1 Título: Recursos de apoyo al trabajo en el laboratorio real de Electrónica Analógica. Autor: Luis Orlando Guardado Ruíz. Tutores: Ing. Migdalia Morera Valhuerdi. , junio 2019 Departamento de Electrónica y Telecomunicaciones. 2 Title: Backup resources to the work at Analogical Electronic’s real laboratory. Author: Luis Orlando Guardado Ruíz. Thesis Director: Ing. Migdalia Morera Valhuerdi. , june 2019 Electronic and Telecommunications Department 3 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 4 PENSAMIENTO “Educarse conlleva una responsabilidad social, sobre todo con quienes sufren en las periferias” (…). “La educación no puede ser cerrada o autorreferencial (…). El peor fallo que puede tener un profesor es educar ‘dentro de muros’ (…). Personas educadas, pero sin conciencia social y nula capacidad de empatía, han propiciado las peores tragedias que ha vivido la humanidad”. Una persona bien educada es alguien que sabe trascender a sí misma.” Papa Francisco 5 DEDICATORIA A mi familia, por todos los sacrificios que han hecho, por todo lo que se han quitado para que yo no pasase ninguna necesidad, por sus lágrimas en los fracasos y sus sonrisas en los logros. A mi esposa, por su paciencia y su cariño, por todo su apoyo. A todos los que Dios ha puesto en mi camino para graduarme y que han confiado siempre en que yo podía, aun cuando yo mismo me sentía hundido. 6 AGRADECIMIENTOS A mis padres, porque siempre estuvieron a mi lado, exigiéndome y apoyándome. Por su cariño. A mis abuelos, porque confiaron en mí y supieron hacer que siguiese adelante. A mi esposa Claudia, por todo lo que tuvo que aguantarme y todo el amor que siempre me ha mostrado. A mi hermana, por su paciencia y ayuda. A mis amigos, que siempre me animaron para terminar a pesar de mis quejas. A mi párroco y demás hermanos de mi comunidad, por sus oraciones que me fortalecieron y animaron, y que nunca me dejaron caer. A mi tutora, por en el último momento haberme dado esta oportunidad y por su preocupación y ayuda. A mis compañeros, por tantas veces que me salvaron de situaciones complicadas y por toda su ayuda. Y por sobre todo a mi Dios, el cuál puso en mi camino a cada una de estas maravillosas personas, ha sido mi mayor sustento y me ha guiado en un camino de alegrías y penas, logrando siempre lo mejor para mí. Sé que no siempre he parecido muy agradecido, pero sepan que les agradezco desde lo más profundo de mí ser. 7 TAREA TÉCNICA Para dar cumplimiento a los objetivos de la investigación, se tuvo en cuenta una serie de tareas para la confección del informe:  Identificación de referentes teóricos y metodológicos de los contenidos y recursos.  Análisis de asignaturas y temas relacionados con los tratados en la investigación.  Selección de la propuesta de los recursos que pueden ser aportados para el desarrollo de la asignatura en el nuevo plan de estudios.  Elaboración del informe del trabajo de diploma. __________________________ _________________________ Firma del Autor Firma del Tutor 8 RESUMEN Como parte del trabajo desempeñado por el Ministerio de Educación Superior de Cuba para la organización de las carreras, se ha implementado un nuevo plan de estudios. Este plan dentro de la carrera Telecomunicaciones y Electrónica está enfocado en optimizar el estudio sin desatender la preparación profesional de los estudiantes, por lo que se hace necesario auxiliarse de herramientas y recursos que permitan un mayor aprovechamiento de las materias y que complementen los usos de las nuevas tecnologías y la bibliografía orientada. En esta investigación se analiza los contenidos de la asignatura Electrónica Analógica I, buscando relación con los planes de estudio de otras universidades del mundo. Su finalidad es la propuesta de un manual que permita a los estudiantes obtener habilidades en el uso de la herramienta de simulación Multisim para el diseño y análisis de circuitos, así como en el trabajo con los instrumentos del laboratorio real de la Facultad de Ingeniería Eléctrica de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas. Palabras claves: Plan E, electrónica, manual, programa de estudio, circuito, simulación, diseño, instrumentos. 9 ABSTRACT As part of the work carried out by the Ministry of Higher Education of Cuba for the organization of careers, a new curriculum has been implemented. This plan within the career of Telecommunications and Electronics is focused on optimizing the study without neglecting the professional preparation of students, so it is necessary to help with tools and resources that allow a better use of the subjects and that complement the uses of the new technologies and oriented bibliography. This research analyzes the contents of the subject Analog Electronics I, seeking a relationship with the curricula of other universities in the world. Its purpose is the proposal of a manual that allows students to obtain skills in the use of the Multisim simulation tool for the design and analysis of circuits, as well as in the work with the instruments of the real laboratory of the Faculty of Electrical Engineering of the Central University "Marta Abreu" of Las Villas. Key words: Plan E, electronic, manual, program of study, circuit, simulation, design, instruments. 10 Tabla de Contenidos PENSAMIENTO ................................................................................................................................. 4 DEDICATORIA .................................................................................................................................. 5 AGRADECIMIENTOS ....................................................................................................................... 6 TAREA TÉCNICA .............................................................................................................................. 7 RESUMEN........................................................................................................................................... 8 Palabras claves: ................................................................................................................................ 8 ABSTRACT ......................................................................................................................................... 9 Key words: ....................................................................................................................................... 9 INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................. 12 CAPÍTULO I: BÚSQUEDA Y ANÁLISIS DE PROPUESTAS DE MANUALES DE UNIVERSIDADES EXTRANJERAS Y CUBANAS. ...................................................................... 15 1.1 Análisis de manuales de universidades e instituciones extranjeras y cubanas. .................. 15 1.2 Herramienta de simulación Multisim. ................................................................................ 20 1.3 Características de los instrumentos presentes en el laboratorio real ........................................ 22 CAPÍTULO II: CARACTERIZACIÓN DE LA ASIGNATURA ELECTRÓNICA ANALÓGICA. COMPARACIÓN DE PROGRAMAS DE UNIVERSIDADES EXTRANJERAS Y CUBANAS. BALANCE ECONÓMICO. ............................................................................................................... 28 2.1 Caracterización de la asignatura Electrónica Analógica I. ....................................................... 28 2.2. Comparación de programas de estudio de universidades extranjeras y cubanas. ................... 30 2.3. Balance económico. ................................................................................................................ 48 CAPÍTULO III. PROPUESTA DE DISEÑO DEL MANUAL PARA APOYAR LOS LABORATORIOS DE LA ASIGNATURA ELECTRÓNICA ANALÓGICA I EN EL SEGUNDO AÑO DE LA CARRERA TELECOMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA. .................................. 51 3.1. Estructura del manual de apoyo a la asignatura electrónica analógica I. ................................ 51 3.2. Elaboración del manual de apoyo a la asignatura electrónica analógica I. ............................. 52 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................................................. 73 Conclusiones .................................................................................................................................. 73 Recomendaciones ........................................................................................................................... 74 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................................... 75 11 ANEXOS ............................................................................................................................................. 1 Anexo 1. Video Tutorial_Multisim_14_Introducción_y_manejo_básico (youtube.com) ............... 1 Anexo 2. Video Funciones_Rigol_DS1052E (youtube.com) .......................................................... 2 Anexo 3. Video Arrow Tricks_of_The_Trade_07__Four_Wire_Measurement_with_a_ Multimeter (youtube.com) ............................................................................................................... 3 12 INTRODUCCIÓN Los laboratorios de electrónica analógica, principalmente su componente real, son desarrollados en distintos niveles de enseñanza en muchas partes del mundo, como parte del programa de asignaturas de carreras técnicas como la Ingeniería en Telecomunicaciones y Electrónica, así como de otros perfiles profesionales, como son las Ingenierías Eléctrica, Automática y Mecánica. Estos laboratorios están encaminados al acercamiento de los estudiantes al trabajo con circuitos sencillos de baja escala de integración, su diseño, implementación y prueba con vistas a realizar observaciones y análisis que faciliten su comprensión y funcionamiento, como base para la realización de circuitos de mayor complejidad, así como para el desarrollo de dispositivos de sencillos a partir de estos, lo que propicia la preparación práctica de los futuros profesionales. La Electrónica abarca el estudio y aprovechamiento del movimiento de los electrones dentro de un circuito para tratar y transmitir información. Los estudiantes deben conocer las características y usos de los distintos componentes electrónicos con vistas a su empleo dentro de un circuito, de la misma manera debe familiarizarse con los equipos de medición y prueba con los que cuentan en el laboratorio para la realización y corrección de los circuitos. Son importantes además el conocimiento y uso de las herramientas de simulación como es el caso de Multisim. Para la planificación y buen desarrollo de las actividades no debe dejar de tenerse en cuentas las necesidades de la formación práctica de los estudiantes, teniendo presente los conocimientos teóricos planificados en su perfil. En el caso de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas (UCLV), se perfeccionó el plan de estudio de la asignatura Electrónica Analógica I, necesario para satisfacer la entrada de las universidades cubanas a un plan de cuatro años en la formación de los profesionales de la especialidad telecomunicaciones y electrónica, como de otras especialidades, comenzando su aplicación en los estudiantes de primer año de este curso, los cuales cursarán la asignatura en el próximo. 