Mapas conceptuales para la enseñanza de la Electrónica Analógica I

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(1)Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica.. TRABAJO DE DIPLOMA Mapas conceptuales para la enseñanza de la Electrónica Analógica I Autor: Andersen Romero Céspedes. Tutor: Dr. José A. Chaljub Duarte.. Santa Clara 2006-2007 "Año 49 de la Revolución".

(2) Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de la especialidad de Ingeniería en Automática, autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución, para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no podrá ser presentado en eventos, ni publicados sin autorización de la Universidad.. Firma del Autor Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada.. Firma del Autor. Firma del Jefe de Departamento donde se defiende el trabajo. Firma del Responsable de Información Científico-Técnica.

(3) i. PENSAMIENTO. “ Toda hazaña implica esmero, sacrificio, sinsabores y hasta incomprensiones, sin duda cabe, pero eso mismo hace los triunfos más agradables. El orgullo de las personas estriba en esto mismo, precisa en saberse imponer y demostrar que se pudo lo que otros creyeron imposible”.. J. Segovia.

(4) ii. DEDICATORIA A: Mi familia y en especial a mis padres, que tanto me han apoyado en toda mi vida, brindándome su confianza y amor. A: Mi novia Rosana, que día tras día me brindó su dedicación y cariño. A: Mis amigos Sandy, Michel, Reinaldo que han sido para mí como hermanos. A: Todos mis amigos que aunque se encuentren lejos hoy, han deseado tanto como yo este momento..

(5) iii. AGRADECIMIENTOS A: La Revolución por darme la oportunidad de llegar a ser un profesional. A: Todos los que de una forma u otra fueron capaces de brindar lo mejor de sí en función de darme su apoyo y su colaboración para lograr cumplir con mi trabajo de tesis. En especial a mi tutor Dr. José A. Chaljub Duarte. A: Mi suegro por su apoyo incondicional durante este período. A todos muchas gracias..

(6) iv. RESUMEN Se utilizan los mapas conceptuales como herramienta para establecer las conexiones entre los principales conceptos de la Electrónica Analógica I y se seleccionan, textos, presentaciones, simulaciones, etc., recursos que en general facilitan el proceso de enseñanza y aprendizaje de la referida asignatura. Los resultados de este trabajo se utilizaron para confeccionar la preparación metodológica y la selección de recursos para la asignatura Electrónica Analógica de la carrera de Ingeniería Eléctrica en el curso para trabajadores..

(7) v. TABLA DE CONTENIDOS. PENSAMIENTO .......................................................................................................................i DEDICATORIA ...................................................................................................................... ii AGRADECIMIENTOS ........................................................................................................... iii RESUMEN .............................................................................................................................iv INTRODUCCIÓN.....................................................................................................................1 CAPÍTULO 1. 1.1. “GENERALIDADES”. .............................................................................3. Mapas conceptuales..................................................................................3. 1.1.1 Surgimiento. ..............................................................................................................3 1.1.2 Descripción: ..............................................................................................................3 1.1.3 Características fundamentales. .............................................................................4 1.1.4 Utilidad. ......................................................................................................................4 1.1.5 Aporte al proceso de enseñanza y aprendizaje..................................................5 1.1.6 Procedimiento para elaborar mapas conceptuales. ...........................................5 1.1.7 Herramientas para la confección de mapas conceptuales. ..............................6 1.1.8 Facilidades de Concept Map Tool.........................................................................6 1.1.9 Lo que permite hacer IHMC. ..................................................................................7 1.2. Electrónica Analógica I. .............................................................................8. 1.2.1 EAI en el plan C modificado ...................................................................................8.

(8) vi 1.2.2 Programa analítico de la EAI. ................................................................................9 1.2.3 Cronograma de clases. .........................................................................................12 1.2.4 Relación de conceptos fundamentales de la EAI. ............................................13 Diodo semiconductor y sus aplicaciones. ..............................................................13 Transistor bipolar y sus aplicaciones. ....................................................................17 Transistores de efecto de campo y sus aplicaciones...................................................21 CAPÍTULO 2. 2.1. “Mapas conceptuales para la Electrónica Analógica I”. .................................26. Análisis de los mapas conceptuales realizados.......................................26. 2.1.1 Descripción de los mapas conceptuales............................................................30 2.1.2 Procedimiento. utilizado. para. adjuntar. documentos. a. los. mapas. conceptuales...........................................................................................................31 2.1.3 Explicación de los enlaces de materiales realizados a algunos nodos del mapa: “Diodo semiconductor”..............................................................................32 2.1.4 Mapa: “Transistores bipolares”. ...........................................................................34 2.1.5 Explicación de los enlaces de materiales realizados a algunos nodos del mapa de transistores bipolares............................................................................36 2.1.6 Mapa: “Transistores de efecto de campo”. ........................................................39 2.1.7 Explicación de los enlaces de materiales realizados a algunos nodos del mapa de transistores de efecto de campo.........................................................41 2.2. Presentación de la guía para la encuesta a los estudiantes que cursan la EAI…… 42. 2.3. Recomendaciones para trabajos futuros. ................................................44. CAPÍTULO 3.. “Recursos para la enseñanza de la Electrónica Analógica en el curso para. trabajadores en la carrera Ingeniería Eléctrica”.............................................................................45 3.1. Descripción de la Electrónica Analógica en el curso para trabajadores de. la carrera de Ingeniería Eléctrica. ..........................................................................45.

(9) vii 3.1.1 Objetivos Generales Instructivos.........................................................................45 3.1.2 Sistema de conocimientos....................................................................................46 3.1.3 Sistema de habilidades. ........................................................................................46 3.2. Programa Analítico adaptado a 7 encuentros..........................................47. 3.3. Programa Analítico para 9 encuentros. ...................................................48. 3.4. Recursos empleados para la enseñanza de la EA. .................................51. 3.5. Mapas conceptuales................................................................................52. 3.5.1. Descripción del mapa de Amplificadores Operacionales.........................53. 3.5.2. Descripción de los materiales adjuntos a algunos nodos del mapa.........55. 3.5.3. Relación. de. conceptos. fundamentales. contenidos. en. el. mapa:. “Aplicaciones de los Amplificadores Operacionales”............................................. 57 3.5.4. Descripción. del. mapa:. ”Aplicaciones. de. los. Amplificadores. Operacionales”...................................................................................................... 57 3.6. Descripción del video mostrado en el último encuentro...........................58. 3.7. Logros de la utilización de estos recursos. ..............................................60. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................................61 Conclusiones: ........................................................................................................61 Recomendaciones: ................................................................................................61 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................................62 ANEXOS..............................................................................................................................64 Anexo I Resultados de la encuesta aplicada a los estudiantes que de segundo año de la carrera de Telecomunicaciones y Electrónica. .......................................64.

(10) INTRODUCCION. 1. INTRODUCCIÓN El presente trabajo se realiza dada la necesidad de organizar la información ya existente sobre la Electrónica Analógica I (EAI) en la UCLV, posibilitando un mejor acceso de los estudiantes a los recursos disponibles para la enseñanza de la misma. La Facultad de Ingeniería Eléctrica (FIE) ha llevado a cabo estudios sobre el uso de los mapas conceptuales para la enseñanza. De estos estudios se han realizado trabajos de maestría y doctorado de profesores del Departamento de Electrónica. Existen al alcance de los estudiantes que cursan la Electrónica Analógica I de la carrera de Ingeniería en Telecomunicaciones y Electrónica, Ingeniería Automática e Ingeniería Biomédica de la Universidad de las Villas, recursos tales como: libros, documentos e información complementaria, hojas de datos, presentaciones en diferentes formatos, simulaciones de circuitos, etc. Se necesita facilitar el acceso a dichos recursos en función de las necesidades específicas de cada estudiante. Se tiene como primer objetivo: lograr un uso más eficiente de los recursos disponibles, para alcanzar rendimientos superiores en la enseñanza. de. la. EAI,. correspondiente. a. las. carreras:. Ingeniería. en. Telecomunicaciones y Electrónica, Ingeniería en Automática e Ingeniería Biomédica. Como segundo objetivo: disponer de la preparación metodológica para la enseñanza de la Electrónica Analógica, en el curso para trabajadores en la carrera: Ingeniería Eléctrica. Con este proyecto se logra un material actualizado con la información organizada capaz de transmitir los conocimientos necesarios de la EAI, lo cual posibilitaría al estudiante un mejor acceso a los materiales de estudio. El trabajo está compuesto por tres capítulos: El Capítulo 1, titulado: “Generalidades” resume el estado del arte de los “mapas conceptuales”, además de una descripción de la asignatura Electrónica Analógica I dentro de los planes de estudio C modificado de las carreras: Ingeniería en Telecomunicaciones y Electrónica e Ingeniería Automática..

