Electrónica 1

Código:

EEC0014

Sigla:

ELEC1

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Electrónica e Sistemas Digitais

Ocorrência: 2008/2009 - 2S

Ativa?	Sim
Página Web:	http://moodle.fe.up.pt/0809/course/view.php?id=625&edit=on&sesskey=qfO6JZntQ2
Unidade Responsável:	Electrónica e Sistemas Digitais
Curso/CE Responsável:	Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
MIEEC	367	Plano de estudos oficial a partir de 2006/07	2	-	6	63	160
		Plano de estudos oficial a partir de 2007/08	2	-	6	63	160
		Plano para alunos que em 2006 estiveram no 3º ano	2	-	6	63	160
		Plano para alunos que em 2006 estiveram no 5º ano	2	-	6	63	160
		Plano para alunos que em 2006 estiveram no 4º ano	2	-	6	63	160

Língua de trabalho

Português

Objetivos

Os principais objectivos da disciplina são dotar os alunos de conhecimentos sólidos (CDIO 1.1 a 1.3) relativos a:
• Aplicação das leis e princípios fundamentais da teoria dos circuitos (Kirchhoff, sobreposição, Thévenin, Norton, absorção) e domínio claro das noções de fonte independente, resistência equivalente e fonte controlada.
• Funcionamento de circuitos simples RC, circuitos passa baixo e passa alto, cálculo de constantes de tempo, e resposta a ondas sinusoidais e a ondas quadradas.
• Utilização de modelos de amplificadores lineares e associados cálculos de ganho de tensão e corrente, resistência de entrada e de saída.
• Princípios de funcionamento da junção p-n e dos díodos de junção e de transístores bipolares e de efeito de campo.
• Circuitos rectificadores simples.
• Polarização de dispositivos electrónicos e funcionamento para pequenos sinais; aproximação linear e modelos equivalentes para pequenos sinais.
• Compreensão da separação do funcionamento AC e DC dos circuitos. Decomposição dos circuitos em modelo para polarização e modelo para sinal.
• Configurações Fonte (ou Emissor) Comum, Dreno (Colector) Comum e Porta (Base) Comum.
• Circuitos de amplificadores com mais do que um transístor.
• Realimentação (Só para Automação e Energia)

E, também, desenvolver aptidões pessoais e profissionais nomeadamente no tocante ao raciocínio em engenharia e resolução de problemas (CDIO 2.1, nas vertentes 2.1.1 a 2.1.4) e ser capaz de levar a cabo experimentação (CDIO 2.2) e desenvolver pensamento sistémico (CDIO 2.3)

Programa

Capítulo I – INICIAÇÃO AO ESTUDO DOS AMPLIFICADORES
1. Introdução à Electrónica
1.1 Sinais e espectro de frequência de sinais
1.2 Sinais analógicos e digitais
1.3 Amplificadores
Amplificação de sinais e simbologia
Ganhos em tensão, corrente e potência
Ganho em dB
Fontes de alimentação e saturação em amplificadores
Características não lineares e polarização; simbologia
1.4 Modelos de circuitos para amplificadores
Amplificadores de tensão e amplificadores em cascata
Tipos de amplificadores e relação entre os modelos
1.5 Resposta de amplificadores, na frequência
Medição da resposta na frequência e largura de banda
Cálculo da resposta em frequência de amplificadores
Circuitos de constante de tempo única
2. Amplificadores operacionais
2.1 O OpAmp ideal
Modelo, funcionamento e características ideais
Sinais em modo comum e diferenciais
2.2 Configuração inversora
Ganho em malha fechada e efeito de ganho finito
Resistências de entrada e saída
Aplicações: somador
2.3 Configuração não-inversora
Ganho em malha fechada e efeito de ganho finito
Resistências de entrada e saída
O seguidor de tensão
2.4 Efeito do ganho finito e largura de banda, no comportam. em malha aberta e fechada
2.5 Operação com grandes sinais
Limites de tensão e corrente
Largura de banda à potência máxima
2.6 Imperfeições DC: Tensões e correntes de offset e correntes de polarização