13 Como parte de la transición al Plan “E”, la asignatura Electrónica Analógica I ha visto reducidas su horas de actividad práctica en el laboratorio, así como también se han eliminado los laboratorios simulados, dejando de lado la enseñanza del trabajo con las herramientas de simulación. Es por esta razón que surge la siguiente interrogante: ¿Cómo facilitar la orientación y preparación de los estudiantes para la realización de las prácticas de laboratorios de electrónica analógica? Como objetivo general de esta investigación se planteó el siguiente:  Elaborar un manual que complemente la preparación de los estudiantes para el desarrollo de las prácticas de laboratorio reales de Electrónica Analógica I. Teniendo en cuenta el anterior objetivo surgen los siguientes objetivos específicos:  Identificar referentes de manuales elaborados por universidades con aplicación en la docencia.  Caracterizar la asignatura Electrónica Analógica I para conocer sus particularidades en el segundo año de la carrera de Ingeniería en Telecomunicaciones y Electrónica.  Proporcionar herramientas de ayuda didácticas que permitan resumir los conocimientos básicos sobre el software de simulación Multisim y los instrumentos presentes en el laboratorio real. A partir de los objetivos se derivan las siguientes interrogantes científicas:  ¿Qué referencias de manuales de proyectos utilizar?  ¿Cómo caracterizar la asignatura Electrónica Analógica I?  ¿Cómo proporcionar herramientas de ayuda didácticas que permitan resumir los conocimientos básicos sobre el software de simulación Multisim y los instrumentos presentes en el laboratorio real? Con este trabajo se pretende ofrecer a los estudiantes de segundo año de la carrera Telecomunicaciones y Electrónica una guía sencilla y didáctica que les permita obtener recursos para el correcto desarrollo de los laboratorios de Electrónica Analógica I mediante 14 conocimientos sobre el uso de los distintos equipos con que se cuenta en el laboratorio y el trabajo con la herramienta de simulación Multisim, la cual, por la reducción de horas de la asignatura no posee espacios para que se enseñe su empleo. Igualmente se mostrarán ejemplos prácticos sobre el diseño de algunos circuitos y se brindarán video tutoriales sobre todo lo anterior expuesto. De esta manera se contribuye a ampliar el material docente de la asignatura teniendo en cuanta las nuevas necesidades que surgen con la implementación en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas del Plan “E”. El trabajo queda estructurado en: introducción, tres capítulos, conclusiones, recomendaciones, referencias bibliográficas y anexos: En el primer capítulo se presentan propuestas de manuales de universidades del mundo y cubanas sobre el empleo de los recursos de las actividades prácticas de la asignatura electrónica analógica, así como sobre la herramienta de simulación Multisim. Se exponen las características de la herramienta de simulación y las especificaciones técnicas de los instrumentos utilizados en las prácticas, mediante el empleo de los manuales de usuario de la compañía RIGOL. En el capítulo segundo se hace una caracterización de la asignatura Electrónica Analógica I luego de su estructuración en el Plan “E”. Se comparan los programas de universidades extranjeras y cubanas con el desarrollado por la UCLV con especial atención a los recursos empleados por estas y haciendo un balance económico de los costos de implementación del laboratorio. En el tercer capítulo se presenta la estructura del manual, así como su confección. 15 CAPÍTULO I: BÚSQUEDA Y ANÁLISIS DE PROPUESTAS DE MANUALES DE UNIVERSIDADES EXTRANJERAS Y CUBANAS. Las materias como la electrónica, la informática, la programación, llevan a la par del conocimiento de la teoría, una intensa y correcta actividad práctica, encaminada al desarrollo de las habilidades necesarias para su correcta aplicación. La práctica de la electrónica, guiada al diseño, construcción y corrección de circuitos electrónicos de distintas escalas de integración, necesita de técnica especializada para su buen desempeño, así como la utilización de recursos de software para la simulación. El siguiente capítulo contiene propuestas de manuales confeccionados y empleados por universidades del mundo para el correcto empleo de la herramienta de simulación Multisim y de los instrumentos presentes en el laboratorio de electrónica. 1.1 Análisis de manuales de universidades e instituciones extranjeras y cubanas. Las universidades del mundo, teniendo como base las guías de usuarios dados por las compañías fabricantes y desarrolladoras de equipos y software, construyen sus propios manuales para el empleo de estos, tratando de hacerlo lo más asequibles a los estudiantes, los cuales, en muchos casos, se enfrentan por primera vez a estos, resultándoles difíciles. A continuación se muestran algunos de estos manuales: Manual Electrónico de Multisim 8. [1] El Colegio Técnico Superior de San Sebastián en el año 2007 creó un manual para profundizar en el uso de la herramienta de simulación Multisim 8 para el diseño, montaje de circuitos electrónicos. El software entró en sustitución del Workbench, presentando una innovadora forma de ver la práctica completamente como en un laboratorio pero en la PC. Este manual pretende la comprensión del uso de la herramienta sin mucho conocimiento de la electrónica. En su primera sección realiza una sencilla descripción de cada parte del simulador: pantalla principal, menús, Barras de Herramientas, Barra de Instrumentos, con una pequeña 16 descripción de cada uno, Detalla los componentes y la forma de seleccionarlos a través de la base de datos. Para la mayor familiarización presenta también algunas de las representaciones de los instrumentos y componentes. En la sección dedicada al Área de Trabajo, se realiza una descripción más detallada de los instrumentos, principalmente las funciones que pueden realizarse con cada uno. Dentro del manual propiamente dicho se presenta una guía detallada para el usuario de cómo crear un proyecto dentro del programa, se presentan los botones básicos y su uso. Para guía el trabajo, caracteriza los componentes en diferentes grupos: integrados, fuentes, componentes básicos (resistencias, condensadores, bobinas, transformadores, interruptores), transistores, diodos. Hace una presentación de los circuitos integrados, circuitos digitales, compuertas lógicas, así como otros recursos del simulador como son indicadores, controles y misceláneos. Para el trabajo con los instrumentos describe cómo hacer uso de estos para cada medición dentro del circuito, así como cómo conectarlos. En este caso hace una detallada descripción del uso y conexión del osciloscopio. Manual de Laboratorio de Electrónica Básica. [2] La Universidad del Atlántico en Barranquilla, Colombia, para el año 2010 conformó un manual para proporcionar las bases para el desarrollo e implementación de circuitos electrónicos en la asignatura Electrónica I, necesarios para los estudios posteriores de Electrónica II, Electrónica Analógica, Electrónica Digital, etc. Profundiza en la parte experimental, que junto con los conceptos teóricos adquiridos por los alumnos en los cursos de física eléctrica, lo hacen una herramienta indispensable para abarcar otros estudios avanzados de la electrónica. Este manual tiene como objetivo principal dotar al alumno de las herramientas electrónicas necesarias para realizar e interpretar circuitos electrónicos. En cada una de sus diez prácticas de laboratorio presenta una parte o fundamento teórico; se identifican los materiales a utilizar (equipo, unidad, rangos de escala, etc.), proporcionando al estudiante una idea sobre el trabajo con cada dispositivo mediante una caracterización de este. También se muestra el análisis e interpretación de los datos obtenidos con sus conclusiones. Además hay 17 bibliografías propuestas para profundizar previamente los conceptos y así obtener un mejor resultado al momento de desarrollar la práctica. Este manual también contiene un reglamento para el uso del laboratorio de electrónica, así como recomendaciones de seguridad. Guías de Práctica de Laboratorio de Electrónica y Circuitos. [3, 4] La Universidad de Manizales en Colombia, ha estado en búsqueda de metodologías que permitan un aprendizaje eficaz en ingeniería en especial en el área experimental de las ciencias básicas y la electrónica. Para esto creó una guía de práctica de laboratorio con el objetivo de conocer y comprender las funciones que prestan los instrumentos de mediciones, así como los componentes electrónicos a utilizar en el montaje de circuitos eléctricos. Esta guía tiene como objetivo comprender el comportamiento electrónico de los componentes básicos y el funcionamiento de los diferentes equipos de medición. En las distintas prácticas desarrolladas, además de la orientación del trabajo, presentan los conocimientos teóricos necesarios para el desarrollo de las prácticas, como son conceptos y ecuaciones. Caracterizan y describen el funcionamiento de los componentes y equipos de medición, ejemplifican el montaje de los componentes en el tablero de conexiones y la conexión de los instrumentos, así como la forma de realizar la medición. Al finalizar se dan diversos factores a tener en cuenta para que el estudiante deduzca las conclusiones de la actividad. Guía de laboratorio. Taller de Electricidad y Electrónica. [5, 6] El Taller de Electricidad y Electrónica de la Universidad de Cauca, Popayán, en Colombia busca desarrollar una serie de proyectos de pequeña complejidad con los cuales se entiendan y afiancen los conceptos fundamentales relacionados con los procesos de medición y manejo de equipos de instrumentación, al tiempo que se inicia el trabajo con los elementos básicos de operación en el campo de la electricidad y la electrónica para finalmente utilizar algunos circuitos operacionales de propósito general, que permiten iniciar la exploración en la utilización de éstos en los diversos campos de aplicación, de tal forma que se logre una interrelación entre el aspecto teórico y el desenvolvimiento en el 18 manejo práctico, para así conjugar la visión de todo un bagaje de conocimientos adquiridos previamente con la sana costumbre de la búsqueda, la investigación y la consulta, estructurando un desarrollo de destrezas y habilidades en el planteamiento, análisis y solución de problemas que permitan atacar con claridad metodológica las eventualidades que puedan presentarse en el desarrollo de este tipo de desarrollos. Se ha buscado que las prácticas sugeridas recojan la mayoría de los conceptos adquiridos con anterioridad, así como el incentivar la búsqueda de soluciones de ingeniería mediante la utilización de circuitos prácticos que ofrezcan también soluciones reales a requerimientos específicos. Este manual tiene como objetivos:  Conocer y manejar eficientemente la instrumentación básica del laboratorio (Multímetro, Osciloscopio, Generadores DC y AC) y adquirir conocimiento y destreza en la utilización y operación del equipo de medición básica.  Acentuar y fortalecer los conocimientos sobre circuitos eléctricos y electrónicos, permitiéndole ampliar los conocimientos adquiridos en las materias de circuitos eléctricos y electrónica básica.  Montar y probar componentes y circuitos excitados por diferentes fuentes (DC, AC), para obtener una mejor comprensión de las leyes básicas de análisis de circuitos.  Conocer el funcionamiento y operación de circuitos que amplíen y complementen los conocimientos adquiridos.  Conocer y aplicar las técnicas y/o métodos para análisis de circuitos prácticos, utilizados para la prueba y el rastreo de puntos internos del circuito, realizando la selección del instrumento apropiado.  