Fundamentos de Electrónica
COMPETENCIAS GENERALES ASIGNADAS A LA MATERIA
CG-1: Desarrollar las habilidades de aprendizaje necesarias para emprender actividades o estudios posteriores de forma autónoma.
CG-2: Aplicar de forma profesional a su trabajo los conocimientos adquiridos.
CG-4: Trabajar de forma adecuada en un laboratorio incluyendo un registro anotado de las actividades.
CG-7: Ser capaz de utilizar el método científico.
CG-8: Entender, aplicar, adaptar y desarrollar herramientas, técnicas y protocolos de experimentación con rigor metodológico, comprendiendo las limitaciones que tiene la aproximación experimental.
CG-9: Tener capacidad de descripción, cuantificación,
COMPETENCIAS ESPECÍFICAS ASIGNADAS A LA MATERIA (CE)
CE-21: Conocer, comprender y utilizar herramientas informáticas para la resolución de problemas y simulación de sistemas.
CE-36: Comprender y saber calcular diferentes aspectos de los circuitos electrónicos analógicos.
CE-37: Capacidad para utilizar herramientas informáticas de cálculo y diseño de circuitos.
RESULTADOS DE APRENDIZAJE
- Comprende los fundamentos teóricos de las medidas eléctricas, conoce los equipos de medida y puede realizar medidas eléctricas en la práctica.
- Conoce los componentes electrónicos pasivos y activos (electrónicos y fotónicos).
- Conoce la teoría de circuitos y sabe calcular la evolución temporal (sinusoidal y no sinusoidal) y respuesta en frecuencia de redes pasivas y basadas en amplificadores operacionales.
- Sabe analizar y diseñar circuitos electrónicos analógicos lineales y no lineales con amplificadores operacionales y transistores.
- Comprende la estructura interna de amplificadores operacionales, su uso y sus limitaciones a partir de las características de dispositivos reales comerciales.
- Comprende la realimentación en circuitos y la aparición de oscilación.
- Sabe utilizar herramientas de cálculo y diseño de circuitos.
- Identifica las aplicaciones y funciones de la electrónica analógica en la Ingeniería Biomédica.
Bloque 1 / Tema 1: Conceptos fundamentales
1.1 - Intensidad de corriente, diferencia de potencial, referencias de masa y tierra.
1.2 - Ley de Ohm.
1.3 - Tensiones y corrientes continuas (DC) y dependientes del tiempo / alternas (AC).
1.4 - Potencia en DC.
1.5 - Señales y ruido.
1.6 - Tipos básicos de ondas: sinusoidal, cuadrada, triangular y otras. Parámetros característicos (periodicidad, valor medio, valor eficaz, periodo, frecuencia) y regímenes (transitorio, permanente).
1.7 - Señales analógicas y digitales. Sistema binario.
1.8 - Concepto de sistema lineal. Principio de superposición.
1.9 - Dualidad tiempo-frecuencia. Series de Fourier. Espectro. Concepto de filtro.
1.10 - Ideas sobre seguridad eléctrica.
Bloque 1 / Tema 2: Elementos básicos y técnicas de análisis de circuitos eléctricos
2.1 - Modelos de parámetros agregados.
2.2 - Elementos de un circuito: fuentes de tensión y de corriente, generadores de tensión y de corriente, componentes diversos (R, L, C).
2.3 - Análisis elemental de circuitos. Criterio de signos. Lemas de Kirchhoff. Leyes de tensión y de corriente. Análisis por nodos y por mallas. Combinación en serie y en paralelo de componentes. Divisores de tensión y de corriente.
2.4 - Equivalencia de circuitos. Transformación de generadores. Circuitos equivalentes de Thévenin y Norton.
2.5 - Redes de dos puertos: cuadripolos. Tipos. Parámetros característicos. Resistencia de entrada. Resistencia de salida.
Bloque 1 / Tema 3: Instrumentación básica y medidas eléctricas
3.1 Descripción de los instrumentos básicos, sus modos de conexión, las medidas que realizan y los resultados que proporcionan.
3.2 - Errores sistemáticos y aleatorios. Exactitud y precisión de las medidas y de los instrumentos.
3.3 - Efecto de carga de los instrumentos de medida. Métodos de corrección.
3.4 - Ideas sobre muestreo, cuantificación y codificación. Conversión A/D y D/A.
Bloque 1 / Tema 4: Análisis de circuitos en el dominio del tiempo
4.1 - Análisis de circuitos de primer y segundo orden en el dominio del tiempo. Circuitos R-L, R-C y R-L-C.
4.2 - Regímenes libre y forzado.
4.3 - Funciones de excitación típicas. Condiciones iniciales.
Bloque 1 / Tema 5: Análisis de circuitos en régimen sinusoidal permanente.
