Electrónica I
Trabalhos práticos
A componente prática da disciplina de Electrónica I compreende a realização de 3 trabalhos:
- Trabalho 1 - Simulação
- Trabalho 2 - Montagem de circuitos em bread-board
- Trabalho 3 - Mini-projecto (opcional)
Cada trabalho prático é avaliado pelo professor respectivo.Os trabalhos têm todos os mesmo peso na nota prática, que é calculada da seguinte forma:
Nota prática = (NT1 + NT2 + NT3)/3
NT1 - Nota do trabalho 1, NT2 - Nota do trabalho 2, NT3 - Nota do trabalho 3
Trabalho 1 - Simulação
Este trabalho deve ser realizado em grupos de dois alunos e divide-se em duas partes a realizar em datas distintas.A implementação desta simulação é totalmente livre. Os alunos podem recorrer às ferramentas de programação disponíveis nas suas calculadoras e utilizar o programa desenvolvido nos testes e exames da disciplina. Podem igualmente implementar o programa no computador usando qualquer linguagem de programação conhecida, folhas de cálculo (MatLab, Excel) ou ferramentas dedicadas (PSPICE, MultiSym).
A nota deste trabalho vale 1/3 da nota prática.
PARTE 1 - Montagem de circuitos
A parte 1 da simulação deve ser apresentada ao professor respectivo no antes do 1º teste.Pretende-se que o aluno elabore um pequeno programa a utilizar na calculadora pessoal ou no computador, que permita calcular os seguintes parâmetros:
- concentração intrínseca (ni)
- concentração de portadores (n0 e p0)
- condutividade (s)
- resistência (R)Os parâmetros de entrada que o aluno deve ter em conta são:
- tipo de material (Si ou Ge)
- temperatura (em K)
- teor de dopagem (Na e Nd em m-3)
- geometria (comprimento e secção, em mm)
- iluminação (fotões/m3)Para facilitar o teste ao programa é fornecido o seguinte exercício com soluções.
PARTE 2 - DISPOSITIVOS SEMICONDUTORES E APLICAÇÕES
A parte 2 da simulação deve ser apresentada ao professor respectivo no período compreendido entre a data do 2º teste e o 3º teste.
Na segunda parte, e tendo por base os conhecimentos adquiridos ao longo dos capítulos 3 e 4, os alunos devem completar o programa desenvolvido anteriormente,através da introdução da simulação do comportamento de uma junção p-n, abrupta. O programa deve ser capaz de calcular:
- potencial de contacto
- perfil de concentração em portadores de carga ao longo da junção,
- largura da região de deplecção,
- regiões de penetração de carga espacial,
- perfil de campo eléctrico.A simulação continua com a representação gráfica do modelo de bandas de energia da junção e traçado das curvas características corrente-tensão.
Seguidamente, este díodo deve ser considerado como elemento de um circuito elementar (circuito série constituído por uma fonte de tensão, um díodo e uma resistência). Os alunos devem determinar o ponto de funcionamento em repouso, utilizando o método gráfico ou recorrendo a um simulador (EWB, PSPICE).
Trabalho 2 - Realização experimental no Laboratório de Semicondutores
O trabalho 2 é realizado em grupos de dois alunos.
Este trabalho propõe-se motivar o aluno para as tecnologias da microelectrónica (processos de fabrico e técnicas experimentais de caracterização de materiais e dispositivos semicondutores). Para a sua realização os alunos observam no laboratório de processamento de dispositivos a produção de películas finas de silício amorfo dopado e intrínseco. Nessa aula de demonstração experimental os alunos dividem-se em grupos de dois e recebem um filme fino (intrínseco ou dopado) e um díodo de estrutura p-i-n de silício amorfo depositados em substrato de vidro por PE-CVD ou um fotodíodo comercial.É pedido aos alunos que, com a ajuda dos docentes, caracterizem os materiais e dispositivos do ponto de vista óptico e eléctrico e calculem alguns parâmetros característicos: hiato óptico, condutividade, energia de activação e resistência.
A caracterização eléctrica do díodo é efectuada através da determinação das características corrente-tensão no escuro e sob iluminação e resposta espectral. O fotodíodo é posteriormente introduzido num circuito e determinado o seu ponto de funcionamento em repouso no escuro e sob iluminação. É inferida a tensão em circuito aberto, a corrente de curto circuito, a eficiência e a potência máxima sob iluminação AM1.5 (100 mWcm-2) .
Os alunos devem entregar o relatório do trabalho até à data do 1º exame.
A nota deste trabalho vale 1/3 da nota prática.
O mini-projecto é realizado em grupos de dois alunos e visa abranger as várias matérias em estudo.
Consiste na análise teórica, simulação e montagem dos circuitos em placas de teste ou circuito impresso e posterior análise do seu comportamento através da utilização do equipamento de teste e medida.
A escolha do mini-projecto a implementar fica ao critério dos alunos. São sugeridos alguns tópicos:
Fotodíodos e Leds
Portas lógicas
Circuitos fixadores/ limitadores/rectificadores
Amplificadores
Reguladores de tensão
Circuitos lógicos com díodos e transístores
Sensores optoelectrónicos
Sensores de temperatura (detecção e calibração).
Na semana 20/45 (semestre de Verão/Inverno), os alunos devem entregar uma descrição do trabalho prático que pretendem realizar, para que esta seja submetida à aprovação por parte do professor.
Após aprovação, os alunos realizam o projecto, em regime de laboratório aberto, podendo recorrer aos docentes da secção sempre que necessário.Os alunos podem utilizar circuitos implementados em disciplinas precedentes ou publicados em revistas, em livros ou sugeridos na Internet/Web. É valorizada a originalidade do mini-projecto, podendo ser propostos circuitos de aplicação específica.
O relatório do trabalho deve ser entregue até à data do primeiro exame, não podendo a data da discussão ultrapassar a segunda época de exames.
O relatório do trabalho deve ser entregue até à data do primeiro exame.
Na data de entrega deste relatório deve ser combinada a data para discussão do trabalho, onde este deve ser apresentado.
A nota deste trabalho vale 1/3 da nota prática.
Relatório
A estrutura dos relatórios relativos aos trabalhos práticos deve compreender os seguintes tópicos:
Título e identificação dos elementos do grupo (capa).
Resumo.
Objectivos.
Introdução teórica.
Realização experimental/simulação.
Demonstração e teste.
Conclusões e críticas.
Bibliografia.
Apesar de envolver vários pontos, pretende-se que o relatório seja sucinto e revelador da capacidade de síntese do grupo.
Apresentação
Na apresentação do trabalho, deverão estar todos os elementos do grupo e o docente da disciplina. As apresentações envolvem as seguintes fases:
Breve explicação do modo como o grupo realizou o trabalho e distribuição de tarefas.
Demonstração experimental das técnicas de caracterização utilizadas ou teste do programa de simulação.
Conclusões.
Questões dirigidas aos alunos individualmente.
Comentários finais.Após a apresentação é feita uma análise qualitativa do trabalho. Caso seja positiva, é atribuída umaclassificação numérica individual baseada na informação recolhida. É valorizada a expressão oral e escrita, trabalho de pesquisa e de desenvolvimento, nível de conhecimentos, inovação e criatividade.