Tutorial de amplificadores con BJT y FET para la asignatura Electrónica Analógica I en la carrera de Ingeniería en Telecomunicaciones y Electrónica

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(1)i. Departamento de Electrónica y Telecomunicaciones. Tutorial de amplificadores con BJT y FET para la asignatura Electrónica Analógica I en la carrera de Ingeniería en Telecomunicaciones y Electrónica. Autor: Sergio Delgado Rodriguez Tutores: Dr. Carlos Roche Beltrán Ing. Osmar Gómez César. , Junio 2018.

(2) ii. Este documento es Propiedad Patrimonial de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas, y se encuentra depositado en los fondos de la Biblioteca Universitaria “Chiqui Gómez Lubian” subordinada a la Dirección de Información Científico Técnica de la mencionada casa de altos estudios. Se autoriza su utilización bajo la licencia siguiente: Atribución- No Comercial- Compartir Igual. Para cualquier información contacte con: Dirección de Información Científico Técnica. Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas. Carretera a Camajuaní. Km 5½. Santa Clara. Villa Clara. Cuba. CP. 54 830 Teléfonos.: +53 01 42281503-1419.

(3) iii. PENSAMIENTO. “Aquel que se basa en el conocimiento de lo pasado, gobierna la existencia presente y es capaz de comprender los orígenes de todo. Este es el eterno comienzo del principio.” Chuang Tse.

(4) iv. DEDICATORIA. Hoy quiero dedicarle este trabajo a todas aquellas personas que estuvieron siempre presente conmigo sin importar lo dura que fueran las circunstancias, por darme el apoyo suficiente para no rendirme en este largo y duro camino; a aquellas que han confiado en mí, en especial a mis padres que siempre me han apoyado y guiado..

(5) v. AGRADECIMIENTOS.  A mi familia en especial a mis padres y a mi hermano por apoyarme siempre.  A mi novia.  A mis compañeros de grupo en especial a Wilber que fue como un hermano para mí.  A todos mis profesores en especial a mis tutores Roche y Osmar.  A todos los que de una forma u otra me han ayudado a llegar hasta aquí..

(6) vi. TAREA TÉCNICA. Con el propósito de darle cumplimiento a los objetivos trazados en esta tesis, se tuvo en cuenta una serie de tareas técnicas para la confección del informe, ellas fueron: . Identificación de referentes de tutoriales elaborados por universidades con aplicación en la docencia.. . Caracterización de la asignatura Electrónica Analógica I para conocer sus particularidades y utilizar su contenido en el tutorial.. . Selección y/o elaboración de recursos que contribuyen a la conformación del tutorial.. . Confección del tutorial de amplificadores con BJT y FET para la asignatura Electrónica Analógica I.. Firma del Autor. Firma del Tutor.

(7) vii. RESUMEN. Los tutoriales forman parte del proceso enseñanza-aprendizaje en todo el mundo, ya sean en forma de videos, textos, presentaciones o en cualquier otro formato. En el presente trabajo se elabora un tutorial donde se presentan ejemplos resueltos de diseño de amplificadores con BJT y FET para la asignatura Electrónica Analógica I. Para ello, primeramente se identifican las principales tendencias asociadas a la aplicación de las TIC en la enseñanza universitaria principalmente para la Electrónica Analógica y se investiga acerca de la situación actual de la asignatura en la Universidad Central “Marta Abreu” de las Villas. Finalmente se describe el tutorial elaborado, cuyos ejercicios son comprobados mediante la simulación en Multisim y el montaje real..

(8) viii. TABLA DE CONTENIDOS. PENSAMIENTO............................................................................................................... iii DEDICATORIA ............................................................................................................... iv AGRADECIMIENTOS ...................................................................................................... v TAREA TÉCNICA ........................................................................................................... vi RESUMEN ...................................................................................................................... vii INTRODUCCIÓN ............................................................................................................. 1 CAPÍTULO 1.. UTILIZACIÓN. DE. TUTORIALES. Y. DE. LAS. TIC. EN. UNIVERSIDADES DEL MUNDO .................................................................................... 5 1.1. Tutoriales ............................................................................................................. 5. 1.1.1 1.2. Concepto y utilización en universidades del mundo ....................................... 5. Las Tecnologías de la Información y la Comunicación (TIC) en la enseñanza. universitaria .................................................................................................................... 7 1.2.1. Concepto ....................................................................................................... 7. 1.2.2. Posibilidades que ofrecen las TIC .................................................................. 8. 1.2.3. Tendencias actuales de las TIC ...................................................................... 9. 1.2.4. Recursos de las TIC en la enseñanza de la Electrónica Analógica ................ 10. 1.2.5. Frenos en la expansión de las TIC ............................................................... 15. 1.3. Tendencias de los amplificadores de audio ......................................................... 15. 1.3.1. Estudio de los amplificadores en universidades del mundo .......................... 16.

(9) ix CAPÍTULO 2.. DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA ASIGNATURA ELECTRÓNICA. ANALÓGICA I 18 2.1. Características y recursos de la asignatura Electrónica Analógica I ..................... 18. 2.1.1 2.2. Instrumentos aplicados ....................................................................................... 21. 2.2.1 2.3. Análisis de la Bibliografía ........................................................................... 18. Encuesta aplicada a los estudiantes de segundo año ..................................... 21. Características de los componentes ..................................................................... 27. 2.3.1. Transistor de unión bipolar .......................................................................... 27. 2.3.2. Transistor de efecto de campo ..................................................................... 29. CAPÍTULO 3. 3.1. CONFECCIÓN DEL TUTORIAL ....................................................... 32. Estructura del tutorial ......................................................................................... 32. 3.1.1. Temas tratados en el tutorial ........................................................................ 33. 3.2. Contenidos ......................................................................................................... 33. 3.3. Ejemplos desarrollados ....................................................................................... 34. 3.3.1. Ejemplo de diseño de un amplificador en cascada utilizando BJT ................ 34. 3.3.2. Ejemplo de un amplificador en cascada utilizando FET ............................... 42. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................................ 45 Conclusiones ................................................................................................................ 45 Recomendaciones ......................................................................................................... 46 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .............................................................................. 47 ANEXOS ......................................................................................................................... 50.

(10) INTRODUCCIÓN. 1. INTRODUCCIÓN. La carrera de Ingeniería en Telecomunicaciones y Electrónica se caracteriza por su continua evolución a través del tiempo, de tal forma que siempre hay que estar actualizando el conocimiento y diseñando nuevas ideas. Por lo tanto, para mantenerse en línea con lo nuevo, se debe tener una base fuerte y sólida de conocimientos que permitan entender los cambios y sumarse a estos. De esta forma, la electrónica analógica es una herramienta fundamental para el desarrollo del ingeniero.[1] Los contenidos teóricos de una asignatura constituyen los fundamentos básicos sobre los cuales se construyen posteriormente multitud de aplicaciones, cercanas a nuestra vida cotidiana. Sin embargo, muchas veces estos contenidos teóricos se ven como algo abstracto, sin llegar a ver la correlación directa que puede tener con nuestros dispositivos del día a día. La asimilación de estos contenidos teóricos suele resultar difícil por parte del alumno, el cual no termina de ver la justificación de tanta teoría. Esto hace además que las clases de teoría sean, en cierto modo, más aburridas y menos motivadoras de lo que puedan resultar otro tipo de clases como pueden ser las de laboratorio, donde se ven experiencias reales: experimentos que se pueden montar físicamente, que se pueden medir y cuyos resultados se pueden ver, oír, etc. En este sentido, cualquier estrategia y/o uso de herramientas que puedan servir para incrementar la motivación del estudiante, va a redundar en un incremento de eficacia del proceso enseñanza-aprendizaje y en una reducción del fracaso en el aula [2]. Mediante la observación de las actividades de aprendizaje y a través del desarrollo de investigaciones se ha podido constatar que uno de los mayores inconvenientes que han presentado los alumnos de la carrera Ingeniería en Telecomunicaciones y Electrónica es en cuanto al desarrollo de la habilidad para afrontar el diseño de amplificadores básicos.

