Electricidade e Electrónica

Engenharia Mecânica, Publicação em Diário da República - Despacho nº 14312/2015 - 02/12/2015

5 ECTS; 1º Ano, 2º Semestre, 15,0 T + 30,0 PL + 15,0 TP + 3,50 OT

Docente(s)
- Francisco José Alexandre Nunes

Pré-requisitos
Não aplicável.

Objetivos
Dotar os alunos com os conceitos fundamentais usados no estudo da corrente contínua e da corrente alternada, permitindo-lhes conhecer e compreender circuitos simples com amplificadores operacionais, díodos, transístores e portas lógicas digitais.

Programa
1. Grandezas e Componentes Fundamentais dos Circuitos Elétricos.
1.1. Constituição da matéria.
1.2. Definições; grandezas elétricas fundamentais: intensidade da corrente elétrica, tensão elétrica.
1.3. Sistema internacional de unidades.
1.4. Formas da corrente elétrica.
1.5. Resistência, resistividade, condutância e condutividade de um condutor metálico.
1.6. Aparelhos de medida: voltímetro, amperímetro, ohmímetro.
1.7. Materiais utilizados em eletricidade: condutores, semicondutores e isoladores.
1.8. Lei de Ohm.
1.9. Fontes de tensão e fontes de corrente.
1.10. Lei de Joule. Potência absorvida e fornecida por um elemento de circuito.

2. Leis de Kirchhoff.
2.1. Conceitos de nó, malha e ramo.
2.2. Lei de Kirchhoff das tensões.
2.3. Lei de Kirchhoff das correntes.
2.4. Associação de resistências em série e em paralelo.
2.5. Divisores de tensão e de corrente.
2.6. Análise de circuitos com uma malha.
2.7. Análise de circuitos simples com associação mista de resistências.
2.8. Aplicação sistemática das leis de Kirchhoff.
2.9. Utilização do software de simulação de circuitos elétricos e eletrónicos “LTSpice”.

3. Teoremas Fundamentais dos Circuitos Elétricos.
3.1. Anulamento de geradores.
3.2. Teorema da sobreposição das fontes.
3.3. Teoremas de Thévenin e de Norton.
3.4. Transformações de fontes.
3.5. Teorema da máxima transferência de potência.

4. Corrente Alternada Sinusoidal Monofásica.
4.1. O porquê da corrente alternada.
4.2. Caracterização de grandezas alternadas.
4.3. Medição laboratorial de grandezas alternadas – o osciloscópio e o gerador de sinais.
4.4. Representação analítica e representação vetorial da corrente alternada.
4.5. Desfasamento entre grandezas alternadas sinusoidais.
4.6. Representação de grandezas alternadas sinusoidais por fasores.
4.7. Elementos de circuito em corrente alternada: resistência, condensador e bobina.
4.8. Impedância, reatância e admitância.
4.9. Potências ativa, reativa e aparente.
4.10. Fator de potência.
4.11. Circuitos RLC.
4.12. Compensação do fator de potência.

5. Amplificador Operacional (AmpOp).
5.1. Tensões e correntes nos terminais do AmpOp.
5.2. Seguidor de tensão.
5.3. Circuito inversor.
5.4. Circuito somador.
5.5. Circuito não inversor.
5.6. Amplificador de diferença.
5.7. Amplificador de instrumentação.
5.8. Comparador.

6. Díodo.
6.1. Semicondutores tipo N e tipo P.
6.2. Junção P-N.
6.3. Polarização direta.
6.4. Polarização inversa.
6.5. Circuitos lógicos com díodos.
6.6. Retificador de meia-onda e de onda completa.
6.7. Retificadores com filtragem capacitiva.
6.8. Circuitos limitadores com díodos.
6.9. Díodos especiais: díodo zener (reguladores de tensão), díodo Schottky, LED e fotodíodo.

7. Transístores (TJB e MOSFET).
7.1. Transístor de Junção Bipolar (TJB).
7.1.1. Estados de funcionamento: corte, zona ativa e saturação.
7.1.2. Configuração de Emissor Comum (EC).
7.1.3. Polarização e estabilização.
7.1.4. O transístor como elemento amplificador.
7.1.5. O TJB como fonte de corrente.
7.1.6. Aplicações fundamentais de um transístor.
7.1.7. O TJB como interruptor.
7.1.8. Fototransístor e isoladores optoeletrónicos.
7.2. Transístor de Efeito de Campo (MOSFET).
7.2.1. Estados de funcionamento: corte, saturação e tríodo.
7.2.2. Configuração de Fonte Comum.
7.2.3. Polarização e estabilização.
7.2.4. O MOSFET como elemento amplificador.
7.2.5. O MOSFET como interruptor.

8. Circuitos lógicos digitais.
8.1. Código binário.
8.2. Portas lógicas elementares.
8.3. Álgebra de Boole.
8.4. Tabelas de verdade.
8.5. Mapas de Karnaugh.
8.6. Síntese de circuitos lógicos combinatórios.
8.7. Utilização do software de simulação “Logisim”.

Metodologia de avaliação
Nota final: NF=CT*60%+CP*40%
(mín. 10 val.)

Componente teórica: CT = AC ou EF
(mín. 9 val.)

avaliação contínua: AC=TE*2/3+TI*1/3
TE - testes (mín. 8 val.);I - trabalhos individuais

exame final: EF

Componente prática: CP - trabalhos práticos (LABs)
(mín. 10 val.)

Bibliografia
- Meireles, V. (2010). Circuitos Eléctricos. -: Lidel
- Malvino, -. e Bates, -. (2016). Eletrônica. -: Mc Graw Hill
- Dias, M. (2012). Sistemas Digitais – Princípios e Prática. -: FCA Editora de Informática, Lda
- Nunes, F. (0). Eletricidade e Eletrónica – LEM (apresentações das aulas, problemas e guias de laboratório). Acedido em 1 de março de 2021 em https://teams.microsoft.com/_#/school/files/19%3A36375d911580413b93a7ce1f2a2b626e%40thread.tacv2?threadId=19%3A36375d911580413b93a7ce1f2a2b626e%40thread.tacv2&ctx=channel&context=Apresenta%25C3%25A7%25C3%25B5es&rootfolder=%252Fteams%252FEletricidadeeEletrnica-LEM%252FMaterial%2520de%2520Aula%252FApresenta%25C3%25A7%25C3%25B5es

Método de interação
Aulas teóricas expositivas. Aulas teórico-práticas com resolução de exercícios. Aulas práticas laboratoriais onde são montados, testados e simulados circuitos que exemplificam a aplicação dos conceitos estudados nas aulas teóricas e teórico-práticas.

Software utilizado nas aulas
LTSpice; Logisim.