UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS F AC UL T AD D E I N G E NI E R I A SYLLABUS Proyecto Curricular: Ingeniería Electrónica Nombre del docente: Hans Igor López Chávez Espacio académico (Asignatura): Electrónica III Obligatorio ( X ) : Básico ( X ) Complementario ( ) Electivo ( ) : Intrínsecas ( ) Extrínsecas ( ) Número de estudiantes: Código: 32 Grupo: Número de créditos: 4 Tipo de curso: Teórico ( ) Práctico ( ) Teórico-Práctico ( X ) Alternativas metodológicas: Clase Magistral ( X ), Seminario ( ), Seminario Taller ( ), Taller ( X ), Prácticas ( X ), Proyectos (tutorías) ( ), Otros: Trabajo autónomo con tareas y uso de computador Horario Día Horas Salón I. JUSTIFICACIÓN DEL ESPACIO ACADÉMICO (El por qué?) Hoy por hoy, los sistemas digitales son reconocidos en el ámbito ingenieril por sus bondades en el procesamiento de señales: la capacidad de almacenamiento de grandes volúmenes de información; la compresión de imágenes, video y datos en general; los sistemas de codificación y cifrado en telecomunicaciones; la posibilidad de detectar y corregir errores en tramas de datos, entre otras. Sin embargo, también se debe reconocer que las señales que se desean manipular son de naturaleza analógica: voz, audio, temperatura, presión, humedad y que por tanto, el procesamiento y acondicionamiento previo de ellas es fundamental para garantizar la
integridad de la información y evitar así alterar la realidad. Es así como se presenta el curso de electrónica III con el propósito de formar y desarrollar competencias en el análisis y diseño de soluciones basadas en circuitos analógicos lineales y no lineales, teniendo como base al amplificador operacional. Se fundamentan las bases para el acondicionamiento de señales en instrumentación electrónica, se trabaja con los bloques básicos de la teoría de control clásico y se genera la inquietud para las potenciales aplicaciones en las demás áreas de la ingeniería electrónica tales como el control en sistemas de potencia y la manipulación de señales en bioingeniería. II. PROGRAMACION DEL CONTENIDO (El qué enseñar?) Objetivo General Suministrar las herramientas prácticas y los conocimientos teóricos necesarios concernientes al análisis de circuitos con amplificadores operacionales y sus aplicaciones en los diferentes campos de la Electrónica, con énfasis en aplicaciones en las áreas de Bioingeniería, Control, Comunicaciones, Electrónica de Potencia. Objetivos Específicos Identificar los defectos y limitantes del amplificador operacional real. Analizar las aplicaciones clásicas de los amplificadores operacionales realimentados negativamente: seguidor, amplificador inversor y no inversor, diferenciador, integrador, amplificador universal multientradas. Implementar funciones basadas en combinaciones lineales de multiples señales de entrada, orientadas al acondicionamiento de señales en instrumentación electrónica. Analizar el comportamiento de los circuitos basados en amplificadores operacionales realimentados positivamente. Identificar las potenciales aplicaciones de los circuitos lineales y no lineales en las áreas de control, electrónica de potencia, bioingeniería y telecomunicaciones. Diseñar e implementar osciladores de baja frecuencia basados en amplificadores operacionales realimentados. Identificar la importancia de analizar los circuitos lineales e invariantes en el tiempo (LTI) en el dominio de la frecuencia. Diseñar e implementar filtros activos basados en amplificadores operacionales. Analizar la respuesta en frecuencia del amplificador operacional. Competencias de Formación Al finalizar el curso se espera que el estudiante haya desarrollado las siguientes competencias: Cognitivas. Conoce el comportamiento de un amplificador operacional con realimentación positiva o negativa y lo aplica en el diseño de soluciones de su saber ingenieril; analiza el comportamiento de los circuitos LTI en los dominios del tiempo y de la frecuencia. Investigativas. Propone soluciones de ingenieria simples, creativas y eficientes a problemas puntuales utilizando como base al amplificador operacional; identifica los dispositivos y las tecnología adecuadas para los diseños que elabora.