(11) INTRODUCCIÓN. 2. utilizando Transistores Bipolares (BJT) y Transistores de Efecto de Campo (FET). Si bien el proceso de análisis de amplificadores de pequeña señal demanda del esfuerzo por parte de los estudiantes al tener que integrar varios temas de la asignatura, la máxima necesidad recae en el proceso de diseño [3]. A pesar de que se han realizado innumerables esfuerzos para contribuir a la enseñanza de la asignatura Electrónica Analógica I y motivar su estudio, existen carencias que son palpables en todas las esferas de dicha materia. La Universidad Central “Marta Abreu” de las Villas (UCLV) no está ajena a esta situación, aunque ha dado pasos agigantados en favor de solucionar esta problemática, trabajando en el desarrollo de alternativas como el montaje de plataformas virtuales apoyadas de materiales complementarios, como es el caso de tutoriales. La aplicación práctica de los conceptos estudiados es extensa y muchos de los circuitos estudiados en la asignatura forma de algún u otro modo parte de muchos de los dispositivos electrónicos que utilizamos en nuestra vida cotidiana. De este modo, si el alumno pudiera apreciar la cercanía de dichos circuitos en su día a día, su motivación por comprender su funcionamiento sería mucho mayor. Por tanto, la realización de pequeños experimentos en el aula que pusieran de manifiesto la utilidad de los correspondientes circuitos, ayudaría a incrementar el interés por el conocimiento de los mismos [2]. El presente trabajo se realiza para mejorar el interés y facilitar el aprendizaje de los estudiantes de la carrera Ingeniería en Telecomunicaciones y Electrónica de la Facultad de Ingeniería Eléctrica (FIE) de la UCLV en la asignatura Electrónica Analógica I, pues será una herramienta más para el estudio de los contenidos relacionados con amplificadores con transistores de unión bipolar (BJT) y transistores de efecto de campo (FET), de dicha asignatura, atendiendo al reordenamiento para el nuevo plan de estudio (Plan E), ya que es en esta asignatura donde más dificultades presentan los estudiantes, por lo anterior se plantea el siguiente problema científico: ¿Cómo contribuir a facilitar el aprendizaje de los estudiantes en la asignatura Electrónica Analógica, en los contenidos de amplificadores con BJT y FET? Del problema anteriormente planteado surgen las siguientes interrogantes científicas:.

(12) INTRODUCCIÓN. 3.  ¿Cuál es la situación actual que presenta el desarrollo de soluciones para el estudio de Amplificadores con BJT y FET en la FIE?  ¿Qué recursos serán necesarios para el desarrollo de un tutorial sobre amplificadores con BJT y FET?  ¿Cómo elaborar un tutorial que les permita a los estudiantes apropiarse más fácilmente de los contenidos relacionados con el cálculo y diseño de amplificadores con BJT y FET? Para el desarrollo de este trabajo de diploma se plantea como objetivo general: Confeccionar un tutorial sobre amplificadores con BJT y FET para la asignatura Electrónica Analógica I, en la carrera de Ingeniería en Telecomunicaciones y Electrónica, que facilite el aprendizaje de los estudiantes. Para dar cumplimiento al anterior objetivo, el mismo se ha subdividido en los objetivos específicos siguientes:  Identificar tendencias asociadas al diseño de los amplificadores de audio; así como al desarrollo de recursos apoyados en las TIC para el caso de amplificadores con BJT y FET.  Diagnosticar la situación actual relacionada con el aprendizaje de amplificadores con BJT y FET.  Identificar los recursos que forman parte del tutorial.  Diseñar el tutorial sobre amplificadores con BJT y FET Con la realización de este proyecto se pretende contribuir al aprendizaje de los estudiantes en el cálculo y diseño de amplificadores con BJT y FET, que contribuya a ser una herramienta más, disponible al alcance de todos los estudiantes de la carrera Ingeniería en Telecomunicaciones y Electrónica para su autopreparación y que contribuya a ser una respuesta a la constante demanda de bibliografía actualizada. Se espera mejorar la compresión de los contenidos de Amplificadores con BJT y FET por los estudiantes de la carrera de Ingeniería en Telecomunicaciones y Electrónica, por lo que los resultados de investigación tienen aplicación teórico-práctica en la formación de los estudiantes..

(13) INTRODUCCIÓN. 4. La estructura de este trabajo cuenta con una introducción, un desarrollo que está formado por tres capítulos, conclusiones, recomendaciones, bibliografía y anexos. El primer capítulo se dedicará a identificar las tendencias asociadas al diseño de los amplificadores de audio y el caso específico de las etapas de pre amplificación; así como al desarrollo de recursos apoyados en las TIC para el caso de amplificadores con BJT y FET. En el capítulo dos se describirá la situación actual relacionada con el aprendizaje de amplificadores con BJT y FET, y se hará un análisis de las herramientas de simulación. Se establecerán los criterios a tener en cuenta para la elaboración de los recursos que forman parte del tutorial. En el tercer capítulo se aborda el diseño del tutorial, sobre amplificadores con BJT y FET y además se muestran los resultados del trabajo mediante la comparación, tomando como referencia ejemplos ilustrativos desde el análisis, pasando por la simulación y llegando hasta el montaje real. Se expresan los resultados del trabajo mediante la comparación con ejemplos prácticos de la efectividad del método..

(14) UTILIZACIÓN DE TUTORIALES Y DE LAS TIC EN UNIVERSIDADES DEL MUNDO. 5. CAPÍTULO 1. UTILIZACIÓN DE TUTORIALES Y DE LAS TIC EN UNIVERSIDADES DEL MUNDO. El presente capítulo está orientado a analizar los recursos que nos ofrecen las TIC para facilitar el aprendizaje de los estudiantes universitarios específicamente los de la carrera Ingeniería en Telecomunicaciones y Electrónica de la UCLV y se analizan los principales conceptos de tutoriales en diferentes universidades para conformar un tutorial que contribuya a fortalecer la bibliografía para el estudio de amplificadores con BJT y FET en la UCLV. 1.1 Tutoriales Los tutoriales han evolucionado atendiendo a las propias facilidades que se pueden incorporar debido a la propia evaluación de las TIC, distintos formatos de salida, hipervínculos, link a ejemplos, páginas de Internet, videos, ejemplos de aplicaciones, etc. 1.1.1 Concepto y utilización en universidades del mundo El sistema de tutorías en Oxford y Cambridge es fundamental para los métodos de enseñanza en esas universidades, la Universidad de Londres Heythrop College, por ejemplo, también ofrece un sistema de tutorías con enseñanza personalizada. Las universidades más nuevas en el Reino Unido tienen los recursos para ofrecer clases individuales; una clase de seis a ocho (o incluso más) estudiantes es un tamaño de tutorial mucho más común. Sin embargo, en el New College of the Humanities, establecido en 2011, los tutoriales uno a uno son parte integral de su método de enseñanza. En Cambridge, un tutorial se conoce como supervisión [4], [5]..

(15) UTILIZACIÓN DE TUTORIALES Y DE LAS TIC EN UNIVERSIDADES DEL MUNDO. 6. En las universidades de Australia, Nueva Zelanda y Sudáfrica como son: “Australian National University”, “University of Auckland” y “University of Kwazulu Natal”, un tutorial es una clase de 10 a 30 estudiantes. Dichos tutoriales son muy similares al sistema canadiense, aunque los tutoriales suelen estar dirigidos por estudiantes de honor o posgrado, conocidos como "tutores".. En los dos campus de St. John's College, Estados Unidos y algunos otros colegios estadounidenses con una versión similar del programa Great Books, un "tutorial" es una clase de 12 a 16 estudiantes que se reúnen regularmente con la orientación de un tutor. El tutorial se centra en una determinada área temática (por ejemplo, tutorial de matemáticas, tutorial de electrónica, etc.) y generalmente procede a una lectura cuidadosa de textos primarios seleccionados y a ejercicios asociados. Dado que las conferencias formales no juegan un papel importante en el plan de estudios de St. John's College, el tutorial es el método principal mediante el cual se estudian ciertas asignaturas. Sin embargo, en St. John's el tutorial se considera accesorio al seminario, en el cual un grupo un poco más grande de estudiantes se reúne con dos tutores para una discusión más amplia de los textos particulares en la lista del seminario [6].. Algunas universidades. de. EE.UU.,. como. Williams College. en. Williamstown,. Massachusetts, ofrecen tutoriales de estructura casi idéntica a la de un tutorial de Oxbridge. En Williams, los estudiantes en tutoriales generalmente trabajan en parejas junto con un profesor y se reúnen semanalmente, mientras que presentan alternativamente documentos de posición o críticas del trabajo de su compañero [7].. En resumen un tutorial es un método de transferencia de conocimiento y se puede utilizar como parte de un proceso de aprendizaje. Más interactivo y específico que un libro o una conferencia, un tutorial busca enseñar con el ejemplo y proporcionar la información para completar una determinada tarea. Se puede tomar de muchas formas, que van desde un conjunto de instrucciones para completar una tarea hasta una sesión interactiva de resolución de problemas [8]..

