Eletrónica, Fundamentos de Electrónica

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Resolução de um problema sobre modelo incremental do transistor BJT -  TCFE, IST 

Electrónica - Díodos

Fundamentos de Electrónica - IST, Formulário Cap.1

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Resolução de problema de exame de Electrónica e Instrumentação do ISEL

Electrónica e Instrumentação / Circuítos

Resolução de Problema do 3º teste de Electrónica, Eng. Biomédica, FCT UNL 

Resolução de exercício do exame de 23-01-2010, de Circuitos Eléctricos e Sistemas Digitais

Resolução de um problema de Electrónica de LEIC, ISEL

Resolução de pergunta de teste de Electrónica de 2010-01-09  - ISEL - LEIC 

Resolução de um problema de teste de Fundamentos de Electrónica, da Escola Naval



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Circuitos, Análise de Circuitos, Circuitos Elétricos

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Análise de Circuitos/Teoria de Circuitos

Problema resolvido de TCFE (Teoria dos Circuítos e Fundamentos de Electrónica)

Resolução: determinar o equivalente de Norton aos terminais de um circuito

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Resolução de pergunta de teste de Electrónica de 2010-01-09  - ISEL - LEIC

Exercício de CESD

Circuitos Eléctricos - resolução de um exercício

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Problema resolvido de Fundamentos de Electrónica

Problema de teste de Fundamentos de Electrónica, da Escola Naval.
Pag. 1 da resolução:

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Resolução completa de problema do exame de 11-02-2013, de Electrónica e Instrumentação, do ISEL

Resolução do problema 3, do exame de 11-02-2013, de Electrónica e Instrumentação, do ISEL

 

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Pergunta 1.a) - Electrónica - ISEL

Resolução da pergunta 1.a) do teste de 2010.01.09 de Electrónica - ISEL.

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Electrónica e Instrumentação

Pag.1 da resolução do problema 3, do exame de 11-02-2013, de Electrónica e Instrumentação, do ISEL

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Problema de Electrónica

Problema do 3º teste de Electrónica, Eng. Biomédica, FCT UNL

Pag.1 da resolução:

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Resolução completa de problema de exame de Electrónica e Instrumentação do ISEL

Resolução da alínea b) do problema 2, do exame de 28-1-2013, de Electrónica e Instrumentação do ISEL

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Electrónica - ISEL

Desde o início do 2º semestre, de 2009/2010, que disponibilizo explicações das matérias estudadas na disciplina de Electrónica, tal como é leccionada no Instituto Superior de Engenharia de Lisboa, ao curso de Licenciatura em Engenharia Informática e de Computadores.

As matérias não são difíceis, mas requerem prática. Não deixe acumular matérias!
Há que esclarecer as dúvidas e praticar na resolução dos problemas.

Coragem!
Tudo se consegue!
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Electrónica e Instrumentação

Resolução parcial da alínea b) do problema 2, do exame de 28-1-2013, de Electrónica e Instrumentação do ISEL

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Electrónica - ISEL

Desde o início do 2º semestre, de 2009/2010, que disponibilizo explicações das matérias estudadas na disciplina de Electrónica, tal como é leccionada no Instituto Superior de Engenharia de Lisboa, ao curso de Licenciatura em Engenharia Informática e de Computadores.

O 1º teste já passou, mas ainda há tempo. Ainda há muita matéria por estudar. Não se atrase!

Há que esclarecer as dúvidas e praticar na resolução dos problemas. As matérias não são difíceis, mas requerem prática. Não deixe acumular matérias!

Coragem!
Tudo se consegue!

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Teoria de Circuítos e Fundamentos de Electrónica

Está disponível para explicações a matéria de Teoria de Circuitos e Fundamentos de Electrónica, para Eng. Biomédica, do IST.

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Problema resolvido de TCFE (Teoria dos Circuítos e Fundamentos de Electrónica)

Problema 1.8 da colectânea de problemas de TCFE de Eng. Aeroespacial e Física Tecnológica, do IST.