(11) INTRODUCCION. 2. El Capítulo 2, lleva por título: “Mapas conceptuales para la Electrónica Analógica I”, en él se presentan, analizan y se realizan modificaciones a los mapas conceptuales: diodo semiconductor, transistores bipolares y transistores de efecto de campo. Se muestra el procedimiento utilizado para adjuntar documentos a los mapas conceptuales. Por otra parte, se interpretan los resultados de la encuesta realizada a los estudiantes de segundo año de la carrera de Telecomunicaciones y Electrónica. El Capítulo 3 tiene por título: “Recursos para la enseñanza de la Electrónica Analógica (EA) en el curso para trabajadores (CPT) en la carrera de Ingeniería Eléctrica”. En este se describe la asignatura dentro del plan de estudio C para esta carrera, además, son mostrados y explicados los materiales utilizados como recursos para la enseñanza de la EA en el CPT..

(12) CAPITULO 1. GENERALIDADES. 3. CAPÍTULO 1. “GENERALIDADES”.. 1.1 Mapas conceptuales 1.1.1 Surgimiento. El creador de los mapas conceptuales es: Joseph. D Novak, quien en los años 70 perfiló el mapeo o representación gráfica de los conceptos y en el año 1988 junto a D.B. Gowin escribió el libro “Aprendiendo a Aprender”, basándose en las teorías del “aprendizaje significativo" de David Ausbel. En sus escritos se aprecia la importancia del conocimiento previo para ser capaz de aprender cosas nuevas, ya que según Novak “el aprendizaje significativo implica la asimilación de nuevos conceptos y proposiciones en las estructuras cognitivas existentes”. (Sierra, 2004) 1.1.2 Descripción: Los mapas conceptuales surgieron como una vía para instrumentar la teoría del aprendizaje significativo de Ausubel, en especial, en lo referente a la evolución de las ideas previas que poseen los estudiantes. Son utilizados como técnica de estudio y como herramienta para el aprendizaje, ya que permiten al docente ir construyendo con sus alumnos y explorar en ellos, los conocimientos previos. Permiten al alumno organizar, interrelacionar y fijar el conocimiento. Por otro lado, el profesor puede utilizar los mapas para preparar en el alumno la base necesaria para iniciar los aprendizajes; son los llamados organizadores previos. No se trata de dar información nueva, sino de actuar y organizar sus ideas previas para que puedan relacionarlas con los contenidos que se van a enseñar. De manera que, el.

(13) CAPITULO 1. GENERALIDADES. 4. mapa conceptual aparece como una herramienta de asociación, interrelación, discriminación, descripción y ejemplificación de contenidos, con un alto poder de visualización. (Chaljub, 2005) 1.1.3 Características fundamentales. Los mapas conceptuales presentan tres características fundamentales según Salaverría (2003) en su tesis doctoral: a) Jerarquización: En los mapas conceptuales los conceptos están dispuestos por orden de importancia o de generalidad. Los conceptos más generales ocupan los lugares superiores de la estructura gráfica. b) Selección: Los mapas constituyen una síntesis o resumen que contiene lo más importante o significativo de un mensaje, tema o texto. Previamente a la construcción del mapa hay que elegir los términos que hacen referencia a los conceptos en los que conviene centrar la atención. c) Impacto visual: Esta característica se apoya en la anterior. En palabras de Novak: “Un buen mapa conceptual es conciso y muestra las relaciones entre las ideas principales, de un modo simple y vistoso, para aprovechar la notable capacidad humana para la representación visual”. 1.1.4 Utilidad. Los mapas conceptuales presentan disímiles utilidades. De acuerdo con lo planteado por Sierra (2004), se tienen las mostradas a continuación: a) Los mapas facilitan, tanto al profesorado como al alumnado, una rápida visualización de los contenidos que se quieren enseñar y se han de aprender, así como una visión global del tema a exponer. b) Favorecen el recuerdo, añadiendo la potencialidad de la memoria visual a la explicación oral o al texto escrito. c) Permiten una detección rápida de los conceptos claves, los menos importantes y las relaciones existentes entre todos ellos. d) Posibilitan la investigación y plasmación de los conocimientos ya conocidos y la posibilidad de integrar las nuevas adquisiciones..

(14) CAPITULO 1. GENERALIDADES. 5. e) Sirven como modelo para aprender a elaborar los mapas propios de cada alumno, tanto a la hora de aprender como de evaluar. 1.1.5 Aporte al proceso de enseñanza y aprendizaje. Los mapas conceptuales han contribuido en desarrollo del. gran medida a un mejor. proceso de enseñanza y aprendizaje, según Sierra (2004). algunos de estos aportes han sido: a) Riqueza visual que supera la linealidad y secuencialidad de los textos escritos, plasmados en los libros tradicionales. b) Claridad de ideas, expresadas en frases y con conexiones a diferentes temas, que ayudan a agrupar y organizar los conocimientos, además de obligar a realizar conexiones a otros temas relacionados con el que se desarrolla. c) Refuerzan la comprensión. Ayudan a recordar lo aprendido y posibilitan añadir más ideas y nuevos conceptos, según se re-elaboramos el aprendizaje, o se adquieren nuevos conocimientos en otro momento diferente. 1.1.6 Procedimiento para elaborar mapas conceptuales. Cuando se trabaje un texto o tema referente al cual se desea realizar un mapa, es necesario seguir un protocolo con una serie de pasos, los cuales llevan en gran medida a un buen desempeño del proyecto. Basados en los pasos planteados por Sierra (2004) se tienen: a) Subrayar los conceptos o palabras clave del tema. b) Hacer una lista o inventario de los conceptos a incluir en el mapa, así como de los recursos explicativos a añadir en el entorno multimedia fotos o gráficos, sonidos o videos, enlaces a páginas Web, etc. c) Agrupar los conceptos por niveles de generalidad, inclusividad y clasificarlos según sean mas genéricos o sean mas específicos y estén incluidos y subordinados a los primeros. d) Seleccionar el tema más inclusivo y específico del mapa conceptual y escribirlo en la parte superior, a modo de “madre de todos los conceptos”..

(15) CAPITULO 1. GENERALIDADES. 6. e) Escribir los demás conceptos jerarquizándolos por sus diferentes niveles de inclusión descendiendo verticalmente en el gráfico. f) Realizar enlaces entre los conceptos y escribir proposiciones o frases ilustrativas de la relación. g) Revisar el mapa para identificar nuevas relaciones o incluir otras referencias cruzadas, que no se hayan establecido anteriormente. h) Escribir un título del mapa y un subtitulo, que sirva como una breve explicación de lo que pretende representar. 1.1.7 Herramientas para la confección de mapas conceptuales. El Institut for Human and Machine Cognition de la Universidad de Florida ha creado un conjunto de herramientas que facilitan la creación de mapas conceptuales en los ordenadores, por medio de unas aplicaciones escritas en Java. También posibilita su uso en redes, tanto locales o a través de Internet, que facilitan el trabajo en grupo. Hay herramientas (Tools), además de para generar los mapas conceptuales, también para la corrección o evaluación de los mapas elaborados (CMReport) según el Profesor Gorka Palazio (citado por Sierra, 2004) CMap Tools es un programa del Instituto de Ciencia Cognitiva (IHMC) que nos permite adentrarnos en el campo de la enseñanza significativa con recursos multimedia. Es destacable su capacidad multiplataforma: esta realizado en lenguaje Java, pudiendo utilizarse tanto en ordenadores con sistema operativo propietario. (Windows por ejemplo), como en ordenadores con sistemas Unix:. MacOX, Linux, Solaris... Y añade Palazio “Pensando que los estándares y el acceso al conocimiento deben ser dos de las más importantes necesidades que existen para el desarrollo de la tecnología, siempre es aplaudido un programa que no pone cortapisas a su ejecución en diferentes sistemas operativos”. (Sierra, 2004) 1.1.8 Facilidades de Concept Map Tool. Esta herramienta posibilita el navegar por los mapas ya realizados, e interactuar con los conceptos. Como se puede apreciar rápidamente, al mover con el ratón cualquier concepto, los conectores y conceptos relacionados también se.