Trabajar el software de simulación de circuitos P-SPICE, utilizándolo como una herramienta para la optimización, empleándolo como una etapa intermedia entre el proceso de análisis teórico y la fase de implementación del circuito. Electrónica Analógica. Dosier de Prácticas. La Escuela Superior de Ingeniería Industrial, Aeroespacial y Audiovisual de Terrassa, España creó un dosier de prácticas donde caracteriza, ejemplifica y guía el trabajo con los instrumentos de medición de los laboratorios en dependencia de las necesidades de cada 19 actividad. Expone paso a paso la manera de configurarlos, indica el significado y función de cada botón o menú del instrumento y muestra ejemplos del resultado que debiese obtener. En la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas se han realizado trabajos con vistas al mejoramiento de las prácticas reales en el laboratorio, como son los trabajos de diploma de Reinel Sergio Luna [7], Damián Aguilar Salazar [8] y Alain Martín Santín [9]; en los que se presentan y caracterizan los instrumentos y herramientas de simulación empleados en la Facultad de Ingeniería Eléctrica para el desarrollo de las prácticas, pero en estos no se hace referencia a su uso y funciones, ni el modo de empleo, sino que están más bien encaminados a la orientación de las prácticas. Por otra parte se crearon también programas de prácticas de laboratorio que si contenían las formas de uso de las herramientas e instrumentos como son los siguientes: Desarrollo de prácticas de laboratorio para Electrónica Digital con Multisim. [10] En el año 2016, se creó un plan de prácticas de laboratorio para la asignatura Electrónica Digital en el cual se relacionan las distintas herramientas de simulación empleadas en la materia para el desarrollo de sus prácticas, dejando en claro las facilidades que ofrece Multisim para la realización de las mismas. En este trabajo se pretende permitir al estudiante adquirir conocimientos teórico- prácticos a través de la simulación, mientras se guía a este en la forma correcta de emplear la herramienta, así como en las funciones y capturas que permite realizar. Esta guía se basa principalmente en el uso de la herramienta para la simulación de circuitos digitales, pero hace una correcta caracterización de los distintos instrumentos y demás elementos del simulador, permitiendo una comprensión general del mismo que resulta útil para otras materias como la Electrónica Analógica y los circuitos. Manual de prácticas de laboratorio de Electrónica Analógica I con Multisim [11] En el 2017 Alienky Aguilar Salvador presentó un manual para el desarrollo de prácticas con Multisim respondiendo a la necesidad de dicho material por el cambio del software empleado en la facultad. Este trabajo permite un acercamiento al entorno de simulación de la herramienta mientras detalla el empleo de sus diferentes funciones, la forma de dibujar un 20 circuito mediante la correcta elección y configuración de los componentes y los análisis que se le realizan. Presenta además una comparación de los resultados de las simulaciones con los resultados reales a obtenerse en el laboratorio, mediante observación de los datos de los instrumentos reales. 1.2 Herramienta de simulación Multisim. [11] Multisim es una de las herramientas más populares a nivel mundial para el diseño y simulación de circuitos electrónicos. Este software de simulación proporciona avanzadas características que permiten ir desde la fase de diseño a la de producción utilizando una misma herramienta. Tiene como principal característica una excepcional combinación de facilidad de uso, flexibilidad y potencia. Instituciones de todo nivel, desde centros de formación con programas básicos hasta instituciones tan prestigiosas como el Massachusetts Institute of Technology (MIT) utilizan con éxito Multisim. Su completa GUI (Graphical User Interface, Interfaz Gráfica de Usuario) personalizable permite que los instructores puedan diseñar sus propias interfaces de usuario y configurarlas para que puedan ser utilizadas en el proceso de enseñanza y evaluación. Es un software que integra una poderosa simulación SPICE (Simulation Program with Integrated Circuits Emphasis) y entrada de esquemáticos integrándolo en un laboratorio de electrónica sumamente intuitivo sobre una computadora personal. Basado en herramientas de diseño PCB (Printed circuit board) profesionales, Multisim fue diseñado pensando en las necesidades de los educadores y con el objetivo de ayudar al estudiante en su entendimiento y acercamiento a los laboratorios reales. Este es el único software que proporciona un conjunto completo de instrumentos virtuales que pueden ser cableados como se conectaría un instrumento en el mundo real. Permite introducir a los estudiantes en el mundo de la instrumentación electrónica con 20 instrumentos indestructibles que operan de manera semejante a los equipos reales como son:  Analizador lógico de 16 canales.  Amperímetro. 21  Diagrama de Bode.  Analizador de distorsión.  Puntas de prueba dinámicas.  Contador de frecuencia.  Generador de funciones.  Multímetro.  Analizador de redes.  Osciloscopio (2 y 4 canales).  Analizador de espectros.  Voltímetro.  Vatímetro.  Generador de palabras.  Generador de onda. Los instrumentos virtuales son completamente interactivos, se puede realizar cambios durante la ejecución y ver los resultados en tiempo real, incluso algunos de ellos, tienen exactamente la misma apariencia que su contrapartida de instrumento real, como por ejemplo el osciloscopio. Para la selección de la herramienta en este escenario se ha basado en los siguientes criterios de selección:  Facilidad de uso y correspondencia con el laboratorio real. En la herramienta de simulación de Multisim, su interfaz gráfica, facilita al alumno un entorno de trabajo (instrumento) “similar” al que se encuentra en el laboratorio real, permitiendo al estudiante interactuar con el equipo y ajustar sus parámetros a conveniencia obteniendo resultados en tiempo real y posibilitando al alumno obtener una panorámica de cómo desarrollarse en el laboratorio real, así el mismo obtiene una idea de cómo utilizar los equipos electrónicos sin dañarlos.  Los ficheros son intercambiables con otros programas. También Multisim permite integrarse con otras herramientas como LabVIEW para visualizar fácilmente la correlación de los resultados reales y simulados y el rendimiento de la evaluación. 22  Tipos de análisis que permite efectuar, así como ficheros de simulación y modelos que se pueden obtener de la propia Red Internet o de los diferentes fabricantes de componentes. Además, Multisim para visualizar el rendimiento, usa 20 tipos de análisis SPICE en la industria (como AC, Fourier y ruido) y 20 instrumentos de medida intuitivos. Incluso visualiza los diseños específicos con una creciente biblioteca de análisis personalizados de simulación desarrollados en el software NI LabVIEW. El software NI Multisim está equipado con una base de datos de cerca de 22,000 componentes de los fabricantes líderes en semiconductores como Analog, Devices National Semiconductor, NXP, ON Semiconductor y Texas Instruments. Algunos de los rasgos más sobresalientes del Multisim se muestran a continuación:  Simulación interactiva y análisis de circuitos: Los modos de simulación AC, DC y transitorio son combinados con LEDs interactivos, interruptores, focos, 20 potenciómetros y puntas de prueba para visualizar el rendimiento del circuito al igual que en el laboratorio.  Resultados precisos y de alta fidelidad en análisis SPICE: La simulación SPICE estándar en la industria está disponible para simular dispositivos electrónicos de diversa complejidad.  Entorno de diseño intuitivo: Un entorno completamente nuevo que ofrece una interfaz sencilla para que los usuarios diseñen circuitos y visualicen el comportamiento.  Exporta diseños fácilmente por Dropbox o correo electrónico: Los circuitos pueden ser compartidos con otros usuarios de Multisim Touch o Multisim de escritorio a través de Dropbox o correo electrónico, permitiendo que sea posible la colaboración o el análisis avanzado de circuitos. 1.3 Características de los instrumentos presentes en el laboratorio real El laboratorio de la Facultad de Ingeniería Eléctrica de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas cuenta para las prácticas reales con los siguientes equipos: fuente de alimentación UNI-T UTP3702, multímetro digital RIGOL DM3058E, multímetro analógico 23 4317, osciloscopio digital RIGOL DS1052E, generador de funciones digital XJ1631 y la breadboard DAC-45700. Multímetro digital RIGOL DM3058E [12] EL RIGOL DM3058 es un equipo diseñado especialmente para realizar medidas de alta precisión, multifuncionales y automáticas. Permite la combinación de funciones básicas de medida con múltiples funciones matemáticas así como una función de medida aleatoria con sensor. Cuenta con una pantalla LCD monocroma de alta resolución y una clara disposición del teclado para hacer que resulte sencillo y ágil su uso. Además, soporta interfaces múltiples como RS-232, USB, LAN y GPIB además de disco de memoria flash, puede también trabajar con él mediante un terminal virtual y desde un acceso remoto de red. A continuación se presentan algunas de sus principales características técnicas:  Resolución de 5 ½ dígitos.  Velocidad de medida: 2.5, 20 y 120 lecturas/segundo.  Rango de tensión DC entre 200mV y 1000V.  Rango de corriente DC entre 200uA y 10A.  True-RMS, rango de tensión AC entre 200mV y 750V.  True-RMS, rango de corriente AC entre 20mA y 10A.  Rango de resistencias entre 200Ω y 100MΩ, Medidas de resistencias de 2 y 4 hilos.  Rango de capacidades entre 2nF y 10000uF.  Rango de frecuencia entre 20Hz y 1MHz.  Prueba de continuidad y de diodos. Osciloscopio digital RIGOL DS1052E [13] RIGOL DS1052E es un osciloscopio con almacenamiento digital que ofrece una excepcional visión y medida de las formas de onda en un equipo compacto y ligero. Es ideal para realizar pruebas de producción, mantenimiento, diseño y desarrollo y todas las demás 24 aplicaciones que necesiten pruebas, medidas y reparaciones de circuitos analógicos/digitales, así como en educación y entrenamiento. Algunas de sus características son:  Doble canal, Ancho de Banda de 50 MHz.  16 canales digitales opcionales.  Pantalla TFT LCD Mono/Color con resolución 320x234  Almacenamiento por USB y actualización del firmware.  Intensidad ajustable de la forma de onda, para una visualización más efectiva.  Salva 10 formas de onda, 10 configuraciones.  20 mediciones automáticas.  Función FFT incluida, Contador de frecuencia.  Filtros digitales, incluye FPB, FPA, FPB, FBR.  Funciones matemáticas de suma, resta y multiplicación. Fuente de alimentación UNI-T UTP3702 [14] La fuente de poder marca UNI-T, serie UTP3702S es una fuente regulada variable doble especialmente diseñada con alta estabilidad, alta confiabilidad, funcionamiento excelente y precio bajo que la hacen ideal para aplicaciones en la producción, la investigación científica, la experimentación, la enseñanza y otros campos. Cuenta con 2 voltajes variables independientemente en cuanto a voltaje y corriente. Algunas de sus características son:  Voltaje de salida CH1: 0 ~ 32V DC.  Voltaje de salida CH2: 0 ~ 32V DC.  Corriente de salida CH1: 0 ~ 3A.  Corriente de salida CH2: 0 ~ 3A.  Efecto de sobrecarga: CV≤1 x 10 -4 + 2mV, CC≤2mA.  Onda y ruido: CV≤1mVrms, CC≤1mArms.  Regulación: CV - 20mV (valor típico), CC - 50mV (valor típico).  Error de seguimiento: 5 x 10 - 3 + 2mV. 25  Temperatura de operación: 0℃~ 40℃.  Constancia (MTBF): ≥2000h.  Voltaje de alimentación: 115VAC / 230VA.  