Simulación de Circuitos Electrónicos Asignatura optativa de la titulación: Ingeniero en Informática e Ingeniero Técnico en Informática. Curso 2011/12 6 créditos: 3T, 3 P Departamento: Arquitectura de Computadores y Electrónica. Profesor: Nuria Novas Castellano, email: nnovas@ual.es Despacho 1-17 edificio CiTe III 1ª planta, tel. 950 015686, fax 950 015486, Introducción a la Asignatura. El objetivo de esta asignatura es dar unas nociones básicas de electrónica analógica a los alumnos de Ingeniería Informática. Al tratarse de una asignatura optativa y no existir en la Universidad de Almería ninguna otra troncal u obligatoria que aporte a los alumnos unos conocimientos básicos sobre electrónica, esta asignatura ofrece a los alumnos que tengan curiosidad sobre el cómo y el por qué funcionan los circuitos electrónicos de uso común y que les llame la atención los fundamentos de la amplia gama de aparatos electrónicos que hay en el mercado, la posibilidad de obtener unos conocimientos sobre estas materias. La asignatura estará estructurada en clases teóricas (dos horas a la semana) y clases prácticas (dos horas a las semana). Las horas de teoría se dedicarán a aportar al alumno unos conocimientos básicos de electrónica analógica, y las clases prácticas se dedicarán al aprendizaje de manejo de un software de simulación mediante la realización de unas prácticas que se adecuen a los conocimientos adquiridos en la teoría. A su vez se mostrarán al alumno cuales son las técnicas de simulación más importantes dependiendo de lo que queramos conocer del circuito simulado. Temario de la asignatura: A continuación se realiza un resumen de los contenidos de los diferentes temas que componen la teoría y las prácticas de la asignatura. Tema 1: Teoría de Circuitos Eléctricos. En el primer capítulo aunque se le suponen al alumno unos conocimientos de teoría de circuitos de corriente continua y alterna adquiridos en la asignatura de Fundamentos Físicos de la Informática, se realiza un repaso a esta teoría ya que es fundamental que el alumno tenga un manejo fluido de estos conceptos. Además se le darán unas nociones básicas de filtros analógicos. Así mismo se realizará una introducción a conceptos Tema 2: Dispositivos Semiconductores. Diodo En el segundo capítulo se abordan los dispositivos básicos en electrónica. Se dejará de lado un conocimiento profundo de la física de estos dispositivos haciéndose más hincapié en una descripción funcional de los mismos, más útil para un alumno de Informática a nuestro parecer. Así se introducirá el diodo.
Tema 3: Dispositivos Semiconductores. Transistores En el tercer capítulo se abordan una continuación de los dispositivos básicos en electrónica. Se dejará de lado un conocimiento profundo de la física de estos dispositivos haciéndose más hincapié en una descripción funcional de los mismos, más útil para un alumno de Informática a nuestro parecer. Se inicia con los transistores bipolar y de efecto campo, su funcionamiento y los métodos de polarización existentes. También realizaremos una introducción a los métodos de fabricación de dispositivos ya que es interesante que el alumno sepa como se fabrican y el uso de tecnologías para alcanzar altos niveles de integración. Una vez conocidos los tipos más usuales de dispositivos electrónicos, a mostrar la utilidad de los mismos. Por tanto veremos las propiedades amplificadoras y utilizaremos los modelos de pequeña señal de los transistores. Se presentarán estructuras amplificadoras en complejidad creciente partiendo del amplificador con un solo transistor (monoetapa) para pasar a amplificadores multietapa. Tema 4: Amplificadores Operacionales El cuarto capítulo se dedicará la teoría de la realimentación y a introducir el amplificador operacional, describiéndose distintos circuitos en los que se hace uso de amplificadores operacionales. Veremos circuitos básicos así como comparadores y generadores de señal con operacionales Comentario: Dado el tiempo finito de que consta la asignatura, la cantidad de materia que hemos expuesto cubre sobradamente los 3 créditos de teoría que tenemos y aunque se quedan fuera temas importantes como la conversión analógica digital, se da una visión de la electrónica suficiente. Practicas de la Asignatura En cuanto a las clases prácticas en ellas se usará el software de simulación de Cadence OrCAD PSPICE heredero del de MICROSIM. Constarán de una parte teórica en el que se explicará una introducción a los sistemas de simulación situándolos dentro de los sistemas de diseño asistido por ordenador (CAD/Computer Aided Design). Se explicará el funcionamiento del programa y se realizarán una serie de prácticas que ilustren los conocimientos adquiridos y relacionados con cada uno de los temas de la teoría. Competencias Genéricas: Capacidad para resolver problemas Comunicación oral y escrita en la propia lengua Habilidad en el uso de las TIC Trabajo en equipo Capacidad para aprender a trabajar de forma autónoma Competencias Específicas desarrolladas Comprensión y dominio de los conceptos básicos de teoría de circuitos eléctricos, circuitos electrónicos, principio físico de los semiconductores y dispositivos electrónicos y fotónicos, y su aplicación para la resolución de problemas propios de la ingeniería. Objetivos/resultados del aprendizaje La asignatura de Simulación de Circuitos Electrónicos tiene como objetivo es dar unas nociones básicas de electrónica analógica a los alumnos de Ingeniería
