Nombre: ANÁLISIS Y DISEÑO DE CIRCUITOS
Código: 504103002
Carácter: Obligatoria
ECTS: 6
Unidad Temporal: Cuatrimestral
Despliegue Temporal: Curso 3º - Primer cuatrimestre
Menciones/Especialidades:
Lengua en la que se imparte: Castellano
Carácter: Presencial
Nombre y apellidos: DÍAZ MORCILLO, ALEJANDRO BENEDICTO
Área de conocimiento: Teoría de la Señal y Comunicaciones
Departamento: Tecnologías de la Información y las Comunicaciones
Teléfono: 968325374
Correo electrónico: alejandro.diaz@upct.es
Horario de atención y ubicación durante las tutorias: Las tutorías se realizarán a demanda del estudiante mediante solicitud remitida al correo alejandro.diaz@upct.es
Titulaciones:
Doctor en Doctor Ingeniero de Telecomunicación en la Universidad Politécnica de Valencia (ESPAÑA) - 2000
Categoría profesional: Catedrático de Universidad
Nº de quinquenios: 5
Nº de sexenios: 4 de investigación y 1 de transferencia
Curriculum Vitae: Perfil Completo
Responsable de los grupos: G2
Nombre y apellidos: NAVARRO MADRID, JOSÉ RAMÓN
Área de conocimiento: Teoría de la Señal y Comunicaciones
Departamento: Tecnologías de la Información y las Comunicaciones
Teléfono:
Correo electrónico: joser.navarro@upct.es
Horario de atención y ubicación durante las tutorias: Las tutorías se realizarán a demanda del estudiante mediante solicitud remitida al correo joser.navarro@upct.es
Titulaciones:
Máster en Ingeniería de Telecomunicación en la Universidad Politécnica de Cartagena (ESPAÑA) - 2022
Graduado en Ingeniería en Sistemas de Telecomunicación en la Universidad Politécnica de Cartagena (ESPAÑA) - 2020
Categoría profesional: Investigador Licenciado
Nº de quinquenios: No procede por el tipo de figura docente
Nº de sexenios: No procede por el tipo de figura docente
Curriculum Vitae: Perfil Completo
[CG3 ]. Conocimiento de materias básicas y tecnologías, que le capacite para el aprendizaje de nuevos métodos y tecnologías, así como que le dote de una gran versatilidad para adaptarse a nuevas situaciones.
[ST3 ]. Capacidad de análisis de componentes y sus especificaciones para sistemas de comunicaciones guiadas y no guiadas.
[ST5 ]. Capacidad para la selección de antenas, equipos y sistemas de transmisión, propagación de ondas guiadas y no guiadas, por medios electromagnéticos, de radiofrecuencia u ópticos y la correspondiente gestión del espacio radioeléctrico y asignación de frecuencias.
Se recomienda haber cursado las asignaturas Sistemas y Circuitos y Sistemas Lineales. Ambas asignaturas pertenecen al módulo de Formación Básica.
[TR5 ]. Aplicar a la práctica los conocimientos adquiridos
Al finalizar el programa formativo, el estudiante debe ser capaz de:
Progresar en el análisis de circuitos eléctricos y electrónicos iniciado en la asignatura Sistemas y Circuitos, haciendo hincapié en circuitos resonantes y filtros.
Comprender y saber emplear la transformada de Laplace, con especial atención a su aplicación en circuitos.
Comprender la función de transferencia y función de transferencia espectral de un circuito, su utilidad y saber emplearla en el análisis de filtros.
Comprender el concepto de cuadripolo y de las distintas familias de parámetros que lo caracterizan. Conocer las distintas configuraciones de unión de cuadripolos y saber emplear la familia de parámetros más adecuada en cada una de ellas.
Adquirir de nociones básicas sobre síntesis de circuitos y desarrollar la capacidad de diseñar filtros con elementos concentrados.
Comprender los fundamentos de análisis y diseño de circuitos asistido por ordenador y saber emplear herramientas comerciales para este fin.