(16) CAPITULO 1. GENERALIDADES. 7. desplazan. Quiere decir que el usuario manipula el mapa e interactúa con él para “aprender” la información. Pero siempre es bueno que antes de empezar a crear mapas nuevos, visitar los hechos por otras personas, familiarizarse con las posibilidades del programa, y de los mapas conceptuales como medio de representación. Simplemente,. accediendo. en. Public-CMaps. aparecen. todos. los. mapas. disponibles: si se elige un título, se puede ver lo que contiene. Esta herramienta se encuentra en: http://cmap.coginst.uwf.edu/info/ 1.1.9 Lo que permite hacer IHMC. Luego de estar instalado el software IHMC Cmap Tool, la ayuda muestra las siguientes facilidades: a) Crear un proyecto. b) Crear un mapa. c) Adicionar un concepto. d) Enlazar conceptos. e) Adicionar imágenes al mapa. f) Adicionar imágenes al proyecto. g) Modificar el estilo. h) Cortar, copiar y pegar. i) Salvar un mapa. j) Abrir un mapa ya hecho. k) Editar un mapa. l) Buscar un mapa. m) Cerrar un mapa. n) Adicionar un hilo de discusión a un concepto..

(17) CAPITULO 1. GENERALIDADES. 8. 1.2 Electrónica Analógica I. 1.2.1 EAI en el plan C modificado En. el. plan. de. estudio. C. modificado. de. la. carrera:. Ingeniería. en. Telecomunicaciones y Electrónica, la asignatura Electrónica Analógica I (EA1) dispone de 80 horas y ha sido descrita en los siguientes términos: 1. Objetivos instructivos. a) Explicar los principios físicos de operación de dispositivos electrónicos. b) Caracterizar los dispositivos electrónicos mediante curvas, parámetros y modelos. c) Analizar y diseñar circuitos con diodos y transistores para aplicaciones de poca complejidad. d) Describir e interpretar los fundamentos de la tecnología de fabricación de dispositivos y circuitos integrados. e) Utilizar manuales y documentación técnica en español e inglés, como herramienta para la caracterización de dispositivos. f) Explotar programas para análisis y diseño de los circuitos descritos en estos objetivos.. 2. Sistema de conocimientos. ¾ Fundamentos de los circuitos integrados. ¾ Principios físicos, parámetros y modelos de dispositivos semiconductores: Diodos,. transistores. y. otros. dispositivos. tales. como. elementos. optoelectrónicos, de 4 capas y de control de potencia. ¾ Circuitos sencillos que ilustran la aplicación de los dispositivos señalados en la conformación de ondas, la conmutación y la amplificación de señal pequeña en la gama de las frecuencias medias..

(18) CAPITULO 1. GENERALIDADES 3.. 9. Sistema de habilidades. ¾ Describir e interpretar los principios físicos de operación de dispositivos electrónicos. ¾ Determinar parámetros fundamentales de los dispositivos electrónicos. ¾ Limitadores, dispositivos optoelectrónicos y dispositivos de 4 capas, haciendo la selección adecuada de los componentes necesarios de acuerdo a c. criterios prácticos.. ¾ Analizar y diseñar circuitos con transistores: amplificadores a frecuencias medias y conmutadores, haciendo la selección adecuada de los componentes necesarios de acuerdo a criterios prácticos. ¾ Describir e interpretar los fundamentos de la construcción de circuitos integrados. 1.2.2. Programa analítico de la EAI.. El programa analítico de la EA1, en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas, se describen 64 horas de clases, lo que está amparado por una licencia que facilita el acercamiento al plan de estudio D (actualmente en fase de elaboración) y permite que exista una asignatura común, en el campo de la Electrónica, en tres de las carreras que se estudian en la Facultad de Ingeniería Eléctrica. 1. Objetivos instructivos en el programa analítico a) Caracterizar a los dispositivos semiconductores como elementos de circuitos eléctricos, utilizando la información que ofrecen los fabricantes en sus manuales. b) Analizar y diseñar circuitos con diodos y/o transistores, destinados a: la conformación, la conmutación y la amplificación de señales, y a la rectificación. c) Caracterizar a los dispositivos semiconductores como elementos de circuitos eléctricos, utilizando la información que ofrecen los fabricantes en sus manuales..

(19) CAPITULO 1. GENERALIDADES. 10. d) 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.. El tema I. “Los dispositivos semiconductores como elementos de circuitos”.. Cuenta con un fondo de tiempo: 28 horas, distribuidas de la forma siguiente: a) Conferencias, (C) 8 horas. b) Clases Prácticas (CP), 6 horas. c) Laboratorios de simulación (LµC) 6horas d) Laboratorios reales, (LR) 4 horas e) Seminarios (S) 2 horas f) Evaluaciones parciales (EP) 2 horas. Objetivos: a) Caracterizar a los dispositivos semiconductores como elementos de circuitos eléctricos, utilizando la información que ofrecen los fabricantes en sus manuales. b) Describir e interpretar los fundamentos de la tecnología de fabricación de dispositivos y circuitos integrados. Contenidos: a) El diodo ideal como componente de un circuito eléctrico. El diodo semiconductor real: mecanismos que gobiernan su funcionamiento, parámetros que lo distinguen. Circuitos equivalentes. El rectificador como circuito ilustrativo. Diodos semiconductores para aplicaciones especiales: el diodo zener, el diodo varicap, el LED, el fotodiodo. b) El transistor bipolar ideal como componente electrónico excitable por corriente. El transistor bipolar real: mecanismos que gobiernan su funcionamiento, parámetros que lo distinguen. Regiones de trabajo. Técnicas de polarización. El fototransistor..

(20) CAPITULO 1. GENERALIDADES. 11. c) El transistor de efecto de campo ideal como componente electrónico excitable por voltaje. El JFET y los MOSFET reales. Mecanismos de funcionamiento. Parámetros que lo distinguen. Técnicas de polarización. d) El dispositivo ideal para la rectificación controlada. Los diodos de cuatro capas reales. Mecanismos de funcionamiento. Parámetros que lo distinguen. e) Circuitos integrados: características fundamentales. Técnicas de fabricación. 3. Tema II. Aplicaciones Básicas de los dispositivos semiconductores. Cuenta con un fondo de tiempo: 36 horas, distribuidas de la forma siguiente: a) Conferencias, (C) 10 horas. b) Clases Prácticas (CP), 8 horas. c) Laboratorios de simulación (LµC) 6horas d) Laboratorios reales, (LR) 4 horas e) Seminarios (S) 4 horas f) Evaluaciones parciales (EP) 4 horas. Objetivos: a) Caracterizar a los dispositivos semiconductores como elementos de circuitos eléctricos, utilizando la información que ofrecen los fabricantes en sus manuales. b) Describir e interpretar los fundamentos de la tecnología de fabricación de dispositivos y circuitos integrados. Contenidos: a) El diodo ideal como componente de un circuito eléctrico. El diodo semiconductor real: mecanismos que gobiernan su funcionamiento, parámetros que lo distinguen. Circuitos equivalentes. El rectificador como circuito ilustrativo. Diodos semiconductores para aplicaciones especiales: el diodo zener, el diodo varicap, el LED, el fotodiodo. b) El transistor bipolar ideal como componente electrónico excitable por corriente. El transistor bipolar real: mecanismos que gobiernan su funcionamiento, parámetros que lo distinguen. Regiones de trabajo. Técnicas de polarización. El fototransistor..

(21) CAPITULO 1. GENERALIDADES. 12. c) El transistor de efecto de campo ideal como componente electrónico excitable por voltaje. El JFET y los MOSFET reales. Mecanismos de funcionamiento. Parámetros que lo distinguen. Técnicas de polarización. d) El dispositivo ideal para la rectificación controlada. Los diodos de cuatro capas reales. Mecanismos de funcionamiento. Parámetros que lo distinguen. e) Circuitos integrados: características fundamentales. Técnicas de fabricación. 1.2.3 Cronograma de clases. El cronograma de las clases (P1). Se realiza con el objetivo distribuir las clases de la asignatura a lo largo del semestre. En el curso 06-07, el P1 ha sido el siguiente: Semana. Contenido. Forma de docencia. 1. Diodo semiconductor. 1. Circuitos con diodos. 2. Diodos. 2. Transistor bipolar.. C2. 3. Transistor bipolar. CP2. 3. BJT. LµC1. 3. FET. C3. 4. FET. CP3. 4. FET. LµC2. 5. FET. LabR2. 5. Dispositivos y Circuitos Integrados. 6. Dispositivos de 4 capas. C4. 6. Aplicaciones de los diodos. C5. 6. SCR. 7. Prueba parcial 1. 7. BJT y FET en conmutación. C6. 8. Aplicaciones de los diodos. CP4. 8. Aplicaciones de los diodos. LµC4. 8. Aplicaciones de los dispositivos de 4 capas. C1 CP1 LabR1. Seminario 1. LµC3 Examen. C7.