5.1 - Números complejos. Operaciones elementales.
5.2 - Análisis de circuitos usando fasores e impedancias. Diagramas fasoriales.
5.3 - Circuitos resonantes y sus parámetros (factor de calidad, frecuencia de resonancia y ancho de banda).
5.4 - Energía y potencia en circuitos de AC. Potencia activa, reactiva y compleja.
5.5 - Adaptación de impedancias. Máxima transferencia de potencia.
5.6 - Circuitos con parámetros distribuidos. Líneas de transmisión. Atenuación. Reflexión.
Bloque 1 / Tema 6: Elementos de Electrotecnia
6.1 - Redes trifásicas. Configuraciones en triángulo y en estrella. Equivalencia y método de conversión.
6.2 - Acoplamiento magnético. Circuitos con bobinas acopladas. Transformador real, perfecto e ideal. Autotransformador.
6.3 - Motores en DC y paso a paso.
Bloque 2 / Tema 7: Introducción (descriptiva) a la electrónica
7.1 - Electrónica analógica y digital.
7.2 - Electrónica de potencia.
7.3 - Familias lógicas.
7.4 - Microprocesadores.
Bloque 2 / Tema 8: Amplificación de señales analógicas
8.1 - Concepto. Amplificador ideal.
8.2 - Modelo del amplificador como cuadripolo. Función de transferencia.
8.3 - Tipos de amplificadores: tensión, corriente, transimpedancia y transconductancia.
8.4 - Parámetros característicos. Impedancias de entrada y salida.
8.5 - Respuesta en frecuencia.
8.6 - Concepto de realimentación.
Bloque 2 / Tema 9: Circuitos con amplificadores operacionales ideales
9.1 - Concepto de amplificador operacional. Características generales. Regímenes lineal y no lineal. Tipos de realimentación y cortocircuito virtual.
9.2 - Circuitos amplificadores inversores y no inversores, seguidores, rectificadores de precisión, controladores de corriente por tensión.
9.3 - Elementos para instrumentación y cálculo operativo: sumadores, restadores, integradores, diferenciadores y amplificadores diferenciales.
9.4 - Comparadores, multivibradores astables y disparadores.
Bloque 2 / Tema 10: Circuitos con dispositivos semiconductores discretos
10.1 - Unión p-n.
10.2 - Modelos del diodo. Linealización de las características I-V.
10.3 - Polarización y pequeña señal. Resistencia estática y dinámica.
10.4 - Tipos de diodos y sus aplicaciones: Zener, LED...
10.5 - Concepto de transistor. Tipos (bipolar, J-FET, MOSFET).
10.6 - Circuitos y técnicas básicas de polarización de transistores bipolares y de efecto de campo.
10.7 - Configuraciones básicas de amplificación en pequeña señal con un único dispositivo activo. Ganancia, impedancia de entrada, impedancia de salida.
10.8 - Funcionamiento y análisis de las etapas en gran señal. Margen dinámico.
Bloque 2 / Tema 11: Otros componentes y sus características reales
11.1 - Características de componentes pasivos reales (R, L y C). Conceptos de tolerancia y serie. Parámetros específicos. Efecto de las condiciones ambientales y de operación. Disipación de potencia. Limitaciones de uso.
11.2 - Circuitos impresos (para componentes de inserción y SMD).
11.3 - Cables y conectores especiales para determinadas aplicaciones. Fibras ópticas.
Seminario: Uso de PSPICE
Introducción al manejo del programa de simulación de circuitos eléctricos y electrónicos PSPICE. Realización de simulaciones en casos de interés.
Práctica I: Instrumentación y Medidas I
I.1 - Manejo del generador de funciones, de la fuente de alimentación, del multímetro como óhmetro, voltímetro y amperímetro (AC y DC). Manejo del osciloscopio con uno y dos canales. Modos de entrada y sincronismo.
I.2 - Montaje de un circuito sencillo (rectificador de media onda) con material del laboratorio. Selección previa de los componentes necesarios.
I.3 - Realización de medidas sobre las señales proporcionadas por el circuito con los distintos instrumentos. Obtención de parámetros característicos de las señales. Comparación de los resultados. Aplicación del principio de superposición.
Práctica II: Instrumentación y Medidas II
II.1 - Montaje de un circuito sencillo (divisor de tensión con impedancias) con material del laboratorio. Selección y caracterización previa de los componentes necesarios.
II.2 - Realización de medidas a distintas frecuencias. Interpretación de los resultados mediante el uso de fasores.
II.3 - Estudio del efecto de carga resistivo y capacitivo de los instrumentos de medida. Uso del circuito equivalente de Thévenin para su análisis y corrección.