(16) UTILIZACIÓN DE TUTORIALES Y DE LAS TIC EN UNIVERSIDADES DEL MUNDO. 7. 1.2 Las Tecnologías de la Información y la Comunicación (TIC) en la enseñanza universitaria Las Tecnologías de Información y Comunicación (TIC) están presentes en todos los sistemas que componen los diferentes ámbitos de la sociedad. En el campo de la educación se puede afirmar que, aunque ha sido lenta la inclusión de esas tecnologías, hay investigaciones que sustentan la importancia de su uso. Ya no se debate sobre su necesidad, sino sobre las ventajas que ofrece su utilización, al ser medios o herramientas que contribuyen a enriquecer el proceso de enseñanza-aprendizaje, su incidencia en la cognición y procesos del pensamiento de los alumnos y la manera como impactan en la reestructuración del currículo educativo [9], [10]. 1.2.1 Concepto Las Tecnologías de la Información y la Comunicación (TIC), son el conjunto de tecnologías desarrolladas para gestionar información y enviarla de un lugar a otro. Abarcan un abanico de soluciones muy amplio. Incluyen las tecnologías para almacenar información y recuperarla después, enviar y recibir información de un sitio a otro, o procesar información para poder calcular resultados y elaborar informes. Las TIC evolucionan constantemente, casi a diario [11]. Las TIC se conciben como el universo de dos conjuntos, representados por las tradicionales Tecnologías de la Comunicación (TC), constituidas principalmente por la radio, la televisión y la telefonía convencional y por las Tecnologías de la información (TI) caracterizadas por la digitalización de las tecnologías de registros de contenidos (informática, de las comunicaciones, telemática y de las interfaces) [11]. Cuando se unen estas tres palabras se hace referencia al conjunto de avances tecnológicos que proporcionan la informática, las telecomunicaciones y las tecnologías audiovisuales, que comprenden los desarrollos relacionados con los ordenadores, Internet, la telefonía, las aplicaciones multimedia y la realidad virtual. Estas tecnologías básicamente proporcionan información, herramientas para su proceso y canales de comunicación [12], [13]..

(17) UTILIZACIÓN DE TUTORIALES Y DE LAS TIC EN UNIVERSIDADES DEL MUNDO. 8. Las TIC son herramientas teórico conceptuales, soportes y canales que procesan, almacenan, sintetizan, recuperan y presentan información de la forma más variada. Los soportes han evolucionado en el transcurso del tiempo (telégrafo óptico, teléfono fijo, celulares, televisión) ahora, en ésta era, se usa la computadora y el Internet. El uso de las TIC representa una variación notable en la sociedad y un cambio en la educación, en las relaciones interpersonales y en la forma de difundir y generar conocimientos [14]. Las TIC son cambiantes, siguiendo el ritmo de los continuos avances científicos y en un marco de globalización económica y cultural, contribuyen a que los conocimientos sean efímeros y a la continua emergencia de nuevos valores, provocando cambios en nuestras estructuras económicas, sociales y culturales, e incidiendo en casi todos los aspectos de nuestra vida: la comunicación, la información, nuestra forma de percibir la realidad y de pensar, la organización de las empresas e instituciones, sus métodos y actividades, la forma de comunicación interpersonal, la calidad de vida, la educación. [15], [16]. 1.2.2 Posibilidades que ofrecen las TIC Las TIC ofrecen una amplia gama de posibilidades las cuales se muestran a continuación [17]: . Fácil acceso a todo tipo de información.. . Instrumentos para todo tipo de proceso de datos.. . Canales de comunicación.. . Almacenamiento de grandes cantidades de información en pequeños soportes de fácil transporte.. . Automatización de tareas. . Interactividad. . Instrumento cognitivo que potencia capacidades mentales y permite el desarrollo de nuevas maneras de pensar.. De todos los elementos que integran las TIC, el más poderoso y revolucionario es Internet, que abre las puertas de una nueva era, en la que se ubica la actual Sociedad de la.

(18) UTILIZACIÓN DE TUTORIALES Y DE LAS TIC EN UNIVERSIDADES DEL MUNDO. 9. Información. Con Internet se puede acceder a un mundo en el que se puede hacer casi todo lo que se hace en el mundo real y además permite desarrollar nuevas actividades [18]. 1.2.3 Tendencias actuales de las TIC Las TIC han sido siempre, en sus diferentes estados de desarrollo, instrumentos para pensar, aprender, conocer, representar y transmitir a otras personas y otras generaciones los conocimientos adquiridos [19]. Los procesos pedagógicos han evolucionados en las últimas décadas con la incorporación de la tecnología dentro y fuera del aula, de esta forma se puede dar una mirada retrospectiva y referir la incursión de la computadora en los procesos de enseñanzaaprendizaje, el empleo de Internet, así como el uso de plataformas tecnológicas, la utilización de dispositivos electrónicos y recursos digitalizados, dispositivos móviles, la incursión en la Web y la implementación de redes sociales [20]. En cuanto a universidades la tendencia se dirige a utilizar, cada vez más herramientas de OpenSource, en lugar de crear contenidos específicos y sistemas de gestión del aprendizaje exclusivo. El aprendizaje tiende a realizarse en plataformas que fomentan el intercambio y la creatividad, en lugar de aplicaciones específicas. La práctica y la investigación teórica acerca de los llamados entornos virtuales de aprendizaje han demostrado que no basta con el uso y aplicación de la tecnología, si no se desarrollan modelos educativos que combinen medios, métodos y formas de enseñanza, y que aprovechen las ventajas para la colaboración humana. De esta forma, las personas que estén aprendiendo estarían al mismo tiempo ayudando a otras a aprender, en un contexto en el que unas personas pueden saber lo que otras no saben; pero también unas pueden resolver el problema que las otras no resuelven, o alguna parte de ese problema. Se requiere entonces de organizaciones que respalden estos procesos virtuales desde una nueva perspectiva académica. La introducción de la computadora personal y su impresionante desarrollo tecnológico, específicamente de multimedia digital y la generalización del World Wide Web fueron los que dieron impulso a la expansión de la educación en línea como proceso y modalidad educativa [20]. Las TIC se basan sobre el mismo principio: la posibilidad de utilizar sistemas de signos, lenguaje oral, lenguaje escrito, imágenes estáticas, imágenes en movimiento, símbolos.