(22) CAPITULO 1. GENERALIDADES Semana. Contenido. 9. Aplicaciones de los diodos. 9. Amplificadores de pequeña señal. 9. Circuitos para la conmutación con BJT y. 13. Forma de docencia LabR3 C8 CP5. FET 10. Prueba parcial 2. Examen. 10. Respuesta de frecuencia. 11. Amplificadores BJT. CP6. 11. BJT en conmutación. LµC5. 11. Diodos y BJT en conmutación. 12. Cascadas y respuesta de frecuencia. 12. Configuraciones básicas. LµC6. 13. Configuraciones básicas. LabR4. 13. Amplificadores. 14. Prueba parcial 3. C9. Seminario 2 CP7. Seminario3 Examen. 1.2.4 Relación de conceptos fundamentales de la EAI. Diodo semiconductor y sus aplicaciones. 1. Interruptor: Obsérvese que cuando Vd es cero, Id puede tener cualquier valor positivo, y cuando Id es cero, Vd puede tener cualquier valor negativo, condiciones que corresponden a un interruptor. (Microelectrónica). Figura 1. Comportamiento ideal del diodo..

(23) CAPITULO 1. GENERALIDADES. 14. 2. Diodo ideal: Presenta una característica volt-ampererio (VI) como la mostrada en la figura 1. 3. Silicio: Elemento químico que compone a la mayoría de los semiconductores. 4. Unión pn: La característica esencial de esta unión es que permite la circulación de portadores en un sentido y la impide prácticamente en el otro. (Millman, 1993) 5. Diodo semiconductor: Dispositivo formado por la unión de un metal p y un metal n. 6. Característica volt-amperios (VI): De forma ideal está representada en la Figura 1. Para un diodo de silicio (Si) a partir de 0.6V comienza a circular corriente por el dispositivo, para un diodo de germanio (Ge) a partir de 0.2V.. Figura 2. Característica V-I de un diodo de silicio.. 7. Aproximación lineal por tramos de la característica VI: Está dada por dos estados on y off. En el estado on puede considerarse como un diodo ideal en serie con una batería de voltaje igual al umbral (0.7V para el Si y 0.2 para el Ge) y una resistencia Rf (entre 5 y 50ohm) como lo mostrado en la figura 2. En el estado de corte (off) la característica se aproxima a la de una recta que pasa por el origen, como se representa en la figura 3, siendo la pendiente igual a 1/Rf. ((Microelectrónica)).

(24) CAPITULO 1. GENERALIDADES. 15. Figura 3. Modelo del diodo para polarización directa.. Figura 4. Característica directa linealizada del diodo. 8. Ecuación de la unión pn: El análisis teórico de la unión pn conduce a esta ecuación Id = Is*[e^(Vd/n*Vt) - 1] Para el Si, n=2 y para el Ge, n=1. Vt es la tensión equivalente de temperatura y viene dada por: Vt = T(grados Kelvin)/11600. 9. Equivalente en Volt de la temperatura: Se representa como Vt y se muestra en la explicación anterior. 10. Corriente inversa de saturación: Es la corriente que circula por el diodo semiconductor cuando sus terminales están polarizados en sentido inverso. Para el Si es del orden de los nano-amperes y para el Ge es del orden de los micro-amperes. 11. Voltaje umbral: Voltaje a partir del cual la corriente comienza a tomar valores significativos Para el Si es 0.7 V Para el Ge es 0.2 V..

(25) CAPITULO 1. GENERALIDADES. 16. 12. Coeficiente térmico de Io: Variación de Io con respecto a la temperatura. 13. Coeficiente térmico del voltaje umbral: Se ha determinado que a temperaturas próximas a la ambiente dVd/dT=-2.2 mV/grados C. (Millman, 1993) 14. Diodo de señal: Dispositivo empleado para altas frecuencias. Los fabricantes especifican los tiempos de conmutación. 15. Diodo rectificador: Empleado para la rectificación de la señal de entrada. Puede convertir una onda sinosoidal de entrada (cuyo valor medio es cero) en una onda unidireccional (si bien no constante) con una componente media no nula. (Microelectrónica) 16. Diodo de conmutación: Diodo con bajos tiempos de conmutación. Ejemplo diodo Schottky. 17. Diodo zener: Dispositivo que se caracteriza por trabajar en la zona de ruptura. 18. LED (Diodo Emisor de Luz): Son uniones construidas con materiales semiconductores especiales como arseniuro de galio. 19. Fotodiodo: Es una unión en la que los fotones de energía incidentes rompen los enlaces covalentes, añadiendo estos nuevos portadores a la corriente de saturación inversa. (Circuitos Electrónicos) 20. Varicap: El varicap (llamado también capacitancia de voltaje variable, epicap y diodo sintonizador) se usa mucho en receptores de televisión, receptores de FM y equipos de comunicaciones. (Principios de Electrónica) 21. Voltaje de pico inverso: Máximo voltaje que puede ser aplicado a la unión estando polarizada en sentido inverso. 22. Corriente pico: Máxima corriente que puede soportar el dispositivo (corriente pico repetitivo o corriente pico no repetitivo). 23. Corriente promedio: Valor promedio de la corriente directa que pasa por el dispositivo. 24. Capacidad de transición: Representa la variación de la carga almacenada en la región de deplexión respecto a la variación de tensión en la unión. (Microelectrónica).

(26) CAPITULO 1. GENERALIDADES. 17. 25. Capacidad de difusión: Variación de la carga asociada a la corriente de difusión como consecuencia de la polarización directa de la unión. 26. Voltaje de ruptura: Voltaje para el cual ocurre el fenómeno de la ruptura. El voltaje del dispositivo se mantiene prácticamente constante. Pudiendo variar dentro de ciertos límites la corriente. 27. Efecto zener: Fenómeno donde los enlaces covalentes pueden ser rotos por los efectos del campo eléctrico aplicado 28. Multiplicación por avalancha: Consideremos la siguiente situación en un diodo con polarización inversa: un portador generado térmicamente (parte de la corriente de saturación inversa) cae en la barrera de la unión y adquiere energía para romper un enlace covalente. Además del portador original se ha generado un nuevo par electrón-hueco. Estos portadores pueden adquirir energía suficiente del campo, chocar con otro ión del cristal y crear otro par electrón-hueco. De esta forma cada nuevo portador produce portadores adicionales debidos a la colisión y acción disruptiva de los enlaces. A este proceso se le llama multiplicación de avalancha. El resultado es una corriente inversa elevada y se dice que el diodo está en la región de ruptura o avalancha. (Microelectrónica). Transistor bipolar y sus aplicaciones. 1. Efecto Early: El ancho de la región de deplexión. de una unión crece al. aumentar la tensión de polarización inversa. Considerando únicamente los efectos debido a la unión colector-base estando el diodo emisor-base con polarización directa. En consecuencia, el espesor efectivo W de la base decrece al aumentar Vcb. Esta modulación del ancho de la base se conoce como Efecto Early. 2. Voltaje early: Punto en el que al proyectarse se cortan las características de salida del transistor bipolar (BJT). Ver figura 5..

(27) CAPITULO 1. GENERALIDADES. 18. Figura 5. Característica de salida en emisor común para un transistor npn. 3. β: Ganancia de corriente directa en continua. Es una cantidad que los fabricantes especifican y que viene dada por la relación: β = Ic/Ib. 4. α: Ganancia de corriente de gran señal. Viene dada por la relación: α = Ic/Ie. 5. Regiones de trabajo: activa, corte, saturación, modo inverso: Regiones de trabajo en que puede operar el transistor bipolar. Tabla 1. Modos de trabajo del transistor bipolar.. 6. Pcmáx: Máxima potencia que se puede disipar en el colector del BJT 7. VBemáx: Voltaje máximo que puede aplicarse a la unión base-emisor en sentido inverso. 8. ICmáx:. Corriente máxima que puede circula por el colector del transistor. bipolar. 9. Configuraciones básicas amplificadoras: BC, CC, EC: Se identifica el terminal común de entrada y salida..

