Contribución al diseño de lazos de realimentación electrónica para microsistemas electromecánicos (MEMS) resonantes: ruido de fase generado en lazos osciladores por sus realimentaciones

En 1966, D. B. Leeson publicó el artículo titulado “A simple model of feedback oscillator noise spectrum” en el que, mediante una ecuación obtenida de forma heurística y basada en parámetros conocidos de los osciladores, proponía un modelo para estimar el espectro de potencia que cuantifica el Ruido de Fase de estos osciladores. Este Ruido de Fase pone de manifiesto las fluctuaciones aleatorias que se producen en la fase de la señal de salida de cualquier oscilador de frecuencia f_0. Desde entonces, los adelantos tecnológicos han permitido grandes progresos en cuanto a la medida del Ruido de Fase, llegando a encontrar una estrecha “zona plana”, alrededor de f_0, conocida con el nombre de Ensanchamiento de Línea (EL) que Leeson no llegó a observar y que su modelo empírico no recogía. Paralelamente han ido surgiendo teorías que han tratado de explicar el Ruido de Fase con mayor o menor éxito. En esta Tesis se propone una nueva teoría para explicar el espectro de potencia del Ruido de Fase de un oscilador realimentado y basado en resonador L-C (Inductancia-Capacidad). Al igual que otras teorías, la nuestra también relaciona el Ruido de Fase del oscilador con el ruido térmico del circuito que lo implementa pero, a diferencia de aquellas, nuestra teoría se basa en un Modelo Complejo de ruido eléctrico que considera tanto las Fluctuaciones de energía eléctrica asociadas a la susceptancia capacitiva del resonador como las Disipaciones de energía eléctrica asociadas a su inevitable conductancia G=1⁄R, que dan cuenta del contacto térmico entre el resonador y el entorno térmico que le rodea. En concreto, la nueva teoría que proponemos explica tanto la parte del espectro del Ruido de Fase centrada alrededor de la frecuencia portadora f_0 que hemos llamado EL y su posterior caída proporcional a 〖∆f〗^(-2) al alejarnos de f_0, como la zona plana o pedestal que aparece en el espectro de Ruido de Fase lejos de esa f_0. Además, al saber cuantificar el EL y su origen, podemos explicar con facilidad la aparición de zonas del espectro de Ruido de Fase con caída 〖∆f〗^(-3) cercanas a la portadora y que provienen del denominado “exceso de ruido 1⁄f” de dispositivos de Estado Sólido y del ruido “flicker” de espectro 1⁄f^β (0,8≤β≤1,2) que aparece en dispositivos de vacío como las válvulas termoiónicas. Habiendo mostrado que una parte del Ruido de Fase de osciladores L-C realimentados que hemos denominado Ruido de Fase Térmico, se debe al ruido eléctrico de origen térmico de la electrónica que forma ese oscilador, proponemos en esta Tesis una nueva fuente de Ruido de Fase que hemos llamado Ruido de Fase Técnico, que se añadirá al Térmico y que aparecerá cuando el desfase del lazo a la frecuencia de resonancia f_0 del resonador no sea 0° o múltiplo entero de 360° (Condición Barkhausen de Fase, CBF). En estos casos, la modulación aleatoria de ganancia de lazo que realiza el Control Automático de Amplitud en su lucha contra ruidos que traten de variar la amplitud de la señal oscilante del lazo, producirá a su vez una modulación aleatoria de la frecuencia de tal señal que se observará como más Ruido de Fase añadido al Térmico. Para dar una prueba empírica sobre la existencia de esta nueva fuente de Ruido de Fase, se diseñó y construyó un oscilador en torno a un resonador mecánico “grande” para tener un Ruido de Fase Térmico despreciable a efectos prácticos. En este oscilador se midió su Ruido de Fase Técnico tanto en función del valor del desfase añadido al lazo de realimentación para apartarlo de su CBF, como en función de la perturbación de amplitud inyectada para mostrar sin ambigüedad la aparición de este Ruido de Fase Técnico cuando el lazo tiene