(19) UTILIZACIÓN DE TUTORIALES Y DE LAS TIC EN UNIVERSIDADES DEL MUNDO. 10. matemáticos, notaciones musicales y otras para representar una determinada información y transmitirla. Sin embargo, las TIC difieren profundamente entre sí en cuanto a las posibilidades y limitaciones que ofrecen para representar la información, así como a otras características relacionadas con su transmisión (cantidad, velocidad, accesibilidad, distancia, coordenadas espaciales y temporales), y estas diferencias tienen a su vez implicaciones desde el punto de vista educativo [19]. 1.2.4 Recursos de las TIC en la enseñanza de la Electrónica Analógica Hoy la simulación de circuitos se ha convertido en un paso obligado en cualquier metodología de diseño, debido a las innumerables ventajas de su utilización. Los simuladores han evolucionado muy rápidamente, junto a los modelos de componentes de todo tipo, lo que unido a la evolución de las computadoras sobre los que se ejecutan, han hecho de la simulación una herramienta muy eficaz y por lo tanto imprescindible [21], [22].. Las ventajas del uso de los laboratorios virtuales en la educación son muchas, dentro de las cuales se encuentran que los estudiantes experimenten libremente sobre dispositivos reales sin necesidad de estar físicamente en un laboratorio realizando las mediciones respectivas en el hardware. En la Universidad del Valle, en Colombia, para la materia “Dispositivos Electrónicos”, se ha diseñado un laboratorio virtual para que a través de Internet cumpla con objetivos pedagógicos en el estudio de dispositivos electrónicos básicos usados en la enseñanza de la electrónica en las Universidades. El laboratorio virtual consiste en el desarrollo de un sistema de hardware, en el cuál se encuentran diversos montajes de los dispositivos electrónicos básicos y todo el sistema de selección, adecuación y adquisición de las señales de estos montajes. Para llevar a cabo este proceso, se ha utilizado un microcontrolador, el cual interactúa con el equipo servidor mediante un puerto serial y al que le permite transmitir la totalidad de los datos adquiridos de las señales de los dispositivos. La visualización de los datos al estudiante se realiza mediante gráficas en Java, montadas en el equipo servidor por medio de una página Web con manejo de bases de datos que permita el control de acceso y la interacción entre el estudiante usuario del laboratorio virtual y el docente encargado de éste [23]..

(20) UTILIZACIÓN DE TUTORIALES Y DE LAS TIC EN UNIVERSIDADES DEL MUNDO. 11. En la Universidad Central “Martha Abreu” de las Villas (UCLV) no se ha pasado por alto la inclusión de las TIC en su proceso de enseñanza. En este caso se pueden mencionar varias carreras que se enmarcan dentro del perfil eléctrico, como es el caso de Ingeniería en Telecomunicaciones y Electrónica, Ingeniería Eléctrica e Ingeniería Automática, en las cuales la asignatura Electrónica Analógica desempeña un rol importante. Para contribuir a la enseñanza de dichas asignaturas se emplean las TIC de disímiles formas, se puede citar el ejemplo de la plataforma interactiva Moodle, donde el estudiante usuario puede acceder a videoconferencias y clases virtuales, y de varios programas de simulación, los más empleados son OrCAD, Multisim, Proteus y se destaca el Multisim 14.0 por ser un software que ya contiene ejemplos de muestra en sus librerías. La Tesis de Yanier Cárdenas Breffe del año 2012 es un ejemplo de la inclusión de las TIC en la enseñanza de la Electrónica Analógica en la UCLV, dicho trabajo de diploma se titula “Videos para la enseñanza de la Electrónica Analógica: Osciladores sinusoidales y Generadores de señales” y para su conformación se realizaron videoconferencias, las cuales fueron obtenidas en variedad de formatos, con buena calidad en las imágenes y con facilidad de acceso a temas específicos. Además se elaboraron tres videos para complementar los temas tratados en dichas conferencias y se confeccionó un disco DVD para cada tema [24]..

(21) UTILIZACIÓN DE TUTORIALES Y DE LAS TIC EN UNIVERSIDADES DEL MUNDO. 12. Moodle. Figura 1.1. Curso de Electrónica Analógica I en la Facultad de Ingeniería Eléctrica (FIE). Existen varias plataformas interactivas como son WebCT, BlackBoard, Claroline y EduStance pero ninguno de estos proyectos ha conseguido lo que la plataforma virtual de aprendizaje Moodle (ver figura 1.1). Esta plataforma ha sustituido a sus adversarios en seis años. Moodle es hoy el entorno estándar de formación telemática en los centros educativos españoles y de muchas otras partes del mundo, también incluido cada vez más en empresas. Las claves de su éxito son su facilidad y versatilidad y una atención impecable a la comunidad que lo usa y un original modelo de negocio para el caso de las empresas. Hace dos años, las estadísticas de Moodle decían que dos millones de personas lo utilizaban en todo el mundo. Hoy son 25 millones y es una cifra a la baja, ya que el registro en la Web es voluntario y minoritario. Los docentes lo prefieren porque permite muchas formas de impartir clases y porque, al ser código abierto, puede modificarse a conveniencia del usuario. Se usa sobre todo como complemento de cursos presenciales y también en.

(22) UTILIZACIÓN DE TUTORIALES Y DE LAS TIC EN UNIVERSIDADES DEL MUNDO. 13. educación a distancia. La británica Open University, con 180.000 alumnos, usa Moodle desde hace años y la Universitat Oberta de Catalunya empieza a implantarlo [25], [26]. Moodle es un campus virtual donde el profesor puede distribuir materiales y encuestas a los alumnos; crear foros de debate, glosarios, estadísticas y calendarios de asignaturas. También puede comunicarse con los estudiantes por correo o mensajería instantánea, hacer tutorías electrónicas en privado o en grupo, recoger trabajos, repartir notas, responder dudas de los alumnos y evaluar su participación, todo de forma fácil y automatizada. En España, las universidades han adoptado Moodle masivamente y múltiples proyectos institucionales ofrecen apoyo para implementarlo en escuelas e institutos. Formar las comunidades en el uso de esta plataforma bien como usuarios y bien como creadores de contenidos es el principal reto al que se enfrenta la educación si se quieren adaptar adecuadamente los métodos a la nueva forma de enseñar y aprender que es ya una realidad en países que crearon e impulsaron las redes cooperativas de aprendizaje, como es el caso de Finlandia o Corea donde los estudiantes obtienen tan buenos resultados escolares en los últimos informes del Programa Internacional para la Evaluación de Estudiantes (PISA) [25], [27]. El advenimiento de las Tecnologías de la Información a las universidades ha mejorado el proceso de enseñanza-aprendizaje. Los estudiantes pueden aumentar sus habilidades de aprendizaje utilizando la Tecnología de la Información. Aquellos que usan la plataforma Moodle regularmente obtienen mejores calificaciones que aquellos que raramente o nunca la usan. Frente a los nuevos retos que nos plantea la educación hoy en día, Moodle nos posibilita un sistema de elaboración y distribución del conocimiento capaz de promover un aprendizaje más eficaz y barato que la formación actual, mayoritariamente presencial [28]. En la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas se ha adoptado esta plataforma como complemento a varias asignaturas en todas las carreras y se continúa expandiendo su uso. Son varias las investigaciones que se han llevado a cabo para aumentar la motivación de los estudiantes a utilizar los beneficios de Moodle, como es el caso de la tesis de Araly Rodríguez Portal, del año 2011 cuyo título es “Diseño y montaje de una página en Moodle para la Electrónica Analógica I”. Con investigaciones como esta se ponen cada día más recursos al servicio de los estudiantes y se aumentan las funcionalidades de este sitio, notándose así un incremento del acceso de los estudiantes a esta plataforma interactiva,.

(23) UTILIZACIÓN DE TUTORIALES Y DE LAS TIC EN UNIVERSIDADES DEL MUNDO. 14. pues se ha convertido en una necesidad para ellos a la hora de realizar tareas y de estudiar individualmente.. Multisim 14.0 MultiSim es un entorno de simulación SPICE estándar en la industria (antes conocido como Electronic Workbench). Es de los mejores de su tipo, es utilizado en la educación, la industria, en investigaciones y en todas las ramas de la ingeniería electrónica a través de todo el mundo. En múltiples universidades y centros politécnicos es herramienta básica de apoyo a la enseñanza de circuitos eléctricos y electrónicos y el desarrollo de experiencias a través de la aplicación práctica del diseño, generación de prototipos y pruebas de circuitos eléctricos. MultiSim es un excelente entorno para diseñar, analizar y crear circuitos electrónicos. Una potente herramienta, esencial para ingenieros o técnicos electrónicos. El enfoque de diseño de MultiSim ayuda a reducir las iteraciones de prototipos y a optimizar los diseños de tarjetas de circuito impreso (PCB) al inicio del proceso [29].. MultiSim es una de las herramientas más populares para el diseño y simulación de circuitos eléctricos y electrónicos a nivel mundial. Esta herramienta proporciona avanzadas características que permiten ir desde la fase de diseño a la de producción utilizando una misma herramienta. Ofrece entradas esquemáticas, una amplia base de datos, simulación SPICE (Programa de simulación con énfasis en circuitos integrados), entrada y simulación VHDL, y puede manejar circuitos de radiofrecuencia, realiza posprocesado y es capaz de generar la placa PCB. Utiliza un entorno unificado para la enseñanza de electrónica de potencia, analógica y digital. Se obtienen resultados más rápidos con simulación gráfica e intuitiva. Los estudiantes pueden utilizar diferentes análisis en MultiSim para comprender completamente el comportamiento en clases de circuitos analógicos, digitales y de potencia tanto en la universidad, como en los politécnicos. MultiSim incluye análisis desde simulación básica y transitoria hasta simulación avanzada de ruido y barridos de parámetros. MultiSim contiene más de 36,000 modelos de componentes validados por fabricantes de semiconductores líderes. Su extensa biblioteca de amplificadores, diodos,.