Concepto de filtrado. Análisis de circuitos en el dominio de Laplace.<br>Representación de circuitos mediante parámetros de cuadripolos.<br>Técnicas de síntesis de redes LC, CR y LR.<br><br>
Unidad 1. Análisis de Circuitos en el Dominio de la Frecuencia. Circuitos Resonantes
1.1. Introducción.
1.2. Respuesta en frecuencia de circuitos básicos.
1.3. Funciones de transferencia.
1.4. Diagramas de Bode.
1.5. Circuitos resonantes.
1.6. Filtros.
Unidad 2. Cuadripolos
2.1. Introducción.
2.2. Parámetros de impedancia (Z).
2.3. Parámetros de admitancia (Y).
2.4. Parámetros híbridos (h).
2.5. Parámetros de transmisión (T).
2.6. Parámetros imagen.
2.7. Pérdidas de transmisión y de inserción.
2.8. Asociación de cuadripolos.
Unidad 3. Diseño de Filtros
3.1. Introducción.
3.2. Normalización y desnormalización.
3.3. Aproximación.
3.4. Obtención de la función de red.
3.5. Realización de redes sin pérdidas (inmitancias LC).
3.6. Realización de redes con pérdidas (inmitancias RLC).
3.7. Realización de filtros
3.8. Transformación de frecuencias.
Unidad 4. Análisis de Circuitos mediante la Transformada de Laplace
4.1. Introducción.
4.1.1. Definición.
4.1.2. Propiedades.
4.1.3. Transformadas de funciones típicas.
4.1.4. Transformada del operador derivada. Teoremas del valor inicial y del valor final.
4.1.5. Transformada del operador integral.
4.1.6. Transformación de las ecuaciones integro-diferenciales de un circuito en ecuaciones algebraicas en el dominio de Laplace.
4.2. Aplicación a circuitos.
4.2.1. Resistencia, bobina y condensador en el dominio transformado.
4.2.2. Transformada inversa de Laplace. Pares de transformadas.
4.2.3. Descomposición de la transformada en suma de otras funciones de transformada inversa conocida.
Práctica 1. El simulador PSpice. Análisis temporal de filtros (2h)
En la primera hora de la sesión se presenta la herramienta de simulación de circuitos PSpice. Este software es ya conocido por el alumno de la asignatura Sistemas y Circuitos de 1er curso, pero allí se emplea el interfaz gráfico para la construcción de circuitos y en estas sesiones se le enseña a emplear los comandos para que edite programas completos que describan el circuito y realicen la simulación deseada. En la segunda hora de la sesión, el alumno debe escribir el código PSpice para realizar un análisis temporal de dos filtros y, a la vista de los resultados, extraer conclusiones acerca de la naturaleza de éstos y sus posibles aplicaciones. Tiempo de preparación previa: 2 horas. Test de control al finalizar la práctica.
Práctica 2. Análisis frecuencial de filtros pasivos y activos con PSpice (2h)
Como continuación de la práctica 1, ahora se analizan los mismos filtros pasivos, pero en el dominio de la frecuencia. De esta manera el alumno puede comprender por qué se producían las distintas señales de salida en el dominio del tiempo según la frecuencia de la señal de entrada. En la segunda parte de la práctica el alumno aprende a describir un amplificador operacional con diferentes modelos de éste (ideal, semiideal y modelo de librería). Posteriormente debe escribir varios códigos en PSpice para que realicen el análisis frecuencial de distintos filtros activos que incorporan estos amplificadores. El alumno debe determinar el rango de aplicación de los distintos modelos de amplificador operacional y extraer conclusiones sobre el comportamiento de los distintos filtros tras visualizar los diagramas de Bode obtenidos en las simulaciones. Tiempo de preparación previa: 2 horas. Test de control al finalizar la práctica.
Práctica 3. Diseño de ecualizador (2h)
En esta práctica se profundiza en el estudio de los filtros activos y, en concreto, se diseña un dispositivo con características amplificadoras, pero con una pendiente en la zona de transición inferior a 20dB/década. El diseño que se realiza aquí no está relacionado con las técnicas generales de síntesis que se explican en el bloque temático 3 del programa de teoría, sino que se basa en los conceptos explicados en las clases de teoría del primer bloque temático. En una primera parte se debe estudiar la respuesta de los filtros que se pretenden diseñar: tipo de filtro, ganancias, frecuencias de corte y pendiente en la zona de transición. Posteriormente se deben encontrar los valores de los distintos elementos del circuito que generen la respuesta deseada. En el laboratorio se simularán con PSpice los circuitos diseñados y se comprobará que, efectivamente, éstos presentan la respuesta que se pretendía obtener. Tiempo de preparación previa: 2 horas. Test de control al finalizar la práctica.
