FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS, INGENIERÍA Y AGRIMENSURA U.N.R.

PROGRAMA ANALÍTICO DE LA ASIGNATURA: ELECTRÓNICA III          Código A-4.28.1

UBICACIÓN EN LA CARRERA Y CARACTERÍSTICAS GENERALES:

Es una asignatura del séptimo semestre con orientación fuertemente conceptual orientada al diseño de bloques funcionales.

MATERIAS RELACIONADAS:

Previas: Electrónica II, Teoría de Circuitos II, Teoría de Señales y Sistemas

Simultáneas recomendadas: Probabilidades y Procesos Aleatorios, Control I

Posteriores: Electrónica IV, Mediciones II, Fundamentos de Audio (electiva)

1. AMPLIFICADORES REALIMENTADOS:

1.1. Necesidad de la realimentación.
1.2. Sistemas realimentados.
1.3. Propiedades básicas de la realimentación. Insensibilización frente a variación o dispersión de parámetros; linealización; reducción de la ganancia; realimentación positiva y negativa; influencia sobre el ruido; distorsión a la entrada.
1.4. Modelos cuadripolares.
1.4.1. Redes de muestreo.
1.4.2. Redes de comparación.
1.4.3. Configuraciones básicas de realimentación.
1.4.4. Limitaciones para la interconexión de cuadripolos.
1.4.5. Parámetros de los cuadripolos.
1.5. Análisis del caso ideal de realimentación.
1.5.1. Cálculo de la ganancia.
1.5.2. Cálculo de las impedancias de entrada y salida.
1.6. Análisis del caso real de realimentación.
1.6.1. Restitución de impedancias de carga y de la red de realimentación al amplificador.
1.6.2. Condiciones de unilateralidad.
1.6.3. Cálculo de la ganancia.
1.6.4. Cálculo de las impedancias de entrada y salida.
1.6.5. Validez de las condiciones de unilateralidad.
1.7. Método sistemático de análisis de amplificadores realimentados.
1.8. Método de sustitución de cuadripolo.

2. ESTABILIDAD DE AMPLIFICADORES REALIMENTADOS

2.1. Concepto de estabilidad.
2.2. Análisis desde el punto de vista de la ecuación de estado.
2.3. Análisis desde el punto de vista de la Transformada de Laplace.
2.3.1. Método de Nyquist.
2.3.2. Método del Lugar de las Raíces y Contorno de las Raíces.
2.3.3. Método de Polos y Ceros.
2.4. Amplificadores de primero, segundo y tercer orden.
2.5. Límite de estabilidad.
2.6. Compensación.
2.6.1. Cero en la red de realimentación.
2.6.2. Polo dominante.
2.6.3. Polo - Cero.
2.6.4. Feedforward (acción en avance).
2.7. Esquemas circuitales.

3. OSCILADORES SENOIDALES

3.1. Concepto de oscilador.
3.2. Criterio de oscilación ideal (Barkhausen) y real.
3.3. Limitación de la amplitud en osciladores reales.
3.3.1. Enfoque frecuencial (por reducción de ganancia).
3.3.2. Enfoque temporal (formas de onda).
3.4. Método de apertura de lazo.
3.5. Osciladores L - C.
3.5.1. Estructuras de Hartley y Colpitts.
3.5.2. Oscilador sintonizado, con transformador y con autotransformador.
3.6. Polarización. Choques de radiofrecuencias (RFC).
3.7. Osciladores R - C.
3.7.1. Oscilador de Rotación de fase.
3.7.2. Oscilador con Puente de Wien.
3.8. Estabilidad de Amplitud.
3.9. Estabilidad de Frecuencia.
3.9.1. Oscilador de Clapp.
3.9.2. Osciladores a Cristal.
3.10. Oscilaciones parásitas.
3.11. Modulación de AM y FM.