(24) UTILIZACIÓN DE TUTORIALES Y DE LAS TIC EN UNIVERSIDADES DEL MUNDO. 15. transistores y fuentes de alimentación en modo de conmutación, combinada con simulación avanzada permite cubrir una variedad de temas de una forma rápida [29]. Con estas plataformas de educación y de laboratorio, los estudiantes pueden comparar resultados simulados con resultados adquiridos en el laboratorio real y con los adquiridos en las clases teóricas.. 1.2.5 Frenos en la expansión de las TIC Aunque las TIC se han expandido ampliamente en los últimos años, hay factores que frenan su desarrollo y expansión. Algunos de estos factores son [13]:  Problemas técnicos: incompatibilidades entre sistemas y poca velocidad para navegar por internet.  Falta de formación: la necesidad de unos conocimientos teóricos y prácticos que todas las personas deben aprender, la necesidad de aptitudes y actitudes favorables a la utilización de estas nuevas herramientas.  Barreras económicas. A pesar del progresivo abaratamiento de los equipos y programas informáticos, su precio aún resulta prohibitivo para muchas familias. Además, su rápido proceso de obsolescencia aconseja la renovación de los equipos y programas cada cuatro o cinco años. Las barreras que ponen freno a las TIC son principalmente para los países subdesarrollados y personas con poca solvencia económica.. 1.3 Tendencias de los amplificadores de audio El primer amplificador de audio se hizo en 1912 por un hombre llamado Lee De Forest y llegó en forma de tubo de vacío. Este mecanismo especial evolucionó a partir de Audion, y fue desarrollado por De Forest. A diferencia del triodo que tiene tres elementos, el Audion sólo tenía dos y no amplificaba el sonido. Más tarde, durante el mismo año, se inventó el triodo, un dispositivo con la capacidad de ajustar el movimiento de electrones desde un filamento a una placa de sonido y modular. Fue fundamental en la invención del primer radio AM [30]..

(25) UTILIZACIÓN DE TUTORIALES Y DE LAS TIC EN UNIVERSIDADES DEL MUNDO. 16. Después de la Segunda Guerra Mundial, se produjo un incremento de la tecnología debido a los avances desarrollados durante la guerra. Los primeros tipos de amplificadores de audio estaban hechos de tubos de vacío o válvulas. Un ejemplo de ellos es el amplificador Williamson, de 1946. En ese momento, ese dispositivo en particular se consideró productor de un sonido de mayor calidad en comparación con otros amplificadores disponibles hasta el momento. El mercado de los amplificadores de sonido era grande y los dispositivos tipo válvula podían comprarse a precios económicos. En la década de 1960, los gramófonos y los televisores hicieron populares a los amplificadores de válvulas [30]. En los años 70, la tecnología de válvula se sustituyó por el transistor de silicio. Aunque las válvulas no fueron completamente destruidas como lo demuestra la popularidad de los tubos de rayos catódicos que se utilizan para aplicaciones de amplificación, los transistores de silicio se hicieron cada vez más presentes. Los transistores amplificaban el sonido mediante el cambio de la tensión de la entrada de audio a través de la utilización de semiconductores. Eran más pequeños y por tanto más eficientes a la energía. Además, eran mejores en la reducción de los niveles de distorsión y eran más baratos de fabricar [30]. Los amplificadores de audio más usados hoy en día son considerados como transistores de estado sólido. Un ejemplo de esto es el transistor de unión bipolar, que tiene tres elementos hechos de materiales semiconductores. Otro tipo de amplificador usado actualmente es el constituido por MOSFET u óxido de metal semiconductor transistor de efecto de campo. Inventado por Julius Edgar Lilienfeld, fue concebido por primera vez en 1925 y tiene tanto aplicaciones de circuitos digitales como analógicas y es el más empleado en la actualidad [30]. Los amplificadores basados en transistores son más livianos, más confiables y requieren menos mantenimiento que los amplificadores de válvulas. En la actualidad todavía hay entusiastas del audio, músicos (especialmente guitarristas eléctricos, bajistas eléctricos y organizadores de Hammond), ingenieros de audio y productores de música que prefieren amplificadores basados en tubos, y lo que se percibe como un sonido de tubo "más cálido". 1.3.1 Estudio de los amplificadores en universidades del mundo En la Universidad de “Sevilla” se imparte la asignatura “Electrónica Básica” en el segundo cuatrimestre del segundo curso, en el nuevo grado en ingeniería en tecnologías industriales..

(26) UTILIZACIÓN DE TUTORIALES Y DE LAS TIC EN UNIVERSIDADES DEL MUNDO. 17. Se trata de una asignatura común a todos alumnos de la titulación. Es la primera asignatura que aborda la electrónica en el grado, y para muchos alumnos la última. La asignatura se ha estructurado en cuatro partes teóricas, en la segunda parte se introducen conceptos básicos relacionados con la electrónica analógica. Se comienza describiendo la unión pn y los dispositivos electrónicos básicos; el diodo, el transistor BJT y FET y los amplificadores [31]. En la “Universidad del Atlántico” se imparte la asignatura “Electrónica I”. En esta asignatura se presentan los conceptos y herramientas básicas para el análisis, diseño y simulación de circuitos eléctricos y electrónicos. Comprende los circuitos resistivos, leyes experimentales y circuitos simples, algunas técnicas útiles para el análisis de circuitos, el circuito transitorio, circuitos RL, RC y RLC, semiconductores (teoría de bandas), el diodo, el transistor y los amplificadores [32]. En la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas los contenidos referentes al análisis y diseño de amplificadores de pequeña señal se imparten en la asignatura “Electrónica Analógica I”, en el segundo semestre del segundo año de las carreras de perfil eléctrico y en el caso de la carrera Ingeniería en Telecomunicaciones y Electrónica se continúa profundizando en estos contenidos en la asignatura “Sistemas de Audio”, que se imparte en el tercer año. Se puede concluir que las TIC ofrecen disímiles ventajas dentro del ámbito educacional, que no se deben dejar pasar por alto, es importante continuar desarrollando sus potencialidades..

(27) DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA ASIGNATURA ELECTRÓNICA ANALÓGICA. 18. CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA ASIGNATURA ELECTRÓNICA ANALÓGICA I. En el presente capítulo se analizan las dificultades que presentan los estudiantes de la FIE en la asignatura Electrónica Analógica I, para enfocar el tutorial de forma que cubra los contenidos donde los estudiantes presentan dificultad y que les sea útil en su estudio individual. 2.1 Características y recursos de la asignatura Electrónica Analógica I La Electrónica Analógica I es una asignatura teórico-práctica, debido a que su desarrollo se realiza con el fin de lograr un equilibrio entre las actividades netamente instructivas y las desarrolladas en los laboratorios, ya sean simulados o reales [20]. La Electrónica Analógica tiene como objetivos generales caracterizar a los dispositivos semiconductores como elementos de circuitos eléctricos, utilizando la información que ofrecen los fabricantes en sus manuales, analizar y diseñar circuitos con diodos y/o transistores, destinados a la conformación, la conmutación y la amplificación de señales y a la rectificación. 2.1.1 Análisis de la Bibliografía Para la asignatura Electrónica Analógica en la FIE en la UCLV se define como libro de texto básico “Circuitos Microelectrónicos” del autor Muhammad H Rashid, 2002; los estudiantes cuentan con este libro en formato duro y electrónico. Como textos complementarios se tienen: “Microelectrónica” de Jacob Millman, “Teoría de circuitos y dispositivos Electrónicos” de Robert Boylestad y “Principios de Electrónica” de Albert.