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Resolução de um problema de teste de Fundamentos de Electrónica, da Escola Naval

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Eu Explico - Conceição Pereira

 

Conceição Pereira

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Chamo-me Conceição Pereira. 

Faço tutoria e dou explicações a alunos do ensino superior. O meu objetivo é ajudar-te a compreender melhor os conteúdos, esclarecer dúvidas e melhorar o teu desempenho académico. Se precisas de apoio em Arquitetura de Computadores, Sistemas Digitais, Electrónica, Sinais e Sistemas, Controlo, Física, Circuitos Elétricos, ..., estou aqui para te ajudar. 

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Fundamentos de Electrónica - IST, Formulário do Cap.3

Formulário do terceiro capítulo - Transistor Bipolar de Junção (TBJ)

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Fundamentos de Electrónica - IST - Tiristor, Cap.5

Resumo de fórmulas, esquemas e gráficos do capítulo referente ao estudo do Tiristor, do livro recomendado (Fundamentos de Eletrónica: A. C. Baptista, C. F. Fernandes, J. T. Pereira, J. J. Paisana 2012 Lidel).

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Resumo extraído do capítulo 1 do livro Communication Systems – An Introduction to Signals and Noise in Electrical Communication de Carlson & Crilly, 5ª edição

Capítulo 1 – Introdução

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1.1 Elementos e Limitações dos Sistemas de Comunicação

Um sistema de comunicação serve para transferir informação de uma origem para um destino a alguma distância. Apesar de existirem muitos tipos diferentes de sistemas de comunicação (circuitos, electrónica, electromagnetismo, processamento de sinal, microprocessadores, redes), a abordagem do livro é geral: identifica princípios e problemas de transferir informação em forma eléctrica.

Informação, Mensagens e Sinais

• Informação é um conceito difícil de definir, por isso trabalha-se com a ideia de mensagem: a manifestação física da informação produzida pela fonte.

• O objectivo de um sistema de comunicação é reproduzir no destino uma réplica aceitável da mensagem original.

• Existem mensagens analógicas (quantidade física contínua no tempo, como pressão acústica ou luz numa imagem) e digitais (sequências de símbolos discretos, como texto ou teclas de um computador). O sucesso depende da fidelidade (analógico) ou precisão/tempo (digital).

• Como poucas fontes são eléctricas por natureza, usam-se transdutores: por exemplo, microfone e altifalante num sistema de voz.

Elementos de um Sistema de Comunicação

• Transmissor: processa o sinal de entrada para o adaptar ao canal, usando modulação e, por vezes, codificação.

• Canal de transmissão: meio eléctrico que transporta o sinal. Pode ser fio, cabo coaxial, onda de rádio ou feixe laser. Sofre perdas (atenuação).

• Receptor: compensa perdas (amplificação), faz desmodulação e descodificação. Filtra também o sinal.

Problemas no canal

• Atenuação: redução da potência do sinal com a distância.

• Distorção: alterações na forma de onda devido à resposta imperfeita do sistema. Pode corrigir-se com equalizadores.

• Interferência: sinais indesejados de outras fontes (outros transmissores, máquinas). Filtragem adequada ajuda se ocuparem bandas diferentes.

• Ruído: sinais eléctricos aleatórios, como o ruído térmico. Não é eliminável totalmente.

Limitações Fundamentais

• Largura de banda (B): limita a rapidez com que o sinal pode variar. Exemplo: voz ~3 kHz, TV vários MHz. Em digital, a largura de banda necessária é proporcional à taxa de símbolos.

• Ruído: inevitável devido a fenómenos físicos como o movimento térmico dos electrões. Caracteriza-se por S/N (relação entre as potências: sinal/ruído). Baixo S/N degrada a fidelidade (analógico) ou aumenta erros (digital).