4. RUIDO ELÉCTRICO EN AMPLIFICADORES

4.1. Concepto de ruido.
4.2. Clasificación de las fuentes de ruido.
4. 3. Funciones aleatorias.
4.3.1. Espectro de densidad de potencia media. Propiedades.
4.3.2. Funciones de correlación.
4.3.3. Correlación, convolución y densidad de potencia media.
4.4. Ruido térmico.
4.5. Ruido de emisión.
4.6. Ruido 1/f.
4.7. Especificaciones de ruido.
4.7.1. Potencia disponible de ruido.
4.7.2. Factor de ruido y número (figura) de ruido.
4.7.3. Relación Señal-Ruido.
4.7.4. Ancho de banda de ruido.
4.7.5. Ruido de banda ancha.
4.7.6. Temperatura de ruido.
4.8. Ruido en transistores bipolares y de efecto de campo.
4.9. Modelo de ruido con fuentes de tensión y corriente para amplificadores.
4.10. Mediciones de ruido.

5. RECTIFICACIÓN

5.1. Circuitos rectificadores ideales con carga resistiva.
5.1.2. Rectificadores de media onda.
5.1.2. Rectificadores de onda completa, tipo puente y con punto medio.
5.2. Circuitos rectificadores ideales con filtros de salida.
5.2.1. Filtros de entrada a capacitor.
5.2.2. Filtros de entrada a inductor.
5.3. Circuitos rectificadores no ideales.
5.3.1. Efecto de la resistencia de la fuente de CA y de los diodos.
5.3.2. Curvas de Schade.
5.3.3. Cálculo y diseño de un rectificador usando las curvas de Schade.

6. FUENTES REGULADAS

6.1. Generalidades. Clasificación.
6.2. Definición de Parámetros.
6.3. Arquitectura de un regulador.
6.4. Fuentes disipativas discretas.
6.4.1. Fuentes paralelo.
6.4.2. Fuentes serie.
6.4.3. Fuentes mixtas.
6.4.4. Diferentes esquemas básicos de fuentes de tensión.
6.4.5. Reguladores de corriente.
6.4.6. Cálculo de los factores de regulación. Distintos enfoques.
6.4.7. Diseño de fuentes discretas.
6.5. Reguladores disipativos Integrados.
6.5.1. Distintas prestaciones en monolíticos e híbridos.
6.5.2. Referencias integradas.
6.5.3. Trasladadores de tensión.
6.5.4. Reglas y precauciones en la instalación de reguladores.
6.5.5. Análisis de los reguladores más comunes.
6.5.6. Ampliación de las prestaciones con elementos externos.

7. LAZOS DE FIJACIÓN DE FASE (PLL)

7.1. Concepto. Antecedentes. Estructura. Detector de fase. Filtro; frecuencia de corte. Oscilador controlado por tensión (VCO); frecuencia libre.
7.2. El PLL en situación de seguimiento. Estudio básico como sistema lineal realimentado.Relación entre la fase y la frecuencia. Ancho de banda natural del PLL. Función de transferencia con un filtro de primer orden. Coeficiente de amortiguamiento. Compensación mediante el agregado de un cero.
7.3. Captura. Rango de seguimiento. Rango de captura. Influencia del filtro. Tiempo de captura o enganche. Comportamiento ante el ruido. Extensión del rango de captura.
7.4. Detectores de fase. Detectores multiplicativos. Multiplicador de Gilbert. Operación en zona lineal. Operación en zona alineal.
7.6. Oscilador controlado por tensión. Frecuencia libre. Constante. Rango lineal. 7.7. Análisis de un lazo de fijación monolítico. El circuito integrado LM 565.
7.8. Aplicaciones I. Demodulación de frecuencia. Multiplicación de frecuencia. Detección de tonos.
7.9. Aplicaciones II. Estructura de una señal de FM comercial estereofónica. Reconstrucción de la subportadora de 38 kHz en receptores de FM. Estructura y análisis del circuito LM 1800 de decodificación de señal estereofónica.

