h) Estudio preparación de la prueba práctica (5 h) Examen final (3h) Nota: Para cada actividad se especifica la dedicación en horas que implica para el alumno. 15

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