• Lei de Hartley-Shannon: estabelece o limite teórico da taxa de transmissão:

  $$C = B \log_2(1 + S/N)$$

  Isto define a capacidade máxima de um canal com largura de banda B e relação sinal/ruído S/N.

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1.2 Modulação e Codificação

Modulação e codificação são operações feitas no transmissor para garantir transmissão eficiente e fiável.

Métodos de Modulação

• Modulação envolve dois sinais: o modulante (a mensagem) e a portadora (carrier).

• O modulador altera sistematicamente a portadora conforme o sinal da mensagem. É um processo reversível (permite desmodulação).

• Tipos:

  • AM (Amplitude Modulation): variação da amplitude de uma portadora sinusoidal.

  • FM/PM: variações de frequência ou fase.

  • Pulse Modulation: usa impulsos periódicos (exemplo: PAM). Permite amostragem e reconstrução sob certas condições.

• Modulação CW (continuous-wave) traduz o espectro em frequência mais elevada, facilitando a transmissão.

Benefícios da Modulação

• Transmissão eficiente: frequências mais altas permitem antenas mais pequenas e melhor propagação. Exemplo: áudio não modulado exigiria antenas enormes; modulação FM a 100 MHz usa antenas práticas (~1 m).

• Superar limitações de hardware: escolhendo bandas onde o hardware é mais económico e prático.

• Reduzir ruído/interferência: FM e outras modulações permitem redução de ruído de banda larga, trocando mais largura de banda por menor potência necessária.

• Atribuição de frequência: permite que múltiplos emissores coexistam sem interferência (sintonizando frequências diferentes).

• Multiplexagem: transmitir vários sinais num só canal. FDM usa diferentes frequências; TDM usa diferentes intervalos de tempo. CDMA usa códigos únicos por utilizador para partilha eficiente.

Métodos e Benefícios da Codificação

• Codificação é uma operação sobre símbolos (especialmente digitais) para melhorar a fiabilidade.

• Codificação de canal: adiciona redundância para detecção/correção de erros. Aumenta largura de banda e complexidade, mas reduz erros mesmo com baixo S/N.

• Codificação de fonte: reduz redundância estatística para usar largura de banda de forma eficiente.

• PCM (Pulse Code Modulation): converte sinais analógicos em digitais através de amostragem e quantização, aproveitando os benefícios da transmissão digital (fiabilidade, eficiência, versatilidade).

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1.3 Propagação de Ondas Electromagnéticas em Canais Sem Fios

Esta secção aborda o tema da propagação das ondas rádio para além da linha de visão (Line Of Sight).

Comunicação LOS

• Em espaço livre, ondas rádio viajam em linha recta. Devido à curvatura da Terra, a distância prática de LOS é ~48 km, dependendo da altura das antenas.

• Para maximizar a cobertura, antenas de TV e de redes móveis são colocadas em locais elevados.

Mecanismos de Deflexão

• Reflexão: as ondas reflectem-se em edifícios, montanhas, veículos. Pode causar interferência multipercurso (sinais directos e reflectidos chegam com atrasos, causando somas destrutivas/constructivas).

• Refracção: ondas mudam de direcção ao atravessar meios com índice de refracção diferente. Exemplo: propagação na ionosfera.

• Difracção: contorno de obstáculos ou arestas, permitindo sinal além de obstruções.

• Dispersão: devido a partículas no meio (nevoeiro, meteoros ionizados), causando deflexão aleatória.

Propagação Skywave

• Utiliza a ionosfera para transmitir sinais muito além da LOS.

• A ionosfera tem várias camadas (D, E, F) com comportamentos dependentes da actividade solar.

  • D absorve sinais abaixo de ~10 MHz durante o dia.

  • E e F refletem (ou refractam) sinais de ~10 a ~50 MHz ou mais, dependendo da actividade solar.

  • F permite propagação a ~4000 km por “salto”; múltiplos saltos permitem comunicações intercontinentais.

• MUF (Frequência Máxima Utilizável): frequência máxima para a qual a ionosfera pode refractar sinais de volta para a Terra.

