Sinais e Eletrónica

Código:

L.BIO017

Sigla:

SELE

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Ciências de Engenharia

Ocorrência: 2023/2024 - 2S

Ativa?	Sim
Página Web:	https://moodle.up.pt/course/view.php?id=2193
Unidade Responsável:	Departamento de Engenharia Eletrotécnica e de Computadores
Curso/CE Responsável:	Licenciatura em Bioengenharia

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
L.BIO	111	Plano Oficial do ano letivo	2	-	6	52	162

Língua de trabalho

Português - Suitable for English-speaking students
Obs.: English speaking students may be included

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 básicas 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 e da filtragem digital. A electrónica digital básica é também introduzida.

Em paralelo, o estudante deve desenvolver o pensamento analítico e sintético para resolução de problemas, a capacidade de realização de trabalhos experimentais neste domínio científico, a capacidade de integração de conhecimentos, a dinâmica do trabalho em grupo e a criatividade para desenvolver pequenos projetos.

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 (das frequências) pela série e pela transformada de Fourier, nos domínios contínuo e discreto com generalização às transformadas de Laplace e Z.

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.

Saber 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 complexa e fasorial.

Conhecer, saber calcular e saber interpretar os circuitos com blocos electrónicos básicos lineares, nomeadamente filtros elementares e amplificador operacional e não-lineares, retificador com díodo, amplificador com transístor, e o comutador com transístor aplicados em, nomeadamente, circuitos lógicos elementares, 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 ou processamento computacional de sinais.

Modo de trabalho

B-learning

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. Análise 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	25,00
Trabalho laboratorial	50,00
Teste	25,00
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.

- Compponentes e elementos de avaliação e respetivos pesos:

a) Componente de prática laboratorial Plab (peso total 50%, classificação mínima 10/20):

Relatórios dos trabalhos práticos => discussão escrita e classificações -> média pesada -> classificação CTr (peso 30%)

Relatório Mini-projecto -> CPr (peso 20%)

b) Componente teórico-prática TP (peso total 50%, classificação mínima 8,5/20):

 Teste e Exame -> Cte (peso 25%) e CEx (Normal e Recurso) (peso 25%)

- Classificação mínima de qualquer elemento de avaliação: nota mínima 8,5/20.

- Fórmula da classificação final (CF):

CF = 0,3 x CTr + 0,2 x CPr + 0,25 x CTe + 0,25 x CEx

- Classificações acima de 18 (CF>18) 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 ou teste 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, de aproveitamento ou de avaliação, devendo os alunos que não possam participar numa aula realizar as actividades recomendadas ou os trabalhos respectivos numa outra aula ou em tempo extra-curricular.

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

Por regra, as aulas devem ser preparadas pelos estudantes de forma a poderem alcançar-se plenamente e eficazmente os objectivos propostos. Em particular nos guiões das aulas laboratoriais propõem-se actividades preparatórias, consideradas na ocupação temporal, que devem ser realizadas.

O trabalho em grupo deve reger-se pelas mais exigentes normas de colaboração interpessoal, em especial, no respeitante à adequada e equilibrada repartição das contribuições dos elementos do grupo para os resultados a apresentar, assim como à disponibilidade para a colaboração.

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