Universidad Pública de Navarra - Nafarroako Univertsitate Publikoa

Módulo/Materia

Módulo: Formación Básica (Ing. Telecomunicación). Formación Tecnológica Transversal (Ing. Biomédica)

Materia: Señales y Sistemas

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Descripción/Contenidos

Esta asignatura pretende proporcionar al estudiante los principios, conceptos básicos y herramientas para la comprensión, descripción y análisis de los circuitos eléctricos, entendidos éstos como sistemas lineales que procesan señales analógicas. Los tres procesos, comprensión, descripción y análisis son abordados tanto en el dominio del tiempo como en el dominio transformado, y éste último particularizado al dominio de la frecuencia bajo las condiciones de régimen senoidal permanente, permitiendo así la introducción de los conceptos de espectro y respuesta en frecuencia así como las topologías básicas para la implementación de los sistemas de filtrado más comunes.

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Competencias genéricas

Las competencias genéricas y básicas que un alumno debería adquirir en esta asignatura son:

G2. Trabajo en equipo

G3. Aprendizaje autónomo

G7. Capacidad para concebir, diseñar, implementar y operar sistemas y servicios en el ámbito de las TIC

CB1. Que los estudiantes hayan demostrado poseer y comprender conocimientos en un área de estudio que parte de la base de la educación secundaria general, y se suele encontrar a un nivel que, si bien se apoya en libros de texto avanzados, incluye también algunos aspectos que implican conocimientos procedentes de la vanguardia de su campo de estudio

CB2. Que los estudiantes sepan aplicar sus conocimientos a su trabajo o vocación de una forma profesional y posean las competencias que suelen demostrarse por medio de la elaboración y defensa de argumentos y la resolución de problemas dentro de su área de estudio

CB3. Que los estudiantes tengan la capacidad de reunir e interpretar datos relevantes (normalmente dentro de su área de estudio) para emitir juicios que incluyan una reflexión sobre temas relevantes de índole social, científica o ética

CB4. Que los estudiantes puedan transmitir información, ideas, problemas y soluciones a un público tanto especializado como no especializado

CB5. Que los estudiantes hayan desarrollado aquellas habilidades de aprendizaje necesarias para emprender estudios posteriores con un alto grado de autonomía

CG6. Comprender los conceptos básicos de circuitos y dispositivos electrónicos, diseño de sistemas electrónicos y su aplicación para la resolución de problemas propios de la ingeniería

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Competencias específicas

Las competencias específicas del módulo de formación básica que un alumno debería adquirir en esta asignatura son:

1.4. Concepción y dominio de los conceptos básicos de sistemas lineales y las funciones y transformadas relacionadas así como de teoría de circuitos eléctricos.

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Resultados aprendizaje

• Comprender y dominar los conceptos fundamentales asociados al dominio temporal y al dominio frecuencial
• Comprender el concepto de función de transferencia así como dominar su caracterización en términos de polos y ceros o estabilidad
• Comprender y dominar el concepto de respuesta en frecuencia
• Dominar el análisis de circuitos en dominio temporal, dominio transformado y régimen senoidal permanente
• Manejar correctamente las herramientas, instrumentos y aplicativos software disponibles en los laboratorios de las materias básicas y llevar a cabo correctamente el análisis de los datos recogidos
• Aplicar los principios básicos de la competencia 1.4 a la resolución de problemas propios de la ingeniería
• Trabajar en grupo de forma efectiva, identificando los objetivos del grupo y planificando el trabajo para alcanzarlos, así como asumiendo las responsabilidades y compromisos asociados a la tarea asignada
• Planificar las tareas encomendadas de forma que se realicen de acuerdo con las pautas marcadas por el profesor y en el tiempo previsto. Evaluar el grado de cumplimiento de los objetivos de aprendizaje y detectar problemas en el propio progreso formativo
• Plantear adecuadamente un problema a partir de un enunciado propuesto e identificar las distintas opciones para la resolución. Aplicar el método de resolución más adecuado e identificar la corrección o no de tal solución

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Metodología

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Idiomas

El idioma de impartición de las clases será castellano. Los idiomas de la documentación y bibliografía serán inglés y castellano.

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Evaluación

Existen dos conjuntos de pruebas en esta asignatura: el primero está formado por dos pruebas de respuesta corta y respuesta larga de manera que en cada prueba se evalúa cada uno de los dos bloques de los que consta la asignatura (cada bloque está formado a su vez por dos temas) y el segundo conjunto es una prueba final de laboratorio. El peso relativo para cada uno de estos dos conjuntos de pruebas es de 70% para el primero y 30% para la prueba de laboratorio. En las pruebas del primer conjunto se combinarán preguntas de teoría, así como preguntas relativas a la resolución de problemas prácticos. La parte experimental se evaluará, al final del semestre, mediante examen individual en el laboratorio. Sea M_B1 la calificación obtenida en el examen del Bloque 1 (B₁) correspondiente a los dos primeros temas. Sea M_B2 la calificación obtenida en el examen del Bloque 2 (B₂) correspondiente a los dos últimos temas. Sea M_T la media final de las pruebas realizadas para la evaluación del Bloque 1 y el Bloque 2: M_T=0.5*(M_B1+M_B2). Sea L la calificación obtenida en la prueba de laboratorio. La calificación media final de la asignatura M_TL se obtendrá mediante la fórmula: M_TL=0.7*M_T+0.3*L siempre que M_T>4.

Una vez finalizadas las pruebas de opción múltiple y la de laboratorio, un alumno deberá presentarse a la evaluación de recuperación si se cumple al menos una de estas dos condiciones:

1. Existe un x tal que M_Bx<4 ó M_Bx=NP
2. M_TL<5

Como se ve, no se exige nota mínima para la parte de laboratorio.