Frecuencia de alimentación：50Hz/60Hz. Generador de funciones digital XJ1631 Un Generador de Funciones es un aparato electrónico que produce ondas sinusoidales, cuadradas y triangulares, además de crear señales tipo TTL. Este generador de funciones específicamente, trabaja en un rango de frecuencias de entre 0,2 Hz a 2 MHz. También cuenta con una función de barrido, la cual puede ser controlada tanto internamente como externamente con un nivel de DC. El ciclo útil, nivel de offset en DC, rango de barrido y la amplitud y ancho del barrido pueden ser controlados por el usuario. Breadboard DAC-457000 [15] Este tablero de pruebas combina con la más alta calidad, el experimento analógico con el experimento digital. Está provisto con un tablero trasladable, 2 displays digitales de LEDs de 7 segmentos y un altavoz de 0,25 W. Su función versátil hace innecesario que los usuarios tengan que complementar por otros métodos el experimento. En pocas palabras, es ideal para los estudiantes con carreras cercanas a la electrónica y los circuitos. Especificaciones: Contiene 2820 puntos interconectados en una placa de níquel, donde se conectan las componentes, con la ventaja de que pueden cambiarse y reemplazarse en Los componentes pueden tener una separación entre sus patas de alambre sólido de 0,3 a 0,8 mm, factor indispensable para diseños que contengan circuitos integrados[8]. La breadboard contiene diferentes bloques que se emplean en la comprobación de los circuitos, entre ellos se encuentra:  Fuente de Voltaje:  DC salida (fijo): +5 V, 1 A y -5 V, 1 A.  DC salida (variable): 0 V a +15 V, 1 A.  DC salida (variable): 0 V a -15 V, 1 A. 26  Potenciómetros:  Resistor variable de 1 kΩ.  Resistor variable de 100 kΩ.  Generador de funciones:  Tipos de ondas: cuadrada, triangular y sinusoidal.  Rangos de frecuencia: (1 Hz–10 Hz, 10 Hz–100 Hz, 100 Hz–1kHz, 1 kHz–10 kHz, 10 kHz – 100 kHz.)  Amplitud: 0 – 10 Vp-p.  Adaptadores:  Tipo Banana (2).  Tipo BNC (2).  Conmutadores de pulsos (2).  Conmutadores de datos (16):  Posición 0 representa un 0 lógico (0 V).  Posición 1 representa un 1 lógico (5 V). Multímetro analógico 4317 Así como existen instrumentos para medir el peso, la longitud, el volumen, la temperatura y otros parámetros asociados con los cuerpos también hay instrumentos de medición necesarios en el taller de electrónica que sirven para obtener medidas específicas de corriente eléctrica, voltajes, resistencias, frecuencias, etc. El instrumento mostrado en la es de mucha utilidad ya que cuenta con varias funciones y se puede utilizar para medir resistencias con el óhmetro; corrientes eléctricas con el amperímetro y voltajes con el voltímetro. Con relación a los multímetros electrónicos estos tienen como ventaja fundamental sobre los no electrónicos, que poseen una mayor resistencia interna y esta es además independiente del campo de medida seleccionado. Esto reduce el efecto de carga de los voltímetros y además hace que la sensibilidad sea mayor. Fuente de alimentación XJ17432L [16] La fuente de voltaje y corriente directa XJ17432L posee protecciones para una posible sobrecarga, presenta dos bornes fijos de 2A y 5V respectivamente. 27 Especificaciones Técnicas:  Voltaje máximo 30V.  Corriente máxima 2A.  Temperatura ambiente (0 – 40C).  Fuente de Alimentación: 110V, 60Hz.  Puede trabajar ininterrumpidamente hasta 12 horas. En la Tabla 1.1 quedan, de manera resumida, las especificaciones básicas en cuanto a los rangos de salida que se pueden obtener de esta fuente regulable: Tabla 1. 1. Rangos de salida de voltajes y corrientes. Canales Rangos de salida (voltaje-corriente) CH1/CH2 (Independiente) 0~30 V / 0~6 A ; 0~60 V / 0~3 A CH1/CH2 (Serie) 0~60 V / 0~6 A ; 0~120 V / 0~3 A CH1/CH2 (Paralelo) 0~30 V / 0~12 A ; 0~60 V / 0~6 A CH3 0~5 V / 3 A Este instrumento tiene las siguientes dimensiones 375 x 260 x170mm. 28 CAPÍTULO II: CARACTERIZACIÓN DE LA ASIGNATURA ELECTRÓNICA ANALÓGICA. COMPARACIÓN DE PROGRAMAS DE UNIVERSIDADES EXTRANJERAS Y CUBANAS. BALANCE ECONÓMICO. El programa de estudio de cualquier carrera o asignatura está determinado no solo por una gama de conocimientos básicos a ser dominados por los estudiantes para un correcto desempeño laboral, sino también por una serie de principios éticos y políticos de acuerdo al tipo de sociedad en la que viven. El siguiente capítulo hará un acercamiento a la asignatura Electrónica Analógica I como parte del programa de la carrera Ingeniería en Telecomunicaciones y Electrónica; así como también a los programas de asignaturas con similares campos de conocimientos impartidas en distintas universidades del mundo y cubanas. 2.1 Caracterización de la asignatura Electrónica Analógica I. [17] La asignatura Electrónica Analógica I en el programa de la disciplina de la Facultad de Ingeniería Eléctrica de la Universidad “Marta Abreu” de Las Villas es cursada en el segundo semestre del 2do año en la carrera Ingeniería Telecomunicaciones y Electrónica con un total de 80 horas clases para el curso regular diurno. La asignatura ha sido restructurada como parte de las acciones para la puesta en vigor del Plan de Estudios E para el estudio de la carrera en cuatro años, el cual ha iniciado en el curso escolar 2018-2019 para los estudiantes de primer año. Fundamentos de la disciplina. El alumno estudia en la disciplina las células básicas de los equipos y sistemas que utilizará en su trabajo profesional, el cual no será ajeno a los intereses, realidades e ideologías de la sociedad. La enseñanza de la Electrónica integra conocimientos recibidos en otras disciplinas como Circuitos Eléctricos, Matemática, Física y la Programación. Se desarrolla desde tres ángulos diferentes: analítico, simulado y experimental. Esta última cobra especial relevancia como la posibilidad de realización práctica de lo aprendido mediante la teoría y complementarlo a través de la simulación electrónica, la cual no presentará horas clases debido a la reducción 29 de estas, por lo que se realizará de forma autodidacta por los estudiantes. Vale destacar que las horas dedicadas a las prácticas de laboratorio se han visto reducidas. Las habilidades fundamentales desarrolladas por la disciplina son las de comprender el funcionamiento y diseñar esquemas de circuitos electrónicos básicos. El desarrollo de estas habilidades posibilita la comprensión del funcionamiento de dichos circuitos, caracterizarlos, compararlos, evaluarlos, montarlos, medirlos y utilizarlos. Estas acciones son consecuencia de las habilidades antes dichas, pero a la vez son los elementos que las consolidan. Objetivos generales:  Aplicar la física de los dispositivos electrónicos, la caracterización de estos mediante curvas, parámetros y modelos, y la teoría de los circuitos eléctricos al análisis y diseño de circuitos electrónicos para la conformación de ondas, la conmutación, el control y la amplificación de señales.  Aplicar las estrategias curriculares y los valores previstos en el plan de estudio de la disciplina y la carrera. Conocimientos:  Principios físicos, características, parámetros y modelos de frecuencias baja y alta de los dispositivos semiconductores: diodos, transistores BJT y FET, y elementos optoelectrónicos. Circuitos que ilustran la aplicación de tales dispositivos en la conformación de ondas, la conmutación, el control y la amplificación de señales.  Tipos de amplificadores. Macromodelos. Índices de operación, ganancia, impedancias de entrada y de salida, distorsión. Análisis en los dominios de la frecuencia y del tiempo. Diseño, simulación, montaje y medición.  Amplificadores operacionales, funcionamiento, fundamentos de su construcción, modelos y parámetros que los caracterizan. Respuesta de frecuencia. Análisis, diseño, simulación, montaje y medición de circuitos para aplicaciones lineales y no lineales.  Realimentación negativa. Propiedades. Análisis en los dominios de la frecuencia y del tiempo de las topologías básicas con amplificadores operacionales (o 30 cuadripolos) realimentados. Respuesta de frecuencia. Criterios de estabilidad. Diseño, simulación, montaje y medición de estos amplificadores realimentados. Habilidades principales a dominar:  Interpretar los principios físicos que determinan el funcionamiento de los dispositivos electrónicos.  Caracterizar dispositivos electrónicos y circuitos integrados comerciales.  Aplicar las leyes, procedimientos y métodos de análisis y diseño de circuitos electrónicos.  Interpretar la información científico-técnica relacionada con dispositivos, circuitos integrados y sistemas electrónicos (manuales, especificaciones, artículos, libros y otros), en lengua materna y en inglés.  Utilizar programas de computación para la simulación, análisis y síntesis de circuitos electrónicos.  Expresar con un lenguaje técnico riguroso, concreto, preciso, de forma oral y escrita, los conocimientos de electrónica.  Adquirir de forma independiente conocimientos relacionados con la disciplina.  Elaborar informes técnicos utilizando las normas técnicas orientadas para este fin, así como observar las reglas establecidas para la protección e higiene del trabajo.  Resolver adecuadamente problemas generales y frecuentes de la profesión, fundamentando coherentemente sus razonamientos, basados en principios físicos y matemáticos.  Implementar circuitos electrónicos teniendo en cuenta las medidas de seguridad y protección en las mediciones. 2.2. Comparación de programas de estudio de universidades extranjeras y cubanas. A nivel mundial, los conocimientos de la electrónica no forman parte solamente de profesionales de esta rama, sino que son necesarios además para los de otras como son la mecánica, la automática, entre otras. Cada centro educacional incluye características únicas en sus programas de estudios teniendo en cuenta los recursos con que cuenta para el 31 desarrollo de la materia, así como el tipo de profesional que desea formar como parte de las exigencias de la sociedad. A continuación se presentan algunos de los programas de universidades extranjeras y cubanas del estudio de la electrónica o materias similares: Universidad de Alcalá [18] La universidad española de Alcalá en el curso académico 2011-2012 desarrolló un programa para la asignatura Electrónica Analógica como parte de la carrera Grado en Ingeniería en Electrónica y Automática Industrial con el objetivo de introducir al alumno en el estudio de los dispositivos y configuraciones fundamentales de los sistemas electrónicos. Dicho programa desarrollado en el primer cuatrimestre del segundo curso cuenta con un total de 150 horas de las cuales 58 son presenciales (56 horas de clase presencial y 2 horas de evaluación) y 92 horas de trabajo propio del estudiante; para esto se cuentan con clases teóricas, clases prácticas para la resolución de problemas, laboratorios y tutorías, las cuales pueden ser individuales o grupales. Además pueden utilizarse como recursos complementarios los siguientes:  Trabajos individuales o en grupo: conllevando además de su realización, la correspondiente exposición pública ante el resto de sus compañeros para propiciar el debate.  Asistencia a conferencias, reuniones o discusiones científicas relacionadas con la materia. Las competencias de carácter profesional y competencias genéricas que deben adquirir los estudiantes son las siguientes: Competencias de carácter profesional: 1. Conocimientos de los fundamentos de la electrónica. 2. Conocimiento de los fundamentos y aplicaciones de la electrónica analógica. 3. Capacidad para diseñar sistemas electrónicos analógicos, digitales y de potencia. 32 Competencias específicas: 1. Capacidad para diseñar sistemas electrónicos analógicos. Diseñar circuitos y sistemas electrónicos para la mejora de los sistemas de telecomunicación. 2. Conocimientos de electrónica analógica: amplificación, operacionales, respuesta en frecuencia, realimentación. 