(28) DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA ASIGNATURA ELECTRÓNICA ANALÓGICA. 19. Paul Malvino, entre otros, todos en formato electrónico, ubicados en la carpeta de la asignatura ftp:\\10.12.1.68\. Circuitos Microelectrónicos (Rashid) Los dispositivos semiconductores y los circuitos integrados son los pilares de la tecnología moderna, motivo por el cual el estudio de la Electrónica, que trata de las características y aplicaciones de estos, es una parte fundamental del plan de estudios de las carreras de ingeniería eléctrica. Los objetivos de estudio en este libro son los siguientes [33].  Presentar las características básicas de los dispositivos semiconductores de uso más común en los circuitos integrados.  Desarrollar habilidades en el análisis y diseño de circuitos analógicos y digitales.  Familiarizar a los estudiantes con varios elementos del proceso de diseño en ingeniería, entre los que se incluyen la formulación de especificaciones, el análisis de soluciones alternativas, la síntesis, la toma de decisiones, las iteraciones, la consideración de factores de costo y aspectos de tolerancia.. El libro adopta un enfoque descendente para el estudio de la Electrónica en lugar de seguir uno ascendente. En el enfoque descendente, primero se introducen las características ideales de los circuitos integrados (CI) para establecer con ello las técnicas de diseño y análisis, después se presentan las características y el funcionamiento de los dispositivos y circuitos contenidos en CI para comprender las imperfecciones y limitaciones de éstos [33]. El libro incluye apéndices donde se da un repaso del análisis básico de circuitos y una introducción a PSpice, herramienta que utiliza para mostrar las simulaciones de algunos circuitos. Las deducciones matemáticas se mantienen a un mínimo mediante el uso de modelos aproximados de circuitos para amplificadores operacionales, transistores y diodos. La importancia de estas aproximaciones se establece por medio del análisis asistido por ordenador, mediante PSpice. Los circuitos importantes se analizan en ejemplos resueltos con la finalidad de presentar las técnicas básicas y dar énfasis a los efectos de la variación de parámetros. Las preguntas de repaso y los problemas que aparecen al final de cada capítulo ponen a prueba el aprendizaje del estudiante de los conceptos desarrollados en ese.

(29) DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA ASIGNATURA ELECTRÓNICA ANALÓGICA. 20. capítulo. Las respuestas a los problemas seleccionados se encuentran en la parte final del libro [33]. El enfoque descendente que toma este libro puede resultar más difícil para los estudiantes. El libro puede dividirse en cinco partes, donde la segunda parte, que incluye los capítulos del 4 al 7, es la referente a dispositivos de amplificación y amplificadores, en el capítulo 4 se estudia todo lo referente a amplificadores sin antes haber estudiado los dispositivos de amplificación, en este caso los transistores BJT y FET, los cuales se estudian en el capítulo 5. Microelectrónica (Millman) Se ha distribuido en cinco partes, iniciándose con el estudio de los circuitos integrados (dispositivos semiconductores), para continuar con los circuitos y sistemas digitales, amplificadores, de recogida de datos y procesamiento de la señal, finalmente presenta los circuitos y sistemas de potencia. El objetivo de este libro es conducir al lector, paso a paso, desde un conocimiento cualitativo de las propiedades de un semiconductor hasta la comprensión del funcionamiento de elementos en estado sólido y aprender a combinar éstos para formar circuitos integrados. Se estudia una gran variedad de chips integrados y cómo se fabrican. Se han introducido los nuevos conceptos empleando las técnicas analíticas conocidas y el desarrollo de nuevos métodos de análisis se basa en conceptos ya conocidos. Una parte muy importante la constituyen los gráficos y esquemas de circuitos que acompañan y ayudan a entender el texto. Cada capítulo finaliza con temas de repaso que permiten al estudiante comprobar el nivel de comprensión del tema. Constituye un valioso auxiliar para ingenieros, científicos y profesionales de campos afines a la ingeniería eléctrica y de computadoras [34]. Principios de Electrónica (Malvino) Se destaca por su claridad, concisión y rigor en la exposición de los conceptos. El texto incorpora al principio de cada capítulo una relación de los objetivos específicos, que ayuda al estudiante a comprender el alcance de cada tema. Los contenidos expuestos se acompañan de ilustraciones y figuras que facilitan y refuerzan el aprendizaje. Incluye el tema dispositivos de cuatro capas. Al final de cada tema se incluyen problemas resueltos y.

(30) DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA ASIGNATURA ELECTRÓNICA ANALÓGICA. 21. propuestos, problemas de repaso y complementos de temas más avanzados que permiten al profesor ampliar el programa [35]. Teoría de circuitos y dispositivos Electrónicos (Boylestad) Es considerando desde hace mucho como uno de los textos clásicos sobre dispositivos. Proporciona a los estudiantes un estudio completo de los dispositivos y los amplificadores operacionales. Todos los temas de los dispositivos se elaboran a partir de los primeros capítulos, para asegurar que los estudiantes tengan una comprensión completa del material fundamental antes de pasar a temas complejos. Ilustra algunos procesos de simplificación de circuitos como por ejemplo: Obtener el circuito equivalente de un emisor común con resistencia en emisor en un emisor común [36]. 2.2 Instrumentos aplicados Las encuestas son instrumentos de recolección de información que pueden ser de gran importancia durante los procesos de investigación, pues permite al investigador recopilar datos por medio de un cuestionario previamente diseñado, por lo que se decide aplicar una encuesta a los estudiantes de segundo año de la carrera Ingeniería en Telecomunicaciones y Electrónica que contribuya a completar el diagnóstico de la situación actual de la FIE y a la selección y desarrollo de recursos para el aprendizaje de la Electrónica. 2.2.1. Encuesta aplicada a los estudiantes de segundo año. Las encuestas corresponden a uno de los métodos más utilizados en la investigación, debido fundamentalmente a que a través de las encuestas se puede recoger gran cantidad de datos tales como actitudes, intereses, opiniones, conocimiento, comportamiento, así como los datos de clasificación relativos a medidas de carácter demográfico y socio-económico. La captación de información a través de las encuestas se realiza con la colaboración expresa de los individuos encuestados y utilizando un cuestionario estructurado como instrumento para recoger la información. Por tanto, la encuesta es un procedimiento utilizado en la investigación para obtener información mediante preguntas dirigidas a una muestra de individuos representativa de la población o universo, de forma que las conclusiones que se obtengan puedan generalizarse al conjunto de la población siguiendo los principios básicos de la inferencia estadística, ya que la encuesta se basa en el método inductivo, es decir, a partir de un número suficiente de datos podemos obtener conclusiones a nivel general [20]..

(31) DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA ASIGNATURA ELECTRÓNICA ANALÓGICA. 22. A diferencia del resto de técnicas de entrevista, la encuesta tiene una peculiaridad y es que realiza a todos los entrevistados las mismas preguntas, en el mismo orden, y en una situación social similar; de modo que las diferencias encontradas solo se pueden atribuir a las diferencias entre la forma de pensar de cada personas entrevistadas. Se realizó un estudio exploratorio para determinar las tendencias de los estudiantes de la carrera Ingeniería en Telecomunicaciones en el estudio de la Electrónica Analógica I, la preparación previa a las clases y exámenes, la bibliografía utilizada, el apoyo en las herramientas de simulación y el uso de la plataforma interactiva Moodle, además de recoger un grupo de sugerencias a tener en cuenta para mejorar el desempeño de la asignatura.. Población y muestra El marco poblacional está constituido por los 75 estudiantes que cursan el segundo año de la carrera Ingeniería en Telecomunicaciones y Electrónica, en la Universidad Central “Martha Abreu” de las Villas, se escogió el segundo año por ser este el curso en que se imparte la asignatura Electrónica Analógica 1 y en el momento que los estudiantes fueron encuestados habían recibido recientemente los contenidos tratados en el tutorial. Como muestra se tomaron los 32 estudiantes del grupo 2, de los cuales solo estaban presentes 28 en el aula en el momento que se realizó la encuesta, por lo que la muestra se obtuvo al azar encuestando a 28 estudiantes de segundo año. La muestra representa el 37.3% de la población. Encuesta Para recolectar la información se utilizó una encuesta con 10 preguntas que permite conocer las tendencias y enfoques de los estudiantes al enfrentar tareas académicas (Anexo 1). Para dar puntuación a las respuestas se utilizó una escala con un rango de 1 a 5, donde 1 es nunca o insuficiente (N), 2 es pocas veces o con deficiencias (PV), 3 es varias veces o lo necesario (VV), 4 es casi siempre o bien (CS) y 5 es siempre o excelente (S). Los datos obtenidos en la hoja de respuestas se digitalizaron para realizar los cálculos estadísticos pertinentes..