Sólo es recuperable la prueba de respuesta corta y respuesta larga (evaluación de los Bloques). La prueba de laboratorio no es recuperable.

Un alumno podrá liberar cualquiera de los dos bloques de teoría en la prueba de recuperación. Es decir no tendrá que volver a examinarse de dichos bloques. Para poder liberar un cierto bloque B_x se tendrán que cumplir simultáneamente las dos condiciones siguientes:

1. M_Bx>4
2. M_BxL>5 con M_BxL=0.7*M_Bx+0.3*L

En la prueba de recuperación se exige una nota mínima de 4 para promediar con la parte de laboratorio. Esta nota mínima se exige globalmente en cada uno de los 3 tipos de pruebas posibles: sólo B₁, sólo B₂, y B₁+B₂.

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Temario

Tema I Aspectos básicos

Concepto de linealidad e invarianza temporal.

Elementos pasivos y activos.

Análisis temporal.

Transformada de Laplace. Definición y propiedades básicas.

Dominios de análisis.

Transformación de circuitos.

Tema II Análisis de circuitos lineales

Leyes de Kirchhoff. Asociación y divisores.

Principio de superposición.

Equivalentes Thevenin y Norton. Transformación de fuentes.

Impedancias de entrada y salida.

Funciones de red. Respuesta impulsional y al escalón.

Diagramas de polos y ceros.

Respuestas natural/forzada y zero-state/zero-input.

Transitorios de primer orden: constantes de tiempo.

Transitorios de segundo orden: regímenes de amortiguamiento, factor de calidad y frecuencia de resonancia.

Conceptos básicos de estabilidad.

Tema III Régimen senoidal permanente

Concepto de RSP. Relación con Laplace.

Impedancias de elementos básicos en RSP.

Representación de señales en RSP.

Potencia compleja. Máxima transferencia de potencia.

Tema IV Respuesta en frecuencia de circuitos

Concepto de respuesta en frecuencia: ganancia y desfase.

Diagramas de Bode.

Tipos de respuesta en frecuencia: paso bajo, paso alto, paso banda, rechazo de banda y paso todo.

Contribuciones de ceros y polos.

Prototipos de respuesta para sistemas de primer orden.

Prototipos de respuesta para sistemas de segundo orden.

Conceptos básicos de la teoría de la aproximación.

Realizaciones activas y pasivas.

Transformaciones de frecuencia.

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Programa de prácticas experimentales

Sesiones prácticas

Las prácticas se orientarán a la caracterización experimental de circuitos en los dominios temporal y frecuencial. En los montajes se emplearán elementos pasivos y activos (amplificador operacional), así como instrumentación electrónica básica (fuentes de alimentación, generadores de funciones, osciloscopios, etc). El alumno deberá ser capaz de realizar los montajes y las medidas experimentales de forma autónoma. Estas competencias serán evaluadas en pruebas de trabajo experimental.

Concretamente se realizarán cinco sesiones de prácticas de 3 horas con los siguientes guiones:

Sesión 1. Se estudiará el comportamiento temporal de circuitos de 1^er orden, la carga de un circuito RC, aprendiendo a caracterizar su constante de tiempo. Se realizará también una primera toma de contacto con el material y la instrumentación disponible en el laboratorio.

Sesión 2. Se retomarán los circuitos de primer orden, estudiando la carga de un circuito RL, caracterizándolo mediante su constante de tiempo. Se iniciará el trabajo con los sistemas de segundo orden identificando su régimen de amortiguamiento, midiendo constantes y frecuencias de amortiguamiento. Se comprobará el efecto de la impedancia de salida del generador de funciones.

Sesión 3. En esta sesión se profundizará en la relevancia de las impedancias de entrada y salida a la hora de conectar sistemas eléctricos. Ello nos hará introducir de manera natural la realización de seguidores de tensión mediante amplificadores operacionales.

Sesión 4. En esta sesión se iniciará el estudio de la respuesta en frecuencia de un sistema. Concretamente se caracterizarán mediante la frecuencia de corte los sistemas de primer orden más sencillos: sistemas paso bajo y paso alto realizados mediante circuitos RC y RL.

Sesión 5. Se completan las sesiones de prácticas con el estudio de la respuesta en frecuencia de sistemas de segundo orden, caracterizándola mediante la frecuencia propia, factor de calidad, ganancia en la banda pasante y frecuencias de corte.

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Bibliografía

Acceda a la bibliografía que el profesorado de la asignatura ha solicitado a la Biblioteca.

Bibliografía básica:

• Linear Circuit Analysis, R. A. DeCarlo, Pen-Min Lin, Prentice Hall, 1995. ISBN 0-13-473869-1
• Basic Circuit Theory, L. P. Huelsman, Prentice Hall International Editions, 1991. ISBN 0-13-063157-4
• Basic Engineering Circuit Analysis, J. D. Irwin, MacMillan Publishing Company, 1993. ISBN 0-02-359891-3
• Electric Circuits Fundamentals, S. Franco, Oxford University Press, 1995. ISBN 978-0195136135

Bibliografía complementaria:

• Active and Passive Analog Filter Design, L. P. Huelsman, McGraw Hill, 1993. ISBN 0-07-030860-8
• Design of Analog Filters, R. Schaumann, M. E. Van Valkenburg, Oxford University Press, 2010. ISBN 978-0-19-973046-9

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Lugar de impartición

Las clases teóricas y las sesiones prácticas de problemas se impartirán en el aula correspondiente del Aulario. Las sesiones prácticas de laboratorio se impartirán en el Laboratorio de Electrónica Básica y el Laboratorio de Diseño e Instrumentación.

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