3. Capacidad de comprender y dominar los conceptos básicos de semiconductores y circuitos electrónicos. 4. Capacidad de comprender y conocer los dispositivos electrónicos y fotónicos, así como sus áreas de aplicación. 5. Capacidad para utilizar herramientas de búsqueda de recursos bibliográficos relacionados con la electrónica. En cuanto a los contenidos tratados en la asignatura, estos se dividen en los siguientes bloques:  Introducción. Conceptos básicos de amplificación; modelado de dispositivos. Amplificadores ideales. Efectos de carga, distorsión. Introducción a la respuesta en frecuencia. (6 horas clase)  Amplificadores operacionales. Amplificación operacional ideal. Configuraciones básicas de amplificación. Aplicaciones lineales. Respuesta temporal y frecuencial. Aplicaciones no-lineales. Comparadores. (14 horas clase)  Diodos de semiconductor. Funcionamiento y modelado en pequeña y gran señal. Aplicaciones. El diodo en conmutación. Dispositivos fotónicos: Fotodiodos y LEDs. (8 horas clase)  Transistores. Estructura y funcionamiento de los transistores bipolares y unipolares. Curvas características y modelado en pequeña y gran señal. Polarización. Amplificación con transistores: configuraciones básicas. Comportamiento en conmutación. Fototransistores. (20 horas clase) 33  Configuraciones básicas de circuitos digitales. Características de los circuitos integrados digitales básicos. Familias lógicas: estructura y características. Interconexión y compatibilidad entre familias. (8 horas clase) Criterios de evaluación El proceso de evaluación tiene por objetivo la valoración del grado y profundidad de la adquisición por el alumno de las competencias planteadas en la asignatura. En consecuencia, los criterios de evaluación que se apliquen en las diversas pruebas que forman parte del proceso, garantizarán que el alumno posee el nivel adecuado en los siguientes conocimientos y destrezas:  Conocimiento de las propiedades fundamentales de los dispositivos electrónicos, los modelos aplicables y sus márgenes de funcionamiento.  Aplicación correcta de los fundamentos teóricos y de las técnicas de resolución correspondientes en el análisis de los circuitos electrónicos básicos.  Capacidad para resolver sencillos ejercicios de síntesis de circuitos electrónicos a partir de un conjunto dado de especificaciones.  Capacidad para justificar razonadamente los pasos y etapas seguidos para la resolución de problemas de análisis y síntesis de circuitos electrónicos.  Capacidad para montar circuitos electrónicos básicos sin errores, y medir sus características y parámetros fundamentales.  Capacidad para documentar, adecuada y razonadamente, los trabajos teórico/prácticos realizados. Tecnológico Nacional de México [19] El Tecnológico Nacional de México presentó en el 2016 un programa para la asignatura Electrónica Analógica como parte de la carrera Ingeniería Electromecánica e Ingeniería Eléctrica que buscaba aportar al estudiante la habilidad de diseñar circuitos analógicos, acopladores y sistemas de potencia para controlar equipos electromecánicos y eléctricos. 34 En esta asignatura se describen y aplican las etapas de control, acoplamiento y potencia; para ello, es necesario conocer la construcción, funcionamiento y aplicación de los dispositivos semiconductores, circuitos de media escala de integración (amplificadores operacionales), optoacopladores y tiristores, indispensables en el diseño de circuitos analógicos para controlar cargas. Para abordar la asignatura es necesario tener la habilidad de utilizar los instrumentos de medición y prueba, así como el análisis de circuitos eléctricos, para aplicarlo en el diseño de circuitos de disparo, rectificadores, recortadores, fuentes conmutadas y convertidores en la electrónica de potencia. La asignatura tiene como competencia específica: seleccionar, analizar y utilizar dispositivos básicos de electrónica analógica, optoelectrónica y potencia para desarrollar circuitos que den una solución a los requerimientos de los sistemas eléctricos y electromecánicos. Como competencias previas se requieren las siguientes:  Conoce la estructura atómica de los materiales conductores y aislantes.  Realizar mediciones de variables eléctricas.  interpretar diagramas de circuitos eléctricos  Comprender y aplicar las leyes de Ohm y de Kirchhoff.  Comprender y aplicar las reglas divisor de corriente y de voltaje.  Comprender y aplicar los teoremas de Superposición, Thevenin y Norton.  Conocer y realizar el análisis de los circuitos eléctricos de corriente directa (CD) tipo RLC. Los temas a desarrollar en la asignatura aparecen recogidos en la Tabla 2.1. 35 Tabla 2.1. Distribución de contenidos de la asignatura Electrónica Analógica. Temas Subtemas Competencias Actividades de aprendizaje Diodos Diodo semiconductor Semiconductores contaminados P y N Unión PN Tipos de Diodos Aplicaciones del diodo Regulación con diodo zener Reguladores de Voltaje con circuito integrado Construcción de una Fuente Regulada Específica(s): Identifica los elementos semiconductores en la regulación de voltaje para aplicarlos en dispositivos básicos. Genéricas:  Capacidad de abstracción, análisis y síntesis  Capacidad de aplicar los conocimientos en la práctica.  Capacidad de comunicación oral y escrita.  Habilidades en el uso de las tecnologías de la información y de la comunicación.  Capacidad para identificar, plantear y resolver problemas.  Capacidad de trabajo en equipo.  Habilidades para buscar, procesar y analizar información procedente de fuentes diversas  Investigar el principio de conducción en los semiconductores.  Analizar y relacionar el diodo de unión en la rectificación.  Utilizar el diodo como elemento rectificador de media onda y onda completa.  Diseñar e implementar un regulador de voltaje utilizando el diodo Zener.  Investigar, exponer y discutir el funcionamiento de los diferentes tipos de diodos.  Identificar las características de los diferentes tipos de encapsulados de reguladores integrados.  Construir las etapas de una fuente regulada de voltaje con CI.  Utilizar herramientas computacionales para comprobar los datos obtenidos en laboratorio. Transistores Bipolares y de efecto de campo Transistor Bipolar Configuraciones del transistor bipolar y de efecto de campo Polarización en CD Límites de operación y hoja de especificaciones. Punto Q Polarización con una y dos Específica(s): Examina, clasifica, e interpreta las características y aplicaciones básicas del BJT y FET para utilizarlos en aplicaciones básicas. Genéricas:  Capacidad de abstracción, análisis y síntesis  Capacidad de aplicar los conocimientos en la  Conocer el principio de funcionamiento del transistor bipolar (BJT) en unión NPN y PNP.  Conocer el principio de funcionamiento del transistor efecto de campo canal N y P.  Conocer las configuraciones básicas del BJT. 36 fuente Aplicaciones del Transistor bipolar y de efecto de campo 1. Como interruptor 2. Como amplificador práctica  Capacidad de comunicación oral y escrita  Habilidades en el uso de las tecnologías de la información y de la comunicación.  Capacidad para identificar, plantear y resolver problemas.  Habilidades interpersonales.  Capacidad de trabajo en equipo.  Habilidades para buscar, procesar y analizar información procedente de fuentes diversas.  Conocer las configuraciones básicas del FET  Aplicar el uso del transistor BJT y FET como interruptor.  Aplicar el uso del transistor BJT y FET como amplificador  Calcular la ganancia de voltaje y la ganancia de corriente en las diferentes configuraciones del transistor. Amplificadores operacionales Arquitectura de un Amplificador Operacional Tipos de Amplificadores Operacionales Especificaciones de los Amplificadores Operacionales Aplicaciones Básicas de los Amplificadores Operacionales. 1. Comparador. 2. Seguidor. 3. Inversor. 4. No Inversor. 5. Sumador y Restador. 6. Diferenciador. 7. Integrador Específica(s): Aplica el amplificador operacional para el control de cargas en sistemas electromecánicos y eléctricos. Genéricas:  Capacidad de abstracción, análisis y síntesis  Capacidad de aplicar los conocimientos en la práctica  Capacidad de comunicación oral y escrita  Habilidades en el uso de las tecnologías de la información y de la comunicación.  Capacidad para identificar, plantear y resolver problemas.  Habilidades interpersonales.  Capacidad de trabajo en equipo.  Habilidades para buscar, procesar y analizar  Investigar el funcionamiento de los amplificadores operacionales.  Comprender la estructura de un amplificador operacional.  Resolver ejercicios de circuitos no lineales con amplificadores operacionales en las diferentes configuraciones.  Utilizar los modelos de las configuraciones básicas en el tratamiento, procesamiento y acondicionamiento de señales de tensión. 37 información procedente de fuentes diversas. Optoelectrónica y dispositivos de potencia Dispositivos optoelectrónicos. 1. Fotodiodo 2. Fotoresistencia 3. Fototransistor 4. Optoacopladores Dispositivos electrónicos de potencia 1. SCR. 2. TRIAC. 3. DIAC. 4. Transistores IGBT. Aplicaciones de Dispositivos de Potencia. Específica(s): Aplica dispositivos optoelectrónicos, tiristores e IGBT, para el diseño de circuitos de potencia básicos. Genéricas:  Capacidad de abstracción, análisis y síntesis  Capacidad de aplicar los conocimientos en la práctica  Capacidad de comunicación oral y escrita  Habilidades en el uso de las tecnologías de la información y de la comunicación.  Capacidad para identificar, plantear y resolver problemas.  Habilidades interpersonales.  Capacidad de trabajo en equipo.  Habilidades para buscar, procesar y analizar información procedente de fuentes diversas  Investigar, exponer y discutir el funcionamiento de los dispositivos optoelectrónicos básicos.  Realizar un cuadro comparativo de las características de los dispositivos optoelectrónicos.  Identificar las características de los dispositivos de IGBT, SCR y TRIAC.  Investigar y resumir condiciones de disparo y bloqueo, para dispositivos de potencia, en cargas resistivas e inductivas. Para la formación práctica de los estudiantes se cuenta con las siguientes actividades:  Construcción de un circuito de rectificación para una señal alterna mediante el diodo.  Construcción de un regulador a 5V con diodo zener.  Construcción de un interruptor óptico que gobierne un foco de corriente alterna (CA) como carga. 38  Construcción de una fuente de voltaje fija y variable, utilizando los circuitos integrados (CI) reguladores.  Diseño y construcción de un amplificador en pequeña señal mediante BJT y/o FET.  Construcción con el amplificador operacional Inversor, no inversor, sumador, restador, comparador, integrador, diferenciador.  Construcción de un control de iluminación para un foco de CA, mediante el uso de tiristores. Universidad de Sevilla [20] En el 2010 la Universidad de Sevilla, en España, diseñó un plan de estudio para la asignatura Electrónica Analógica de la titulación Grado en Ingeniería Electrónica Industrial, para implementar en el segundo cuatrimestre del segundo año para el curso 2018-2019. Este plan da como objetivos de la asignatura la ampliación de los conceptos generales básicos para el estudio del comportamiento de los circuitos analógicos (Realimentación, Estabilidad) y la descripción los circuitos básicos de aplicación (Filtros, Osciladores, Circuitos Basados en diodos, transistores y amplificadores operacionales). Destaca la importancia otorgada al Amplificador Operacional como circuito base sobre el que se construyen la mayoría de las aplicaciones. La asignatura se centra en el estudio de los circuitos analógicos, empleando para ello los componentes de partida (transistores, diodos y amplificadores operacionales) a nivel de elemento de circuito. La asignatura se enfoca hacia el análisis de circuitos, tanto en continua como en alterna, en régimen senoidal estacionario. Competencias específicas:  Conocimiento de los fundamentos y aplicaciones de la electrónica analógica.  