Electrónica 1

Código:

EEC0014

Sigla:

ELEC1

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Electrónica e Sistemas Digitais

Ocorrência: 2006/2007 - 1S

Ativa?	Sim
Página Web:	http://paginas.fe.up.pt/~fff/Homepage/Ensino/Electronica_1.html
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
LEEC	4	Plano de estudos de transição para 2006/07	2	6	6	63	160
			3
MIEEC	542	Plano de estudos oficial a partir de 2006/07	2	-	6	63	160
		Plano para alunos que em 2006 estiveram no 4º ano	3	-	6	63	160

Língua de trabalho

Português

Objetivos

Os principais objectivos da disciplina são dotar os alunos de conhecimentos sólidos 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.
· Funcionamento do MOSFET como interruptor e do inversor CMOS
· Topologias básicas de amplificadores realimentados e suas propriedades
Os tópicos de base versados na disciplina são os seguintes:
Sinais
Amplificação e Modelos de amplificadores
Circuitos RC
Amplificadores operacionais
O díodo de junção
Transístores de efeito de campo (FETs) e circuitos básicos com FETs
Transístores bipolares (BJTs) e circuitos básicos com BJTs
Configurações multiandar
Realimentação
Simultaneamente, nas aulas laboratoriais visa-se que os alunos, para além de aprenderem aspectos mais práticos de circuitos, desenvolvam capacidades de medida e análise, utilizando os instrumentos e procedimentos adequados.

Programa

Capítulo 1 – INICIAÇÃO AO ESTUDO DOS AMPLIFICADORES
1. Sinais
1.1 Natureza dos sinais eléctricos
1.2. Espectro de frequência
1.3. Sinais analógicos e digitais
1.4. Fontes de sinal e sua representação
1.5. Teoremas básicos dos circuitos
2. Amplificação
2.1. Ganho de tensão
2.2. Pequenos sinais e linearidade
2.3. Características não lineares e polarização
3. Separação entre componente contínua e sinal
3.1. Conceito
3.2. Convenções
3.3. Princípio da sobreposição
4. Modelos de amplificadores
4.1. Amplificador de tensão
4.2. Cadeia amplificadora
4.3. Outros tipos de amplificadores
4.4. Relações entre os 4 tipos de amplificadores
5. Resposta em frequência dos amplificadores
5.1. Medida da resposta em frequência
5.2. Largura de banda
5.3. Cálculo da resposta em frequência
5.4. Circuitos de constante de tempo simples
5.5. Classificação dos amplificadores com base na resposta em frequência
6. Amplificadores operacionais
6.1. O AmpOp ideal
6.2. A configuração inversora
6.3. A configuração não inversora
Capítulo 2 – DÍODOS DE JUNÇÃO
1. O díodo ideal
1.1. Característica v/i
1.2. Aplicações simples
2. Características terminais
2.1. A região de polarização directa
2.2. A região de polarização inversa
2.3. A região de rotura
3. Modelos do funcionamento com polarização directa
3.1. O modelo exponencial
3.2. Modelos aproximados
4. Funcionamento na região de rotura. O díodo de Zener
4.1. Especificação e modelo do díodo de Zener
4.2. Regulador paralelo com díodo de Zener
5. Circuitos rectificadores
5.1. O rectificador de meia onda
5.2. O rectificador de onda completa
5.3. O rectificador em ponte
5.4. O rectificador de pico
6. Circuitos limitadores e de fixação
7. Funcionamento físico dos díodos
7.1. Noções básicas sobre semicondutores
7.2. A junção p-n
8. Díodos especiais
Capítulo 3 – ESTRUTURA E FUNCIONAMENTO FÍSICO DOS TRANSÍSTORES
1. O MOSFET de enriquecimento
1.1. Estrutura do MOSFET de enriquecimento de canal n
1.2. Funcionamento físico
1.3. O MOSFET de canal p
2. Características tensão-corrente do MOSFET
2.1. Símbolos de circuito
2.2. Características de saída
3. O MOSFET de depleção
4. O JFET
5. O transístor bipolar de junção (BJT)
5.1. Estrutura do BJT npn
5.2. Funcionamento no modo activo
5.3. O BJT pnp
6. Características tensão-corrente do BJT
Capítulo 4 – ANDARES AMPLIFICADORES BÁSICOS COM TRANSÍSTORES
1. Circuitos com MOSFET em corrente contínua (DC)
2. O MOSFET como amplificador
3. Polarização de circuitos com MOSFET
4. Funcionamento com pequenos sinais e modelos
4.1. O ponto de funcionamento estático
4.2. O ganho de tensão
4.3. Separação entre análise DC e análise para sinais
4.4. Modelos equivalentes para pequenos sinais
4.5. A transcondutância do transístor
5. Andares amplificadores básicos com MOSFET
5.1. O amplificador de fonte comum (FC)
5.2. O amplificador de fonte comum com resistência de fonte
5.3. O amplificador de porta comum (PC)
5.4. O amplificador de dreno comum (DC) ou seguidor de fonte
6. Circuitos com BJT em corrente contínua
6.1. A configuração clássica de polarização em circuitos discretos
6.2. Outras configurações
6.3. O modelo em p-híbrido
7. Andares amplificadores básicos com BJT
7.1. O amplificador de emissor comum (EC)
7.2. O amplificador de emissor comum com resistência de emissor
7.3. O amplificador de base comum (BC)
7.4. O amplificador de colector comum (CC) ou seguidor de emissor
Capítulo 5 – INTRODUÇÃO À RESPOSTA EM FREQUÊNCIA DOS AMPLIFICADORES
1. As capacidades internas do MOSFET e o modelo para altas frequências
2. Resposta em frequência de um andar de FC
2.1. As três bandas de frequência
2.2. A resposta às altas frequências
2.3. A resposta às baixas frequências
3. O inversor digital CMOS
3.1. Funcionamento do circuito
3.2. A característica de transferência de tensão
4. As capacidades internas do BJT e o modelo para altas frequências
5. Respost

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. It is a multimedia text (http://www.fe.up.pt/~fff/eBook/MDA/MDA.html), which although being intended to support the course of Electronics II, has many useful information for this course.This work is complemented by two texts, prepared to be printed, available from the subject page. A set of specific supporting publications expanding some parts of the contents, as well a problems collection and the lab work guidelines are available.

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.

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída com exame final

Componentes de Avaliação

Descrição	Tipo	Tempo (Horas)	Peso (%)	Data Conclusão
Aulas da disciplina (estimativa)	Participação presencial
1º miniteste	Exame	1,50		2006-10-18
2º miniteste	Exame	1,50		2006-11-22
Trabalho autónomo de laboratório	Trabalho escrito	20,00		2006-12-15
	Total:	-	0,00

Componentes de Ocupação

Descrição	Tipo	Tempo (Horas)	Data Conclusão
Trabalho individual	Estudo autónomo	91	2006-12-15
	Total:	91,00

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).