7. CONVERSORES D/A Y A/D

7.1. Señales analógicas y digitales. Códigos binarios sin signo y con signo. Complemento a dos. Decimal codificado binariamente (BCD). Bit, byte, palabra.
7.2. Conversión digital/analógica (D/A). Métodos de conmutación de corrientes ponderadas. Métodos de redes escalera de resistencias. Red R-2R. Conversores multiplicativos.
7.3. Aplicaciones de los conversores D/A. Decodificación de señales generadas, transmitidas, procesadas o almacenadas digitalmente. Control de ganancia controlado digitalmente.
7.4. Muestreo. Requisitos. Resolución. Tasa o frecuencia de muestreo. Teorema de Nyquist. Muestreo y retención. Tiempo de establecimiento. Tiempo de apertura. Deriva.
7.5. Conversión analógica/digital (A/D). Conversores integrativos de simple y doble rampa. Conversores por conteo. Conversores de aproximaciones sucesivas. Conversores en paralelo (“flash”).
7.6. Aplicaciones de los conversores A/D. Codificación de señales para su transmisión, almacenamiento, o procesamiento digital. Sistemas de adquisición de datos. Sistemas de control. Linealización de características.
7.7. Características y especificaciones de los conversores A/D y D/A. Errores. Offset. Factor de escala. Alinealidad. Falta de monotonía. Glitch. Sensibilidad a las variaciones de la fuente de alimentación. Ruido. Incertidumbre. Slew-rate. Tiempo de conversión. Máxima tasa de conversión.
7.8. Otros tipos de conversión. Conversores sigma-delta. Conversores de 1 bit. Conversores de ley m y ley A para telefonía.

Alcanzarán la promoción de la materia los alumnos que hayan cumplido con:

a) La aprobación de cada examen parcial teórico-práctico con nota no inferior al 60 %. y con un promedio total no inferior al 70 %. Habrá 3 parciales, que consistirán en la resolución de uno o dos problemas correspondientes a los temas de la asignatura y la respuesta a un cuestionario conceptual. Las fechas de los exámenes parciales, debidamente coordinadas por la Escuela con el resto de las asignaturas, se darán a conocer al comienzo del dictado.

b) 100 % de actividades de laboratorio con sus respectivos informes.

c) La aprobación de un coloquio integrador individual. En este coloquio se presentará primeramente un circuito a analizar conceptualmente y, de ser necesario según el caso, cuantitativamente. El mismo contendrá uno o más de los bloques funcionales desarrollados en el programa y se seleccionará de una varieded de fuentes bibliográficas (manuales, libros, artículos técnicos). A continuación se interrogará al alumno sobre todos los temas desarrollados, con énfasis en aquellos que en los exámenes parciales haya obtenido menores calificaciones. Las preguntas serán conceptuales y destinadas a verificar la comprensión general y la capacidad de relacionar temas

En el caso de no alcanzar a cumplimentar las condiciones a) y b), se tomará un examen final que supla aquellas condiciones no verificadas. Por ejemplo, si no se aprobaren algunos problemas, los mismos deberán ser rendidos en las fechas de examen establecidas en el calendario.

Realimentación

Teoría: 2 clases (7 horas)
Práctica: 2 clases (7 horas)

Estabilidad

Teoría: 1,25 clases (5,25 horas)
Práctica: 1,25 clase (5,25 horas)

Osciladores

Teoría: 1,5 clases (5,25 horas)
Práctica: 1,5 clases (5,25 horas)

Ruido eléctrico

Teoría: 1,5 clases (5,25 horas)
Práctica: 0,5 clase (1,75 horas)

Rectificación

Teoría: 1 clase (3,5 horas)

Fuentes reguladas

Teoría: 2,5 clases (8,75 horas)
Práctica: 2,5 clases (8,75 horas)

PLL

Teoría: 1,5 clases (5,25 horas)
Práctica: 1,5 clases (5,25 horas)

Filtros activos

Teoría: 1,5 clases (5,25 horas)
Práctica: 1,5 clases (5,25 horas)

Trabajo práctico (PLL y Filtros)

Laboratorio: 3 clases (5,25 horas)

Amplificadores realimentados

1. Miyara, F.: “Amplificadores realimentados”. Monografía de la Cátedra B01.01
2. Lo Celso, M.; Novello, A.: “Problemas sobre realimentación”. Fascículo de la Cátedra B11.00
3. Salcedo, J.: Problemas resueltos sobre amplificadores realimentados. Fascículo de la Cátedra B12.00
4. Miyara, F.: “Preguntas frecuentes sobre realimentación”. Fascículo de la Cátedra B30.00
5. Miyara, F.: “Cuestionario sobre realimentación”. Fascículo de la Cátedra B40.00

