• Resonancia estocástica;
• Sincronización de estructuras estocásticas;
• Transiciones de fase, transporte y demás fenómenos reforzados o asistidos por ruido;
• Redes de osciladores electrónicos no lineales con forzado aleatorio.

Se considerarán sistemas de interés teórico y tecnológico en física, química, biología y electrónica, con el objeto principal de investigar, establecer y controlar posibles efectos constructivos del ruido en sistemas extendidos. Mediante cálculos teóricos, simulaciones numéricas y arreglos experimentales se espera poder expandir el conocimiento teórico y experimental existente en esta área, caracterizando las potencialidades de estos fenómenos y profundizando en el entendimiento de los mismos.

Clases teóricas:

• Introducción y revisión de conocimientos estadísticos previos.
• Definición de procesos estocásticos.
• Algunos ejemplos de procesos estocásticos.
• Procesos Markovianos, estacionarios, ergódicos. Espectro.
• La ecuación maestra.
• Resonancia estocástica en la aproximación de dos estados.
• La ecuación de Fokker-Planck y su resolución.
• Repaso de sistemas dinámicos.
• Ecuaciones diferenciales estocásticas (EDE).
• Resolución numérica de EDE.
• Potenciales de no-equilibrio.
• Integrales funcionales para procesos Markovianos.
• Sistemas excitables y resonancia coherente.
• Ciclos límite, regímenes caóticos, sincronización.
• Sistemas extendidos.
• Inestabilidades y transiciones de fase inducidas por ruido.
• Ruidos no Gaussianos. 

Clases prácticas:

a)  resolución de ejercicios:

• Cálculo de la autocorrelación de algunos procesos.
• Ecuación de Fokker-Planck.

b)  computacionales:

• Generación de números con estadística dada.
• Simulación de EDE.
• Cálculo de relación señal-ruido en aproximación de dos estados.
• Resonancia coherente y sincronización en el modelo de FitzHugh-Nagumo.
• Simulación numérica en sistemas extendidos.

c)  experimentales:

• Construcción y prueba de un generador de ruido Gaussiano.
• Resonancia estocástica (con generador y osciloscopio).
• Observación de la reacción de Belousov-Zhabotinskii.

Seminarios interdisciplinarios sobre temas de investigación actuales que sean del interés de la audiencia. Se proponen los siguientes:

• Sistemas químicos.
• Ecología.
• Sistemas biológicos.
• Sistemas socioeconómicos.

En esta página se publicarán oportunamente los vínculos a otras que contienen las notas, trabajos prácticos y material didáctico del curso.

Física Experimental III (Licenciatura en Física), Física Experimental I (Profesorado en Física).

Se suponen conocimientos básicos de electricidad.

b)        Justificación y fundamentación del curso.

Esta optativa de fuerte contenido experimental sigue el modelo de un curso de nivel básico que se dicta en el MIT desde hace algunos años, y que plantea un nuevo enfoque de la presentación y desarrollo de la electrónica analógica y digital.

• Introduce no sólo una nueva manera de abordar el tratamiento de circuitos, sino también el diseño de cursos introductorios en general.
• Satisface dos metas: combinar la teoría de circuitos y la electrónica en un tratamiento unificado, y establecer una fuerte conexión con el mundo contemporáneo de los sistemas digitales. Tradicionalmente, los elementos y circuitos analógicos y digitales se dan por separado. Al presentar ambos temas desde una perspectiva unificada se obtiene una visión más profunda de los problemas reales de la tecnología electrónica.
• Usando el concepto de “abstracción”, tiende un puente entre el mundo de la física y el de los grandes sistemas de computación. En particular, unifica las ingenierías eléctrica e informática como el arte de crear y explotar sucesivas abstracciones para abordar la compleja tarea de construir sistemas eléctricos útiles (los sistemas de computación son simplemente un tipo de sistemas eléctricos).
• Equilibra la teoría de circuitos con las aplicaciones prácticas de la electrónica digital.
• Ilustra los conceptos con dispositivos reales, con la mira en la tecnología MOS contemporánea.