este fallo técnico: que no cumple la Condición Barkhausen de Fase a la frecuencia de resonancia f_0 del resonador, por lo que oscila a otra frecuencia. ABSTRACT In 1966, D. B. Leeson published the article titled “A simple model of feedback oscillator noise spectrum” in which, by means of an equation obtained heuristically and based on known parameters of the oscillators, a model was proposed to estimate the power spectrum that quantifies the Phase Noise of these oscillators. This Phase Noise reveals the random fluctuations that are produced in the phase of the output signal from any oscillator of frequencyf_0. Since then, technological advances have allowed significant progress regarding the measurement of Phase Noise. This way, the narrow flat region that has been found around f_(0 ), is known as Line Widening (LW). This region that Leeson could not detect at that time does not appear in his empirical model. After Leeson’s work, different theories have appeared trying to explain the Phase Noise of oscillators. This Thesis proposes a new theory that explains the Phase Noise power spectrum of a feedback oscillator around a resonator L-C (Inductance-Capacity). Like other theories, ours also relates the oscillator Phase Noise to the thermal noise of the feedback circuitry, but departing from them, our theory uses a new, Complex Model for electrical noise that considers both Fluctuations of electrical energy associated with the capacitive susceptance of the resonator and Dissipations of electrical energy associated with its unavoidable conductance G=1/R, which accounts for the thermal contact between the resonator and its surrounding environment (thermal bath). More specifically, the new theory we propose explains both the Phase Noise region of the spectrum centered at the carrier frequency f_0 that we have called LW and shows a region falling as 〖∆f〗^(-2) as we depart from f_0, and the flat zone or pedestal that appears in the Phase Noise spectrum far from f_0. Being able to quantify the LW and its origin, we can easily explain the appearance of Phase Noise spectrum zones with 〖∆f〗^(-3) slope near the carrier that come from the so called “1/f excess noise” in Solid-State devices and “flicker noise” with 1⁄f^β (0,8≤β≤1,2) spectrum that appears in vacuum devices such as thermoionic valves. Having shown that the part of the Phase Noise of L-C oscillators that we have called Thermal Phase Noise is due to the electrical noise of the electronics used in the oscillator, this Thesis can propose a new source of Phase Noise that we have called Technical Phase Noise, which will appear when the loop phase shift to the resonance frequency f_0 is not 0° or an integer multiple of 360° (Barkhausen Phase Condition, BPC). This Phase Noise that will add to the Thermal one, comes from the random modulation of the loop gain carried out by the Amplitude Automatic Control fighting against noises trying to change the amplitude of the oscillating signal in the loop. In this case, the BPC failure gives rise to a random modulation of the frequency of the output signal that will be observed as more Phase Noise added to the Thermal one. To give an empirical proof on the existence of this new source of Phase Noise, an oscillator was designed and constructed around a “big” mechanical resonator whose Thermal Phase Noise is negligible for practical effects. The Technical Phase Noise of this oscillator has been measured with regard to the phase lag added to the feedback loop to separate it from its BPC, and with regard to the amplitude disturbance injected to show without ambiguity the appearance of this Technical Phase Noise that appears when the loop has this technical failure: that it does not fulfill the Barkhausen Phase Condition at f_0, the resonance frequency of the resonator and therefore it is oscillating at a frequency other than f_0.