Práctica 4. Síntesis de cuadripolos. Implementación de un girador (2h)
Se presentan dos dispositivos: el convertidor negativo de impedancias (NIC) y el girador. Mediante distintas familias de cuadripolos, el alumno debe aprender cómo se puede implementar un girador con distintas configuraciones a partir de NICs y resistencias. Posteriormente el alumno debe simular estas configuraciones en PSpice, comprobar el correcto funcionamiento e implementar un filtro, que en condiciones normales requeriría una bobina, sin ésta empleando un girador. Finalmente debe simular este filtro y obtener, a partir del diagrama de Bode del módulo de su función de transferencia, la frecuencia de corte del filtro. Tiempo de preparación previa: 2 horas. Test de control al finalizar la práctica.
Práctica 5. Diseño de filtros (2h)
Como aplicación de las distintas técnicas de síntesis estudiadas en el bloque 3, se plantea al alumno el diseño de dos filtros mediante sus correspondientes máscaras. En el laboratorio deberá comprobar, a través de simulaciones en PSpice que efectivamente los diseños realizados cumplen las especificaciones prefijadas. Se compararán los resultados obtenidos según el tipo de filtro diseñado (Butterworth, Chebychef o Cauer). Tiempo de preparación previa: 2 horas. Test de control al finalizar la práctica.
Práctica 6. Transformada de Laplace y estabilidad (2h)
Se aplicará la transformada de Laplace en el estudio de la estabilidad de un circuito, a partir de las características que presentan los polos de la función característica (en el dominio de Laplace) de transferencia del circuito. Tiempo de preparación previa: 2 horas. Test de control al finalizar la práctica.
La Universidad Politécnica de Cartagena considera como uno de sus principios básicos y objetivos fundamentales la promoción de la mejora continua de las condiciones de trabajo y estudio de toda la Comunidad Universitaria. Este compromiso con la prevención y las responsabilidades que se derivan atañe a todos los niveles que integran la Universidad: órganos de gobierno, equipo de dirección, personal docente e investigador, personal de administración y servicios y estudiantes. El Servicio de Prevención de Riesgos Laborales de la UPCT ha elaborado un "Manual de acogida al estudiante en materia de prevención de riesgos" que puedes encontrar en el Aula Virtual, y en el que encontraras instrucciones y recomendaciones acerca de cómo actuar de forma correcta, desde el punto de vista de la prevención (seguridad, ergonomía, etc.), cuando desarrolles cualquier tipo de actividad en la Universidad. También encontrarás recomendaciones sobre cómo proceder en caso de emergencia o que se produzca algún incidente. En especial, cuando realices prácticas docentes en laboratorios, talleres o trabajo de campo, debes seguir todas las instrucciones del profesorado, que es la persona responsable de tu seguridad y salud durante su realización. Consúltale todas las dudas que te surjan y no pongas en riesgo tu seguridad ni la de tus compañeros.
Unit 1. Analysis of Circuits in the Frequency Domain. Resonant Circuits
1.1. Introduction.
1.2. Frequency response of basic circuits.
1.3. Transfer functions.
1.4. Bode diagrams.
1.5. Resonant circuits.
1.6. Filters.
Unit 2. Two-port networks
2.1. Introduction.
2.2. Impedance parameters (Z).
2.3. Admittance parameters (Y).
2.4. Hybrid parameters (h).
2.5. Transmission parameters (T).
2.6. Image parameters.
2.7. Transmission and insertion losses.
2.8. Quadrupole Association.
Unit 3. Filter Design
3.1. Introduction.
3.2. Normalization and denormalization.
3.3. Approximation.
3.4. Obtaining the network function.
3.5. Synthesis of lossless networks (LC immittances).
3.6. Synthesis of lossy networks (RLC immittances).
3.7. Filter realization.
3.8. Frequency transformations.
Unit 4. Circuit Analysis through the Laplace Transform
4.1. Introduction.
4.1.1. Definition.
4.1.2. Properties.
4.1.3. Transforms of typical functions.
4.1.4. Derivative operator transform. Theorems of the initial value and the final value.
4.1.5. Integral operator transform.
4.1.6. Integral-differential equations transforms of a circuit into algebraic equations in the Laplace domain.
4.2. Application to circuits.
4.2.1. Resistance, inductor and capacitor in the transformed domain.
4.2.2. Inverse Laplace transform. Laplace transform pairs.
4.2.3. Inverse Laplace transform decomposition as a sum of known Laplace inverse transforms
Se recomienda haber cursado las asignaturas Sistemas y Circuitos y Sistemas Lineales. Ambas asignaturas pertenecen al módulo de Formación Básica.
