Universitat Internacional de Catalunya - Barcelona

Fundamentos y Sistemas Electrónicos

• código 12482
• curso 2
• periodo Semestre 1
• tipo OB
• créditos 6

Módulo: FORMACIÓN TECNOLÓGICA

Materia: TECNOLOGÍA

Lengua de impartición principal: castellano

Otras lenguas de impartición: catalán, inglés

Responsable

Dr. Xavier MARIMON - xmarimon@uic.es

En esta asignatura se reciben los fundamentos teóricos y prácticos necesarios para trabajar con circuitos y sistemas electrónicos. Desde los componentes pasivos más simples hasta los transistores, amplificadores operacionales y sus aplicaciones. Estos conocimientos se van trabajando en paralelo con las herramientas matemáticas necesarias orientadas al análisis de circuitos, como por ejemplo; resolución de matrices, ecuaciones diferenciales y transformada de Laplace. Desde el punto de vista práctico, los estudiantes trabajarán en laboratorio de electrónica donde pondremos practica la implementación de los circuitos más representativos estudiados en la asignatura.

Para poder cursar la asignatura de forma satisfactoria se recomienda que el estudiante haya cursado las siguientes asignaturas de primer curso:
-Álgebra
-Cálculo

• CE15 - Tener la capacidad de realizar un proyecto mediante el uso de fuentes de datos, y la aplicación de metodologías, técnicas de investigación y herramientas propias de la Bioingeniería, y hacer una exposición y defensa pública del proyecto ante un público especializado de forma que se demuestre la adquisición de las competencias y conocimientos propios del Grado
• CE16 - Aplicar la terminología propia de la Bioingeniería tanto oral como escrita en una tercera lengua.
• CE17 - Ser capaz de identificar los conceptos de la ingeniería que se pueden aplicar en el campo de la biología y de la salud.
• CE18 - Definir los principios fundamentales de las tecnologías que se emplean en el diseño y la fabricación de micro y nanosensores en áreas biotecnológicas.
• CG10 - Saber trabajar en un entorno multilingüe y multidisciplinar
• CG2 - Promover los valores propios de una cultura pacífica, contribuyendo a la convivencia democrática, el respeto de los derechos humanos y principios fundamentales como la igualdad y la no discriminación.
• CG3 - Tener capacidad para el aprendizaje de nuevos métodos y teorías y ser versátil para la adaptación a nuevas situaciones.
• CG4 - Resolver problemas con iniciativa, toma de decisiones, creatividad, razonamiento crítico y de comunicación y transmisión de conocimientos, habilidades y destrezas en el campo de la Bioingeniería.
• CG7 - Analizar y valorar el impacto social y medioambiental de las soluciones técnicas.
• CG9 - Tener capacidad de organización y planificación en el ámbito de la empresa, y otras instituciones y organizaciones.
• CT2 - Tener capacidad para relacionar el bienestar con la globalización y la sostenibilidad; lograr habilidades para utilizar de forma equilibrada y compatible la técnica, la tecnología, la economía y la sostenibilidad.
• CT3 - Saber comunicarse de forma oral y escrita con otras personas sobre los resultados del aprendizaje, de la elaboración del pensamiento y de la toma de decisiones; participar en debates sobre temas de la propia especialidad
• CT4 - Ser capaz de trabajar como miembro de un equipo interdisciplinar, ya sea como un miembro más o realizando tareas de dirección, con la finalidad de contribuir a desarrollar proyectos con pragmatismo y sentido de la responsabilidad, asumiendo compromisos teniendo en cuenta los recursos disponibles
• CT5 - Realizar un uso solvente de los recursos de información. Gestionar la adquisición, la estructuración, el análisis y la visualización de datos e información en el ámbito de especialidad y valorar de forma crítica los resultados de dicha gestión.
• CT6 - Detectar deficiencias en el propio conocimiento y superarlas mediante la reflexión crítica y la elección de la mejor actuación para ampliar dicho conocimiento.
• CT7 - Dominar una tercera lengua, habitualmente el inglés, con un nivel adecuado oral y escrito y en consonancia con las necesidades que tendrán los titulados y tituladas
• CB1 - Que los estudiantes hayan demostrado poseer y comprender conocimientos en un área de estudio que parte de la base de la educación secundaria general, y se suele encontrar a un nivel que, si bien se apoya en libros de texto avanzados, incluye también algunos aspectos que implican conocimientos procedentes de la vanguardia de su campo de estudio
• CB2 - Que los estudiantes sepan aplicar sus conocimientos a su trabajo o vocación de una forma profesional y posean las competencias que suelen demostrarse por medio de la elaboración y defensa de argumentos y la resolución de problemas dentro de su área de estudio
• CB3 - Que los estudiantes tengan la capacidad de reunir e interpretar datos relevantes (normalmente dentro de su área de estudio) para emitir juicios que incluyan una reflexión sobre temas relevantes de índole social, científica o ética
• CB4 - Que los estudiantes puedan transmitir información, ideas, problemas y soluciones a un público tanto especializado como no especializado
• CB5 - Que los estudiantes hayan desarrollado aquellas habilidades de aprendizaje necesarias para emprender estudios posteriores con un alto grado de autonomía
• CE12 - Realizar un proyecto en el ámbito de las tecnologías específicas de Bioingeniería de naturaleza profesional en el que se sinteticen e integren las competencias adquiridas en las enseñanzas.
• CE13 - Identificar, entender y utilizar los principios de electrónica, sensores, acondicionadores y sistemas de adquisición de señales biomédica
• CG8 - Aplicar los principios y métodos de la calidad.