Laborales. Está al tanto de los avances tecnológicos y está en capacidad de aplicarlos desde su profesión; propone soluciones basadas en sistemas analógicos y los utiliza como complemento a los sistemas digitales; utiliza amplificadores operacionales para acondicionar y manipular señales analógicas, diseñar e implementar osciladores y filtros activos. Programa Sintético 1. Características del amplificador operacional. 2. Realimentación negativa: aplicaciones clásicas del amplificador operacional. 3. Aplicaciones del OP AMP en intrumentación electrónica, control, electrónica de potencia y bioingeniería 4. Realimentación Positiva: disparadores de schmitt. 5. Osciladores. 6. Circuitos LTI: análisis en el dominio de la frecuencia. 7. Filtros activos. 8. Respuesta en frecuencia del amplificador operacional: aplicaciones del OP AMP en telecomunicaciones. III. ESTRATEGIAS (El cómo?) Metodología Pedagógica y Didáctica El curso de Electrónica III se desarrolla semanalmente en dos sesiones de clase y una de laboratorio. Las clases son en su mayoría magistrales, guiadas por el docente y con la participación activa de los estudiantes. Durante el semestre se programan tres talleres de ejercicios previos a los examenes parciales para que los estudiantes los desarrollen en grupos y dispongan del apoyo del docente, permanentemente. Al inicio de cada clase magistral se realiza un quiz de la temática vista en la sesión anterior o de la tarea popuesta como trabajo independiente. El espacio del laboratorio se dispone para que los estudiantes muestren y defiendan el diseño que proponen ante la problemática planteada por el docente en las guías de laboratorio. Cada guía se asigna con por lo menos una semana previa a la fecha de entrega inicial y en promedio se tienen dos semanas para su puesta a punto y presentación. Cada práctica deberá acompañarse de un informe en formato IEEE que resume la estrategia de solución, el procedimiento desarrollado, las simulaciones requeridas, los incovenientes presentados y la solución a los mismos. Eventualmente, como parte de la nota de laboratorio, se propondrá el desarrollo de un proyecto final. Los examenes escritos, en contraste a los laboratorios, se desarrollarán de forma individual y en su mayoría estarán compuestos por ejercicios de análisis y carácter conceptual. Se dispone de una sesión de atención a estudiantes, en dónde el docente asesora y resuelve dudas a los interados en horario extraclase. La evaluación global del curso se compone entonces, de trabajo individual y grupal; en clase y extraclase; de ejercicios de análisis, para los exámenes y retos de diseño, para los laboratorios; y del trabajo permanente en el curso.
Horas Horas profesor/semana Horas Estudiante/semana Total Horas Estudiante/semestre Créditos Tipo de Curso TD TC TA (TD + TC) (TD + TC +TA) X 16 semanas T P 6 1 5 7 12 192 4 Trabajo Presencial Directo (TD): trabajo de aula con plenaria de todos los estudiantes. Trabajo Mediado_Cooperativo (TC): Trabajo de tutoría del docente a pequeños grupos o de forma individual a los estudiantes. Trabajo Autónomo (TA): Trabajo del estudiante sin presencia del docente, que se puede realizar en distintas instancias: en grupos de trabajo o en forma individual, en casa o en biblioteca, laboratorio, etc.) IV. RECURSOS ( Con qué?) Medios y Ayudas Para el desarrollo de los ejercicios a resolver en casa, se sugiere el uso de computador y un programa especializado en matemáticas, un simulador de circuitos eléctricos y la utilización de herramientas en línea. Para el desarrollo de las prácticas de laboratorio se sugiere el uso de prácticas libres o adicionales como complemento al trabajo presencial. BIBLIOGRAFÍA Textos Principales 1. Sergio Franco, Design with Operational Amplifiers and Analog Integrated Circuits, Tercer Edición, Mc Graw Hill, 2002. 