Estudio personal o en grupo de alumnos
Tiempo dedicado por el alumno a la realización de la colección de problemas y, en general, al estudio de la asignatura, individualmente o en grupo.
90
0
Preparación de trabajos y ejercicios (incluye tiempo para consulta bibliográfica y documentación)
Tiempo dedicado por el alumno a la preparación de las prácticas y resolución.
30
0
Clase de teoría
Asistencia de los estudiantes a las clases magistrales de la asignatura.
30
100
Clase orientada a la resolución de problemas y caso de estudio
Asistencia de los estudiantes a las clases de resolución de problemas.
12
100
Clase práctica en laboratorio
Asistencia de los estudiantes a las clases de laboratorio.
15
100
Realización de pruebas de evaluación (tiempo de duración de los exámenes y otras pruebas de evaluación en el aula)
Asistencia de los estudiantes a las pruebas de evaluación de la asignatura.
3
100
Trabajo práctico de laboratorio
La realización de todas las prácticas es obligatoria en el sistema de evaluación continua. A la finalización de cada práctica se realizará un test de control de conocimientos adquiridos. En el caso de ausencia justificada en cualquiera de las prácticas se habilitará un horario especial de recuperación tras la realización de la última práctica y antes de la finalización lectiva del cuatrimestre.
Todas las prácticas tienen el mismo valor. Representan el 30% de la nota de la asignatura y se requiere un mínimo de 4 (sobre 10) para promediar con el resto de actividades de evaluación.
Competencias evaluadas: Competencias evaluadas: CG3, ST3, ST5, TR5.
Resultados del aprendizaje evaluados:
Práctica 1:
- Progresar en el análisis de circuitos eléctricos y electrónicos iniciado en la asignatura Sistemas y Circuitos, haciendo hincapié en circuitos resonantes y filtros.
Práctica 2:
- Progresar en el análisis de circuitos eléctricos y electrónicos iniciado en la asignatura Sistemas y Circuitos, haciendo hincapié en circuitos resonantes y filtros.
- Comprender la función de transferencia y función de transferencia espectral de un circuito, su utilidad y saber emplearla en el análisis de filtros.
Práctica 3:
- Progresar en el análisis de circuitos eléctricos y electrónicos iniciado en la asignatura Sistemas y Circuitos, haciendo hincapié en circuitos resonantes y filtros.
- Comprender la función de transferencia y función de transferencia espectral de un circuito, su utilidad y saber emplearla en el análisis de filtros.
Práctica 4:
- Comprender el concepto de cuadripolo y de las distintas familias de parámetros que lo caracterizan. Conocer las distintas configuraciones de unión de cuadripolos y saber emplear la familia de parámetros más adecuada en cada una de ellas.
Práctica 5:
- Adquirir de nociones básicas sobre síntesis de circuitos y desarrollar la capacidad de diseñar filtros con elementos concentrados.
Práctica 6:
- Comprender y saber emplear la transformada de Laplace, con especial atención a su aplicación en circuitos.
Común a todas las prácticas:
- Comprender los fundamentos de análisis y diseño de circuitos asistido por ordenador y saber emplear herramientas comerciales para este fin.
30 %
Exámenes escritos y/u orales (evaluación de contenidos teóricos, aplicados y/o prácticas de laboratorio)
Se realizarán dos exámenes parciales durante el cuatrimestre, que se consideran actividades de evaluación independientes. La nota mínima para poder promediar ambos exámenes parciales entre sí será de un 30% de su valor total (3 sobre 10). La nota mínima final del promedio de ambos exámenes parciales, para poder ser combinada con la del resto de actividades evaluables de la asignatura, será de un 40% de su valor total (un 4 sobre 10).
Cada examen estará compuesto de cuestiones cortas de desarrollo de conceptos referidos a teoría y/o problemas de análisis y/o diseño.
Primer examen parcial, correspondiente a las unidades 1 y 2 del programa de la asignatura.
Competencias evaluadas: CG3, ST3, ST5, TR5.
Resultados del aprendizaje evaluados:
- Progresar en el análisis de circuitos eléctricos y electrónicos iniciado en la asignatura "Sistemas y Circuitos", haciendo hincapié en circuitos resonantes y filtros.
- Comprender la función de transferencia y función de transferencia espectral de un circuito, su utilidad y saber emplearla en el análisis de filtros.