Capacidad para diseñar sistemas electrónicos analógicos, digitales y de potencia. Competencias genéricas:  Capacidad para la resolución de problemas.  Capacidad de aplicar los conocimientos en la práctica. 39  Capacidad de análisis y síntesis. Contenidos o bloques temáticos: Tema 1: Aplicaciones con diodos y transistores. Limitador. Rectificador. Regulador de tensión. Desplazador de nivel. Doblador de tensión. Etapas amplificadoras. Amplificador diferencial. Amplificadores de potencia. Tema 2: Realimentación. Estructura general de un amplificador realimentado. Configuraciones básicas de un amplificador realimentado. Amplificador realimentado ideal. Amplificador realimentado real. Tema 3: Filtros, estabilidad y osciladores. Filtros activos. Realimentación y ancho de banda. Realimentación y estabilidad. Criterios de estabilidad. Osciladores senoidales. Tema 4: El amplificador operacional y sus aplicaciones. Amplificador operacional real. Aplicaciones lineales. Aplicaciones no lineales. El programa está dividido en clases teóricas (30 horas clase), clases prácticas en el aula (15 horas clase) y prácticas de laboratorios (15 horas clases). Metodología de enseñanza – aprendizaje: Clases teóricas o Exposición de los aspectos teóricos. o Realización de ejemplos y ejercicios. o Resolución de dudas. Clases de problemas o Realización de ejercicios de aplicación de los conceptos. 40 o Resolución de problemas de análisis y diseño. o Propuesta de resolución de problemas durante el tiempo de trabajo personal. Prácticas de Laboratorio o Deben servir al estudiante para enfrentarse a problemas cuya solución requiere la síntesis y la aplicación de conocimientos previamente adquiridos. o Se planteará al alumno un circuito electrónico sobre el que el alumno tendrá que trabajar antes de acudir al laboratorio. o En el laboratorio deberá montar o simular el circuito y realizar las medidas que se le exijan. o Antes de abandonar el laboratorio deberá contar con el visto bueno del profesor y entregar una memoria en la que recoja todo el trabajo realizado. Sistemas y criterios de evaluación y calificación: Se podrá aprobar por curso, con antelación a la convocatoria de junio, con la realización de dos pruebas de evaluación y prácticas que tendrán los siguientes pesos:  Pruebas de teoría y problemas de problemas (90% de la calificación);  Prácticas de Laboratorio (10% de la calificación); Para todas las convocatorias los exámenes tendrán la siguiente estructura:  Examen de teoría y problemas (90% de la calificación final);  Prácticas de laboratorio (10% de la calificación final) Institutos tecnológicos de México [21] En el año 2009 se dieron cita representantes de academias de ingeniería mecatrónica de distintos institutos tecnológicos de México con el fin de crear un programa con las competencias profesionales que se deseaban alcanzar por los estudiantes en la asignatura Electrónica Analógica para la carrera Ingeniería Mecatrónica. 41 La asignatura debe aportar al perfil del ingeniero mecatrónico la capacidad para conocer los elementos semiconductores y aplicarlos en el análisis, diseño, simulación y construcción de circuitos electrónicos analógicos para su uso en la rectificación de señales alternas, amplificación de voltajes y corrientes, así como en circuitos para el acondicionamiento y procesamiento de señales eléctricas. Competencias a desarrollar: Competencias específicas:  Identificar las características de los materiales semiconductores y su aplicación en la fabricación de componentes electrónicos.  Analiza las características de los diodos utilizando las hojas de datos.  Diseñar una fuente de alimentación lineal dual considerando la carga a alimentar.  Analizar circuitos con transistores para evaluar su funcionamiento.  Diseñar las redes de polarización de acuerdo a las necesidades de aplicación.  Seleccionar los transistores considerando sus valores nominales para utilizarlos de acuerdo a la aplicación requerida.  Polarizar los amplificadores para su correcto funcionamiento.  Seleccionar el amplificador operacional, considerando sus características nominales para utilizarlo en la implementación de circuitos electrónicos.  Utilizar los amplificadores operacionales en aplicaciones básicas.  Diseñar circuitos electrónicos analógicos con dispositivos semiconductores discretos y aplicarlos con dispositivos sensores para la medición de magnitudes tales como temperatura, presión, detección de movimientos. Así mismo, para el tratamiento y acondicionamiento de señales eléctricas.  Tomar decisiones en la selección adecuada del dispositivo a utilizar, dependiendo de las características y necesidades de la aplicación, considerando los parámetros eléctricos propios de cada dispositivo.  Analiza diagramas electrónicos que contengan diodos y transistores para evaluar y valorar su funcionamiento. 42 Competencias genéricas:  Competencias instrumentales  Capacidad de .análisis y síntesis.  Capacidad de organizar y planificar.  Conocimientos básicos de la carrera.  Comunicación oral y escrita.  Habilidades básicas del manejo de instrumentos de medición eléctricos, así como software para el diseño y simulación de circuitos.  Habilidad para buscar y analizar información proveniente de fuentes diversas.  Solución de problemas.  Toma de decisiones.  Competencias interpersonales  Capacidad crítica y autocrítica  Trabajo en equipo  Ética  Competencias sistémicas  Capacidad de aplicar los conocimientos en la práctica.  Capacidad de aprender.  Creatividad.  Innovación.  Habilidad para trabajar en forma autónoma.  Alcanzar objetivos. El curso tiene como objetivo general que el estudiante sea capaza de analizar, simular y aplicar los dispositivos semiconductores básicos en el diseño de circuitos electrónicos utilizados en los sistemas mecatrónicos. En la Tabla 2.2 aparece la relación de temas y subtemas tratados en el curso. 43 Tabla 2.2. Temas de la asignatura Electrónica Analógica Unidad Temas Subtemas 1 Dispositivos Semiconductores 1.1 Materiales semiconductores. 1.1.1 Materiales intrínsecos 1.1.2 Materiales extrínsecos 1.1.2.1 Tipo N 1.1.2.2 Tipo P. 1.2 Diodos 1.2.1 Características generales. 1.2.1.1 Tensión umbral, de codo o de partida. 1.2.1.2 Corriente máxima. 1.2.1.3 Corriente inversa de saturación. 1.2.1.4 Corriente superficial de fuga. 1.2.1.5 Tensión de ruptura. 1.2.1.6 Efecto avalancha. 1.2.1.7 Efecto Zener. 1.2.2 Tipos de Diodos. 1.2.2.1 Rectificadores 1.2.2.2.Diodos emisores de luz 1.2.2.3 Fotodiodo 1.2.2.4. Schottky 1.2.2.5 Zener. 1.2.2.6 Diodo varicap 1.2.2.7 Diodo laser 1.2.2.8 Diodo PIN 1.3 Parámetros y característica eléctricas 1.3.1 Hoja de datos 1.3.2 Pruebas eléctricas con equipo de medición (Voltímetro, óhmetro, 44 osciloscopio) 2 Fuentes lineales de alimentación 2.1 Transformador reductor 2.2 Rectificador 2.2.1 De media onda 2.2.2. De onda completa 2.3.Etapa de filtración 2.3.1 Voltaje de rizo 2.4. Etapa de regulación. 2.4.1 Con diodo zener 2.4.2 Con circuitos integrados. 2.5 Diseño y construcción, en circuito impreso, de una fuente de poder. 3 Transistor Bipolar (BJT) y de Efecto de Campo (FET) 3.1 Transistor bipolar (BJT) 3.1.1 Construcción interna y polarización 3.1.2 Configuraciones: 3.1.2.1 Base común 3.1.2.2 Emisor común 3.1.2.3 Colector común 3.1.3 Circuitos de polarización 3.1.4 El transistor como amplificador 3.1.5 El transistor como interruptor 3.1.6 Parámetros y características eléctricas 3.1.6.1. Hojas de datos 3.1.6.2. Pruebas eléctricas con aparatos eléctricos de medición (Voltímetro, óhmetro, osciloscopio, trazador de curvas) 3.2 El transistor de efecto de campo (FET) 3.2.1. Construcción interna y polarización 3.2.2 Circuitos de polarización 3.2.3 Parámetros y características eléctricas 45 3.2.3.1. Hojas de datos 3.2.3.2. Pruebas eléctricas con aparatos eléctricos de medición (Voltímetro, óhmetro, osciloscopio) 3.3 Sistemas Multietapa 3.3.1 Circuitos mixtos (BJT y FET) 3.3.2 El transistor Darlington. 3.3.3. Amplificador diferencial. 3.4 Optotransistores 3.4.1 Optoaisladores con Salida a transistor y a Darlington 3.4.2 Optoaisladores con Salida de compuerta lógica 3.4.3 Optointerruptores reflectivos y de ranura 4 Amplificadores operacionales 4.1. El amplificador operacional ideal 4.2 Esquema interno 4.3 Parámetros y características eléctricas. 4.3.1. Relación de rechazo en modo común (CMRR). 4.3.2 Tensión de OFFSET 4.3.3. Corrientes de polarización 4.3.4 Tierra virtual. 4.4. Circuitos básicos. 4.4.1. Inversor. 4.4.2 No inversor. 4.4.3. Comparador. 4.4.4. Sumador. 4.4.5 Restador. 4.4.6 Integrador y diferenciador 4.5. Circuitos convertidores. 46 4.5.1 De voltaje a corriente. 4.5.2 De corriente a voltaje. 4.5.3 De voltaje a frecuencia. 4.5.4 De frecuencia a voltaje. Sugerencias de evaluación:  Prácticas de laboratorio y su reporte de resultados con conclusiones valorativas y conclusivas.  Examen teórico.  Trabajo en equipo.  Síntesis de trabajos de investigación.  Problemarios resueltos correctamente. Universidad Tecnológica de La Habana “José Antonio Echeverría” [22] La asignatura Electrónica Analógica I perteneciente a la disciplina Electrónica, forma parte del plan de estudios E para la carrera Telecomunicaciones y Electrónica en la Universidad Tecnológica de La Habana. Dicha asignatura es cursada en el segundo semestre del segundo año para el curso regular diurno, con un total de 80 horas clases. La materia tiene como objetivos generales que los estudiantes sean capaces de aplicar la física de los dispositivos electrónicos, sepan caracterizarlos mediante curvas, parámetros y modelos, y apliquen la teoría de los circuitos eléctricos al análisis y diseño de circuitos electrónicos para la conformación de ondas, la conmutación, el control y la amplificación de señales. Del mismo modo busca cumplir las estrategias curriculares y formar los valores previstos en el plan de estudio de la disciplina y la carrera. ,#_ENREF_22 47 Contenidos de la asignatura. Conocimientos:  Principios físicos, características, parámetros y modelos de frecuencias baja y alta de los dispositivos semiconductores: diodos, transistores BJT y FET, y elementos optoelectrónicos. Circuitos que ilustran la aplicación de tales dispositivos en la conformación de ondas, la conmutación, el control y la amplificación de señales.  Tipos de amplificadores. Macromodelos. Índices de operación, ganancia, impedancias de entrada y de salida, distorsión. Análisis en los dominios de la frecuencia y del tiempo. Diseño, simulación, montaje y medición.  Amplificadores operacionales, funcionamiento, fundamentos de su construcción, modelos y parámetros que los caracterizan. Respuesta de frecuencia. Análisis, diseño, simulación, montaje y medición de circuitos para aplicaciones lineales y no lineales.  Realimentación negativa. Propiedades. Análisis en los dominios de la frecuencia y del tiempo de las topologías básicas con amplificadores operacionales (o cuadripolos) realimentados. Respuesta de frecuencia. Criterios de estabilidad. Diseño, simulación, montaje y medición de estos amplificadores realimentados. Habilidades:  Describir e interpretar los principios físicos que determinan el funcionamiento de los dispositivos electrónicos.  Caracterizar dispositivos electrónicos y circuitos integrados comerciales.  