Plataformas experimentales para la formación en el área de la electrónica en entornos de e-learning

El campo de estudio relacionado con los laboratorios remotos en el ámbito educativo de las ciencias y la ingeniería está sufriendo una notable expansión ante la necesidad de adaptar los procesos de aprendizaje en dichas áreas a las características y posibilidades de la formación online. Muchos de los recursos educativos basados en esta tecnología, existentes en la actualidad, presentan ciertas limitaciones que impiden alcanzar las competencias que se deben adquirir en los laboratorios de ingeniería. Estas limitaciones están relacionadas con diferentes aspectos de carácter técnico y formativo. A nivel técnico las limitaciones principales se centran en el grado de versatilidad que son capaces de proporcionar comparado con el que se dispone en un laboratorio tradicional y en el modo de interacción del usuario, que provoca que el estudiante no distinga claramente si está realizando acciones sobre sistemas reales o simulaciones. A nivel formativo las limitaciones detectadas son relevantes para poder alcanzar un aprendizaje significativo. En concreto están relacionadas principalmente con un escaso sentimiento de inmersión, una reducida sensación de realismo respecto a las operaciones que se realizan o la limitada posibilidad de realizar actividades de forma colaborativa. La aparición de nuevas tecnologías basadas en entornos inmersivos, unida a los avances producidos relacionados con el aumento de la capacidad gráfica de los ordenadores y del ancho de banda de acceso a Internet, han hecho factible que las limitaciones comentadas anteriormente puedan ser superadas gracias al desarrollo de nuevos recursos de aprendizaje surgidos de la fusión de laboratorios remotos y mundos virtuales 3D. Esta tesis doctoral aborda un trabajo de investigación centrado en proponer un modelo de plataformas experimentales, basado en la fusión de las dos tecnologías mencionadas, que permita generar recursos educativos online que faciliten la adquisición de competencias prácticas similares a las que se consiguen en un laboratorio tradicional vinculado a la enseñanza de la electrónica. El campo de aplicación en el que se ha focalizado el trabajo realizado se ha centrado en el área de la electrónica aunque los resultados de la investigación realizada se podrían adaptar fácilmente a otras disciplinas de la ingeniería. Fruto del trabajo realizado en esta tesis es el desarrollo de la plataforma eLab3D, basada en el modelo de plataformas experimentales propuesto, y la realización de dos estudios empíricos llevados a cabo con estudiantes de grado en ingeniería, muy demandados por la comunidad investigadora. Por un lado, la plataforma eLab3D, que permite llevar a cabo de forma remota actividades prácticas relacionadas con el diseño, montaje y prueba de circuitos electrónicos analógicos, aporta como novedad un dispositivo hardware basado en un sistema de conmutación distribuido. Dicho sistema proporciona un nivel de versatilidad muy elevado, a nivel de configuración de circuitos y selección de puntos de medida, que hace posible la realización de acciones similares a las que se llevan a cabo en los laboratorios presenciales. Por otra parte, los estudios empíricos realizados, que comparaban la eficacia educativa de una metodología de aprendizaje online, basada en el uso de la plataforma eLab3D, con la conseguida siguiendo una metodología clásica en los laboratorios tradicionales, mostraron que no se detectaron diferencias significativas en el grado de adquisición de los resultados de aprendizaje entre los estudiantes que utilizaron la plataforma eLab3D y los que asistieron a los laboratorios presenciales. Por último, hay que destacar dos aspectos relevantes relacionados directamente con esta tesis. En primer lugar, los resultados obtenidos en las experiencias educativas llevadas a cabo junto a valoraciones obtenidas por el profesorado que ha colaborado en las mismas han sido decisivos para que la plataforma eLab3D se haya integrado como recurso complementario de aprendizaje en titulaciones de grado de ingeniería de la Universidad Politécnica de Madrid. En segundo lugar, el modelo de plataformas experimentales que se ha propuesto en esta tesis, analizado por investigadores vinculados a proyectos en el ámbito de la fusión nuclear, ha sido tomado como referencia para generar nuevas herramientas de formación en dicho campo. ABSTRACT The field of study of remote laboratories in sciences and engineering educational disciplines is undergoing a remarkable expansion given the need to adapt the learning processes in the aforementioned areas to the characteristics and possibilities of online education. Several of the current educational resources based on this technology have certain limitations that prevent from reaching the required competencies in engineering laboratories. These limitations are related to different aspects of technical and educational nature. At the technical level, they are centered on the degree of versatility they are able to provide compared to a traditional laboratory and in the way the user interacts with them, which causes the student to not clearly distinguish if actions are being performed over real systems or over simulations. At the educational level, the detected limitations are relevant in order to reach a meaningful learning. In particular, they are mainly related to a scarce immersion feeling, a reduced realism sense regarding the operations performed or the limited possibility to carry out activities in a collaborative way. The appearance of new technologies based on immersive environments, together with the advances in graphical computer capabilities and Internet bandwidth access, have made the previous limitations feasible to be overcome thanks to the development of new learning resources that arise from merging remote laboratories and 3D virtual worlds. This PhD thesis tackles a research work focused on the proposal of an experimental platform model, based on the fusion of both mentioned technologies, which allows for generating online educational resources that facilitate the acquisition of practical competencies similar to those obtained in a traditional electronics laboratory. The application field, in which this work is focused, is electronics, although the research results could be easily adapted to other engineering disciplines. A result of this work is the development of eLab3D platform, based on the experimental platform model proposed, and the realization of two empirical studies with undergraduate students, highly demanded by research community. On one side, eLab3D platform, which allows to accomplish remote practical activities related to the design, assembling and test of analog electronic circuits, provides, as an original contribution, a hardware device based on a distributed switching system. This system offers a high level of versatility, both at the circuit configuration level and at the selection of measurement points, which allows for doing similar actions to those conducted in hands-on laboratories. On the other side, the empirical studies carried out, which compare the educational efficiency of an online learning methodology based on the use of eLab3D platform with that obtained following a classical methodology in traditional laboratories, shows that no significant differences in the acquired degree of learning outcomes among the students that used eLab3D platform and those that attended hands-on laboratories were detected. Finally, it is important to highlight two relevant aspects directly related with this thesis work. First of all, the results obtained in the educational experiences conducted, along with the assessment from the faculty that has collaborated in them, have been decisive to integrate eLab3D platform as a supplementary learning resource in engineering degrees at Universidad Politecnica de Madrid. Secondly, the experimental platform model originally proposed in this thesis, which has been analysed by nuclear fusion researchers, has been taken as a reference to generate new educational tools in that field.