(28) CAPITULO 1. GENERALIDADES. 19. 10. Fototransistor: Tiene una ventana que permite que la luz llegue a la unión colector-base y pueda ser utilizada como fuente de generación de pares electrón-hueco. 11. VBE típicos: VBEactiva, Vbesat: En la región activa el voltaje base-emisor es 0.7 V y en la región de saturación es 0.8 V. 12. Fuente de corriente dependiente de corriente: Comportamiento aproximado de un transistor bipolar. Dependiendo de la corriente que se le inyecte por la base, será la corriente que tendremos en el colector (base entrada y colector salida). 13. Convenio de signos para las corrientes: El convenio de signos para las corrientes está dado por: las corrientes que entran al transistor (tomado como un nodo) se toman con signo positivo y las que salen de él con signo negativo. 14. Perforación de la base: Esto ocurre producto del efecto Early y está dado por la aplicación de tensiones extremadamente altas a la unión base-emisor, cuando esto ocurre W puede ser reducida provocando la ruptura del BJT. 15. Coeficientes de temperatura: VBEsat, VCEsat: El VCEsat es una décima parte del VBEsat. (Microelectrónica) 16. Ancho efectivo de la base: Viene representado por W y se muestra a continuación.. Figura 6. Representación del ancho de la base..

(29) CAPITULO 1. GENERALIDADES. 20. 17. Tipos de BJT: npn, pnp: Dos tipos de transistores. Figura 7 y 8.. Figura 7. Transistor npn y pnp.. Figura 8. Símbolo de circuito para transistores pnp y npn.. 18. Amplificación: Es la multiplicación de la señal de entrada por un factor, obteniendo una señal de mayor tamaño a la salida. 19. Característica VI: Relación del VCE contra Ic para diferentes corrientes de base. Figura 9..

(30) CAPITULO 1. GENERALIDADES. 21. Figura 9. Voltaje colector-emisor contra corriente de colector.. Transistores de efecto de campo y sus aplicaciones. 1. Fuente de corriente dependiente de voltaje: Se ha aludido a este recurso puesto que el FET funciona como una fuente de corriente gobernada por voltaje.. Figura 10. Fuente de corriente dependiente de voltaje.. 2. JFET: Transistor de Unión de Efecto de Campo, compuesto por tres terminales: drenador, fuente y puerta. 3. Canal n y canal p. Figura 11 y 12..

(31) CAPITULO 1. GENERALIDADES. 22. Figura 11. (a) Estructura del canal n. (b) Símbolo del JFET canal n.. Figura 12. (a) Estructura del canal p. (b) Símbolo del JFET canal p. 4. Característica tensión-corriente de un JFET: Relación entre la tensión drenador-fuente contra la corriente de drenador para diferentes voltajes aplicados entre puerta (también llamado gate) y fuente.. Figura 13. Característica tensión-corriente en un JFET (2N4869)..

(32) CAPITULO 1. GENERALIDADES. 23. 5. MESFET: Es un JFET construido en arseniuro de galio (GaAs) con una región de puerta metal-semiconductor (un diodo Schottky). Los principios de funcionamiento y características del MESFET son similares a los del JFET de silicio (Si). La movilidad de los electrones en el GaAs es de 5 a 10 veces mayor que en el Si, lo que le permite operar a frecuencias mayores que las toleradas por los dispositivos de SI. Como la movilidad de huecos en el GaAs es menor que en el Si, los MESFET de canal n tienen muchas aplicaciones. (Citado del autor Millman) 6. MOSFET: En un FET , la sección efectiva del canal está gobernada por un campo eléctrico aplicado al canal a través de una unión pn. Empleando un electrodo de puerta metálico separado del canal semiconductor por una capa de óxido se obtiene un dispositivo de efecto de campo básicamente distinto. Esta disposición metal-óxido-semiconductor (MOS) permite controlar las características del canal por un campo eléctrico creado al aplicar una tensión entre la puerta y el sustrato. Un dispositivo de esta índole se denomina MOSFET o transistor MOS. (Microelectrónica) 7. MOSFET de enriquecimiento: MOSFET que requiere de la inducción del canal. 8. MOSFET de vaciamiento: MOSFET que dispone de un canal cuya conductividad puede ser incrementada (modo de enriquecimiento) o puede ser decrecida (modo de vaciamiento). Su comportamiento eléctrico es semejante a un JFET. 9. Compuertas lógicas: Dentro de estas encontramos: el Inversor NMOS, el NOR NMOS, el NAND NMOS, entre otros. 10. FET como interruptor: Trabaja en las zonas extremas: corte y óhmica. 11. Regiones de trabajo de un JFET: Corte: |Vgs| ≥ |Vgsoff|. Saturación: Región en la cual la corriente de drenador (Id) no experimenta cambios, aun cuando el voltaje entre drenador y fuente (Vds) varíe. Óhmica: Región en la que el comportamiento equivalente del dispositivo es el de una resistencia..

(33) CAPITULO 1. GENERALIDADES. 24. 12. K: Coeficiente en amperes por tensión al cuadrado. Utilizado en la relación: Id = K*(Vgs - Vt)^2 13. Vt: Tensión umbral del MOSFET de enriquecimiento. 14. Idss: Corriente de drenador cuando Vgs =0 V. 15. Vgsoff: Voltaje que se aplica para polarizar en inverso el gate con respecto a la fuente y anular la conductividad del canal. 16. Vp: Voltaje de estrangulamiento del canal. Voltaje aplicado entre drenador y fuente a partir del cual el dispositivo entra en la región de saturación. 17. Configuraciones básicas: SC, DC, GC: Se identifica el terminal común de entrada y salida. 18. Circuito autopolarizado: Es el mostrado en la figura 14.. Figura 14. Circuito autopolarizado..

(34) CAPITULO 1. GENERALIDADES. 19. Circuito con polarización fija: Es el mostrado en la figura 15.. Figura 15. Circuito con polarización fija.. 25.

(35) CAPÍTULO 2. MAPAS CONCEPTUALES PARA LA EAI.. CAPÍTULO 2.. “Mapas. 26. conceptuales para la Electrónica. Analógica I”.. 2.1 Análisis de los mapas conceptuales realizados. Presentación de los mapas conceptuales inicialmente elaborados. Mediante la utilización de la herramienta IHMC Cmap Tool fueron realizados los mapas conceptuales de diodo semiconductor, transistores bipolares (BJT) y transistores de efecto de campo (FET). Ver figuras 1, 2 y 3 respectivamente. Estos mapas fueron confeccionados con el objetivo de ser empleados como recurso para la enseñanza de la Electrónica Analógica I (EAI). (Mapas tomados de Chaljub, documentos de clases). Inicialmente tenían la estructura que se muestra en las figuras mencionadas. Luego de un profundo análisis se realizaron ligeras modificaciones en cuanto al número de nodos. A partir de aquí se comienza a realizar una búsqueda en: libros, revistas, monografías, apuntes del profesor, etc., para ser utilizados como información adjunta a los nodos del mapa. (Ver figura 4, 5 y 6). A continuación se muestran las figuras de los mapas inicialmente realizados..

(36) CAPÍTULO 2. MAPAS CONCEPTUALES PARA LA EAI.. Figura 1. Mapa conceptual diodo semiconductor.. 27.

(37) CAPÍTULO 2. MAPAS CONCEPTUALES PARA LA EAI.. Figura 2. Mapa conceptual de transistores bipolares.. 28.

(38) CAPÍTULO 2. MAPAS CONCEPTUALES PARA LA EAI.. Figura 3. Mapa conceptual de transistores de efecto de campo.. 29.

