Eletrónica
Objetivos
Nesta disciplina, inicia-se o estudo de circuitos eletrónicos baseados em dispositivos semicondutores, abordando o funcionamento de díodos, transístores bipolares (BJTs) e transístores de efeito de campo (MOSFETs). Com base nas características elétricas destes componentes, o estudante aprende a analisar e dimensionar circuitos eletrónicos simples, como retificadores de sinal e amplificadores de baixa frequência, bem como amplificadores multiandar. A disciplina inclui também a análise de circuitos com amplificadores operacionais. A componente prática permite ao estudante implementar e testar circuitos em laboratório, interpretar resultados e apresentar conclusões fundamentadas. Além disso, desenvolve competências na resolução de problemas, execução de projetos, trabalho em equipa e autonomia, essenciais para aplicações em Engenharia Biomédica, Física e Engenharia Aeroespacial.
Caracterização geral
Código
10524
Créditos
6.0
Professor responsável
João Pedro Abreu de Oliveira
Horas
Semanais - 5
Totais - 70
Idioma de ensino
Português
Pré-requisitos
Conhecimentos básicos prévios em eletricidade e eletromagnetismo, incluindo circuitos elétricos, leis de Kirchhoff, bem como sobre componentes passivos (resistências, condensadores e indutores), poderão facilitar a compreensão dos tópicos abordados na disciplina.
Estes fundamentos ajudam a contextualizar os conceitos expostos, mas a disciplina está estruturada de forma a permitir que todos os estudantes possam acompanhar a matéria.
Bibliografia
1- Sedra/Smith, Microelectronic Circuits, 8th Edition, Oxford University Press, November 2019.
2 - M. M. Silva, Introdução aos Circuitos Eléctricos e Electrónicos (6ª edição), F. C. Gulbenkian, Dezembro 2014.
3 - M. M. Silva, Circuitos com Transístores Bipolares e MOS (4ª Edição), F. C. Gulbenkian, Janeiro 2003.
4- B. Razavi, Fundamentals of Microelectronics, 2nd Edition, Wiley, June 2014
Método de ensino
Os conteúdos programáticos da disciplina estão organizados de forma sequencial, assegurando uma aprendizagem progressiva. A disciplina começa por introduzir os fundamentos da eletrónica de estado sólido, seguindo-se o estudo de dispositivos semicondutores e a sua utilização nos circuitos eletrónicos mais relevantes, os quais são objeto de análise detalhada, permitindo a abordagem aplicações mais complexas e assim expandido o horizonte de aplicabilidade das técnicas transmitidas.
As aulas teóricas apresentam os princípios fundamentais da eletrónica assim como as técnicas de análise e de projeto de circuitos eletrónicos, suportada numa exposição estruturada dos conceitos e recorrendo a diversos exemplos ilustrativos. É pretendido com esta abordagem que o estudante compreenda a teoria subjacente aos dispositivos e circuitos eletrónicos assim com a sua aplicabilidade em diferentes contextos de engenharia.
As aulas práticas consolidam os conhecimentos adquiridos através da aplicação dos conceitos teóricos na resolução de problemas e na implementação e teste experimental de circuitos eletrónicos, incentivando-se a autonomia, a capacidade de resolução de problemas e a compreensão das técnicas de projeto.
O programa e a abordagem pedagógica da disciplina foram definidos para que os estudantes adquiram as competências necessárias para unidades curriculares mais avançadas em eletrónica com o objetivo de se assegurar a coerência do percurso formativo subjacente ao plano de estudos do curso.
Método de avaliação
A avaliação é realizada de forma contínua, integrando duas componentes:
- Componente Teórica, correspondendo a nota teórica NT calculada com base em dois testes realiazdo o semestre ou, alternativamente, um exame final. NT deverá ser >=9,5 valores.
- Componente Prática correspondendo à nota prática NP, calculada com base em 3 trabalhos de laboratório. NP deverá ser >= 9,5 valores.
Para obter frequência, é necessário comparecer em todos os trabalhos de laboratório e obter uma classificação na componente prática superior ou igual a 9,5 valores.
A classificação final obtida na disciplina é obtida a partir das classificações das duas componentes, NT e NP:
Classificação final = 60% * NT + 40% NP
Conteúdo
1. Revisão e Consolidação de Análise de Circuitos:
- Conceitos fundamentais de circuitos elétricos aplicados a dispositivos semicondutores, para análise em DC e em AC
- Modelos de dispositivos para análise de circuitos eletrónicos.
2. Díodos de Junção
- Díodo ideal e características tensão-corrente.
- Aplicações em circuitos retificadores e limitadores.
- Díodo de Zener e sua utilização em reguladores de tensão.
3. Transístor Bipolar de Junção (TJB)
- Modos de funcionamento e características elétricas.
- Cálculo do ponto de funcionamento em repouso (polarização).
- Modelo de pequenos sinais e circuitos amplificadores (emissor comum, base comum, seguidor de emissor).
- Par diferencial e IGNOREes de corrente.
- Amplificadores multi-andar.
4. Transístor de Efeito de Campo (FET)
- Características tensão-corrente do transístor FET.
- Análise DC e cálculo do ponto de funcionamento em repouso (PFR).
- Modelo de pequenos sinais e circuitos amplificadores com FET.
5. Amplificadores Operacionais
- Amplificador operacional ideal e análise de circuitos.
- Efeitos das características não ideais dos amplificadores operacionais.
- Aplicações em filtragem, instrumentação e conversão de sinais.
6. Circuitos Digitais e Tecnologia CMOS
- o Introdução à tecnologia CMOS.
- Implementação de portas lógicas básicas.
7. Aplicações em Engenharia Biomédica, Física e Aeroespacial
- Uso de amplificadores em sistemas biomédicos (ex.: amplificação de sinais fisiológicos).
- Eletrónica para sensores e aquisição de dados em instrumentação científica.
- Aplicações em aviónica e circuitos eletrónicos para ambientes extremos.