Laboratorio remoto eLab3D: un mundo virtual inmersivo para el aprendizaje de la electrónica

En este artículo se presenta un recurso educativo novedoso, basado en un laboratorio remoto, que permite a los estudiantes, a través de Internet, la realización de experimentos reales en el área de la electrónica. Se ha creado un mundo virtual 3D donde los usuarios, a través de sus avatares, pueden interaccionar con réplicas virtuales de instrumentos, placas de circuitos, componentes o cables y con compañeros y profesores, de forma similar a como lo harían en un laboratorio presencial. Este recurso ofrece múltiples posibilidades que pueden ser muy útiles en los diferentes niveles educativos. Se han llevado a cabo algunas experiencias educativas de utilización de la plataforma con el fin de valorar sus posibilidades docentes y los resultados obtenidos han sido muy positivos. ABSTRACT. This paper presents an innovative educational resource, based on a remote laboratory, which allows users to conduct real experiments through Internet in the area of electronics. A 3D virtual world has been created in which users, by means of their avatars, can interact with virtual replicas of instruments, circuit boards, components or cables and with peers and teachers, as they would in a traditional laboratory. This resource offers multiple possibilities that can be very useful in the different education levels. Some educative experiences have been carried out using the platform to evaluate its educational possibilities and the obtained results have been very positive.

Comportamiento electroquímico y en pila de combustible de cátodos fabricados mediante evaporacion electrónica de Pt frente a electrodos comerciales