Informática y conseguir que los estudiantes sean capaces de reconocer, analizar, diseñar, simular, montar y comprobar mediante mediciones directas circuitos analógicos de una complejidad básica y media. Al tratarse de una asignatura optativa y no existir en la Universidad de Almería ninguna otra donde se desarrollen unos conocimientos básicos sobre electrónica analógica, esta asignatura ofrece a los alumnos el cómo y el por qué funcionan los circuitos electrónicos de uso común. Más concretamente, los objetivos son: De carácter general: Conocer los componentes electrónicos utilizados normalmente en Electrónica Analógica, su comportamiento, su caracterización, su representación en los esquemas y planos electrónicos, así como las limitaciones prácticas que se deben tener en cuenta al utilizarlos. Conocer la topología de los circuitos analógicos más comúnmente utilizados, su estructura y, también, su comportamiento y posibles aplicaciones. Conocer los dispositivos electrónicos y fotónicos, y su aplicación para la resolución de problemas propios de la ingeniería. Familiarizarse con el lenguaje propio de la Electrónica Analógica. De carácter particular: Elaboración de trabajos, individuales o en grupo. Discusión crítica de los resultados y comparación de las conclusiones experimentales con los conocimientos teóricos. Realización de prácticas de laboratorio supervisadas por el profesor y análisis de los datos tomados en la práctica. Aprender a analizar cualquier sistema electrónico analógico lineal, separando la parte de alterna de la de continua, y calculando corrientes, tensiones y potencias. Aprender a diseñar circuitos electrónicos analógicos, tanto con elementos discretos como integrados y, en especial, con amplificadores operacionales. Iniciarse en la utilización de las herramientas informáticas para la simulación de sistemas electrónicos. De carácter metodológico: Discusión de todos los resultados obtenidos, en las clases teóricas, problemas y el laboratorio. Realización de las prácticas y trabajos en grupos pequeños. Elaboración de informes de prácticas. Familiarizarse con el método científico. Aprender a construir un conjunto de fórmulas de diseño aplicables a un circuito analógico dado. Acostumbrarse a utilizar las fuentes de información, tanto tradicionales como a través de las nuevas tecnologías. Contenido detallado: Módulo I: Semiconductores Tema 1. Teoría de Circuitos Eléctricos. 1.1. Introducción a los Dispositivos Electrónicos. a. Componentes Pasivos. b. Componentes activos 1.3. Analisis por nudo. 1.4. Análisis por malla. Contenidos Prácticos:
1.1. Práctica Guiada del funcionamiento del programa de simulación electrónica PSPICE. 1.2. Identificación de componentes. 1.3. Determinación de las características de los diodos y transistores. Módulo II: Dispositivos y aplicaciones Tema 2. Análisis Circuitos Electrónicos Básicos (5 horas presenciales) 2.1. Análisis circuitos electrónicos. a. Análisis en Corriente continua. b. Análisis en alterna. 2.2. Circuitos con diodos. a. Rectificadores. b. Fijadores. c. Recortadores. Tema 3. Análisis Circuitos Electrónicos Básicos (5 horas presenciales) 3.1. Circuitos con transistores, amplificadores de una etapa. a. Seguidores de Emisor. b. Margen Dinámico. c. Respuesta en frecuencia. 3.2. Amplicadores multietapa. Contenido Práctico: 2.1. Diseño y medida de circuitos con diodos con el programa de simulación electrónica PSPICE. 2.2. Diseño y medida de circuitos de un amplificador con un transistor con el programa de simulación electrónica PSPICE. Módulo III: Amplificadores Operacionales y aplicaciones Tema 4. El Amplificador Operacional 4.1. Modelo Ideal del Amplificador Operacional. 4.2. Técnicas de análisis por nudos. 4.3. El amplificador en configuraciones básicas (Inversor, No Inversor, Seguidor de Tensión, Conversor V/I, etc.). Tema 5. El Amplificador Operacional Real. Aplicaciones (6 horas presenciales) 5.1. El Amplificador Operacional Real. a. Limitación de la fuente de alimentación. b. Producto Ganancia por Ancho de Banda. 5.2. Comparadores. 5.3. Circuitos reguladores de tensión. 5.4. Conformadores de onda. 5.5. Conversores A/D-D/A. 5.6. Amplificador Bootstrap. Contenido Práctico:
3.1. Análisis y diseño circuitos con amplificadores operacionales el programa de simulación electrónica PSPICE. Bibliografía García Breijo E. Ibáñez Civera J. Gil Sánchez L. PSpice Simulación y Análisis de Circuitos Analógicos asistida por Ordenador Edit. Paraninfo 1995. Muñoz Merino E. SPICE Manual de uso. Publicaciones ETSI Telecomunicación Madrid. Angulo Usategui J. Laboratorio de Prácticas de Microelectrónica. Edit McGraw Hill 2002. Millman J. MICROELECTRONICA. Edit. Hispano Europea 1986 Rossell Polo J.R. Circuitos Eléctricos monofásicos y trifásicos Edit. Edición de la universidad de Lleida, 2000 Hambley A. Electrónica Edit. Prentice Hall 2001 Edminister Circuitos Eléctricos. Edit. McGraw Hill. Apuntes de la asignatura. Criterios de Evaluación. Asistencia a prácticas. No se considera obligatorio la asistencia a prácticas, pero si es imprescindible la realización de un trabajo-memoria, el cual se valora hasta 4 puntos de la nota final. La exposición en grupo de un trabajo por cada tema es obligatoria y se valorará en 6 puntos de la nota final. Se aprobará la asignatura con una nota igual o superior a 5 puntos y habiendo superado las prácticas.