Práctica III: Electrónica Aplicada I
III.1 - Realización de medidas sobre un circuito de propósito general basado en un amplificador operacional que puede ser configurado de forma sencilla como seguidor, amplificador inversor, amplificador no inversor, rectificador de precisión, integrador, comparador, disparador y multivibrador astable.
III.2 - Estudio de la respuesta en frecuencia de distintos filtros basados en amplificadores operacionales que son usados comúnmente para el filtrado de señales biológicas.
Práctica IV: Electrónica Aplicada II
IV.1 - Estudio de un amplificador analógico de pequeña señal con un único dispositivo activo. Puesta en marcha y medidas de polarización en continua.
IV.2 - Medida de la ganancia y de las impedancias de entrada y salida del amplificador. Medida del margen dinámico. Comparación con los resultados del análisis teórico.
IV.3 - Realización de medidas en modo diferencial y común usando un amplificador de instrumentación con aplicaciones en la medida de señales biológicas.
IV.4 - Montaje de un electrocardiógrafo interconectando los módulos necesarios. Visualización del electrocardiograma del alumno en la pantalla del osciloscopio.
La evaluación de la asignatura podrá llevarse a cabo por el método de Evaluación Continua o bien mediante un único Examen Final. El Tribunal Calificador de la asignatura aconseja al futuro alumno que opte sin dudarlo por el método de Evaluación Continua, salvo que sus circunstancias personales o laborales se lo impidan.
1. Evaluación Continua
El proceso de Evaluación Continua supone que el alumno deberá dedicar a la asignatura un esfuerzo no excesivamente intenso pero sí constante durante todo el curso, de modo que pueda ir superando poco a poco y sin problemas todas y cada una de las actividades de evaluación que se le vayan proponiendo.
De acuerdo con la Normativa de Evaluación de la Universidad Politécnica de Madrid, existirán durante el curso dos Convocatorias de Evaluación, una ordinaria (enero) y otra extraordinaria (julio), en las que el alumno que haya optado por el sistema de Evaluación Continua podrá superar la asignatura.
1-a. Convocatoria de Evaluación ordinaria (enero)
La asignatura se considerará superada en esta convocatoria cuando al final del curso se hayan obtenido 5 puntos o más (sobre un total de 10 puntos) según las normas que se indican a continuación:
NOTA FINAL = Nota de la evaluación de los Temas 1 a 6 (30%) + Nota de la Evaluación de los Temas 7 a 11 (30%) + Nota de las Prácticas (22%) + Participación en Seminarios (3%) + Nota de los ejercicios entregados en clase (10%) + Bonificación por asistencia, participación en clase y trabajo en grupo (5%).
1-b. Convocatoria de Evaluación extraordinaria (julio)
En caso de que, por alguna de las razones indicadas anteriormente, la calificación del alumno en la Convocatoria de Evaluación ordinaria (enero) sea de suspenso y deba presentarse a la evaluación de la(s) parte(s) no superadas en la Convocatoria de Evaluación extraordinaria (julio), la asignatura se considerará superada cuando se obtengan 5 puntos o más (sobre un total de 10 puntos) según las normas que se indican a continuación:
NOTA FINAL = Nota de la evaluación de los Temas 1 a 6 (30%) + Nota de la Evaluación de los Temas 7 a 11 (30%) + Nota de la Evaluación de las Prácticas (22%) + Participación en Seminarios (3%) + Nota de los ejercicios entregados en clase (10%) + Bonificación por asistencia, participación en clase y trabajo en grupo (5%).
2. Examen Final
En cumplimiento de la Normativa de Evaluación de la Universidad Politécnica de Madrid, los alumnos que lo deseen podrán ser evaluados mediante un único Examen Final, siempre y cuando lo comuniquen al Director del Departamento de Ingeniería Electrónica mediante solicitud presentada en el registro de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Telecomunicación dentro del plazo que oportunamente se anunciará.
Esta opción, desaconsejada por el Tribunal Calificador, supone la renuncia total a la Evaluación Continua, por lo que no se considerará ningún ejercicio entregado ni actividad realizada por el alumno durante el curso.
De acuerdo con dicha Normativa, habrá dos convocatorias de Examen Final, una ordinaria (enero) y otra extraordinaria (julio).
El Examen Final consistirá en ambas convocatorias en una parte teórica, que incluirá la evaluación de los Temas 1 a 11 y se realizará el día de la convocatoria oficial, y una parte práctica, que se convocará posteriormente y consistirá en un examen oral en el que el alumno realizará montajes y medidas relacionados con las Prácticas en presencia del Tribunal Calificador y proporcionará a sus miembros cuantas explicaciones le sean solicitadas.
Se habilitarán sesiones de laboratorio para que estos alumnos puedan preparar la parte práctica del Examen Final.
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