(39) CAPÍTULO 2. MAPAS CONCEPTUALES PARA LA EAI.. 30. 2.1.1 Descripción de los mapas conceptuales. Mapa de diodo. El mapa de “Diodo semiconductor” esta compuesto por 43 nodos (figura 4). En el mismo se muestra la clasificación, formación, aplicación y los parámetros que caracterizan a los diodos semiconductores. Si se observa detenidamente el mapa se puede apreciar que su estructura se compone de tres partes fundamentales. Partiendo del nodo principal (Diodo semiconductor) y recorriendo el mapa comenzando por la izquierda, se encuentra la clasificación: diodo rectificador, diodo de señal, diodo zener, varicap, LED, fotodiodo, schottky. Debajo de la clasificación son expuestos los parámetros fundamentales que caracterizan a algunos de estos dispositivos: corriente inversa máxima, voltaje inverso máximo, voltaje inverso de trabajo, corriente directa promedio, corriente pico, tiempos de conmutación, corriente mínima y corriente máxima, coeficiente de temperatura, voltaje de ruptura. En el centro se muestra la anatomía de los diodos semiconductores, formados por una unión pn o por un metal semiconductor. La unión pn puede ser aproximada a una ecuación, descrita por un análisis gráfico o por el comportamiento lineal por tramos. Se observan además los parámetros que caracterizan a esta unión: corriente inversa de saturación y su dependencia con la temperatura y la tensión, voltaje umbral y su dependencia. con la temperatura, voltaje de ruptura y los fenómenos se pueden. manifestar (efecto zener y multiplicación por avalancha), capacidad de transición y difusión y su dependencia con la tensión, los tiempos de conmutación y como dependen estos del movimiento de los portadores de carga. La tercera parte fundamental que forma la estructura del mapa es la aplicación de los semiconductores (parte derecha del mapa). Aquí se muestran las tres aplicaciones más utilizadas con los diodos semiconductores: en circuitos rectificadores, recortadores y fijadores de nivel. Modificaciones realizadas. Al mapa confeccionado primeramente se le realizaron algunas modificaciones, las mismas son mostradas a continuación. 1.. Adición del nodo: “Análisis gráfico”..

(40) CAPÍTULO 2. MAPAS CONCEPTUALES PARA LA EAI. 2.. 31. Eliminación de los nodos: “Ideal” y “Limites reales”.. El primer cambio se produjo para contar con la descripción gráfica de la característica volt-amperio en la unión pn. Después de ser realizada la primera modificación como optimización del mapa surgió la segunda. El comportamiento “ideal” se le atribuyó al nodo: “Lineal por tramos” y lo que correspondía a los “Limites reales” se le adjuntó al nuevo nodo: “Análisis gráfico”.. Figura 4. Mapa conceptual modificado de diodo semiconductor. Luego de estas modificaciones se realizaron una serie de procedimientos para el adjunto de materiales a nodos, a continuación son expuestos. 2.1.2 Procedimiento. utilizado. para. adjuntar. documentos. conceptuales. 1. Realización de un profundo estudio del mapa. 2. Familiarización con las palabras claves de los nodos.. a. los. mapas.

(41) CAPÍTULO 2. MAPAS CONCEPTUALES PARA LA EAI.. 32. 3. Búsqueda organizada de libros de electrónica, documentos, hojas de datos, etc. 4. Lectura del índice de los libros para seleccionar a que capítulo corresponde el contenido que se desea. 5. Lectura y análisis de los materiales para seleccionar la información relacionada con los nodos que componen el mapa. 6. Copiar de estos materiales la información obtenida a un documento Word. 7. Convertir el documento a formato PDF, debido a que el programa IHMC Cmap Tool no permite enlaces a documentos de formato doc. 8. Seleccionar el nodo y cambiar el modo de edición. 9. Importar los recursos que fueron seleccionados para adjuntar al nodo. 2.1.3 Explicación de los enlaces de materiales realizados a algunos nodos del mapa: “Diodo semiconductor”. Para ilustrar la aplicación del método antes descrito, se comenta su aplicación en algunos nodos representativos. Nodo: “Lineal por tramos”, (5 enlaces). Palabras claves: “comportamiento lineal, lineal por tramos, comportamiento lineal del diodo, aproximación lineal del diodo, diode approximations”. 1. Aparece como primer enlace el comportamiento lineal del diodo. Aquí se hace referencia. a lo escrito por J.Millman (páginas 71 – 72) en su libro. “Microelectrónica”, donde describe el comportamiento lineal del diodo. 2. Como segundo enlace se observa el comportamiento ideal del diodo. Aquí se realiza una explicación sobre el comportamiento ideal de este dispositivo, basándose en lo escrito por J.Millman en su libro “Microelectrónica” (página 69). 3. En el tercer material adjunto se hace referencia a los gráficos expuestos por Malik en su libro “Circuitos Electrónicos” (página 162), donde describe de forma gráfica la aproximación lineal del diodo. 4. En este cuarto documento se expone de forma gráfica y escrita la aproximación lineal del diodo, según Malvino en su libro “Principios de Electrónica” (páginas 62 – 63)..

(42) CAPÍTULO 2. MAPAS CONCEPTUALES PARA LA EAI.. 33. 5. En el quinto y último enlace de este nodo se toma la descripción expuesta en el libro “Electronic Devices and Circuit Theory. 7th edition” del autor Boylestad. (páginas 167-169). Aquí se muestra de forma gráfica y escrita la aproximación lineal del diodo. Nodo: “Onda completa”, (5 enlaces). Palabras claves identificadas: “rectificador de onda completa, bridge rectifier, full-wave rectification.” 1. La información del primer enlace fue tomada del libro “Microelectrónica” del autor J.Millman (páginas 754-756). Aquí se describe el funcionamiento de los circuitos rectificadores de onda completa. 2. Como segundo adjunto se tomó la información del libro “Microelectronic Circuits and Devices” del autor Horenstein (páginas 162-164), donde se realiza. una. descripción del funcionamiento del puente rectificador. 3. En el tercer adjunto se tomó información del libro “Principios de Electrónica” del autor Malvino, referida al rectificador de onda completa. Aquí el autor realiza una breve descripción de la relación entre los parámetros que caracterizan a este circuito. 4. En el cuarto enlace fue tomada la información proveniente del libro “Electronic Devices and Circuit Theory 7th edition” del autor Boylestad (páginas 72-75) sobre el rectificador de onda completa. Aquí se realiza una descripción del funcionamiento de este circuito. 5. En este quinto y último enlace a este nodo se adjuntó la información que brinda el autor Malik en su libro “Circuitos Electrónicos” (páginas 179 -181), donde describe el funcionamiento. y las ecuaciones que caracterizan al rectificador de onda. completa.. Nodo: “LED” (3 enlaces). Palabras claves: “LED, diodo emisor de luz.”.

(43) CAPÍTULO 2. MAPAS CONCEPTUALES PARA LA EAI.. 34. 1. El primer enlace muestra una “hoja de datos”, encontrada en la red de la facultad de Ingeniería Eléctrica, en ella son descritos los distintos parámetros y curvas eléctricas que caracterizan el funcionamiento de este dispositivo. 2. El segundo enlace a este nodo muestra la aplicación del LED en la pantalla de siete segmentos. En este material el autor Malvino en su libro “Principios de Electrónica” explica el funcionamiento de este dispositivo para. este tipo de. aplicación. 3. El tercer material adjunto contiene una descripción del LED dada por el autor Malik en su libro “Circuitos Electrónicos” (página 204). Nodo: “Voltaje umbral” (1 enlace). Palabras claves: “voltaje umbral”. 1. Este material adjunto refleja el concepto de voltaje umbral. Nodo: “Zener” (3 enlaces). Palabras claves: “diodo zener” 1. El primer material adjunto a este nodo es una hoja de datos de los zeners del 1N746A al 1N759A, la misma muestra las características eléctricas de estos dispositivos. 2. El segundo material es una hoja de datos de los zeners del ZPD2.7 al ZPD51, aquí se recogen las características eléctricas de estos dispositivos. 3. El tercer material fue tomado del libro “Electronic Devices and Circuit Theory 7th edition” del autor Boylestad (páginas 87-94), donde se describe el funcionamiento del zener en distintos circuitos. Nota: Estos materiales fueron adjuntos a este nodo con el objetivo de que las personas se familiaricen con lo que en un futuro utilizarán en su vida como profesionales. 2.1.4 Mapa: “Transistores bipolares”. El mapa: “Transistores bipolares” está formado por 51 nodos (inicialmente por 50) (figura 2). Su estructura está dada por 3 partes fundamentales: las aplicaciones, su anatomía y la clasificación. Comenzando por la parte izquierda del mapa y recorriéndolo desde arriba se aprecian las aplicaciones, que pueden ser lineales y no lineales. Dentro de las aplicaciones lineales se encuentran: los amplificadores,.

