Sinais e Eletrónica

Código:

EBE0016

Sigla:

SELE

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Ciências de Engenharia

Ocorrência: 2019/2020 - 2S

Ativa?	Sim
Página Web:	https://moodle.up.pt/course/view.php?id=1265
Unidade Responsável:	Departamento de Engenharia Eletrotécnica e de Computadores
Curso/CE Responsável:	Mestrado Integrado em Bioengenharia

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
MIB	91	Plano de estudos oficial	2	-	6	70	162

Língua de trabalho

Português - Suitable for English-speaking students

Objetivos

Fornecer os conhecimentos básicos de teoria e análise de sinais contínuos e discretos, de eletrónica e de aquisição de dados, com especial realce nas aplicações em Bioengenharia, que permitam o encadeamento dos estudos com as unidades curriculares antecedentes e subsequentes.

São dados: o conceito de sinal em diversos domínios, as quantidades, as dependências temporais, a extração de características, a análise, síntese ou manipulação, as transformações matemáticas frequenciais e as operações entre sinais, como a correlação e a modulação.

É proposto o conceito de sistema, são tratadas as suas características, os formalismos de descrição matemática, a resposta impulsional, a função de transferência e a convolução.

São tratadas a plataforma tecnológica eletrónica, a utilização de transdutores e sensores e as operações lineares e não-lineares sobre sinais.

São estudadas no âmbito da computação digital a utilização da amostragem, da conversão A/D e D/A, dos sistemas de aquisição de dados e de geração de sinais.

Em paralelo, o estudante deve desenvolver o pensamento crítico para resolução de problemas, a capacidade de realização de trabalhos experimentais no domínio, a capacidade de integração de conhecimentos e a dinâmica do trabalho em grupo.

Resultados de aprendizagem e competências

As competências adquiridas devem estender-se às seguintes capacidades:

Conhecer sinais elementares e suas formulações matemáticas e saber calcular as principais características dos sinais.

Manipular e transformar sinais. Analisar e decompor sinais. Comparar sinais. Medir sinais no laboratório.

Sintetizar e gerar sinais artificialmente nos domínios analógico e digital e disponibilizá-los experimentalmente.

Operar com vários sinais e realizar a correlação, a modulação ou a convolução entre eles.

Conhecer e manipular a descrição dos sinais no domínio frequencial pela série e pela transfomada de Fourier, nos domínios contínuo e discreto.

Conhecer a descrição de sistemas genéricos e suas propriedades e em particular de sistemas lineares e invariantes no tempo. Conhecer o significado e a forma de obter e de analisar a função característica de um sistema e a resposta em frequência.

Conhecer e utilizar os diagramas de blocos.

Aprender a calcular a resposta de um sistema a um sinal de entrada no tempo e na frequência.

Saber analisar um circuito eléctrico em corrente alternada e realizar a análise fasorial.

Conhecer, saber calcular e saber interpretar os circuitos com os blocos electrónicos básicos lineares, nomeadamente o amplificador operacional e os filtros elementares, e não lineares, nomeadamente o rectificador com díodo, o amplificador com transistor, o comutador com transistor e seus circuitos lógicos elementares e os comparadores sem e com histerese.

Conhecer os fundamentos teóricos e os processos electrónicos da amostragem e dos conversores A/D e D/A e saber interpretar o funcionamento dos sistemas de aquisição de dados e de produção computacional de sinais.

Modo de trabalho

Presencial

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

Análise matemática: funções, derivação, integração, limites, séries.

Números complexos.

Utilização de Matlab.

Circuitos eléctricos e sua análise elementar.

Programa

1. Conceitos básicos de sinais e sistemas electrónicos Exemplos de bio-sinais e de sistemas de processamento de bio-sinais. Sinais: Características; transformações, combinações, decomposição e comparação. Correlação de sinais. Modulação.

2. Análise de Fourier para sinais contínuos e discretos. A Série de Fourier e a Transformada de Fourier.

3. Sistemas lineares e invariantes no tempo: resposta impulsional e convolução. Diagramas de blocos.

4. Analise de sistemas lineares.

5. Eletrónica analógica: dispositivos e funções básicas: díodo semicondutor, transístor, díodo zener, retificação, estabilização, amplificação, filtragem e modulação. Circuitos não lineares: limitadores, comparadores, circuitos lógicos elementares.

6. Análise de circuitos em corrente alternada: cálculo fasorial. Análise de circuitos recorrendo à análise de Fourier. Simulação.

7. Amplificação operacional. Complemento de análise de circuitos. Circuitos lineares e não lineares.

8. Aquisição de dados: amostragem, quantificação, codificação e reconstrução de sinais. Exemplos de sistemas biomédicos.

Bibliografia Obrigatória

Oppenheim, Alan V.; Signals & systems. ISBN: 0-13-651175-9
Silva, Manuel de Medeiros; Introdução aos circuitos eléctricos e electrónicos. ISBN: 972-31-0696-5
Alexander, Charles K.; Fundamentos de circuitos eléctricos. ISBN: 0-256-25379-X
Manuel de Medeiros Silva; Circuitos com transistores bipolares e MOS. ISBN: 972-31-0840-2
Adel S. Sedra, Kenneth C. Smith; Microelectronic circuits. ISBN: 0-19-514252-7
Semmlow, John; Signals and Systems for Bioengineers, Academic Press, 2012. ISBN: 978-0-12-384982-3

Bibliografia Complementar

Lourtie, Isabel M. G.; Sinais e sistemas. ISBN: 972-592-130-5
Buck, John R.; Computer explorations in signals and systems. ISBN: 0-13-732868-0
Carlson, Gordon E.; Signal and linear system analysis. ISBN: 0-471-12465-6
Soliman, Samir S.; Continuous and Discrete Signals and Systems. ISBN: 0-13-569112-5
Campilho, Aurélio Joaquim de Castro; Instrumentação electrónica. ISBN: 972-752-042-1
Gueorgui Smirnov; Análise complexa e aplicações. ISBN: 972-592-152-6

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

-Aulas Teórico-Práticas: exposição com exemplos de cálculo, de sinais e de circuitos. Resolução de problemas em papel e em computador fora das aulas.