Estabilidad de amplificadores realimentados

6. Miyara, F.: “Estabilidad de amplificadores realimentados”. Monografía de la Cátedra B02.01
7. Miyara, F.: “Problemas resueltos sobre Estabilidad”. Fascículo de la Cátedra B16.00
8. Miyara, F.; Marengo, F.: “Problema resueltos sobre Estabilidad”. Fascículo de la Cátedra B16.01
9. Miyara, F.; Marengo, F.: “Preguntas frecuentes sobre Estabilidad”. Fascículo de la Cátedra B31.00
10. Miyara, F.; “Cuestionario sobre Estabilidad”. Fascículo de la Cátedra B41.00

Osciladores

11. Miyara, F.: “Osciladores senoidales”. Monografía de la Cátedra B03.01
12. Ghorghor, J.: “Problemas de osciladores”. Fascículo de la Cátedra B13:00
13. Ghorghor, J.: “Problemas resueltos de osciladores”. Fascículo de la Cátedra B14.00
14. Miyara, F.: “Preguntas frecuentes sobre osciladores”. Fascículo de la Cátedra B33.00
15. Miyara, F.: “Cuestionario sobre osciladores”. Fascículo de la Cátedra B42.00

Ruido eléctrico

16. Miyara, F., Lahoz, L.: "Introducción al análisis frecuencial y al ruido". Monografía de la Cátedra B08.00
17. Miyara, F.: “Cuestionario sobre Ruido eléctrico”. Fascículo de la Cátedra B44.00

Rectificación y Fuentes reguladas

18. Galiano, A.: “Reguladores de tensión y corriente”. Monografía de la cátedra B06.00
19. Miyara. F.: “Fuentes reguladas”. Monografía de la Cátedra B06.01
20. Miyara, F.: “Diseño óptimo de un regulador paralelo”.Monografía de la Cátedra B27.00
21. Miyara, F.: “Parámetros de estabilidad de un regulador de tres terminales”.Monografía de la Cátedra B28.00
22. Miyara, F.: “Disipación de potencia”. Monografía de la Cátedra B26.00
23. Campanaro, J. , López, F., Lo Celso, M., Miyara, F., Munich, M., Peri, “Problemas resueltos sobre Fuentes Reguladas”. Fascículo de la Cátedra B22.00

Lazos de fijación de fase (PLL)

24. Miyara, F.: “Lazos de fijación de fase (PLL)”. Monografía de la Cátedra B04.01.
25. Miyara, F.: “Problemas sobre PLL” Fascículo de la Cátedra B19.00
26. Salcedo, F.: “Trabajo Práctico sobre PLL”. Fascículo de la Cátedra B20.00

Filtros activos

27. Miyara, F.: “Filtros Activos”. Monografía de la Cátedra B07.00
28. Peri, E., Munich, M.: “Problemas resueltos sobre filtros activos”. Cátedra B23.00.
29. Salcedo, F.: “Trabajo Práctico sobre PLL y Filtros”. Fascículo de la Cátedra B24.00

General

30. Gray, P., Meyer, R.: “Análisis y diseño de circuitos integrados analógicos”. Ed. Wiley
31. Thorton, R. et al.: “Circuitos Multietapas a Transistores”. SEEC Tomo 5. Ed. Reverté.
32. Bildstein, P.: “Filtros Activos”. Ed. Paraninfo.
33. Millman, J., Halkias, J C.: “Electrónica Integrada”.
34. ---- “Circuitos de Potencia de Estado Sólido”. Manual para Proyectistas SP-52 - RCA (Ed. Arbó).
35. ---- “Sistemas de Sonido”(2da Edición). Recopilación de Philips y FAPESA - (Ed. Edicient).
36. ---- “Data Acquisition Databook”. National Semiconductor.
37. ---- “Operational Amplifiers Databook”. National Semiconductor.
38. ---- “Audio Radio Handbook”. National Semiconductor.
39. ---- “Linear Application Handbook”. National Semiconductor
40. ---- “Power IC’s Databook”. National Semiconductor.