(44) CAPÍTULO 2. MAPAS CONCEPTUALES PARA LA EAI.. 35. trabajando en las configuraciones: emisor común (EC), colector común (CC) y base común (BC), por supuesto en la región activa. Como circuitos típicos de las dos primeras configuraciones mencionadas aparecen: autopolarizado, polarización fija y polarización colector-base. Dentro de las aplicaciones no lineales están: como interruptores y compuertas, trabajando entre las zonas de corte y saturación. Recorriendo ahora por el centro del mapa encontramos la anatomía de los BJT, los cuales están formados por uniones pn, llamadas también: unión de colector y unión de emisor. Vienen también en la composición del mapa los parámetros fundamentales de los BJT, los cuales son: Voltaje entre base-emisor en saturación (VBEsat), voltaje entre colector-emisor en saturación (VCEsat), voltaje entre base-emisor en activa (VBEact), voltaje entre baseemisor en corte (VBEcorte). Además se presenta la dependencia con la temperatura de la corriente inversa de saturación (Io), del voltaje entre base-emisor y de la beta. En la parte derecha del mapa se muestra la clasificación del BJT, incluyendo la arquitectura y los tipos de excitación. Dentro de la arquitectura se tiene la npn y la pnp. La excitación puede ser mediante tensión y corriente o por luz. Si se refiere a la potencia del transistor pueden ser: de baja, media y alta. En caso de ser por frecuencia, se pueden emplear en: bajas frecuencias, altas, en conmutación y para propósitos generales. Inicialmente se confeccionó el mapa de la figura 2, luego, a partir de un profundo análisis fue realizada la siguiente modificación: 1. Adición del nodo: “Baja frecuencia” Esta modificación se realizó con el objetivo de completar la derivación del nodo frecuencia. Se hacía referencia a un nodo que recogía el comportamiento en alta frecuencia, además, al buscar información donde apareciese la palabra clave: “frecuencia”, fue encontrada una descripción del funcionamiento del circuito a bajas frecuencias dada por el autor: J.Millman en su libro: “Microelectrónica”. Posterior a la modificación realizada se siguieron los procedimientos ya mencionados anteriormente en este capítulo para el adjunto de los documentos a los mapas conceptuales..

(45) CAPÍTULO 2. MAPAS CONCEPTUALES PARA LA EAI.. 36. Figura 5. Mapa conceptual modificado de BJT. 2.1.5 Explicación de los enlaces de materiales realizados a algunos nodos del mapa de transistores bipolares. Nodo: “EC”, (5 enlaces). Palabras claves identificadas: “emisor común, amplificador en emisor común, common emiter fixed bias configuration, transistor amplifiers”. 1.. En el primer material se realiza una explicación sobre las características de este tipo de configuración, dada por el autor J.Millman en su libro “Microelectrónica” (páginas 112-115).. 2.. En el segundo documento se muestra el amplificador en emisor común, los diferentes parámetros que caracterizan este tipo de configuración, tales como: ganancia de corriente, ganancia de voltaje, resistencia de entrada, resistencia de.

(46) CAPÍTULO 2. MAPAS CONCEPTUALES PARA LA EAI.. 37. salida, entre otros. Este material se tomó del libro: “Microelectrónica” del autor J.Millman (páginas 410 - 415). 3.. El tercer material adjunto se tomó del libro: “Electronic Devices and Circuit Theory 7th edition” del autor Boylestad (páginas 120 -127). En el mismo se describe el funcionamiento del transistor bipolar en este tipo de configuración.. 4.. El cuarto material fue tomado del libro: “Electronic Devices and Circuit Theory 7th edition” del autor Boylestad (páginas 338 - 342). Aquí se hace referencia al funcionamiento del amplificador en emisor común, incluyendo ejemplos resueltos.. 5.. El quinto material adjunto es una tabla de sumarios donde se exponen los parámetros de relativa importancia en las diferentes configuraciones. Fue tomada del libro: “Electronic Devices and Circuit Theory 7th edition” del autor Boylestad (páginas 383).. Nodo: “Compuertas”, (3 enlaces). Palabras claves identificadas: “compuerta, transistor bipolar en conmutación, transistor switching networks”. 1. El primer material adjunto a este nodo fue tomado del libro: “Microelectrónica” del autor J.Millman (páginas 218 -221). Aquí se observan compuertas: OR, AND, NOT, con sus tablas de verdad, las cuales describen su funcionamiento. 2. El segundo enlace fue extraído del libro: “Microelectrónica” del autor J.Millman (página 265). Este material expone la explicación del transistor bipolar trabajando en conmutación. 3. El tercer enlace adjunto a este nodo fue tomado del libro: “Electronic Devices and Circuit Theory 7th edition” del autor Boylestad (páginas 180 -185). Este material contiene la explicación gráfica y escrita del comportamiento del transistor bipolar trabajando en conmutación..

(47) CAPÍTULO 2. MAPAS CONCEPTUALES PARA LA EAI.. 38. Nodo: “BC”, (4 enlaces). Palabras claves identificadas: “características en base común, amplificador en base común, common base configuration, transistor amplifier”. 1.. El primer enlace adjunto a este nodo refleja las características del transistor en la configuración base común. Este material se extrajo del libro: “Microelectrónica” del autor J.Millman (páginas 109-111).. 2.. En el segundo enlace se muestra el amplificador en la configuración base común, extraído del libro: “Microelectrónica” del autor J.Millman (página 416).. 3.. El tercer enlace contiene de forma gráfica y escrita la descripción del amplificador en la configuración base común, incluyendo ejemplos resueltos. Este material se extrajo del libro: “Electronic Devices and Circuit Theory 7th edition” del autor Boylestad (páginas 115 -117; 358-359; 374-382).. 4.. El cuarto y último enlace contiene una tabla donde se describen los parámetros fundamentales de los amplificadores en las distintas configuraciones. Este material se extrajo del libro: “Electronic Devices and Circuit Theory 7th edition” del autor Boylestad (página 383).. Nodo: “CC”, (3 enlaces). Palabras claves: “amplificador en colector común, common colector configuration”. 1. En el primer material se muestra una tabla de las diferentes configuraciones de trabajo, incluyendo la de colector común. Tomada del libro: “Microelectrónica” del autor J.Millman (páginas 416-417). 2. En el segundo material se muestra la configuración colector común, sus principales características, los límites de operación, etc. Tomado del libro: “Electronic Devices and Circuit Theory 7th edition” del autor Boylestad (páginas 127-130). 3. El tercer material muestra una tabla con los parámetros fundamentales de las tres configuraciones. Extraido del libro: “Electronic Devices and Circuit Theory edition” del autor Boylestad (página 383).. 7th.

(48) CAPÍTULO 2. MAPAS CONCEPTUALES PARA LA EAI.. 39. Nodo: “Corte”, (3 enlaces). Palabras claves identificadas: “corte, modo corte, cutoff region”. 1. El primer enlace refleja las características del BJT en la región de corte. Tomado del libro: “Microelectrónica” del autor J.Millman (páginas 116-117). 2. El segundo material muestra una tabla con la polarización de las uniones colectorbase y emisor- base en corte. Tomado del libro: “Microelectrónica” del autor J.Millman (página 107). 3. El tercer material describe la polarización de las uniones de colector y de emisor. Extraído del libro: “Electronic Devices and Circuit Theory 7th edition” del autor Boylestad (página 116). 2.1.6 Mapa: “Transistores de efecto de campo”. Este mapa está formado por 26 nodos (figura 6). Su estructura general está dividida en tres partes fundamentales, ellas son: clasificación, regiones de trabajo y las aplicaciones. Comenzando por la clasificación se muestran tres tipos: JFET, MOSFET y MESFET. Los JFET pueden ser canal n o canal p y en ellos están presente los parámetros: Vp, Vgsoff e Idss (definidos en el capítulo 1). Los MOSFET pueden ser de enriquecimiento o de vaciamiento. El MOSFET de vaciamiento presenta los mismos parámetros que el JFET. El MOSFET de enriquecimiento puede ser canal n o canal p y presenta los siguientes parámetros: Kp, K, Vp. Recorriendo el centro del mapa se presentan las diferentes regiones de trabajo del FET: corte, óhmica y saturación. La región óhmica y la de corte son las empleadas en las aplicaciones no lineales y la región de saturación en aplicaciones lineales. Esto se deriva de la parte derecha del mapa, donde se recogen las aplicaciones de los FETs, entrando dentro de las lineales como amplificadores en las configuraciones: gate común (GC), fuente común (SC) y drenador común (DC). Dentro de las no lineales se encuentran las compuertas lógicas y el funcionamiento del FET como interruptor..

