Electrónica Análoga II

FORMATO OFICIAL DE MICRODISEÑO
CURRICULAR
FACULTAD: Ingeniería
PROGRAMA: Electrónica
1. IDENTIFICACIÓN DEL CURSO
NOMBRE DEL CURSO:
Electrçonica Análoga II
CÓDIGO:30045461 No. DE CRÉDITOS ACADÉMICOS: 4
HORAS SEMANALES: 6
REQUISITOS: Electrónica Análoga I
ÁREA DEL CONOCIMIENTO:
Ingeniería Aplicada
UNIDAD ACADÉMICA RESPONSABLE DEL DISEÑO CURRICULAR:
COMPONENTE BÁSICO
COMPONENTE FLEXIBLE
TIEMPO (en horas) DEL TRABAJO ACADÉMICO DEL ESTUDIANTE
Actividad Académica Del
Trabajo Presencial
Estudiante
Trabajo Independiente
Total
(Horas)
Horas
96
96
192
TOTAL
96
96
192
2. PRESENTACION RESUMEN DEL CURSO
El curso inicia con el desarrollo de los conceptos básicos de amplificadores monoetapa, para
terminar con la amplificadores realimentados negativamente. Se explica el funcionamiento
de los amplificadores monoetapa en sus diferentes configuraciones básicas para transistores
bipolares como transistores unipolares. Se dan las técnicas de análisis comenzando con las
diferentes técnicas de polarización mediante el uso de resistencias externas y por fuentes de
corriente como por ejemplo: espejo de corrientes, fuente de corriente Widlar, fuente de
corriente de Wilson. Las aplicaciones de estos amplificadores monoetapas para satisfacer
requisitos de impedancia de entrada, impedancia de salida, ganancia de tensión y de
corriente para acoplar diferentes señales provenientes de sensores o de etapas anteriores.
Una vez entendido el tema se procede a desarrollar amplificadores multietapas con
diferentes tipos de acople: directo, capacitivo. Se analiza y se diseña amplificadores
multietapas especiales como: amplificador diferencial, cascode, par darlington, boostrap. El
estudiante estará en capacidad de comprender como se comportan los amplificadores
estudiados cuando se cambia la frecuencia en la señal de entrada, para calcular la frecuencia
de corte en baja frecuencia y en alta frecuencia, lo que se denomina el ancho de banda.
Cuando se desea que este amplificador maneje potencia, nos lleva a estudiar las diferentes
técnicas más empleadas, por ejemplo, amplificadores clase A, B, AB, C, D. Por último el
curso se termina cuando se realimenta negativamente con las cuatro topologías que se
presentan comúnmente en estos circuitos.
3. JUSTIFICACIÓN.
Los tópicos cubiertos en el curso permiten al estudiante complementar y reforzar el
aprendizaje de dispositivos electrónicos iniciado en Electrónica I, así como generar aptitudes y
habilidades en el campo del análisis y diseño de amplificadores electrónicos.
4. COMPETENCIAS GENERALES
COMPETENCIAS GENERALES
INTERPRETATIVA
Estudiar,
analizar,
comprender
y
desarrollar las técnicas de análisis y diseño
de
SABER
amplificadores
con
dispositivos
no
lineales (diodo, transistor) en el desarrollo
de algunas aplicaciones
ARGUMENTATIVA Manejar a través de modelos lineales de los
diodos y transistores para las diferentes
aplicaciones que tienen los diodos y los
transistores bipolares y de efecto de campo
PROPOSITIVA
El estudiante debe de estar en capacidad de
elaborar modelos prácticos en donde interactúen las propiedades y aplicaciones los
diodos y los transistores, bipolares y de
efecto
de
campo
para
modelar
amplificadores de baja frecuencia.
El estudiante debe aprender a utilizar los diferentes métodos
HACER
existentes para el desarrollo de las técnicas de análisis y diseño con
amplificadores y sus diferentes aplicaciones .
 Analizar, diseñar, simular, construir y evaluar circuitos con
amplificadores con circuitos discretos,
 Analizar, diseñar, simular, construir y evaluar circuitos para
polarizar los Transistores
 Seleccionar, analizar, diseñar, simular, construir y evaluar
circuitos amplificadores monoetapa con Transistores Bipolares.
