Electrónica 1

Código:

EEC0014

Sigla:

ELEC1

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Electrónica e Sistemas Digitais

Ocorrência: 2014/2015 - 2S

Ativa?	Sim
Unidade Responsável:	Departamento de Engenharia Eletrotécnica e de Computadores
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	370	Plano de estudos oficial	2	-	6	56	162

Língua de trabalho

Português

Objetivos

Os principais objetivos 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.
- Funcionamento de circuitos RC e resposta a ondas sinusoidais e a quadradas.
- Modelos de amplificadores lineares: ganho de tensão e corrente, resistência de entrada e de saída.
- Funcionamento da junção p-n bem como de díodos e transístores (BJT e MOS).
- Circuitos retificadores.
- Polarização e funcionamento para pequenos sinais; aproximação linear e modelos equivalentes.
- Separação do funcionamento AC e DC dos circuitos.
- Configurações Fonte (Emissor) Comum, Dreno (Colector) Comum e Porta (Base) Comum.
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).

Resultados de aprendizagem e competências

Esta unidade curricular é a primeira no domínio de análise e conceção de circuitos eletrónicos de sinal e, consequentemente, o principal objetivo é dotar os estudantes com os conceitos e técnicas básicas neste domínio. Assim, o conteúdo programático inicia-se pelos métodos de análise de sistemas de primeira ordem, importantes para a compreensão e análise dinâmica de amplificadores, e o estudo do AmpOp como primeiro exemplo prático, procurando contextualizar o conteúdo da unidade e introduzir as ferramentas necessárias à análise dos circuitos eletrónicos. Em seguida, estudam-se os dispositivos electrónicos principais (díodos e transístores bipolares e de efeito de campo) e seus modelos de parâmetros

Modo de trabalho

Presencial

Pré-requisitos (conhecimentos prévios) e co-requisitos (conhecimentos simultâneos)

Análise de circuitos.

Programa

1.    Introdução à Eletrónica

1.    Tópicos selecionados de análise de circuitos                       

2.1.   Circuitos elétricos e componentes dos circuitos elétricos       

2.1.1.Leis de Kirchhoff e Resolução de circuitos
2.1.2.Impedâncias no domínio de Laplace. Associação de impedâncias

2.2.   Outros teoremas dos circuitos elétricos

2.3.   Redes lineares de dois portos

2.3.1.Os parâmetros hh
2.3.2.Os parâmetros yy
2.3.3.Relações entre os parâmetros hh  e os parâmetros yy

2.4.   Métodos de análise de circuitos lineares

1.    Resposta de circuitos no domínio do tempo e da frequência

3.1.   Resposta no domínio da frequência: diagramas de Bode

3.1.1.Considerações gerais sobre funções de transferência
3.1.2.Traçado simplificado dos diagramas de Bode
3.1.3.Relação entre o módulo e a fase

3.2.   Resposta de circuitos RC no domínio do tempo

3.2.1.O circuito RC passa-alto
3.2.2.O circuito RC passa-baixo
3.2.3.Atenuadores                              

1.    Amplificadores Operacionais (OpAmps)                   

4.1.   Introdução: Configuração inversora e não inversora
4.2.   Circuito somador          
4.3.   Amplificador diferenciador e amplificador integrador
4.4.   Amplificador de diferença: Ganho diferencial e em modo comum
4.5.   Limitações dos OpAmps

4.5.1.Ganho finito e função da frequência
4.5.2.Resistência de entrada não ideal

4.6.   Outras limitações dos OpAmps

4.6.1.Limitação de valor máximo da tensão: saturação
4.6.2.Limitação de valor máximo da corrente: “slew rate”

4.7.  Questões relativas a tensões e correntes contínuas

4.7.1.Corrente de entrada e desvio de corrente
4.7.2.Tensão de desvio                              

1.    Introdução aos semicondutores                   

5.1.   Dopagem do Si
5.2.   A interpretação quântica e a teoria das bandas.
5.3.   Deriva e Difusão de portadores
5.4.   Relação de Einstein
5.5.   Junção PN, em circuito aberto e inversamente polarizada

5.5.1.Capacidade da junção
5.5.2.Mecanismo de disrupção numa junção inversamente polarizada

5.6.   Junção PN diretamente polarizada

5.6.1.Capacidade de difusão                                    

1.    Díodos e circuitos com díodos                     

6.1.   Condições de condução do díodo de junção

6.1.1.Considerações sobre polarização e sinal
6.1.2.Variação dos parâmetros com a temperatura
6.1.3.Diferentes níveis de aproximação ao funcionamento dos díodos

6.2.   As diversas escalas de funcionamento dos díodos de junção: Aproximação das caraterísticas em partes lineares
6.3.   Retificação de meia onda e retificação filtrada
6.4.   Retificador de onda completa
6.5.   Díodo Zener e suas caraterísticas

6.5.1.Fontes de tensão estabilizada, usando díodos zener
6.5.2.Zener ideal e zener real

6.6.   Circuitos limitadores com díodos e circuitos de recuperação do zero
6.7.   Multiplicadores de tensão: O gerador Cockcroft & Walton                             