41. Ghausi, M. S., Laker, K. R.: "Modern Filter Design". Ed. Prentice Hall.
42. Themes, G., Mitra, S.: "Modern Filters: Theory and Design". Ed. Willey.
43. Sedra, A., Brackett, P.: "Filter Theory and Design: Active and Passive". Ed. Matrix.
44. Javid, M., Brenner, E.: "Analysis, Transmission and Filtering of Signal"s (Ed. Mc Graw Hill).

Al completar cada unidad, los estudiantes deberán ser capaces de:

1. AMPLIFICADORES REALIMENTADOS

• Explicar el concepto de realimentación indicando ejemplos y reconociendo situaciones en las que tal concepto aparece utilizado en la práctica.
• Enumerar y explicar las ventajas y los inconvenientes de la realimentación.
• Analizar circuitos mediante la metodología sistemática de realimentación.
• Aplicar la realimentación como herramienta para el diseño de amplificadores

2. ESTABILIDAD DE AMPLIFICADORES REALIMENTADOS

• Explicar el concepto de estabilidad indicando ejemplos y reconociendo situaciones en las que la estabilidad es crítica.
• Determinar si un amplificador realimentado es o no estable y si su respuesta transitoria es adecuada; en caso contrario compensarlo para cumplir con requerimientos dados.

3. OSCILADORES SENOIDALES

• Describir los diversos osciladores lineales típicos y su rango de aplicación.
• Analizar diversos circuitos osciladores determinando sus valores característicos.
• Diseñar circuitos osciladores de una topología dada y que cumplan especificaciones dadas.
• Seleccionar la topología o tipo de oscilador que mejor se adapte a un problema dado.

4. LAZOS DE FIJACIÓN DE FASE (PLL)

• Explicar conceptualmente la operación de un PLL utilizando modelos lineales o no lineales según convenga.
• Diseñar un circuito de aplicación con PLL atendiendo a los requisitos sobre rango de captura, ancho de banda.
• Ensayar en el laboratorio un circuito de aplicación con PLL, comprobar su funcionamiento, realizar las mediciones pertinentes y modificarlo, si es necesario, para que el mismo sea el esperado.

5. RECTIFICACIÓN

• Analizar circuitos rectificadores con filtros y determinar sus valores característicos de funcionamiento: tensión de salida, características de regulación, rizado (ripple) y potencia requerida de la fuente de corriente alterna de entrada.
• Diseñar fuentes de alimentación de corriente continua mediante el uso de transformadores monofásicos, rectificadores y filtros para cumplir especificaciones dadas.

6. FUENTES REGULADAS

• Interpretar correctamente los datos y especificaciones de las fuentes reguladas, integradas o no.
• Describir los distintos esquemas de fuentes reguladas indicando sus propiedades y rango de aplicación.
• Diseñar una fuente regulada de tensión o de corriente que satisfaga especificaciones dadas.

7. CONVERSORES D/A Y A/D

• Explicar conceptualmente el funcionamiento de los diversos tipos de conversores D/A y A/D.
• Seleccionar conversores D/A y A/D apropiados para una determinada aplicación en lo referente a resolución, frecuencia de muestreo, velocidad, errores etc., así como los circuitos accesorios como los de muestreo y retención en caso de requerirse.

8. FILTROS ACTIVOS

• Describir y justificar el método seguido para diseñar filtros activos a partir de especificaciones dadas (plantilla, aproximación, síntesis del circuito).
• Describir las topologías circuitales empleadas en el diseño de filtros activos.
• Interpretar correctamente la información sobre filtros integrados suministrada en las hojas de datos.
• Diseñar un filtro activo a partir de especificaciones propuestas.

9. RUIDO ELÉCTRICO EN AMPLIFICADORES

• Describir las herramientas teóricas necesarias para los cálculos de ruido aleatorio en amplificadores.
• Analizar el ruido eléctrico en amplificadores.
• Diseñar amplificadores con el criterio de mínimo ruido.