- Comprender el concepto de cuadripolo y de las distintas familias de parámetros que lo caracterizan. Conocer las distintas configuraciones de unión de cuadripolos y saber emplear la familia de parámetros más adecuada en cada una de ellas.
Peso sobre la nota total: 35%.
Nota mínima para promediar: 3.
Segundo examen parcial, correspondiente a las unidades 3 y 4 del programa de la asignatura.
Competencias evaluadas: Competencias evaluadas: CG3, ST3, ST5, TR5.
Resultados del aprendizaje evaluados:
- Adquirir de nociones básicas sobre síntesis de circuitos y desarrollar la capacidad de diseñar filtros con elementos concentrados.
- Comprender y saber emplear la transformada de Laplace, con especial atención a su aplicación en circuitos.
Peso sobre la nota total: 35%.
Nota mínima para promediar: 3.
70 %
Trabajo práctico de laboratorio
Para aquellos que hayan asistido a todas las prácticas, la evaluación final se realiza a través de sus tests de control, con los mismos criterios que en la evaluación continua. Para aquellos que no hayan asistido a todas las prácticas, se realizará un examen que evaluará el proceso de aprendizaje desarrollado en las prácticas, con los mismos criterios que en la evaluación continua.
Se requiere un mínimo de 4 (sobre 10) para promediar con el resto de actividades de evaluación.
30 %
Exámenes escritos y/u orales (evaluación de contenidos teóricos, aplicados y/o prácticas de laboratorio)
Se realizarán dos exámenes finales, que se consideran actividades de evaluación independientes. La nota mínima para poder promediar ambos exámenes finales entre sí será de un 30% de su valor total (3 sobre 10). La nota mínima final del promedio de ambos exámenes finales, para poder ser combinada con la del resto de actividades evaluables de la asignatura, será de un 40% de su valor total (un 4 sobre 10).
Cada examen final estará compuesto de cuestiones cortas de desarrollo de conceptos referidos a teoría y/o problemas de análisis y/o diseño. Se siguen los mismos criterios en cuanto a competencias y resultados del aprendizaje evaluados que en la evaluación continua.
Primer examen final, equivalente al primer examen parcial (unidades 1 y 2).
Segundo examen final, equivalente al segundo examen parcial (unidades 3 y 4).
Peso sobre la nota total de cada uno: 35%.
Si un estudiante que ha superado una actividad de evaluación en el sistema de evaluación continua se presenta a esa misma actividad en el sistema de evaluación final, renuncia a la calificación obtenida en el sistema de evaluación continua.
70 %
La asignatura se considerará aprobada si la nota media en las evaluaciones de tipo examen (70% del total) es mayor o igual que 4 sobre un máximo de 10 puntos y, a su vez, la nota de la asignatura es mayor o igual que 5. Asimismo, será condición necesaria para aprobar la asignatura, junto con la ya comentada, obtener un mínimo de 4 puntos en la evaluación de prácticas.
Adicionalmente, es obligatorio en el sistema de evaluación continua:
- Realizar todas las prácticas propuestas.
- Realizar el test de control en cada una de las prácticas.
Los exámenes parciales aprobados se guardan tanto para el sistema de evaluación final como para la convocatoria extraordinaria.
Si un estudiante que ha superado una actividad de evaluación en el sistema de evaluación continua se presenta a esa misma actividad en el sistema de evaluación final, renuncia a la calificación obtenida en el sistema de evaluación continua.
Autor: Edminister, Joseph A.
Título: Circuitos eléctricos
Editorial: McGraw-Hill
Fecha Publicación: 2004
ISBN: 8448110617
Autor: Dorf, Richard C.
Título: Circuitos eléctricos introducción al análisis y diseño
Editorial: Alfaomega ; Barcelona, : Marcombo
Fecha Publicación: 2000
ISBN: 8426712711
Autor: Sanz González, José L.
Título: Análisis y diseño de circuitos
Editorial: Escuela Politécnica de Madrid
Fecha Publicación: 1997
ISBN:
Autor: Kendall Su
Título: Analog filters, Second Edition
Editorial: Kluwer Academic Publishers
Fecha Publicación: 2003
ISBN: 0402070330
Se hará uso de la plataforma Moodle (servicio web de aula virtual en la UPCT) para poner a disposición del alumno el material necesario para el correcto seguimiento de la asignatura, como:
-Presentaciones en power point de clases magistrales.
-Enunciados de ejercicios de cada bloque temático.
-Guiones de prácticas.
-Avisos de la asignatura.
-Publicación de notas y actas.