(49) CAPÍTULO 2. MAPAS CONCEPTUALES PARA LA EAI.. 40. Figura 6. Mapa conceptual modificado de FET.. Modificaciones realizadas: 1. Eliminación del nodo: “R”, puesto que el comportamiento como resistencia del FET está incluido en el nodo: “óhmica”. 2. Adición del nodo: “polarización fija”. Al buscar información relacionada con la palabras claves: “circuitos típicos”, se encontró en el libro: “Electronic Devices 7th edition”, del autor Boylestad el circuito de polarización fija con FET..

(50) CAPÍTULO 2. MAPAS CONCEPTUALES PARA LA EAI.. 41. 2.1.7 Explicación de los enlaces de materiales realizados a algunos nodos del mapa de transistores de efecto de campo. Nodo: “JFET”, (1 enlace). Palabra clave: “JFET”. 1. Este enlace hace referencia a lo escrito en el libro: “Microelectrónica” del autor J.Millman (páginas 150-151). Aquí se describe el funcionamiento del JFET. Nodo: “MOSFET”, (2 enlaces): Palabra clave: “MOSFET”. 1.. El primer material adjunto a este nodo fue tomado del libro: “Electronic Devices and Circuit Theory 7th edition” del autor Boylestad (página 228).En él se explica la anatomía del MOSFET.. 2.. El segundo material describe como está formado el MOSFET. Esto fue tomado del libro: “Microelectrónica” del autor J.Millman (página 155).. Nodo:. “enriquecimiento”,. (2. enlaces):. Palabras. claves:. “MOSFET. de. acumulación, enhancement type MOSFET”. 1. El primer material describe la estructura y el comportamiento físico del MOSFET de acumulación. Tomado del libro: “Microelectrónica” del autor J.Millman (páginas 155-157). 2. Este material fue tomado del libro: “Electronic Devices and Circuit Theory 7th edition” del autor Boylestad (páginas 234-239). En él se describen las características básicas del funcionamiento del MOSFET de enriquecimiento, además de relacionarse los parámetros: K, Vgs y Vt. Nodo: “canal n”, (8 enlaces): Palabras claves identificadas: “n-channel depletion-type MOSFETs, MOSFET, FET, JFET canal n, n-channel JFET”. 1. En este material se muestra la representación circuital del MOSFET canal n. Tomado del libro: “Electronic Devices and Circuit Theory 7th edition” del autor Boylestad (página 232). 2. Contiene una hoja de datos del MOSFET de enriquecimiento canal n: 2N4351, tomada del libro: “Electronic Devices and Circuit Theory 7th edition” del autor Boylestad (páginas 240-241)..

(51) CAPÍTULO 2. MAPAS CONCEPTUALES PARA LA EAI.. 42. 3. En este material se muestra una tabla que contiene las características fundamentales del JFET canal n, MOSFET de enriquecimiento canal n y MOSFET de vaciamiento canal n. Fue tomada del libro: “Electronic Devices and Circuit Theory 7th edition” del autor Boylestad (página 246). 4. Este documento adjunto muestra la estructura y el símbolo del JFET canal n. Tomado del libro: “Microelectrónica” del autor J.Millman (página 149). 5. Aquí viene representada una hoja de datos del JFET 2N3819. 6. Hoja de datos de los JFETs canal n: del 2N4867 al 2N4869. 7. Hoja de datos del JFET canal n: 2N5484. 8. Símbolo de un JFET canal n. Tomado del libro: “Electronic Devices and Circuit Theory 7th edition” del autor Boylestad (páginas 217-218). Nodo: “canal p”, (3 enlaces). Palabras claves identificadas: “p-channel JFET, MOSFET canal p, p-channel depletion-type MOSFETs”. 1. Representación gráfica de un JFET canal p. Tomado del libro: “Electronic Devices and Circuit Theory 7th edition” del autor Boylestad (páginas 216-218). 2. Características del MOSFET de acumulación canal p. Tomado del libro: “Microelectrónica” del autor J.Millman (páginas 160-161). 3. El tercer enlace muestra la simbología del MSFET de vaciamiento canal p. Tomado del libro: “Electronic Devices and Circuit Theory 7th edition” del autor Boylestad (página 232). 2.2 Presentación de la guía para la encuesta a los estudiantes que cursan la EAI. Posterior al proceso de realización de los mapas conceptuales fue elaborada una encuesta para ser aplicada a los estudiantes de segundo año de la carrera Ingeniería en Telecomunicaciones y Electrónica. La elaboración de la misma se llevó a cabo por el Dr. José A. Chaljub, la cual se muestra a continuación: Estimado alumno: A través de la encuesta que aparece a continuación, le pido por favor que me haga llegar su opinión, para tomarla de referencia en la confección nuevos materiales para.

(52) CAPÍTULO 2. MAPAS CONCEPTUALES PARA LA EAI.. 43. la enseñanza de la Electrónica Analógica 1. Debe calificar, con un número entre 2 y 5, los 7 primeros ítem. De los 4 últimos (9 al 11) se le pide una breve opinión. Agradezco su colaboración. ENCUESTA:. 1. Identifica relaciones con aspectos ya conocidos. ___. 2. Actualidad como material para el estudio. ___. 3. Motiva, mantiene el interés. ___. 4. Contribuye a su formación profesional. ___. 5. Utilidad para el diseño de circuitos. ___. 6. Satisface sus expectativas sobre el tema. ___. 7. ¿Recomendará que otros alumnos lo utilicen?. ___. 8. Señale algo que le guste del mapa.. 9. Señale algo que no le guste del mapa.. 10. Señale algo que le gustaría cambiar en el mapa.. 11. Proponga cómo utilizar el mapa.. 12. Si desea comentar algo más, por favor hágalo a continuación..

(53) CAPÍTULO 2. MAPAS CONCEPTUALES PARA LA EAI.. 44. 2.2.1 Interpretación de los resultados de la encuesta. La encuesta fue aplicada a 8 estudiantes (Anexo 1) y los resultados. son los. siguientes: ¾ Identifican relaciones con aspectos ya conocidos.. _4.75___. ¾ Están actualizados como material de estudio.. _4.75___. ¾ Motiva, mantiene el interés.. __5____. ¾ Contribuyen a su formación profesional.. __5____. ¾ Presentan utilidad para el diseño de circuitos.. __4.625_. ¾ Satisface sus expectativas sobre el tema.. __4.875__. ¾ Recomendará que otros alumnos lo utilicen.. __5_____. A partir de estos resultados se puede observar el alto grado de recomendación a que otros alumnos utilicen los mapas conceptuales. De forma general el mapa satisface las demandas de los estudiantes, contribuye al aprendizaje y resume gran parte del contenido de la EAI. La recomendación realizada fue: 1. Ubicar los mapas conceptuales al alcance de todos, con la finalidad de ser utilizados como herramienta para el estudio independiente. 2.3 Recomendaciones para trabajos futuros. 1.. Estudiar la efectividad de los mapas elaborados.. 2.. Confeccionar mapas de temas pendientes, tales como: dispositivos de 4 capas, circuitos integrados, etc.. 3.. Instalación del IHMC CMap Tool en las computadoras de la facultad de Ingeniería Eléctrica..

(54) CAPÍTULO 3. RECURSOS PARA LA ENSEÑANZA DE LA EA. 45. CAPÍTULO 3. “Recursos para la enseñanza de la Electrónica Analógica en el curso para trabajadores en la carrera Ingeniería Eléctrica”. 3.1 Descripción de la Electrónica Analógica en el curso para trabajadores de la carrera de Ingeniería Eléctrica. El plan C modificado de la carrera de Ingeniería Eléctrica, en el curso para trabajadores (CPT), en la asignatura Electrónica Analógica (EA), ha sido descrito en los términos siguientes: 3.1.1 Objetivos Generales Instructivos. a) Utilizar las diferentes aplicaciones de la unión P-N. b) Calcular esquemas sencillos a diodos. c) Calcular esquemas electrónicos constituidos por transistores unipolares y bipolares. d) Calcular circuitos con Amplificadores Operacionales. e) Utilizar esquemas de Amplificadores de Potencia. f) Calcular los parámetros básicos de los Amplificadores trabajando en régimen de conmutación. g) Calcular esquemas de Fuentes de Voltaje de CD, reguladas electrónicamente..