• Variabilidade: propagação via ionosfera é pouco fiável para frequências altas (>30 MHz). Por isso, comunicações fiáveis acima desta gama usam satélites.

• Fenómenos como inversões de temperatura na troposfera podem também refractar ondas, permitindo alguma propagação além de LOS para >30 MHz, mas de forma muito variável.

Considerações para o engenheiro de rádio

• Deve conhecer todos estes modos de propagação para projectar sistemas robustos.

• Deve usar técnicas como diversidade de frequência e ângulos de antena para maximizar a probabilidade de cobertura.

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1.4 Desenvolvimentos Emergentes 

Esta secção destaca como as tecnologias de comunicação evoluíram para se tornarem mais eficientes e versáteis, focando troca de dados, redes e métodos de acesso múltiplo.

Comutação de Circuito vs. Comutação de Pacotes

• As chamadas telefónicas tradicionais usavam comutação de circuito, reservando um canal dedicado entre origem e destino enquanto durava a comunicação (exemplo: chamadas telefónicas analógicas).

• A Internet usa comutação de pacotes: os dados são divididos em pacotes que podem seguir caminhos diferentes até ao destino, onde são reordenados. Isto é mais eficiente para dados “intermitentes” ou “em rajadas” (como texto).

• Para voz, a comutação de pacotes inicialmente não era ideal, mas avanços em VoIP (Voice over Internet Protocol) e em redes de alta velocidade tornaram-na viável. A telefonia por Internet hoje permite chamadas de qualidade a baixo custo, usando a infraestrutura de redes já existente.

3G e Sistemas Móveis Evoluídos

• Os sistemas móveis evoluíram de 1G (analógico, voz apenas) para 2G (digital) e depois 3G, que é um padrão global que:

  • Suporta voz e dados.

  • Usa comutação apenas por pacotes (ou compatível com circuito em alguns casos).

  • Usa CDMA (Code Division Multiple Access) para melhorar a partilha do canal.

  • Permite roaming global.

  • Evolui a partir das redes 2G existentes.

Métodos de Acesso Múltiplo

• FDMA (Frequency Division Multiple Access): cada utilizador tem uma frequência dedicada.

• TDMA (Time Division Multiple Access): cada utilizador tem um intervalo de tempo.

• CDMA: todos usam a mesma banda de frequências mas com códigos únicos. Isto permite mais utilizadores por célula com menos interferência percebida e um “limite suave” (adiciona ruído gradualmente em vez de saturar rigidamente o canal).

OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)

• Variante de FDM onde as portadoras são ortogonais, reduzindo interferência entre canais.

• Distribui dados por várias portadoras de baixa frequência em vez de uma única portadora de alta frequência.

• Muito usado em Wi-Fi e WiMax porque melhora a robustez face à interferência multipercurso.

UWB (Ultra-Wideband)

• Opera em larguras de banda enormes mas com potência tão baixa que fica abaixo do nível de ruído ambiente.

• Recentes normas da FCC permitem operação sem licença entre ~3.1 e 10.6 GHz com restrições de potência.

• Promete permitir mais utilizadores e serviços sem causar interferência a sistemas já existentes.

Wi-Fi e WiMax

• Wi-Fi (IEEE 802.11): redes locais sem fios (LANs) com alcance típico de ~100 metros. Muito usado em espaços públicos (hot spots) e casas particulares.

• WiMax (IEEE 802.16): redes móveis/metropolitanas (MANs) com alcance comparável ao das redes móveis, usando torres celulares. Oferece acesso de banda larga sem fios como alternativa a cabos.

Software Defined Radio (SDR)

• Permite que funções tradicionais de rádio (filtragem, modulação, desmodulação) sejam implementadas em software usando DSPs e FPGAs.

• Vantagens:

  • Mudança flexível de frequências, filtros e esquemas de modulação via software.

  • Facilita actualizações e compatibilidade com novos protocolos.