 Seleccionar, analizar, diseñar, simular, construir y evaluar
circuitos amplificadores con Transistores de Efecto de Campo
 Explotar a un elevado nivel los programas profesionales para el
diseño de circuitos asistido por computador.
 Utilizar ampliamente la literatura científica y técnica, incluidos
manuales en español e inglés, sobre circuitos electrónicos.
 Elaborar informes técnicos de calidad utilizando las normas
técnicas orientadas para este fin.
A través del trabajo en grupo se despertará en el estudiante el
SER
compañerismo y los valores sociales que conlleven a la tolerancia, el
compromiso y el compartir conocimientos que estimulen una actitud
reflexiva e inteligente en la construcción de su proyecto de vida.
 Contribuir a lograr rigor científico, tanto en lo que se refiere a la
aplicación de los conceptos y a la formulación de los temas,
como a la aplicación de los métodos y formas de trabajo.
 Contribuir a una alta responsabilidad ética y moral para poner el
resultado de su trabajo
 en función de los requerimientos de la sociedad donde vive,
manteniendo una actitud
 responsable ante el cuidado del medio ambiente y el desarrollo
sostenible.
 Contribuir a mantener la competencia profesional y por tanto la
capacidad de superación y auto preparación durante su vida
laboral activa.
 Contribuir a una actitud positiva en su conducta social y
correctos hábitos de educación formal, así como alcanzar
habilidades en la comunicación social, tanto desde el punto de
vista laboral como en sus relaciones sociales generales.
5. DEFINICION DE UNIDADES TEMATICAS Y ASIGNACIÓN DE TIEMPO DE
TRABAJO PRESENCIAL E INDEPENDIENTE DEL ESTUDIANTE POR CADA EJE
TEMATICO
DEDICACIÓN DEL
ESTUDIANTE (horas)
No.
NOMBRE DE LAS UNIDADES TEMÁTICAS
HORAS
TOTALES
a) Trabajo
b) Trabajo
Presencial
Independiente
4
4
8
20
20
40
(a + b)
1
UNIDAD 1. AMPLIFICADORES MONO-ETAPA
2
UNIDAD 2.
POTENCIA
3
UNIDAD
3.
RESPUESTA
EN
FRECUENCIA
Y
COMPORTAMIENTO DEPENDIENTE DEL TIEMPO DE
CIRCUITOS
24
24
48
4
UNIDAD 4. CIRCUITOS ANALÓGICOS INTEGRADOS
24
24
48
5
UNIDAD 5. RETROALIMENTACIÓN NEGATIVA
24
24
48
96
96
192
AMPLIFICADORES
MULTIETAPA
Y
DE
TOTAL
6. PROGRAMACION SEMANAL DEL CURSO
ACTIVIDADES Y
Unidad
No.
Temática
Semanas
CONTENIDOS TEMÁTICOS
H. T. P.
H.T.I.
ESTRATEGIAS
PEDAGOGICAS
Clases
Laboratorio
Trabajo
Trabajo
y/o practica
dirigido
independiente
1
Amplificadores Mono- Etapa
Exposición del docente
Configuración de inversor, (inversor:
Ejercicios en clase
BJT, MOSFET, CMOS).
Configuración de seguidor de voltaje (
Seguidor: BJT, MOSFET).
Configuración de seguidor de corriente:
Seguidor
de
corriente
BJT
(amplificador de base común),
Configuración cascode BJT,
Seguidor de corriente MOSFET,
cascode
2
4
2
MOSFET con carga MOSFET.
Exposición
del
docente.
Operación en régimen Digital: El
Formulación de problemas.
transistor como interruptor, El inversor
como una compuerta lógica digital, Ejercicios en clase
inversor lógico BJT, inversor lógico
CMOS, inversor lógico NMOS.
Efecto de un voltaje distinto fuente a
8
8
1
2y3
sustrato distinto a cero. ( efecto de
cuerpo).
3
Amplificadores diferenciales:
Topología básica del amplificador
diferencial. Señales en modo
diferencial y en modo común.
Exposición
del
docente.
Formulación de problemas.
6
2
4
4
5
amplificador diferencial BJT:
amplificador diferencial BJT con una
entrada, amplificador BJT con dos
entradas, superposición de las
respuestas diferencial y común,
relación de rechazo en modo común,
resistencias de entrada y de salida del
amplificador diferencial BJT
polarización del amplificador
diferencial BJT, espejo de corriente
BJT, fuente de corriente Widlar BJT.