1.    Transístores de efeito de campo                  

7.1.   Introdução
7.2.   O transístor de efeito de campo, de junção (JFET)
7.3.   O MOSFET
7.4.   Estudo do MOSFET de enriquecimento

7.4.1.Análise qualitativa e quantitativa da caraterística iD (vDS)
7.4.2.Caraterística iD (vGS) em saturação
7.4.3.Funcionamento dos MOSFET em inversão fraca (região sublimiar)
7.4.4.MOSFET canal p e MOSFET complementares (CMOS)

7.5.   MOSFET de depleção

7.5.1.Modulação de comprimento de canal. Modelo do MOSFET, em saturação
7.5.2.Considerações gerais sobre polarização de MOSFET: Cálculo das tensões e correntes nos nós e ramos do circuito
7.5.3.Efeito de corpo: Modelo em π para sinal, com efeito de corpo

7.6.   Circuitos básicos com MOSFET     

7.6.1.Configuração em fonte comum
7.6.2.Configuração em fonte comum com resistência de fonte
7.6.3.Configuração em dreno comum
7.6.4.Configuração em porta comum                            

1.    Transístores bipolares de junção                 

8.1.   Introdução. Estrutura e princípio de funcionamento do BJT: Primeira análise do funcionamento de circuitos com transístores bipolares
8.2.   Modos de funcionamento do transístor bipolar

8.2.1.Distribuição de cargas e corrente de coletor no modo ativo
8.2.2.Outros modos de funcionamento
8.2.3.Caraterísticas tensão corrente
8.2.4.Modulação da largura de base: ro

8.3.   Modelo do transístor bipolar, para pequeno sinal: modelo em π e modelo em T          
8.4.   O parâmetro ß e os parâmetros hh          
8.5.   O transístor em saturação
8.6.   Disrupção nos transístores BJT
8.7.   Circuitos básicos com transístores bipolares de junção         

8.7.1.Configuração em emissor comum
8.7.2.Configuração coletor comum
8.7.3.Configuração emissor comum com resistência de emissor
8.7.4.Configuração em base comum

Bibliografia Obrigatória

Pedro Guedes de Oliveira / Dinis Magalhães Santos; Apontamento de Eletrónica
Adel S. Sedra, Kenneth C. Smith; Microelectronic circuits. ISBN: 978-0-19-973851-9

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

Aulas Teóricas de exposição dos assuntos a tratar com 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 nos "Apontamentos de Eletrónica" a disponibilizar no moodle, eventualmente complementados com “Microelectronic Circuits” de A. Sedra & K. Smith. 

Nas aulas de Prática Laboratorial será levado a cabo um conjunto de trabalhos com os componentes básicos e a sua aplicação em circuitos, sua montagem e teste. Os guiões serão disponibilizados previamente, na página Moodle da disciplina. Cada trabalho terá sempre 4 componentes:
1. Uma parte expositiva associada à matéria do trabalho,
2. Uma parte de trabalho autónomo, em tempo e espaço previsto nos horários, durante o qual os alunos desenvolverão o trabalho que lhes está destinado com acompanhamento de um técnico,
3. Uma parte, na aula seguinte, durante o qual os alunos demonstrarão o trabalho ao professor e tirarão as dúvidas ou dificuldades que tiveram no seu desenvolvimento,
4. Resposta a uma questão ou problema diretamente relacionado com o trabalho efetuado.
Normalmente, nas aulas acompanhadas por professores, a ordem será 3, 4, 1, sendo esta última dedicada ao trabalho seguinte.

Software

MultiSim - National Instruments

Palavras Chave

Ciências Tecnológicas > Engenharia > Engenharia electrónica
Ciências Tecnológicas > Engenharia > Engenharia electrotécnica

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída com exame final

Componentes de Avaliação

Designação	Peso (%)
Exame	50,00
Teste	20,00
Trabalho laboratorial	30,00
Total:	100,00

Componentes de Ocupação

Designação	Tempo (Horas)
Estudo autónomo	76,50
Frequência das aulas	54,00
Trabalho laboratorial	26,00
Total:	156,50

Obtenção de frequência

A frequência da componente 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 respetivos 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

1. Para os alunos ordinários em primeira inscrição:
- componente laboratorial: 30%
- cada miniteste (dois): 10%
- exame final: 50%.
2. 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.
3. 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, tipicamente 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 objeto de avaliação com base na participação e desempenho nas aulas e respostas escritas a perguntas (peso 30% e 70%, respetivamente). Dos "quiz" das aulas práticas, os dois que tiverem pior classificação (ou no caso de falta) não serão considerados para avaliação. 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 efectivação dos trabalhos propostos.
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).

Trabalho de estágio/projeto

Não se aplica.

Avaliação especial (TE, DA, ...)

1. 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
2. Alunos em regime especial estão dispensados de realizar os minitestes, podendo, contudo, requerer que o façam
3. Os pesos das várias componentes são os indicados atrás:
- componente laboratorial: 30%
- cada miniteste: 10%
- exame final: entre 50% ou 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

1. A componente distribuída mantém o seu valor quer para o exame de época normal quer para o de recurso
2. 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).