El objetivo fundamental de la asignatura es introducir al estudiante en los conceptos básicos de los sistemas electrónicos y sus funcionalidades básicas. La asignatura tiene, como objetivo los siguientes resultados de aprendizaje generales:

1. Describir los contenidos esenciales del temario de la asignatura y su justificación (Conocimiento).

2. Diferenciar la electrónica de tratamiento de señal de la electrónica de conversión de energía eléctrica (Comprensión) .

3. Describir la constitución general de un sistema electrónico y discernir entre las funciones básicas que en el mismo se realizan (Conocimiento/Comprensión).

4. Describir los componentes electrónicos básicos (Conocimiento/Comprensión).

5. Resolver circuitos sencillos (Aplicación).

6. Definir el amplificador operacional (Conocimiento).

7. Definir la realimentación negativa y positiva de un amplificador (Conocimiento).

8. Describir operadores lineales y no lineales (Comprensión/Aplicación).

1. Electrónica analógica

1.1. Teoría de circuitos.

1.1.1. Circuitos electrónicos. Elementos y componentes. Característica corriente-tensión.

1.1.2. Elementos activos y pasivos. Fuentes de tensión y de corriente. Amplificadores. Resistores. Característica estática. Tipo de resistores. Concepto de interruptor.  Componentes reactivos: condensadores y inductors.

1.1.3. Solución de un circuito. Ley de Ohm. Leyes de Kirchhoff. Convenio de signos. Teorema de Tellegen. Recta de carga y punto de trabajo. Operación en fuerte señal, en pequeña señal y en conmutación. Equivalente de Thévenin. Equivalente de Norton.

1.14 Análisis del circuito en el dominio temporal. Concepto de función de transferencia. Concepto de polo y cero. Transformada de Laplace.

1.2. El diodo semiconductor.

1.2.1. Breve historia del diodo. Característica tensión-corriente del diodo rectificador. Modelización segmental. Diodo ideal. Diagrama de transición del diodo.

1.2.2. El diodo en un circuito. Funcionamiento en fuerte señal y en conmutación. Circuitos de aplicación del diodo rectificador: rectificadores y circuitos recortadores.

1.2.3. Otros tipos de diodos:  Zener, Shottky, LED.

1.3. El transistor.

1.3.1. Breve historia del transistor. Característica tensión-corriente del transistor bipolar de unión. Modos de funcionamiento. Efecto transistor.

1.3.2. El transistor en un circuito. Polarización. Funcionamiento régimen lineal y en conmutación. Modelización del BJT. Diagrama de transición de estados. Disipación de calor. Alguns circuitos de aplicación. Amplificadores.

1.3.3. Otros tipos de transistores: JFET y MOSFET.

1.4. El amplificador operacional.

1.4.1. Concepto de amplificador. Ganancia, impedancia de entrada e impedancia de salida.

1.4.2. Tipo de amplificadores. Amplificadores de voltaje, corriendo, transconductancia y transresisitencia. Modelos.

1.4.3. Modelo del amplificador de tensión. Necesidad de la alimentación.

1.4.4. El Amplificador Operacional Realimentado en Tensión, Voltage-feedback operational amplifier  (VFOA).

1.4.5. VFOA ideal. Características de ganancia, de entrada y de salida. Circuito equivalente del VFOA. Alimentación del VFOA. Concepto de saturación.