Capítulo II – DÍODOS E CIRCUITOS COM DÍODOS
3. Díodos
3.1 Díodo ideal
Característica tensão corrente
Utilização como rectificador e porta lógica
3.2 Díodo: válvula e de junção
3.3 Características aos terminais, do díodo de junção
Polarização directa e inversa; Breakdown
3.4 Modelação das características de condução do diodo
Modelo exponencial e análise gráfica
Modelo em partes lineares e modelo com tensão constante
Modelo ideal e funcionamento para sinais
3.5 Operação com polarização inversa
Operação em breakdown: o díodo Zener
Modelos e utilizações do díodo Zener e efeitos da temperatura
3.6 Circuitos rectificadores
Rectificador de meia onda e onda completa; rectificador em ponte
Rectificação filtrada
3.7 Circuitos limitadores e de “clamping”
Duplicador de tensão
4. Operação física dos díodos
4.1 Conceitos básicos de semicondutores
4.2 A junção pn
Junção em circuito aberto e sob polarização inversa
Breakdown
Junção sob polarização directa
4.3 Díodos especiais
Schottky, varactors, fotodíodos e LEDs

Capítulo III – ESTRUTURA E FUNCIONAMENTO FÍSICO DOS TRANSÍSTORES
5. Transístores de efeito de campo (FETs e MOSFETs)
5.1 O J-FET: estrutura e operação
5.2 MOSFET: estrutura e operação
Criação do canal e condução
Aplicação de tensão Dreno-Porta
Derivação da relação ID /VDS
MOSFET canal n e p; MOS complementares (CMOS)
Funcionamento em “subthreshold”
5.3 Características corrente tensão
Símbolos e característica ID /VDS
Ro e efeito de corpo
Efeitos da temperatura e protecção de breakdown
5.4 Funcionamento em CC
5.5 MOSFET como amplificador
Operação para grandes sinais e análise gráfica
Operação como comutador e amplificador
Expressão analítica das características de transferência
5.6 Polarização de circuitos MOS
VGS fixo ou RS
Corrente de fonte constante
5.7 Funcionamento com pequenos sinais
Ponto de polarização e corrente de dreno de sinal
Separação do funcionamento DC e para sinal
Modelo equivalente para sinal
gm e modelo em T; modelação do efeito de corpo
5.8 MOSFET de depleção
6. Transístores Bipolares
6.1 Estrutura e operação
Modos de operação
BJT npn no modo activo
Estrutura real e modelo Ebers-Moll: operação em saturação
BJT pnp
6.2 Características corrente tensão
Símbolos, característica e sua representação gráfica
Efeito Early e ro
Características em emissor comum
Breakdown
6.3 BJT como amplificador
Operação para grandes sina

Bibliografia Obrigatória

Sedra, Adel S.; Microelectronic circuits. ISBN: 0-19-511690-9 (Prefere-se a 5ª edição. Na Biblioteca só existe a 4ª edição.)

Bibliografia Complementar

Franclim Ferreira, Guedes de Oliveira e Vítor Tavares; Amplificadores Diferenciais e Multiandar

Observações Bibliográficas

É um texto multimédia (http://www.fe.up.pt/~fff/eBook/ADM/ADM.html) que, embora vocacionado para apoiar a disciplina de Electrónica II, tem muita informação útil para esta disciplina. Este trabalho é complementado por dois textos, preparados para serem impressos, disponíveis a partir da página da disciplina. Há ainda um conjunto de publicações específicas, de apoio, expandindo algumas partes da matéria, bem como contendo problemas e guiões das aulas laboratoriais.

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

Aulas Teóricas de exposição dos assuntos a tratar com (muitos) exemplos práticos ilustrativos, intercaladas com aulas de demonstração de técnicas de análise e síntese de circuitos e resolução de problemas. Nas aulas teóricas visa-se mais a ilustração e aprofundamento de conhecimentos do que a exposição exaustiva de toda a matéria. Os conhecimentos relevantes para a disciplina correspondem ao que está descrito no “Microelectronic Circuits”.
Nas aulas de Prática Laboratorial serão levados a cabo 4 trabalhos com os componentes básicos e a sua aplicação em circuitos, sua montagem e teste. Os guiões serão disponibilizados previamente, na página da disciplina. Cada trabalho terá sempre 4 componentes:
1. Uma parte expositiva associada à matéria do trabalho;
2. Uma parte de iniciação acompanhada ao trabalho laboratorial
3. Uma parte de trabalho autónomo, em tempo e espaço previsto nos horários, durante o qual os alunos completarão o trabalho que lhes está destinado e respondem às questões colocadas no guião.
4. Uma última parte destinada a avaliação do trabalho desenvolvido e conhecimentos adquiridos.