2. Vytautas Gabriunas, Apuntes de Electrónica, Universidad Distrital Francisco José de Caldas, Bogotá, 1999. Textos Complementarios 1. Steve Winder, Analog and Digital Filter Design, Segunda Edición, Newnes, 2002. 2. Adel S. Sedra, Kenneth C. Smith, Circuitos Microelectrónicos, Cuarta Edición, Oxford University Press, México, 1999. 3. Richard C. Dorf, James A. Svoboda, Introduction to Electric Circuits, Séptima Edición, John Wiley & Sons, Inc., 2006. Revistas Direcciones de Internet http://www.analog.com/en/amplifiers-and-comparators/products/dt-adisim-design-sim- tool/filter_wizard/resources/fca.html
1 V. ORGANIZACIÓN / TIEMPOS ( De qué forma?) Espacios, Tiempos, Agrupamientos Características del Amplificador Operacional. Características generales de los amplificadores. Clasificación. El amplificador operacional (OP AMP). OP AMP ideal y real. Limitaciones de entrada y salida. Polarización. 2 OP AMP en lazo abierto. Comparadores. Tiempo de respuesta y Slew Rate. Análisis y diseño de comparadores. 3 Realimentación Negativa. Comportamiento básico. Análisis de Circuitos con OP AMP s realimentados negativamente. Análisis de las Impedancias de entrada y salida. Configuraciones clásicas: seguidor, amplicador no inversor e inversor. 4 Amplificador Multientradas. Análisis. Sumador y restador. Balance matemático y balance eléctrico. Diseño. 5 Primer Parcial. Taller de ejercicios. Primer parcial. 6 Acondicionamiento de Señales para intrumentación. Implementación de combinaciones lineales. Ejemplos de aplicación. 7 Aplicaciones del OP AMP. Derivador e integrador. Aplicaciones en control clásico. 8 Realimentación Positiva. Comportamiento básico del OP AMP realimentado positivamente. Disparadores de Schmitt. Análisis y Diseño. 9 Osciladores. Oscilador de Miller Schmitt. Osciladores basados en OP AMP. IC 555. 10 Segundo Parcial. Taller de Ejercicios. Segundo Parcial 11 Introducción al Análisis Frecuencial. Señales y Sistemas. Sistemas LTI. Respuesta al impulso y convolución. Serie y Transformada de Fourier. Función de Transferencia. 12 Filtros Eléctricos. Características. Clasificación. Topologías. Orden del filtro. Respuesta del filtro. Aplicaciones. 13 Filtros Activos. Filtros activos de primer orden. Filtros de segundo orden. Respuesta Butterworh. Topología Sallen-Key. 14 Filtros de Orden Superior. Filtros en cascada. Filtros Pasabanda y rechazabanda de banda ancha. Otras topologías y respuestas. 15 Respuesta en Frecuencia del OP AMP. Análisis de la ganancia diferencial. Producto Ganancia Ancho de Banda. Compensación. 16 Examen Final. Taller de Ejercicios. Examen Final
VI. EVALUACIÓN ( Qué? Cuándo? Cómo?) Tipo de Evaluación Fecha Porcentaje Primera Nota Examen escrito con ejercicios de análisis y conceptos. Semana 5 15% Segunda Nota Examen escrito con ejercicios de análisis y conceptos. Semana 10 15% Tercera Nota Quices, tareas, trabajos, talleres. Todas las sesiones 20% Laboratorio Prácticas de laboratorio con retos de diseño. Semanal 20% Informe de Laboratorio Informe escrito con el resumen del desarrollo de la práctica y de la solución propuesta. Semanal 10% Examen Final Examen escrito con ejercicios de análisis y conceptos. En la fecha programada por la facultad 20% Aspectos a Evaluar del Curso 1. Evaluación del desempeño docente 2. Evaluación de los aprendizajes de los estudiantes en sus dimensiones: individual/grupo, teórica/práctica, oral/escrita. 3. Autoevaluación. 4. Coevaluación del curso: de forma oral entre estudiantes y docente.
Datos del Docente Nombre : Hans Igor López Chávez. Pregrado : Ingeniero Electrónico (Universidad Distrital) Posgrado : Candidato a Magíster en Ciencias de la Información y las Telecomunicaciones (Universidad Distrital) Asesorías: Firma de Estudiantes Nombre Firma Código Fecha 1. 2. 3. Firma del Docente FECHA DE ENTREGA: 12 de Julio de 2010