(SPA) Con el objetivo de disminuir el coste de los electrodos utilizados en las pilas de combustible de membrana polimérica se ha llevado a cabo un estudio de la influencia sobre la respuesta electroquímica y en ensayos en monocelda de pila de combustible de alcohol directo, de la deposición por evaporación electrónica de platino sobre tela de carbón. Se han estudiado en las mismas condiciones dos electrodos comerciales con distinta carga de catalizador y dos electrodos preparados por evaporación electrónica de platino. Se encuentra que la evaporación electrónica de platino sobre tela de carbón ahorra carga de catalizador, aumenta la superficie electroactiva y permite alcanzar rendimientos comparables a los de los electrodos comerciales, mejorando mucho la potencia obtenida por unidad de masa de material catalítico. (ENG) In order to diminish the cost of the electrodes used in polymer membrane fuel cells a study of the influence on the electrochemical response and essays in a single direct methanol fuel cell of the deposition by electronic evaporation of Platinum on carbon cloth has been carried out. Two commercial electrodes with different catalyst loading and two electrodes prepared by electronic evaporation of Platinum have been studied in the same conditions. It can be concluded that electronic evaporation of Platinum on carbon cloth saves catalyst load, increases the electroactive surface area and reaches fuel cell performances comparable with those obtained using commercial electrodes, improving clearly the power obtained per unit mass of catalytic material.

Fotografía y conocimiento. La imagen científica en la era electrónica (Desde los inicios hasta 1975)

El universo de la imagen técnica de nuestros días es de una riqueza desbordante. Existen tecnologías que hacen uso de toda clase de radiaciones, o de los múltiples efectos producidos por la luz y los fenómenos eléctricos para la producción de imágenes. O que saben aprovechar el refinamiento y precisión de los dispositivos electrónicos para captar y reproducir en forma de imágenes los fenómenos del mundo natural que pasan desapercibidos a nuestros sentidos, ya sea por su tamaño reducido, su lejanía o velocidad. Conocer el origen, la tipología, las bases cientifico-técnicas de estas herramientas, o los avances que la ciencia debe a su intervención, es la tarea de la presente obra, que completa una primera entrega: Fotografía y conocimiento: la fotografía y la ciencia. Desde los orígenes a 1927 (Editorial Complutense). En esta ocasión la atención se centra en el estudio del papel desempeñado por la imagen tecnológica en la adquisición de conocimiento en su etapa electrónica (desde los inicios a 1975). Indagar en la relación que se establece entre imagen y conocimiento pueder ser de gran ayuda a científicos, artistas y humanistas para entender el mundo iconográfico que nos rodea.

Comparación de dos métodos de escritura de historia clínica electrónica

La historia clínica electrónica se ha convertido actualmente en el elemento fundamental de los sistemas de documentación clínica. Con el paso de los años se han producido grandes avances en las tecnologías de los sistemas de información electrónica que han mejorado la capacidad de almacenamiento, de procesamiento y de representación de la información clínica. Sin embargo, uno de los principales problemas de registro electrónico sigue siendo mejorar la eficiencia de estos sistemas a la hora de introducir los datos de salud de los pacientes. Este trabajo pretende comparar la eficiencia de estos sistemas en la gestión diaria de una consulta monográfica de Suelo Pélvico en un Servicio de Medicina Física y Rehabilitación...

Coordinación de las competencias de Electrónica en el Grado y Máster en Ingeniería de Telecomunicación

La implantación de los cursos tanto de grado como de máster requiere de una continua evaluación y revisión desde el punto de vista de sus contenidos específicos, planificación, evaluación, etc. con el fin de mejorar año a año el proceso de enseñanza-aprendizaje asociado a cada asignatura de forma individual, además de con el fin de mejorar la coordinación entre las diferentes asignaturas. En ese sentido, en el presente trabajo se analiza la materia de electrónica y todas las asignaturas que la integran en el Grado de Ingeniería en Sonido e Imagen en Telecomunicación, y en el Máster en Ingeniería de Telecomunicación, dado que en este caso podemos considerar los estudios de este máster como una continuación natural de los estudios previos del grado correspondiente. En concreto, los objetivos principales del presente trabajo son el seguimiento, coordinación, evaluación y mejora en la distribución de competencias de las asignaturas obligatorias de los cursos primero y segundo del Grado en Ingeniería en Sonido e Imagen en Telecomunicación y las asignaturas obligatorias del Máster en Ingeniería de Telecomunicación.