  • Na prática, muitos sistemas SDR são híbridos (misturam analógico e digital, especialmente nas secções de RF).

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1.5 Impacto Social e Perspectiva Histórica 

Impacto Social

• Os avanços em sistemas de comunicação têm provocado grandes mudanças sociais e políticas.

• Exemplos históricos:

  • Antigamente, as chamadas telefónicas eram caras e reguladas como monopólio estatal, com tarifas por minuto para chamadas de longa distância.

  • Hoje, serviços como VoIP e telemóveis eliminaram distinções entre local e longa distância, geralmente por preços fixos.

  • DSL e redes de cabo permitem às empresas telefónicas e de TV oferecer serviços combinados de voz, dados e vídeo.

  • WiMax e Wi-Fi estão a reduzir a dependência de redes com fios.

• Consequências para políticas públicas:

  • As autoridades fiscais e reguladoras precisam de se adaptar, criando ou ajustando impostos e regulamentações para estes novos serviços.

  • As tecnologias móveis tornaram as pessoas “disponíveis 24/7”, mudando hábitos pessoais e profissionais.

• As tecnologias de comunicação também afectam a diplomacia, guerras, movimentos sociais:

  • O telégrafo reduziu o tempo das negociações diplomáticas.

  • A rádio e o radar mudaram a guerra.

  • Fax e Internet ajudaram na divulgação de movimentos políticos.

  • Smartphones e redes sociais facilitam coordenação de protestos e divulgação rápida de informação.

Perspectiva Histórica

• O livro inclui uma cronologia dos principais desenvolvimentos:

  • Invenção da pilha (Volta), leis de Ohm e Kirchhoff.

  • Primeiras linhas de telégrafo (Morse, 1844).

  • Equações de Maxwell (1864) e verificação experimental por Hertz.

  • Telefonia (Bell, Edison).

  • Rádio (Marconi, Popov) e sistemas de comutação automática (Strowger).

  • Desenvolvimento do Audion (Lee De Forest), filtros e circuitos de transmissão.

  • Comunicação via satélite (Telstar I, 1962).

  • Fibra óptica, lasers, semicondutores, microprocessadores.

  • Celulares 1G–3G, Wi-Fi, WiMax, UWB.

  • Evolução constante com maior integração de serviços e maior impacto social.

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1.6 Prospecto 

Esta secção apresenta a organização geral do livro e os objectivos pedagógicos:

• O livro oferece uma introdução abrangente a comunicações analógicas e digitais.

• Cada grande tema começa com uma revisão do material relevante.

• Usa modelos matemáticos para analisar problemas complexos, mas sublinha que é necessária interpretação física e julgamento de engenharia.

• Estrutura resumida:

  • Capítulos 2–3: sinais determinísticos, análises no domínio do tempo e da frequência, distorção e filtragem.

  • Capítulos 4–5: modulação de onda contínua (CW).

  • Capítulo 6: amostragem e modulação por impulsos.

  • Capítulo 7: sistemas de modulação analógica, incluindo TV.

  • Capítulos 8–9: teoria da probabilidade e estatística para representar sinais aleatórios e ruído.

  • Capítulo 10: impacto do ruído em modulação CW.

  • Capítulo 11: transmissão digital em banda base.

  • Capítulo 12: modulação por impulsos codificados (PCM) e multiplexagem digital.

  • Capítulo 13: codificação para controlo de erros.

  • Capítulo 14: sistemas de transmissão digital com modulação CW, incluindo OFDM.

  • Capítulo 15: espectro espalhado, sistemas sem fios e UWB.

  • Capítulo 16: introdução à teoria da informação e à lei de Hartley-Shannon.

• Cada capítulo inclui exercícios práticos e perguntas qualitativas para estimular a compreensão.

• Referências e material adicional estão disponíveis no site do livro.

• Os autores realçam que a análise matemática é combinada com exemplos de electrónica e aplicações reais para dar uma visão completa.

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