Aplicar las leyes, procedimientos y métodos de análisis y diseño de circuitos electrónicos.  Utilizar, analizar e interpretar la información científico-técnica relacionada con dispositivos, circuitos integrados y sistemas electrónicos (manuales, especificaciones, artículos, libros y otros), en lengua materna y en inglés.  Utilizar programas de computación para la simulación, análisis y síntesis de circuitos electrónicos. 48  Expresar con un lenguaje técnico riguroso, concreto, preciso, de forma oral y escrita, los conocimientos de electrónica.  Adquirir de forma independiente conocimientos relacionados con la disciplina.  Elaborar informes técnicos utilizando las normas técnicas orientadas para este fin, así como observar las reglas establecidas para la protección e higiene del trabajo.  Interpretar, analizar y resolver adecuadamente problemas generales y frecuentes de la profesión, fundamentando coherentemente sus razonamientos, basados en principios físicos y matemáticos.  Montar y medir circuitos electrónicos teniendo en cuenta las medidas de seguridad y protección. Como se ha podido apreciar el programa aprobado para la UCLV se encuentra en correspondencia con el que se está aplicando en el Instituto Superior Tecnológico José A. Echevarría, que es el centro rector de la carrera Ingeniería en Telecomunicaciones y Electrónica y al mismo tiempo los temas impartidos se corresponden con los programas utilizados en otras universidades, lo cual habla de la correcta preparación de los profesionales cubanos para enfrentarse a las nuevas tecnologías. 2.3. Balance económico. La Facultad de Ingeniería Eléctrica de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas ha realizado una cuantiosa inversión para la modernización del laboratorio real de electrónica, con el objetivo de mejorar la experiencia práctica de los estudiantes con vistas a su desempeño como profesionales. Este proyecto se ha realizado con la colaboración de empresas chinas fabricantes de componentes e instrumentos electrónicos. El laboratorio cuenta con diez puestos de trabajo totalmente equipados con breadboard para el montaje de los circuitos, multímetro y osciloscopio digitales para la medición y análisis, así como una fuente regulada y un generador de señales. A continuación mostramos algunos datos del costo de mercado de algunos de los instrumentos: [23]  Múltimetro digital RIGOL DM 3058E ------------ US $ 410.00 49  Osciloscopio digital RIGOL DS 1052E ----------- US $ 269.00  Fuente regulada UNI-T UTP 3702S --------------- US $265.00  Breadboard DAC- 457000 -------------------------- US $524.95 El monto total de la inversión está en los US $ 14689.50 Además se cuenta en el laboratorio con un desktop variado de componentes electrónicas como: resistores (Fig. 2.1), capacitores (Fig. 2.2), diodos (Fig.2.3), transistores (Fig.2.4), circuitos integrados que cubren las necesidades para el montaje de todos los circuitos de la asignatura Electrónica Analógica I y otras pertenecientes a la especialidad. Figura 2.1. Resistores. Figura 2.2. Capacitores. 50 Figura 2.3. Diodos. Figura 2.4. Transistores. 51 CAPÍTULO III. PROPUESTA DE DISEÑO DEL MANUAL PARA APOYAR LOS LABORATORIOS DE LA ASIGNATURA ELECTRÓNICA ANALÓGICA I EN EL SEGUNDO AÑO DE LA CARRERA TELECOMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA. Para apoyar el trabajo en la asignatura Electrónica Analógica I, especialmente dentro del reciente Plan E es necesario el uso de herramientas que permitan obtener un conocimiento más profundo de los contenidos y vayan encaminadas principalmente al desarrollo de la actividad práctica, parte indispensable de la formación de los futuros ingenieros en telecomunicaciones y electrónica. En este capítulo se propone un manual para el trabajo con la herramienta de simulación Multisim, la cual es empleada en la asignatura como parte del programa en la facultad de Ingeniería Eléctrica de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas. Dicho manual contiene además los principios fundamentales del empleo de los equipos utilizados en el laboratorio real de electrónica de la mencionada Facultad. 3.1. Estructura del manual de apoyo a la asignatura electrónica analógica I. El presente manual cuenta con una portada donde aparecerá el logo de la universidad, la faculta, el departamento, el título, el autor, tutor y fecha. El resto de las partes están relacionadas a continuación: Introducción. Se hace una breve explicación del por qué se construye el manual y se plasman los objetivos que persigue y sus contenidos. Capítulo I. Herramienta de simulación Multisim 14.0. Se presenta un breve resumen sobre el software. En este capítulo se describe y ejemplifica el uso del Multisim para la construcción, simulación y análisis de circuitos. Capítulo II. Instrumentos del laboratorio. Este capítulo tratará el uso de los instrumentos del laboratorio y recogerá ejemplos prácticos del mismo. 52 Bibliografía 3.2. Elaboración del manual de apoyo a la asignatura electrónica analógica I. Este manual será ubicado en la plataforma interactiva Moodle dentro de la asignatura Electrónica Analógica I como material de consulta de los estudiantes en su preparación previa a las prácticas de laboratorios reales para facilitar la comparación de los resultados simulados y prácticos. 53 Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica Manual de apoyo a la asignatura Electrónica Analógica I. Autor: Luis Orlando Guardado Ruiz Tutor: Ing. Migdalia Morera Valhuerdi. Santa Clara 2019 54 INTRODUCCIÓN La asignatura Electrónica Analógica I dentro del Plan E implementado por el Ministerio de Educación Superior, ha sufrido variaciones en su programa para ajustarse a las exigencias de la carrera Ingeniería en Telecomunicaciones y Electrónica, la cual ha sido reducida a cuatro años de estudios. Los cambios en el plan de estudios de la carrera han ocasionado la eliminación de asignaturas y espacios para aprender el empleo de herramientas de simulación en el trabajo con circuitos electrónicos, lo que limita el desempeño de los estudiantes en las actividades prácticas reales, que tenían a las prácticas simuladas como referente para la comparación de los resultados a alcanzar; estas mismas prácticas reales han visto reducidos también espacios para el conocimiento del uso de los distintos instrumentos utilizados en el laboratorio. El siguiente trabajo busca facilitar a los estudiantes obtener habilidades en el trabajo con el Software Multisim en su versión 14.0, haciendo una descripción de sus distintos elementos y mostrando la forma de construir, analizar y simular circuitos electrónicos acorde a los contenidos de la asignatura. De la misma forma pretende acercar a los estudiantes al empleo correcto de los instrumentos del laboratorio real, sus características y la forma correcta de conectarlos, buscando evitar el deterioro de los mismos. 55 Capítulo I. Herramienta de Simulación Multisim 14.0. Multisim es un simulador interactivo de circuitos electrónicos que permite al usuario diseñar circuitos en poco tiempo. Combina el diseño de circuitos con la simulación en un ambiente completamente de laboratorio para PC. Multisim tiene una gran lista de funcionalidades únicas como lo son los instrumentos virtuales, cosimulación patentada y el único simulador interactivo con change−onthe−fly (cambios al vuelo). Incluye una versión completamente integrada de MultiCap para la captura de diseño y simulación. Ofrece poderosos análisis (incluyendo de Monte Carlo, análisis de peor caso, etc.) que permiten explorar y entender el comportamiento del circuito. Multisim ofrece:  Un buen cableado.  Perfiles de simulación  Altas velocidades de simulación.  Osciloscopio Tektronix.  Breadboard en 3D.  Más de 36000 componentes adicionales con modelos.  Pruebas de medición.  Verificador de regulaciones eléctricas. Todo creado un ambiente de diseño intuitivo (la preparación para una simulación es tan simple como dibujar un circuito). Con simulación interactiva (partes interactivas pueden ser cambiadas sobre el vuelo). Partes animadas como LED's y displays de 7 segmentos. Cuenta con instrumentos virtuales, análisis y graficación. 1.1.Partes del simulador. Una vez instalado correctamente el software, el usuario se encontrará con una ventana algo similar a las de muchas aplicaciones y programas y no muy distinta a la de versiones anteriores de software, con una amplia área de trabajo, barras y menús destinados a facilitar el trabajo. A continuación se presentan algunas de sus partes: 56 Pantalla Principal La Figura 1.1 muestra esta pantalla la cual será visualizada una vez abierto el software. En esta se presentan las principales barras y menús necesarios para el trabajo con la herramienta, entre las principales están la barra de herramientas, instrumentos y la de componentes. 57 Figura 1.1. Pantalla principal. Menú Aquí se encuentran las herramientas para abrir, guardar e iniciar nuevos proyectos, así como las opciones y ayudas. Barra de Herramientas En ella se encuentran algunos de los botones de la barra de menú como el de abrir o guardar archivos, imprimir Además de permitirnos aumentar o disminuir el tamaño del circuito, ponerlo a funcionar entre otros. Barra de Instrumentos Multisim es un software que provee una variedad de instrumentación virtual que son cableados dentro del esquemático así como si se conectara un instrumento real al circuito. Así como los instrumentos reales, los instrumentos virtuales son completamente interactivos, por lo tanto puedes cambiar su configuración mientras la simulación se encuentra corriendo e inmediatamente ver los nuevos resultados. Induce a los estudiantes al mundo de la instrumentación electrónica con 20 instrumentos irrompibles (Figura 1.2) que se ven y operan tal como en la práctica real. El uso de costoso hardware y su mantenimiento se reduce, los estudiantes aprenden sin ningún riesgo y todos tienen acceso a la instrumentación dentro del laboratorio. 58 Figura 1.2. Instrumentos. 59 Componentes Multisim cuenta con una amplia galería de más de 36000 componentes; analógicos, digitales, componentes de ISE Xilinx, etc. (Figura 1.3) Figura 1.3. Galería de Componentes. 1.2. Implementación y simulación de circuitos mediante Multisim. La implementación de Multisim en la simulación de circuitos se describirá con un ejemplo de los pasos básicos de cómo trabajar con este simulador. Para seleccionar un componente se hace clic en el botón derecho del ratón sobre el sitio de trabajo del Multisim, allí se despliega una ventana como se observa a continuación. (Figura 1.4) 60 Figura 1.4 Esta ventana ofrece varias opciones funcionales para el circuito a estudiar tales como: colocar esquemático, gráficos, comentarios y en el caso específico componentes. Colocar esquemático: Opción que permite colocar un componente de forma rápida, crear un bus y hacer conexiones entre componentes. Colocar gráfico: Permite agregarle al circuito textos, líneas, multilíneas, arcos, círculos, rectángulos y gráficos. Al hacerse clic en esta opción aparecerá el cuadro, seleccionándose un componente, al dar clic en la opción grupo se verán las categorías y al lado derecho se despliegan los componentes correspondientes a la categorías seleccionada. Se hace clic en aceptar para llevar al circuito el componente elegido o se da doble clic sobre el elemento a seleccionar en la lista de componentes. Colocar comentario: Si es necesario agregar un comentario al circuito se puede realizar colocando el comentario sobre el sitio de trabajo, o sobre el componente que se desee comentar. El ícono del comentario aparecerá con una ventana en la cual se escribirán y luego desaparecerá para permitir mejor visualización del área de trabajo del Multisim, para 61 visualizar el comentario se debe poner el cursor sobre el ícono que queda sobre el sitio de trabajo, el cual se moverá para el lugar que se desee. (Figura 1.5) Figura 1.5. Comentario Al tener los componentes seleccionados sobre el sitio de trabajo del Multisim, se pueden facilitar ciertas operaciones como el rotar o voltear los componentes horizontal y verticalmente, esto se puede hacer con las siguientes indicaciones. Ctrl + R: Gira los componentes 90 grados hacia la derecha. Ctrl + Shift + R: Gira los componentes 90 grados hacia la izquierda. Alt + X: Voltea la componente horizontal. Alt + Y: Voltea la componente vertical. 