Provee con economía de esfuerzo conocimientos y habilidades experimentales que pueden resultar muy útiles tanto para quienes se dediquen la investigación como para quienes se encuentren en la necesidad de diseñar experimentos económicos y confiables con finalidad educativa. Sólo se requieren conocimientos básicos de electricidad y de análisis matemático.

c)        Especificación de los docentes responsables del Curso.

Dr. Roberto Raúl Deza, Prof. Tit. d.e., FCEyN-UNMdP.

Dr. Luis Jaime Bernal, Prof. Adj. d.e., FCEyN-UNMdP.

d)        Programa Analítico (teoría y práctica) y bibliografía propuesta.

Programa tentativo:

Clases teóricas:

• La abstracción del circuito con constantes localizadas.
• Método básico de análisis de circuitos (leyes de Kirchhoff).
• Superposición, teoremas de Thévenin y de Norton.
• La abstracción digital.
• La compuerta digital por dentro.
• Análisis no lineal.
• Análisis incremental.
• Fuentes dependientes y amplificadores.
• Análisis de señal fuerte del amplificador inversor MOSFET.
• Modelo de señal débil de amplificadores.
• Circuitos equivalentes para señal débil.
• Capacitores y sistemas de primer orden.
• Velocidad de los circuitos digitales.
• Estado y memoria.
• Sistemas de segundo orden.
• Estado estacionario sinusoidal.
• El modelo de impedancia.
• Filtros.
• La abstracción del amplificador operacional.
• Circuitos de amplificador operacional.
• Retroalimentación positiva de amplificadores operacionales.
• Energía y potencia.
• MOS complementarios (CMOS).
• Circuitos conversores de potencia y diodos.
• Violación de la barrera de abstracción.

Clases prácticas:

a)       experimentales:

·      Instrumentos de laboratorio (1 clase).

·      Equivalentes de Thévenin / Norton y compuertas lógicas (1 clase).

·      Amplificadores inversores MOSFET y circuitos de primer orden (3 clases).

b)       computacionales:

·      Entrenamiento en el uso de software útil para el análisis y diseño de circuitos electrónicos (Spice, Simulink, etc).

c)       resolución de ejercicios:

·      Discusión de las tareas individuales entregadas por los alumnos.

Bibliografía (básica y complementaria)

a) básica

[1]      A. Agarwal y J. Lang, Foundations of Analog and Digital Electronic Circuits (Elsevier, Amsterdam, 2005). ISBN: 1-55860-735-8.

b) complementaria

[2]      N. Storey, Electrónica: De los Sistemas a los Componentes (Addison-Wesley Iberoamericana, Wilmington DW, 1995). ISBN: 0-201-62572-5.

[3]      P. Horowitz y W. Hill, The Art of Electronics (Cambridge Univ. Press, Cambridge UK, 1983). ISBN: 0-521-23151-5.

e)        Pequeño resumen del tema de no más de 50 palabras.

La asignatura combina la teoría de circuitos y la electrónica en un tratamiento unificado y establece una fuerte conexión con el mundo contemporáneo de los sistemas digitales. Usando el concepto de “abstracción”, tiende un puente entre el mundo de la física y el de los grandes sistemas de computación.

f)         Propuesta pedagógica.

1.    Objetivos de la asignatura.

Una vez finalizado el curso, los alumnos deberían evidenciar niveles de logro aceptables en los siguientes objetivos, formulados en función de los propósitos de formación enunciados en el punto c (Justificación y fundamentación del curso)

1)        Comprender las abstracciones básicas de la ingeniería eléctrica (entre ellas el circuito de constantes localizadas y las abstracciones digital y de amplificador operacional) en las que se basa el análisis y diseño de circuitos y sistemas eléctricos y electrónicos.

2)        Adquirir la capacidad de utilizar abstracciones con el fin de analizar y diseñar circuitos electrónicos sencillos.

