Electrónica análoga. Alfredo José Constaín Aragón
circuito, conociendo de primera mano los diferentes aspectos, tanto de los componentes activos aislados, como de su interconexión en el circuito.
5. Acomodación del método al sistema de Créditos y a la naturaleza del Programa de Ingeniería de Diseño y Automatización Electrónica.
Se procura que en este texto aparezca la teoría fundamental, pero es muy probable que este material no pueda darse completamente en cada sesión teórico-practica, por lo tanto, y de acuerdo con el concepto de créditos, el estudiante deberá investigar y complementar lo que realizó en el laboratorio mediante lectura del texto y de otras fuentes (indicadas en la bibliografía seleccionada). El estudiante entonces deberá realizar su informe sobre los datos prácticos realizados en el laboratorio y contestar las preguntas allí formuladas. Los informes se deberán entregar en la semana siguiente.
Por otro lado, y en consonancia con el carácter de nuestra Ingeniería, esta materia esta enteramente orientada al diseño. Es decir, los estudiantes en el desarrollo de este curso deberán adquirir un criterio detallado y una habilidad especial para Diseño. Esto debe entenderse como la adquisición y aplicación de criterios que tengan
que ver con qué se persigue en el circuito, cómo escoger la alternativa más eficiente y cómo hacerlo.
6. La enseñanza de la realimentación negativa desde un principio, y un montaje continuado durante el curso.
Es bien sabido que solo con la aplicación de la realimentación negativa es que los circuitos electrónicos pueden funcionar con alta precisión. Debido a su aparente complejidad, sin embargo, estas técnicas normalmente solo se enseñan (si es que eso ocurre) en niveles superiores de la carrera. En este curso, y teniendo en cuenta la experiencia anterior del autor en este tema, el concepto de realimentación negativa para estabilización de los circuitos se aplica integralmente en los diseños que se realizan durante el curso. Esta circunstancia permite que los alumnos desarrollen un sentimiento de seguridad en sus montajes, pues ellos pueden garantizar que las funciones de transferencia y otros parámetros estarán cerca de las tolerancias establecidas antes de realizar cada circuito. Es importante aclarar que el concepto de error relativo en cada diseño es parte fundamental de la capacidad de realización que cada estudiante desarrollara en el curso.
El desarrollo de un proyecto específico durante el curso dará al estudiante la habilidad práctica para manejar circuitos reales. En síntesis: mediante el desarrollo del curso los estudiantes comprenderán los detalles de diseño, entenderán las limitaciones de los montajes y manejarán los diversos modelos de dispositivos comerciales, a partir de un dominio básico de los modelos físicos de los dispositivos y de ideas básicas de realimentación. Por último, gracias a la aplicación sistemática de la realimentación negativa, ellos podrán controlar la precisión de sus diseños. Es, en síntesis, un enfoque flexible y poderoso que permitirá controlar las especificaciones del circuito que se quiere obtener.
7. Proyecto a desarrollar durante el curso.
El curso debe tener un eminente contenido práctico, para que las fundamentaciones teóricas sean debidamente comprendidas y el estudiante tenga oportunidad de ver las limitaciones y ventajas de cada metodología. Para tal objeto se debe desarrollar por parte del estudiante un Proyecto práctico durante el semestre. En seguida se detalla un cuadro con las principales características de este proyecto.
Nombre: Instrumento funcional que suministre:
Polarización (voltaje) regulado, Fuente doble para trabajo de operacionales
Señal senoidal de amplitud regulable hasta 10 Vpp y hasta f = 200 Khz
Señal cuadrada para aplicación digital, voltaje V = 5 V y f = 50 Khz
El instrumento deberá inicialmente diseñarse y probarse en proto board; una vez que opere satisfactoriamente, deberá pasarse a circuito impreso y encerrarse en una caja metálica con controles y salidas desde el exterior.
8. El papel de la electrónica analógica.
Hoy día se tiene una tendencia innegable hacia la digitalización de los sistemas electrónicos. Sin embargo, no puede negarse que siempre existirá una porción análoga en la que la señal física del mundo exterior se traduce a una señal eléctrica. Esta porción, aunque pequeña, es muy delicada en su operación. Esta es la justificación de este texto.
1. CONCEPTOS BÁSICOS DE LA ELECTRÓNICA
1.1 Fundamentos
1.1.1 Concepto de sistema electrónico
Físicamente un equipo (sistema) electrónico es un conjunto de subsistemas interconectados (Figura 1.1).
Estos sub-sistemas son:
Caja metálica (plástica)
Tarjetas y buses (que incluyen entradas y salidas)
Potencia y alimentación (transformador,fusible y toma)
Controles y despliegues frontales
1.1.2 El diseño electrónico y la tarea del ingeniero
Un diseño electrónico es el ejercicio de análisis y selección de componentes que un ingeniero realiza para obtener un equipo acorde con unas especificaciones previas (Figura 1.2).
En las especificaciones el diseñador deberá tener en cuenta:
Aspectos de alimentación (voltajes)
Aspectos de potencia (disipación)
Aspectos de frecuencia (frecuencias límite)
Aspectos de efectos indeseados (distorsión y ruido)
Las especificaciones de diseño son un procedimiento obligado que todo ingeniero de la industria debe seguir para la fabricación de un dispositivo. Las especificaciones son normas precisas de lo que hace un equipo, puesto normalmente en límites numéricos. Refleja el trabajo de diseño que hacen los ingenieros que lo construyeron.
El diseño electrónico como ejercicio de implantar un conjunto de componentes para que cumplan una determinada función, exige un buen conocimiento de los dispositivos mismos y de las técnicas de cómo ponerlos a funcionar en conjunto. Así mismo, un conocimiento de los límites reales en los cuales el equipo podrá funcionar. El diseño de circuitos consiste en realizar este objetivo de manera práctica.
El ingeniero usará como unidad básica de diseño el concepto de tarjeta, o sea, el agrupamiento funcional de componentes electrónicos soldados sobre una tableta de baquelita con pistas de cobre grabadas sobre su superficie para interconectar apropiadamente esos componentes. Una tarjeta diseñada se presenta en la Figura 1.3a, la ubicación de los componentes se observa en la Figura 1.3b.
El diseño de cada tarjeta corresponderá al grado de densidad (las hay de baja y de alta), que tiene que ver con la cantidad de elementos por cm{1} requeridos (su tecnología dependerá de ese factor). La vista de las pistas se muestra en la Figura 1.41.
Las tarjetas electrónicas tienen tanto componentes pasivos, o sea que no amplifican, como son las resistencias (resistores), las capacitancias (capacitores) y las inductancias (inductores), entre otros. Además, tiene componentes activos, es decir, que amplifican transformando la energía de la fuente en señal útil2, como, por ejemplo, los transistores y los circuitos