(32) DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA ASIGNATURA ELECTRÓNICA ANALÓGICA. 23. Resultados generales A continuación se muestran los resultados obtenidos de la encuesta aplicada a los estudiantes de segundo año de Ingeniería en Telecomunicaciones y Electrónica. Se obtuvieron los resultados de las respuestas relacionadas con la preparación de los estudiantes, donde se aprecia que por lo general no se preparan con anterioridad para recibir conferencias, clases prácticas ni laboratorios. Se demuestra que solo se preparan para la realización de las pruebas parciales y para la discusión de los seminarios ya que el 57% de los estudiantes califican de (S) y (CS) la preparación para los seminarios y el 100% mantienen calificación en la preparación previa para los exámenes parciales . En la figura 2.1 se aprecia que la mayoría de los estudiantes se apoyan generalmente para su autopreparación en los textos que se encuentran en formato digital y en las notas de clases.. 60 50 40 30 20 10 0 Textos en formato duro. Textos digitales. N. PV. AV. CS. Notas de clases. S. Figura 2.1. Materiales utilizados por los estudiantes para el estudio independiente (en %).. Se observan puntuaciones altas en la pregunta sobre la variedad de textos como ayuda a la orientación en el estudio independiente, encontrando solo una pequeña muestra del 4% que afirman que no cuentan con la bibliografía necesaria para estudiar individualmente y el resto de los encuestados se mantienen neutrales (Figura 2.2)..

(33) DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA ASIGNATURA ELECTRÓNICA ANALÓGICA. 25%. 24. N. 4% 25%. PV AV. 25%. 21%. CS S. Figura 2.2. Variedad de textos disponibles para el estudio independiente.. Del análisis anterior se puede constatar que la bibliografía presente es capaz de abarcar todos los contenidos. Con respecto al uso de la plataforma interactiva Moodle se puede apreciar que ha mejorado su aceptación por parte de los estudiantes comparado con los resultados obtenidos en la encuesta realizada en el 2015 en el trabajo de diploma titulado “Manual de ejercicios resueltos y propuestos para la asignatura Electrónica Analógica I”, el 52% utilizan los recursos disponibles en el sitio, y solo un 15% no lo usan, el resto de los encuestados se mantienen imparciales (Figura 2.3), por lo que se recomienda continuar actualizando el curso virtual de la asignatura e incluir materiales audiovisuales y guías de estudio, ya que pueden ser utilizados por los estudiantes y así motivarlos más a continuar haciendo uso de esta herramienta.. 25%. 15% 14%. 32%. 14%. N PV AV CS S. Figura 2.3. Aceptación del Moodle por los estudiantes.. En la encuesta se obtuvo como resultado que el 50% de los estudiantes prefieren el desarrollo de clases prácticas donde el profesor resuelve todos los ejercicios y se observa que el 71% considera que no les gustan las clases prácticas donde los estudiantes resuelvan.

(34) DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA ASIGNATURA ELECTRÓNICA ANALÓGICA. 25. los ejercicios solos y luego el profesor señale si cometieron algún error. En el caso en el que se plantea que los ejercicios de clases prácticas se resuelvan conjuntamente entre los estudiantes y el profesor se observa que el 68% afirma que les gustan las clases con este tipo de desarrollo. Después de analizar los datos obtenidos sobre las preferencias de los estudiantes a la hora de resolver ejercicios de análisis o diseño de amplificadores de pequeña señal (figura 2.4), se observa que las respuestas tienen una pequeña tendencia hacia el diseño, por lo que se debe seguir combinando ejercicios de análisis y diseño, haciendo énfasis principalmente en el diseño. 70 60 50 40 30 20 10 0 N. PV. AV Análisis. CS. S. Diseño. Figura 2.4. Preferencia de los ejercicios (en %).. Al analizar la figura 2.5 se puede apreciar que la mayoría de los estudiantes (86%) prefieren tener más clases de laboratorios donde puedan practicar los contenidos teóricos aprendidos durante las conferencias y las clases prácticas. 4% 3%. 7%. N PV AV. 50% 36%. CS S. Figura 2.5. Preferencias por las clases de laboratorios..

(35) DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA ASIGNATURA ELECTRÓNICA ANALÓGICA. 26. El sentir de los estudiantes es montar los circuitos de forma real, pero se nota (Figura 2.6) que aunque está presente el uso de las herramientas de simulación solo el 42% de los estudiantes encuestados hacen un uso eficiente de estas y este es un aspecto que se debería mejorar, pues los circuitos deben ser simulados antes de proceder a su montaje con componentes reales.. 21%. N. 7%. PV. 22%. AV. 21%. CS. 29%. S. Figura 2.6. Uso de las herramientas de simulación.. Teniendo en cuenta los datos obtenidos en la figura 2.7 se aprecia que el 75% de los estudiantes de segundo año se encuentran motivados por la asignatura.. 7% N. 0% 36%. 18%. PV. AV. 39%. CS S. Figura 2.7. Motivación por la asignatura Electrónica Analógica I..

(36) DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA ASIGNATURA ELECTRÓNICA ANALÓGICA. 27. Esta motivación permite una mayor asimilación de los contenidos y por consiguiente una mayor preparación en la asignatura, pudiendo mejorar así las calificaciones de los estudiantes. Los resultados estadísticos de la necesidad de un tutorial de amplificadores con BJT y FET se aprecian en la figura 2.8. 100 90 89,28571429. 80 70 60 50. 40 30 20 10. 0. 0. 0. 10,71428571. N. PV. AV. CS. 0 S. Figura 2.8. Necesidad de un tutorial sobre amplificadores de pequeña señal (en %).. De aquí se puede inferir que la propuesta es altamente valorada por los estudiantes, la totalidad de los estudiantes consideran necesario la inclusión de un tutorial donde se presenten casos típicos para el análisis y diseño de amplificadores de pequeña señal. 2.3 Características de los componentes Los estudiantes de la FIE en la UCLV cuentan con gran variedad de componentes electrónicos y equipos de medición precisos para el desarrollo de las prácticas de laboratorio. A continuación se muestran las principales características de dichos componentes. 2.3.1 Transistor de unión bipolar El transistor de unión bipolar (BJT) consiste en un cristal de silicio o germanio al cual se le han agregado impurezas, de modo tal que queda intercalada una capa de silicio tipo p (o tipo n) entre dos capas de silicio tipo n (o tipo p). Por consiguiente, existen dos tipos de transistores: npn y pnp. Las estructuras básicas de los transistores npn y pnp se muestran en.