1.4.6. VFOA ideal en lazo abierto. Comparadores analógicos.

1.4.7. VFOA ideal en lazo cerrado. Realimentación negativa y positiva. Factores de realimentación. Funcionamiento estable e inestable. Ejemplos básicos. Aplicaciones del VFOA con circuitos resistivos.

1.4.8. VFOA en funcionamiento estable. Concepto de de masa virtual. Análisis de circuitos basados en VFOA bajo funcionamiento estable.

1.4.9. Operadores lineales. Seguidor de tensión. Amplificador no inversor. Amplificador inversor. Sumador. Restador. Integrador inversor. Derivador analógico.

1.4.10. Comparadores regenerativos inversor y no inversor. Nivel y sensibilidad. Aplicaciones.

1.4.11. Otros aspectos relativos al amplificador operacional.

14.12. Operadores no lineales. Rectificadores de precisión.

1.4.13. Amplificadores logarítmico y antilogarítmic. Multiplicador y divisor analógico.

1.4.14. El amplificador no ideal y sus parámetros.

1.4.15. el amplificador de instrumentación. Aplicación: medida de la señal ECG y EMG.

1.5. Osciladors.

1.5.1. Criterio de Barkhausen. Métodos generales de análisis de osciladores sinusoidales.

1.5.2. Osciladores RC: de retraso (LPF) y adelanto (HPF) de fase, en puente Wien, osciladores en cuadratura, twin-T, Bubba.

1.5.3. Osciladores LC: Hartley, Colpitts, Clapp, Armstrong.

1.5.4. Osciladores con cristal de cuarzo.

1.6. Filtrado.

1.6.1 Concepto filtro. Tipo y clasificación de filtros eléctricos. Filtros low-pass, high-pass y band-pass.

1.6.2 Filtrado activo y pasivo. Funciones de transferencia de los filtros.

1.6.3 Filtrado activo. Estructuras Sallen and Key, Rauch.

Nota=0,4·Nef +0,3·Nlab+0,3·Ntreb

donde

Nef : Nota examen final

Nlab : Nota prácticas laboratorio

Ntreb : Nota trabajos de la asignatura

No hay examen parcial.

Para optar al apto es imprescindible realizar las prácticas de laboratorio de la asignatura.

Consideraciones importantes:

1. Plagio, copiar o cualquier otra acción que se pueda considerar trampa supondrá un cero en ese apartado de evaluación. Realizarlo en los exámenes supondrá el suspenso inmediato de la asignatura.
2. En segunda convocatoria no se podrá obtener la calificación de "Matrícula de Honor", por lo que la calificación máxima será de "Excelente". 
3. No se aceptarán cambios en el calendario, fechas de exámenes o en el sistema de evaluación.
4. Los estudiantes de intercambio (Erasmus y otros) o repetidores estarán sometidos a las mismas condiciones que el resto del alumnado.

Bibliografía básica:

[1] William, Hayt H. 9ª ed. Análisis de circuitos en ingeniería. McGraw-Hill. Mexico DF, 2019.  ISBN: 9781456272135.

[2] Prat et al. Circuits i dispositius electrònics. Edicions UPC. Barcelona, 2002. ISBN: 848301574 9.

[3] John Semmlow. Third ed. Circuits, Signals and Systems for Bioengineers: A MATLAB-Based Introduction. Academic Press. London, 2017.  ISBN: 978-0-12-809395-5

Bibliografia complementària:

[1] Keskin, Ali Ümit. 2017. Electrical Circuits in Biomedical Engineering. Problems with solutions. Springer. ISBN: 978-3-319-55101-2.

[2] Sedra, Adel S.; Kenneth C. Smith. 5ª ed. Circuitos Microelectrónicos. McGraw-Hill. Mexico DF, 2006. ISBN-13: 9789701054727.

[3] Fiore, James M. Amplificadores operacionales y circuitos integrados lineales. Thomson. Madrid, 2002. ISBN: 8497320999.

E: fecha de examen | R: fecha de revisión | 1: primera convocatoria | 2: segunda convocatoria:

• E1 13/01/2020 12:00h A15