Finalmente, embora a disciplina seja uma só, o facto de se destinar simultaneamente a Telecomunicações, Automação e Energia, em Telecomunicações consiste na primeira disciplina de uma série enquanto nas outras a sequência é muito mais limitada. Assim sendo, nas semanas finais e de acordo com a programação afixada na página da disciplina, as aulas teóricas terão um diferente andamento, comprimindo-se, no caso da Automação e Energia, a extensão com que os assuntos são dados por forma a permitir o ensino da realimentação.
Bem assim, os exames teóricos apresentarão diferenças que reflectem esta variante no programa.
Contudo, a parte laboratorial é idêntica para todas as áreas, bem como a respectiva avaliação.

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída com exame final

Componentes de Avaliação

Descrição	Tipo	Tempo (Horas)	Peso (%)	Data Conclusão
Participação presencial (estimativa)	Participação presencial	52,00
Exame final e dois testes intermédios	Exame	6,00
Trabalho laboratorial autónomo	Trabalho laboratorial	30,00
	Total:	-	0,00

Componentes de Ocupação

Descrição	Tipo	Tempo (Horas)	Data Conclusão
Estudo durante o semestre e preparação para exame (50% cada)	Estudo autónomo	80
	Total:	80,00

Obtenção de frequência

• A frequência da parte laboratorial é obrigatória e sujeita à legislação no tocante ao número máximo de faltas admissível.
• A justificação de uma falta não a elimina da contagem para efeito de aproveitamento, devendo os alunos repetir os trabalhos respectivos numa outra aula ou em tempo extra curricular, desde que autorizado pelo docente e acompanhado pelo técnico responsável pelos laboratórios.
• O acesso ao exame final exige um mínimo de 8 valores (em 20) na componente laboratorial.

Fórmula de cálculo da classificação final

Classificação Final
Para os alunos ordinários em primeira inscrição:
componente laboratorial - 30%; cada miniteste - 10%; exame final - 50%.
Para os alunos ordinários em primeira inscrição, que tenham faltado a um miniteste com uma justificação aceite pelo docente responsável pela disciplina, a percentagem desse miniteste é adicionada ao exame final.
Para os alunos em regime especial ou os alunos ordinários que já tenham obtido frequência à disciplina e não tenham solicitado expressamente o acesso aos minitestes:
componente laboratorial (Já adquirida) - 30%; exame final - 70%.
Em qualquer caso, a nota da componente laboratorial (numa escala de 0 a 20) é limitada à classificação do exame final mais 4 valores.

Provas e trabalhos especiais

São realizados dois minitestes, o primeiro entre a 5ª e a 6ª semana e o segundo entre a 9ª e a 10ª, que contam para a classificação final com o peso de 10% cada um.
A frequência das aulas práticas de laboratório é objecto de avaliação com base na participação e desempenho nas aulas e, em particular, através dum pequeno interrogatório oral, no fim de cada trabalho. Além das aulas de laboratório previstas no horário, cada turma dispõe dum período extra de duas horas por semana, reservado nos laboratórios para a realização de trabalho autónomo, com vista à conclusão dos trabalhos estabelecidos. A componente frequência do laboratório conta para a classificação final com o peso de 30%, mas com o seu valor limitado superiormente à classificação do exame final mais 4 valores (em 20).

Avaliação especial (TE, DA, ...)

A componente laboratorial é obrigatória para todos os alunos, podendo o caso dos trabalhadores estudantes e outros alunos de regime especial ser objecto de análise específica com vista a garantir lugar numa turma em horário adequado;
Estes alunos estão dispensados de realizar os minitestes, podendo, contudo, requerer que o façam;
Os pesos das várias componentes são os indicados atrás:
componente laboratorial - 30%; cada miniteste - 10%; exame final - entre 50 e 70%, consoante façam ou não minitestes.
Em qualquer caso, a nota da componente laboratorial é limitada à classificação do exame final mais 4 valores (em 20).

Melhoria de classificação

• A componente distribuída mantém o seu valor quer para o exame normal quer para o de recurso.
• Em caso de melhoria de nota, se no mesmo ano, as regras são as mesmas que vigoram para o recurso; se noutro ano, a nota de frequência (laboratório) do ano em que fez a disciplina volta a contar com o peso de 30%, sendo os restantes 70% atribuídos ao exame.
Em qualquer caso, a nota da componente laboratorial é limitada à classificação do exame final mais 4 valores (em 20).