Utilización de YouTube como elemento motivador en las clases de teoría de la asignatura de Electrónica Analógica

El desarrollo de ciertos contenidos durante las clases de teoría puede resultar algo arduo para los alumnos, dependiendo del tema en concreto que se esté tratando. Esto puede provocar que durante el desarrollo de la clase, ciertos alumnos vayan perdiendo la motivación y se desconecten de la misma. Sin embargo, estos contenidos teóricos son totalmente necesarios para el posterior desarrollo de las clases de problemas y clases prácticas, por lo que no pueden evitarse. Sin embargo, lo que sí que se puede intentar es que dichas clases sean lo más amenas posible y sobre todo, que sean capaces de despertar el interés por la materia. En este sentido, la inserción de vídeos de YouTube en la propia clase puede ayudar a mantener la atención de los alumnos y a motivarles mediante la exposición visual de experiencias que demuestren la importancia de lo que se está explicando. Por todo ello, en una primera parte del trabajo, se ha buscado una selección de vídeos que puedan ser de utilidad para la asignatura bajo estudio, la cual se trata de la asignatura de Electrónica Analógica, que se imparte en segundo curso del Grado en Ingeniería en Sonido e Imagen en Telecomunicación.

Assiento y capitvlacion, qve los señores presidente, y del Consejo Real de las Indias tomaron con el prior, y consules, y comercio de Seuilla, sobre la cobranca, y administració del derecho de la aueria, y despacho de las armadas, y flotas de las Indias, por tiempo de tres años, que comiencan a correr desde principio deste de mil y seiscientos y quarenta años.

Mode of access: Internet.

Metamorfosis en la energía mítica:de la libido freudiana a la libido electrónica y digital

La historia de la mitología puede ser narrada como la crónica de las sucesivas metamorfosis de las fuentes de energía mítica y sus desplazamientos metafóricos de sentido. La modernidad se distingue por haber descubierto un manantial inédito de energía mítica, la libido freudiana. Desde su despertar surrealista, donde se creía inagotable, hasta su empleo por parte de los dispositivos pulsionales de Internet, el imaginario de la libido freudiana está sufriendo una mutación como libido digital: una crisis energética que supone una lectura renovada del imaginario edípico (crisis de la diacronía) y un estudio de sus más recientes rituales electrónicos (crisis de la sincronía) en la era de Internet.

Linguas en contacto na escrita electrónica galega

La escritura electrónica es en la actualidad una modalidad gráfica de gran éxito que en los últimos años comenzó a ser albo de diversas investigaciones lingüísticas. Sin embargo, un análisis exclusivamente gramatical, desvinculado del medio social en el que se utiliza, parece insuficiente para entender un fenómeno de tal complejidad. Consecuentemente, analizamos sus características en base a los condicionamientos sociolingüísticos presentes en el caso gallego. Así, examinamos las implicaciones de la situación de contacto y conflicto lingüístico entre el gallego y el español, señalamos las motivaciones de la alternancia de código y de las interferencias lingüísticas –que no siempre coinciden con las que operan en la lengua común- y observamos que estas prácticas son consecuencia de la confluencia de factores sociolingüísticos con otros de naturaleza pragmática.

Pertinencia de los lineamientos curriculares en los textos escolares del área de electricidad y electrónica de los colegios oficiales, modalidad técnica, en Bogotá, para el ciclo quinto de formación media

Tesis (Maestría en Docencia). -- Universidad de la Salle. Facultad de Ciencias de la Educación. Maestría en Docencia, 2015

Adopción de tecnologías en banca electrónica

El estudio presenta el análisis de varios modelos teóricos con el fin de identificar las variables que explican el uso de banca electrónica por parte de los consumidores, basándose en la convergencia de tres enfoques: (i) modelos de medición de la calidad en servicios desde la perspectiva de los consumidores; (ii) modelos de aceptación de tecnologías basadas en teorías de las ciencias del comportamiento y (iii) modelos de calidad de plataformas tecnológicas desde un enfoque de calidad de las páginas web. Los resultados preliminares del estudio, aplicado en esta primera fase como prueba piloto, permiten identificar con altos índices de confiabilidad y validez los factores que explican el uso de la banca por Internet de las personas de nivel socioeconómico A/B en Lima.