Amplificadores diferenciales MOSFET
y JFET: amplificador diferencial
NMOS, amplificador diferencial JFET
con cargas resistivas, amplificador
diferencial CMOS, amplificador
diferencial BiCMOS. Funcionamiento
a gran señal de los amplificadores
diferenciales: descripción a gran señal
del amplificador diferencial BJT,
descripción a gran señal de los
amplificadores diferenciales MOSFET
y JFET con cargas resistivas,
descripción a gran señal del
amplificador diferencial MOSFET con
cargas CMOS, Rango de excursión del
amplificador diferencial..
Respuesta en frecuencia y
comportamiento dependiente del
tiempo de circuitos : Fuentes de
capacitancia e inductancia en circuitos
electrónicos: capacitancia parásita en
Ejercicios en clase
Exposición
del
docente.
6
2
4
6
2
4
Formulación de problemas.
Ejercicios en clase
Evaluación
Exposición
del
docente.
Formulación de problemas.
Ejercicios en clase
6
7
3y4
las terminales, inductancia parásita de
terminales, Capacitancia interna de la
unión pn, capacitancia en el transistor
de unión bipolar, capacitancia en el
transistor de efecto de campo MOS,
capacitancia en el transistor de efecto
de campo de unión.
Respuesta de amplificador en régimen
permanente sinusoidal: representación
mediante de gráficas de Bode en el
dominio de la frecuencia,
representación en gráfica de Bode de
funciones de sistema de complejidad
arbitraria, límites de frecuencia de
banda alta, baja, y media,
superposición de polos. Respuesta en
frecuencia de circuitos conteniendo
capacitores: capacitores de alta y de
baja frecuencia, concepto de polo
dominante, efecto de la capacitancia
transversal sobre la respuesta del
amplificador, teorema de Miller,
polos de alta frecuencia con resistor de
retroalimentación, respuesta en
frecuencia con capacitor de desvío.
Respuesta en frecuencia del
amplificador diferencial: respuesta en
frecuencia en modo diferencial,
respuesta en frecuencia en modo
común, respuesta en frecuencia en
modo cascode, consideraciones de
diseño de circuitos integrados.
Exposición
del
docente.
6
2
2
6
2
4
Formulación de problemas.
Ejercicios en clase
Exposición
del
docente.
Formulación de problemas.
Ejercicios en clase
Respuesta en el tiempo de los circuitos
electrónicos: capacitancia interna del
diodo y el rectificador de media onda,
respuesta incremental a escalón de un
amplificador a transistor.
8
Amplificadores multietapa y de
potencia: Carga de entrada y de salida.
Cascada de amplificación de dos
puertos. Polarización de amplificadores
multietapa. Corrimiento de nivel de
CD: corrimientos de niveles en
circuitos BJT, desplazamiento de nivel
de circuitos MOSFET. Cascada de
amplificadores diferenciales.
Exposición
del
docente.
6
2
4
Formulación de problemas.
Ejercicios en clase
Evaluación
9
Etapas de salida de amplificación de
Exposición
del
docente.
potencia: configuración de salida de par
Formulación de problemas.
complementario (clase B),
configuración de salida con
Ejercicios en clase
polarización lineal (clase A),
configuración de salida con
polarización mínima (clase AB).
Amplificadores de potencia integrados.
Dispositivos de potencia: disipadores
de calor, BJT de potencia, MOSFET de
potencia.
6
2
4
10
Circuitos analógicos integrados:
Cascada básica del amplificador
operacional. Estudio de caso:
amplificador operacional bipolar
6
2
4
Exposición
del
docente.
Formulación de problemas.
Ejercicios en clase
11
LM741, etapa de entrada BJT del
amplificador operacional LM741, etapa
de ganancia media del amplificador
operacional LM741
etapa de salida del amplificador
operacional LM741, cascada completa
del amplificador operacional,
compensación en frecuencia, división
de polos, origen de la limitación de
rapidez de respuesta, ajuste de desvío
nulo.
Exposición
del
docente.
4
2
2
4
Formulación de problemas.