(37) DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA ASIGNATURA ELECTRÓNICA ANALÓGICA. 28. las figuras 2.9 y 2.10. Un BJT puede verse como dos uniones pn conectadas una contra otra. Se le llama bipolar porque la carga en el dispositivo es transportada por dos portadores de diferente polaridad (huecos y electrones). Dispone de tres terminales conocidas como emisor (E), base (B) y colector (C), en las figuras 2.11 y 2.12 se muestran los símbolos, la dirección de la flecha en el emisor determina si el transistor es de tipo npn o pnp [33].. Figura 2.9. Estructura de un transistor npn.. Figura 2.11. Símbolo transistor npn.. Figura 2.10. Estructura de un transistor pnp.. Figura 2.12. Símbolo transistor pnp.. BJT como amplificador El amplificador puede ser considerado como una red de dos puertos, uno de entrada y uno de salida. Para que el circuito amplifique el transistor debe encontrarse en la región activa lo que significa que la unión base-emisor (Je) debe estar polarizada en directo mientras que la unión base-colector debe estar polarizada en inverso, el voltaje base-emisor (VBE) debe ser de 0.7V y el voltaje colector-emisor (VCE) debe ser mayor que 0.3V. Cada uno de los tres terminales del transistor puede clasificarse como terminal de entrada, terminal de salida y terminal común. Existen tres configuraciones posibles: de emisor común (EC), en la cual el emisor es la terminal común; de colector común (CC) o seguidor de emisor, en la que el colector es la terminal común y de base común (BC), en la cual la base es la terminal común [33]. Configuración emisor común (EC): En esta configuración la señal se aplica por la base y la salida es por colector. En esta configuración las ganancias de voltaje (A V) y de corriente (Ai) son ambas modularmente mayor que 1. En ella hay inversión de fase..

(38) DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA ASIGNATURA ELECTRÓNICA ANALÓGICA. 29. Configuración colector común (CC): En esta configuración la señal se aplica por la base y la salida es por emisor, la resistencia de colector (RC) no existe o es menor que la de emisor. La Ai es mayor que uno (Ai>1) y la AV es aproximadamente igual a uno (AV≈1). Tiene la más alta resistencia de entrada (Ri) y la más baja resistencia de salida (RO). Configuración base común (BC): En esta configuración la señal se aplica por el emisor y la salida es por colector, por base no se aplica señal alguna. La A V es mayor que uno (AV>1) sin inversión de fase y la Ai es aproximadamente igual a uno (Ai ≈ 1). La Ri es la más baja de las tres configuraciones. 2.3.2 Transistor de efecto de campo Los transistores de efecto de campo (FET) son la siguiente generación de transistores, después de los BJT. La corriente de salida de un FET es controlada por un campo eléctrico que depende de un voltaje controlado. El FET es un dispositivo unipolar y opera como un dispositivo controlado por voltaje. El encendido y apagado por voltaje es más fácil que el encendido o apagado por corriente, sobre todo si existen elementos de almacenamiento, como capacitores. Hay tres tipos de FET: transistores de efecto de campo de metal-óxido incrementales, transistores de efecto de campo de metal-óxido decrementales (ambos se conocen como MOSFET) y los transistores de efecto de campo de unión (JFET). El concepto básico del FET se conoce desde los años treinta; sin embargo los FET no encontraron aplicaciones prácticas hasta principios de los años sesenta [33]. FET de unión Existen dos tipos de FET de unión: de canal n y de canal p. En la figura 2.13 aparece el esquema de un JFET de canal n. El canal de tipo n se encuentra inserto entre dos regiones de compuerta de tipo p. El canal se forma a partir de material ligeramente impurificado (de baja conductividad), generalmente de silicio, con contactos óhmicos de metal en los extremos del canal. Las regiones de compuerta se hacen con material tipo p+ impurificado en exceso (de alta conductividad), y se unen eléctricamente por medio de contactos óhmicos de metal. El símbolo de un JFET de canal n se representa en la figura 2.14, donde la flecha apunta de la región de tipo p a la de tipo n [33]..

(39) DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA ASIGNATURA ELECTRÓNICA ANALÓGICA. Figura 2.13. Esquema de un JFET canal n.. 30. Figura 2.14. Símbolo de un JFET canal n.. En los JFET de canal p el canal de tipo p se forma entre dos regiones de compuerta de tipo n como se muestra en la figura 2.15. El símbolo de un JFET de canal p aparece en la figura 2.16. La dirección de la flecha de un JFET de canal p es opuesta a la dirección de la flecha de un JFET de canal n.. Figura 2.15. Esquema de un JFET canal p.. Figura 2.16. Símbolo de un JFET canal p.. FET como amplificador Para que el circuito amplifique el transistor debe encontrarse en la región de saturación. En esta región el voltaje drenaje-fuente (VDS) es mayor que el voltaje de estrechamiento y la corriente de drenaje (ID) es casi independiente de VDS. Para operar en esta región VDS ≥ (VGS - Vp). Donde: VGS: voltaje compuerta-fuente. Vp: Voltaje de pinchoff. Existen tres configuraciones posibles: de fuente común (SC), en la cual la fuente (source) es el terminal común; de drenador común (DC), en la que el drenador es el terminal común y Gate (compuerta) común (GC), en la cual el gate es el terminal común. Los FET se caracterizan por tener alta Ri (cercana a 1MΩ), cuando la entrada es por el gate [33]..

(40) DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA ASIGNATURA ELECTRÓNICA ANALÓGICA. 31. Configuración fuente común (SC): En esta configuración la señal se aplica por el gate y la salida es por el drenador. Las ganancias de voltaje (AV) es modularmente mayor que 1 (∣AV∣ > 1). En ella hay inversión de fase. Es la más útil de las tres configuraciones. Configuración drenador común (DC): En esta configuración la señal se aplica por el gate y la salida es por la fuente. AV es menor que uno (AV < 1). Tiene la más baja resistencia de salida (RO). Configuración gate común (GC): En esta configuración la señal se aplica por la fuente y la salida es por drenador. Comparación entre BJT y FET En la tabla 2.1 se muestra una comparación donde se muestran las principales diferencias entre los transistores BJT y FET. Tabla 2.1. Comparación entre BJT y FET [33] Aspecto. BJT. FET. Corriente de Salida. Depende de la corriente de base. Controlada por un campo eléctrico que depende de un voltaje. Control. Controlado por corriente. Controlado por voltaje. Resistencia de entrada. Es baja e inversamente proporcional a la corriente 25𝑚𝑉 de colector ( 𝐼𝑐 ). Muy Alta. Flujo de corriente. Depende tanto de los portadores mayoritarios como de los minoritarios. Depende solo de un tipo de portador: el portador mayoritario (electrones o huecos). Polaridad. Bipolar. Unipolar. Al analizar los resultados de la encuesta realizada se puede concluir que el tutorial debe estar basado principalmente en ejemplos resueltos donde se detallen los pasos que debe seguir el estudiante al resolverlos, y dichos ejemplos deben estar orientados principalmente al diseño de amplificadores..

(41) CONFECCIÓN DEL TUTORIAL. 32. CAPÍTULO 3. CONFECCIÓN DEL TUTORIAL. Durante el desarrollo del capítulo se da a conocer la estructura del tutorial de amplificadores con BJT y FET y se detallan los contenidos que se abordan en dicho tutorial. Además se muestran algunos ejemplos resueltos tomados del propio documento. 3.1 Estructura del tutorial En la figura 3.1 se muestra la portada del tutorial de amplificadores con BJT y FET.. Figura 3.1. Portada del tutorial..

(42) CONFECCIÓN DEL TUTORIAL. 33. El tutorial consta de la portada, un índice, una introducción general, dos capítulos de desarrollo donde se abordan los contenidos tratados y las conclusiones.. 3.1.1 Temas tratados en el tutorial A partir de los resultados obtenidos durante la investigación en los capítulos 1 y 2 se seleccionan los temas que conforman el tutorial, los cuales se muestran a continuación: Tema 1: El transistor bipolar (BJT) . Regiones de trabajo de un BJT. . BJT como amplificador. . Diseño de amplificadores con BJT. Tema 2: El transistor de efecto de campo . Regiones de trabajo. . FET como amplificador. . Diseño de amplificadores con FET. 3.2 Contenidos En cada tema o capítulo del tutorial se tratan una serie de contenidos los cuales se muestran a continuación: Teoría Al inicio de cada tema se brinda una breve introducción teórica, donde el estudiante encontrará los conceptos que deberá dominar y emplear durante cada capítulo, así como las características y funciones de cada dispositivo en cada una de las configuraciones que puede emplearse y la simbología utilizada para representarlos en cada caso. Ejemplos resueltos de análisis En cada tema se presentan ejemplos resueltos sencillos donde se le explica paso a paso al estudiante como debe proceder al enfrentarse a resolver ejercicios donde deba calcular los parámetros básicos de un amplificador..