-Aulas laboratoriais: trabalhos de sinais e de eletrónica com guião incidindo sobre actividades de montagem electrónica experimental, medição e análise. Elaboração de relatórios fora das aulas.

Software

Matlab
Labview (Multisim)

Palavras Chave

Ciências Físicas > Física > Electrónica
Ciências Tecnológicas > Engenharia > Engenharia electrónica
Ciências Tecnológicas > Engenharia > Engenharia de sistemas > Teoria de sistemas
Ciências Tecnológicas > Tecnologia > Tecnologia de computadores > Processamento de sinal

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída com exame final

Componentes de Avaliação

Designação	Peso (%)
Exame	60,00
Participação presencial	0,00
Trabalho laboratorial	40,00
Total:	100,00

Componentes de Ocupação

Designação	Tempo (Horas)
Elaboração de relatório/dissertação/tese	28,00
Estudo autónomo	42,00
Frequência das aulas	68,00
Trabalho laboratorial	24,00
Total:	162,00

Obtenção de frequência

Será obtida frequência à disciplina pelos alunos que tiverem assiduidade suficiente, de acordo com os regulamentos em vigor e que tiverem classificação positiva na avaliação da actividade laboratorial.

A classificação da actividade laboratorial será válida nos 2 anos subsequentes, caso não haja mudanças de assinalar no respectivo programa.

Aos estudantes que já possuam frequência válida recomenda-se assiduidade na presença nas aulas teórico-práticas, todavia não será exigida.

Fórmula de cálculo da classificação final

- Classificação final na escala: 0-20 valores.

- Elementos de avaliação:

Componente Plab (40% - nota mínima 10/20):

Relatórios dos trabalhos práticos => discussão escrita e classificações -> média pesada -> classificação CTr

Relatório Mini-projecto -> CPr

Componente TP (60% - nota mínima 7/20):
Exame -> CEx (Normal e Recurso)

Fórmula nota final:

CF=0,2*CTr+0,2*CPr+0,6*CEx

Classificações acima de 17
CF>17 valores, poderão ser confirmadas por meio de discussão ou prova oral.

Provas e trabalhos especiais

Os trabalhos laboratoriais realizados no âmbito da disciplina serão concluídos com a realização de relatório.

Trabalho de estágio/projeto

Não se aplica.

Avaliação especial (TE, DA, ...)

Idêntica à avaliação normal, excepto no respeitante à obtenção da frequência, em que se aplicarão os regimes legais em vigor.

Melhoria de classificação

Melhoria da classificação final: apenas se aplica aos resultados das provas escritas e pode ser realizada, com provas específicas para o efeito,  no exame de 2ª época ou em épocas subsequentes segundo os regulamentos.

Observações

A frequência das aulas teórico-práticas e laboratoriais é obrigatória e sujeita à legislação no tocante ao número máximo de faltas admissível.

A justificação de uma falta a uma aula teórico-prática ou a uma aula laboratorial não a elimina para efeito de estudo e de aproveitamento, devendo os alunos faltosos realizar as actividades recomendadas ou os trabalhos respectivos numa outra aula ou em tempo extra curricular.

A falta injustificada a uma ou mais aulas laboratoriais sem demonstração da realização das actividades recomendadas, causará a consideração de resultados nulos na avaliação das referidas actividades.

Os relatórios produzidos devem obedecer às regras mais exigentes no respeitante à originalidade e citação das fontes de materiais., podendo sofrer anulação.

Alterações devidas à pandemia de COVID-19:

Indicam-se a seguir as alterações propostas ao processo de avaliação preconizado para a UC devidas à situação imposta pela pandemia de COVID-19:

1- Face à já corrente utilização de processos de simulação computacional na aula laboratorial, a carga de esforço semanal revela-se mais elevada do que o inicialmente previsto de forma que se propõe um aumento relativo do peso da componente laboratorial. A proposta é passar do valor anterior de 40% para um novo valor, de 60%, ficando o peso da restante componente, teórico-prática, reduzida ao valor remanescente de 40%; o processo de avaliação da componente laboratorial, baseado na avaliação do trabalho na aula e na avaliação dos relatórios realizados em grupos de 2 estudantes, mantém-se;

2- A avaliação de actividade e conhecimentos relativa à componente teórico-prática será realizada através de um exame com consulta, realizado em Moodle, constituído por um enunciado com perguntas sob a forma de problemas de resposta aberta, com tempo total fixado. A resposta será elaborada por cada estudante no seu domicílio, em papel seu, até ao tempo limite especificado, com envio imediato de foto das respostas em pdf, seguindo-se a correcção pelos docentes. O exame decorrerá com contacto através de vídeo síncrono, como por exemplo através da plataforma zoom. No caso de existirem problemas técnicos informáticos, para os estudantes que o requererem solicitaremos a possibilidade de fazerem o exame presencialmente na FEUP em simultâneo.