62 Figura 1.6. Especificación de componentes. Después de tener los componentes en el sitio de trabajo se hace clic derecho sobre el elemento y se despliega una serie de ayudas que podrían ser útiles como cortar, copiar, borrar, reflejar, reemplazar componentes, cambiar color, fuente y propiedades. (Figura 1.7) 63 Figura 1.7. Opciones de componentes. Multisim también ofrece teclas rápidas (combinación de varias teclas) las cuales permiten seleccionar comandos del menú directamente. Teclas rápidas: Ctrl +N Crea un nuevo diseño del Multisim. Ctrl +O Ofrece opción de abrir un archivo ya existente. Ctrl +S Guarda el diseño actual. Ctrl +Z Deshace una acción. Ctrl +C Copia el objeto seleccionado colocándolo en el portapapeles. Ctrl +W Abre el cuadro de selección de un componente. Ctrl +U Crea un bus. Ctrl +I Crea un conector. Ctrl +P Imprime el diseño actual. Ctrl +A Selecciona todos los componentes del diseño actual. Ctrl +F Busca componente del diseño actual. Ctrl +H Permite abrir el diseño a trabajar. Ctrl +M Propiedades de la hoja actual. Ctrl +X Corta el objeto seleccionado colocándolo en el portapapeles. 64 Ctrl +V Pega el objeto seleccionado en el lugar requerido por el usuario. Supr Borra el elemento seleccionado. Cuerpo de un circuito Al tener el circuito completo se pueden observar nuevas designaciones, tales como el valor del componente, símbolo del dispositivo, cable y la conexión a tierra; asignaciones que están adjuntas a los dispositivos que el usuario selecciona. A continuación se presenta un ejemplo de circuito (Figura 1.8) donde apreciamos la señal de voltaje en la resistencia R3 mediante el uso del osciloscopio. Para la construcción el circuito se utilizó una fuente de voltaje de corriente alterna (AC), de 15V pico con una frecuencia de 1kHz, un diodo, resistencias de 10kΩ, 15kΩ y 1kΩ, el osciloscopio se conecta en paralelo a la resistencia de 1kΩ ya que lo que se desea mostrar es la señal de voltaje en la misma. El osciloscopio está conectado por el canal A, por lo que en caso de no mostrar el resultado de la figura es necesario comprobar que se está utilizando el canal correcto, en caso de querer usar otro canal, solamente debe conectar el osciloscopio al circuito con el deseado. En el osciloscopio pueden modificarse las escalas de la medición tanto en tiempo como en amplitud de voltaje. Figura 1.8. Ejemplo de circuito. 65 Capítulo II. Instrumentos de laboratorio. De la actividad práctica dentro del programa docente depende la preparación de los estudiantes como profesionales de la electrónica, ya que aunque por si mismos pueden obtener los conocimientos, en el laboratorio cuentan con la supervisión y ayuda de personas con experiencia. Además en los laboratorios se cuenta con instrumentos, que ya sea por su gran costo o por la gestión para obtenerlos se hacen difícil de conseguir, tanto para uso propio como dentro de algunos organismos. El siguiente capítulo tratará las principales características de los instrumentos presentes en el laboratorio real, así como se ejemplificará en su modo de conexión y empleo como parte de la medición de un circuito. 2.1. Características principales de los instrumentos. El laboratorio de la facultad de Ingeniería Eléctrica cuenta con diez puestos de trabajo preparados para el montaje, medición y análisis de circuitos. El equipamiento es de procedencia china y cuenta con buenos estándares de calidad y servicios. A continuación se presentan algunas características técnicas de estos instrumentos: Multímetro digital RIGOL DM3058E El uso de los multímetros electrónicos digitales Figura 2.1 dispone de las siguientes ventajas: • Lectura más fácil de las mediciones. • Mayor exactitud (0.1 % contra 1% para los analógicos). • Mayor resolución, lo cual significa que para cubrir un intervalo dado necesitan un menor número de campos de medida. 66 Presentan como principal desventaja, en algunos casos, el tiempo de demora en la presentación de la información. Los voltímetros reales no tienen una resistencia infinita de entrada, Rin= ∞. El valor de esa resistencia depende de la sensibilidad del instrumento (“unidad”) y del campo de medida seleccionado CM. Puede determinarse experimentalmente si el error que introduce el voltímetro durante una medición es apreciable, seleccionando campos de medida mayores. Si la lectura del voltímetro no cambia, entonces el instrumento no introduce errores apreciables. Si el efecto de carga es apreciable, entonces debe tomarse como la medición más precisa aquella cuyo valor sea superior. Figura 2.1. Múltimetro digital DM3058E. Junto al multímetro digital el laboratorio cuenta con un multímetro analógico 4317 el cual es usado principalmente para la medición de corrientes. (Figura 2.2) 67 Figura 2.2. Multímetro analógico. Fuente de alimentación UNI-T UTP3702 Las fuentes de voltaje reales (Figura 2.3) tienen siempre una resistencia interna, no nula, que hace que el voltaje que entregue dependa de la carga que se le conecte, a mayor corriente demandada por la carga mayor también será la caída de voltaje en esa resistencia interna y menor el voltaje que entregue la fuente de voltaje en sus terminales. Las fuentes de voltaje variable permiten seleccionar el voltaje que suministra entre sus terminales y lo mantiene relativamente constante (voltaje regulado) ante variaciones de la carga aplicada entre los mismos (es decir para distintos valores de corriente demandada). Las de buenas prestaciones incorporan una protección contra cortocircuito. La fuente doble variable del laboratorio permite además regular el valor máximo de la corriente que puede suministrar la misma. Esta característica hace también posible la protección de las componentes del circuito que esté siendo probado. Cuando se demanda de la fuente un valor de corriente superior a la capacidad fijada, se enciende el indicador CC (led rojo en el panel frontal). 68 Figura 2.3. Fuente de alimentación UTP3702 Osciloscopio digital RIGOL DS1052E El osciloscopio (Figura 2.4) es uno de los instrumentos electrónicos de medición más versátiles. Con él pueden ser observados: • Voltajes AC y DC. • Tiempo, Relaciones de Fase, Frecuencia • Parámetros de las formas de ondas tales como Tiempos de Subida y Caída, Oscilaciones, sobre crestas, etc. Está compuesto básicamente por los subsistemas siguientes: • Amplificador Vertical. • Amplificador Horizontal. 69 • Generador de Barrido Disparado. • Circuitos de disparo. • Fuentes de Alimentación. Para que las mediciones realizadas con el osciloscopio sean confiables es necesario que el mismo se encuentre calibrado y ajustado convenientemente. Para ello es necesaria la comprobación de los parámetros siguientes: • Balance DC. • Sensibilidad del instrumento. • Tiempo de barrido. Figura 2.4. Osciloscopio digital DS1052E. NOTA (Los parámetros anteriormente citados se ajustan solamente si lo indica el profesor y nunca antes de transcurrir al menos 30 minutos después de encender el equipo.). 70 Generador de funciones digital XJ1631 Los generadores de funciones (Figura 2.5) son equipos que se utilizan para la obtención de señales de pruebas necesarias para comprobar el funcionamiento de sistemas o bloques se sistemas. Brindan la posibilidad de obtener distintos tipos de formas de ondas, entre las que se encuentran comúnmente: • Cuadrada (Square). • Sinusoidal (Sine). • Triangular (Triangle). Figura 2.5. Generador de funciones digital XJ1631. 71 Breadboard DAC-457000 La breadboard o tablero de conexiones (Figura 2.6) está compuesta por una regleta interconectada internamente y varios dispositivos que funcionan independientes como son: fuente doble de DC, generador de señales, switch, adaptadores y conectores para el trabajo de electrónica digital. Figura 2.6. Breadboard DAC-457000. A continuación se muestra la imagen de una práctica desarrollada en el laboratorio real con los instrumentos antes relacionados. (Fig.2.7). Se puede observar en la pantalla del osciloscopio a través del uso de sus dos canales la señal de entrada del circuito, la cual ha sido amplificada y desfasada obteniéndose la señal de salida la cual está superpuesta a la original. 72 Figura 2.7. Bibliografía. 1. C. T. P. S. Sebastián, "Manual Electrónico de Multisim 8," ed, 2007. 2. "Manual de Usuario. Multímetro Digital DM3058," I. RIGOL Technologies, Ed., ed, 2008. 3. "Manual de Usuario. Osciloscopios Digitales de la Serie DS1000D/E," I. RIGOL Technologies, Ed., ed, 2009. 4. "UTP 3700 Series. Operation Manual," U.-T. T. C. Co., Ed., ed, 2009. 5. R. S. L. Pérez., "Recursos para el aprendizaje de la asignatura Talleres de Electrotecnia en el plan de estudio “E” de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas.," Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas., 2018. Disponible: http://dspace.uclv.edu.cu:8089/handle/123456789/10033 6. D. A. Salazar, "Actividades prácticas para la asignatura Mediciones Electrónicas.," Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas, 2013. Disponible: http://dspace.uclv.edu.cu/handle/123456789/1671?show=full 73 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Conclusiones Con la realización de este trabajo se llegaron a los siguientes resultados:  Se consultaron manuales de prácticas de laboratorios de universidades extranjeras y dentro de la propia Universidad Central “Marta Abreu” de las Villas, lo que permitió conocer cómo se desarrollan las actividades prácticas dentro de sus programas de estudio, permitiendo un acercamiento a la enseñanza actual a nivel mundial.  Se caracterizó la asignatura Electrónica Analógica I y se comparó su programa con otras universidades a nivel mundial permitiendo apreciar una similitud en los temas tratados lo que asegura que la enseñanza en Cuba posee los mismos estándares que el resto del mundo.  Se confeccionó un manual para el apoyo a la enseñanza dentro de la asignatura Electrónica Analógica I para el acercamiento de los estudiantes al uso de la herramienta de simulación Multisim y de los instrumentos presentes en el laboratorio real. 74 Recomendaciones Se recomiendan los siguientes aspectos:  Utilizar el manual para apoyar el trabajo de las prácticas de laboratorios reales en la asignatura Electrónica Analógica I y otras asignaturas del mismo perfil en próximos cursos.  Hacer uso de los videos tutoriales propuestos en los anexos para una mejor comprensión del trabajo con la herramienta de simulación y los instrumentos reales. 75 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] C. T. P. S. Sebastián. (2007). Manual Electrónico de Multisim 8. Disponible: https://nanopdf.com/download/multisim-8-y-electronics-workbench_pdf [2] Á. P. Tirado. (2010). Manual de Laboratorio de Electrónica Básica. Disponible: https://uniatlantico.edu.co/uatlantico/pdf/arc_12403.pdf [3] J. D. A. Giraldo, "Guías de Práctica de Laboratorio de Electrónica y Circuitos," 2012. Disponible: http://ridum.umaniza