3)        Adquirir la habilidad de formular y resolver las ecuaciones diferenciales que describen el comportamiento temporal de aquellos circuitos que contienen elementos de almacenamiento de energía.

4)        Comprender las bases del modelado de dispositivos complejos (como los diodos semiconductores y los transistores de efecto de campo) y de la utilización de estos modelos en el diseño y análisis de circuitos útiles.

5)        Adquirir la capacidad para diseñar y construir circuitos, medir su comportamiento y funcionamiento, compararlos con los modelos de circuitos predichos y explicar las discrepancias.

2.    Descripción de actividades de aprendizaje.

Los estudiantes:

1)        Aprenderán a desarrollar y emplear modelos de circuitos para componentes electrónicos básicos (como resistores, fuentes, inductores, capacitores, diodos y transistores).

2)        Se harán expertos en la utilización de distintos métodos de análisis de circuitos, incluyendo métodos simplificados (como las reducciones serie-paralelo, los divisores de tensión y corriente y el método de nodos).

3)        Apreciarán las consecuencias de la linealidad; en concreto, el principio de superposición y los circuitos equivalentes Thévenin-Norton.

4)        Obtendrán una comprensión intuitiva del papel del flujo de potencia y del almacenamiento de energía en los circuitos electrónicos.

5)        Desarrollarán la capacidad de analizar y diseñar circuitos sencillos que contengan elementos no lineales (como los transistores) utilizando los conceptos de líneas de carga, puntos de funcionamiento y análisis incremental.

6)        Aprenderán a utilizar los fundamentos del álgebra booleana para describir el procesamiento de señales binarias y a utilizar componentes electrónicos (como los MOSFET) como bloques de construcción en funciones binarias de implementación electrónica.

7)        Aprenderán el uso del concepto de ruido con el fin de proporcionar a los circuitos digitales inmunidad a éste.

8)        Conocerán el concepto de estado en un sistema físico digital y aprenderán a analizar circuitos lineales sencillos de primer y segundo orden que contengan elementos de memoria.

9)        Conocerán el concepto de funciones de singularidad y aprenderán a analizar circuitos sencillos que contengan fuentes escalón y de impulsos.

10)    Conocerán el concepto de estado estacionario sinusoidal y aprenderán a utilizar métodos de impedancia para analizar la respuesta de estado estacionario sinusoidal de los sistemas de primer y segundo orden.

11)    Aprenderán a calcular las curvas de respuesta de frecuencia y a interpretar las características más sobresalientes en términos de polos y ceros de la función de transferencia del sistema.

12)    Tendrán la oportunidad de comprender mejor el comportamiento de un sistema físico llevado cerca de resonancia; en concreto, la relación con la respuesta transitoria y la importancia del factor de calidad Q.

13)    Aprenderán el modelado y análisis de los amplificadores operacionales, así como a diseñar circuitos de amplificador operacional con el fin de realizar operaciones como la integración, la diferenciación y el filtrado en señales electrónicas.

14)    Conocerán los conceptos de retroalimentación positiva y negativa en los circuitos electrónicos.

15)    Aprenderán el uso de la retroalimentación negativa para estabilizar la ganancia de un amplificador basado en un amplificador operacional y la posibilidad de utilizar la retroalimentación positiva en el diseño de un oscilador.

16)    Adquirirán experiencia en la construcción y localización de problemas de circuitos electrónicos analógicos y digitales sencillos.

3.    Procesos de intervención pedagógica.

1)        Clases magistrales en las que se desarrollarán los conceptos y técnicas principales, se efectuarán demostraciones experimentales y se orientará a los alumnos para la lectura de la bibliografía.

2)        Trabajos de laboratorio. Serán de dos tipos: experimentales y computacionales. El alumno entregará un informe de cada uno en las fechas programadas.

3)        Tareas individuales que el alumno entregará en las fechas programadas y luego se discutirán en clase.

g)        Cantidad de horas de clases teórica y / o prácticas.