Ejercicios en clase
Evaluación
12
Estudio de caso: Amplificador
Exposición
del
docente.
operacional CMOS simple: diseño de la
Formulación de problemas.
polarización , funcionamiento en modo
diferencial en pequeña señal,
Ejercicios en clase
funcionamiento en modo común, rango
de la excursión de la señal.
4
2
2
4
13
Retroalimentación y estabilidad: El
lazo de retroalimentación negativa.
Requisitos generales de los circuitos
realimentados. Efectos de la
retroalimentación en el funcionamiento
del amplificador: efectos de la
retroalimentación sobre la linealidad de
amplificadores, efecto de la
retroalimentación en el ancho de banda
del amplificador.
Los cuatro tipos básicos del
amplificador: características de puerto
del amplificador, muestreo de salida,
4
2
2
4
4
2
2
4
4y5
14
Exposición
del
docente.
Formulación de problemas.
Ejercicios en clase
Exposición
del
docente.
Formulación de problemas.
15
5
16
mezclado de entrada . Las cuatro
topologías de la realimentación. Efecto
de las conexiones de la red de
realimentación en la resistencia de
puerto de amplificador: resistencia de
entrada de la conexión con mezclado
de entrada en serie, resistencia de
entrada de la conexión mezclado de
entrada en derivación, resistencia de
salida de la conexión de muestreo de
salida en paralelo, resistencia de salida
de la conexión con muestreo de salida
en serie.
Ejemplos reales de amplificadores
realimentados: amplificador
operacional (realimentación serie /
paralelo), Amplificador MOSFET de
transconductancia con resistor de
realimentación (realimentación serie /
serie), amplificador de resistencia de
una etapa (realimentación paralelo),
amplificador de corriente BJT con
realimentación paralelo/serie).
Estabilidad del lazo de realimentación:
corrimiento de fase del amplificador,
cómo evaluar la estabilidad de la
realimentación utilizando la gráfica de
Nyquist. Análisis mediante gráficas de
Bode de la estabilidad de la
realimentación: compensación de
frecuencia, compensación externa.
Ejercicios en clase
Evaluación
Exposición
del
docente.
6
2
4
6
2
4
Formulación de problemas.
Ejercicios en clase
Exposición
del
docente.
Formulación de problemas.
Ejercicios en clase
Evaluación
H. T. P. = Horas De trabajo presencial
H. T. I. = Horas de trabajo independiente
7. EVALUACIÓN DEL APRENDIZAJE
ESTRATEGIA DE
UNIDAD TEMÁTICA
1. UNIDAD 1.
EVALUACION
Evaluación escrita
PORCENTAJE (%)
10%
AMPLIFICADORES MONO –
ETAPA
2. UNIDAD 2.
AMPLIFICADORES
DIFERENCIALES
Trabajo
3. UNIDAD 3.
Exposición estud. 5% Evaluación 20%
RESPUESTA EN
escrita:15%
en
grupo:10% 20%
Evaluación escrita:10%
FRECUENCIA Y
COMPORTAMIENTO
DEPENDIENTE DEL
TIEMPO DE CIRCUITOS
4. UNIDAD 4.
AMPLIFICADORES
MULTI-ETAPAS Y
POTENCIA
Trabajo en grupo:5% Evaluación 20%
escrita :15%
5. UNIDAD 5.
Evaluación escrita
RETROALIMENTACIÓN
Laboratorio
Y ESTABILIDAD
15%
15%
8. BIBLIOGRAFÍA
a.
Bibliografía Básica:
HORENSTEIN, Mark N.. Microelectrónica: circuitos y dispositivos.. Prentice
Hall.
b. Bibliografía Complementaria:
SEDRA & SMITH. Microelectrónica. Oxford Jhonston.
MILLMAN, J.. Microelectronic.
Manuales de circuito integrados análogos de diferentes firmas.
BOYLESTAD, Robert. Circuitos Electrónicos. Prentice Hall.
SAVANT, Roeden y Carpenter. Diseño Electrónico. Prentice may.
MILLMAN-HALKIAS. Electrónica Integrada. Mc Graw Hill.
OBSERVACIONES
DILIGENCIADO POR : Ing., Esp., Ramiro Perdomo Rivera
FECHA DE DILIGENCIAMIENTO: 26-01-2007