Teóricas: 64 – Prácticas: 32.

h)        Duración del curso (densidad horaria)

Típicamente 4 horas teóricas más 2 horas prácticas semanales.

i)          Duración del mismo (fecha establecida o tentativa)

16 semanas de clases durante el primer cuatrimestre de 2008.

j)          Condiciones para la aprobación y especificación del sistema evaluativo.

1)        Requisitos de aprobación: Verificación de participación activa en las clases magistrales y prácticas de laboratorio, presentación de guías de ejercicios resueltas e informes de laboratorio.

2)        Criterios de evaluación: Participación activa, capacidad (en relación con su formación) de llevar a cabo los programas de simulación y proyecto de investigación final.

3)        Descripción de las situaciones de pruebas a utilizar para la evaluación continua y final. Resolución de situaciones problemáticas reales (experimentales) y simuladas (teóricas y computacionales)

k)       Detalles organizativos (extractados del curso del MIT que se ha tomado como modelo)

Tareas individuales

Las guías de ejercicios se distribuirán en la primera clase de cada semana y se recogerán en la primera clase de la semana siguiente. Las soluciones se discutirán al comienzo de la clase práctica. Aunque su resolución es individual, se estimulará el intercambio de opiniones con los compañeros sobre las tareas. No obstante, la formulación final y el informe escrito de las tareas deben ser personales. Aún más importante, a pesar de que las tareas solamente implican el 5% de la calificación final, éstas son de vital importancia para el aprendizaje del material y para la correcta realización de las pruebas y del examen final. Cabe la posibilidad de que los exámenes incluyan preguntas relativas a las tareas, y se tendrá en cuenta su ejecución durante la calificación en aquellos casos en los que existan dudas entre dos calificaciones.

No se aceptarán tareas atrasadas para calificación. Sin embargo, las calificaciones totales de las tareas se basarán en las 9 mejores notas de las 11 tareas individuales. Por lo tanto, se puede faltar a dos entregas de los trabajos sin que se penalice la calificación, a excepción de la tarea 11 que es obligatoria y que consistirá en un trabajo de diseño de dos semanas de duración que servirá también como ejercicio preparatorio para la práctica 4.

Prácticas de laboratorio

El cronograma de prácticas de laboratorio se dará a conocer al inicio del curso. Los docentes están a disposición de los estudiantes para cualquier ayuda que necesiten y para las sesiones de comprobación durante las semanas en las que se realicen las prácticas. Los horarios de prácticas individuales se asignarán durante el curso. El trabajo escrito de las prácticas 1 a la 3 se entregará en la segunda clase de la semana siguiente a la de la práctica. En el caso de la última práctica no será necesario entregar ningún trabajo escrito. Nuevamente, se estimulará el intercambio de opiniones sobre las prácticas con los compañeros, así como a que se agrupen en parejas para realizar una práctica. No obstante, el informe escrito debe ser personal.

Parciales

El cronograma de parciales se dará a conocer al inicio del curso. La fecha y sitio exactos del examen final se comunicarán en su debido momento. Los estudiantes pueden llevar a cada prueba una hoja resumen. No habrá clases el día del parcial.

Examen final

Tendrá lugar durante la semana prevista en el calendario académico y durará tres horas. La hora del examen y el aula en el que se celebrará se comunicarán más adelante. Los estudiantes pueden llevar a cada prueba una hoja resumen.

Calificación

La calificación se basará en la proporción siguiente: tareas individuales (5%), parciales (25% cada uno) y examen final (45%). Factores como la diligencia en la realización de las tareas individuales, rendimiento en las prácticas y participación en clase pueden influir positiva o negativamente en la calificación final, especialmente si la calificación inicial plantea dudas entre dos notas. En el caso de no completarse las prácticas, el curso será desaprobado.

Este curso se ha diseñado de tal forma que las clases, las tareas individuales y las prácticas de laboratorio sean parte integral y esencial del proceso de aprendizaje. A pesar de que no se premia específicamente la participación, sí se penaliza claramente la falta de ella. Los estudiantes que frecuentemente falten a clases y/o prácticas, o no entreguen las tareas no podrán ser calificados.