Eletrônica Aplicada - Vinicius Puglia

ELETRÔNICA APLICADA Vinicius Puglia 2 SUMÁRIO 1 APLICAÇÕES DA ELETRÔNICA ANALÓGICA E DIGITAL 3 2 APLICAÇÕES DA ELETRÔNICA NA ÁREA DE AQUISIÇÃO DE DADOS 24 3 APLICAÇÕES DA ELETRÔNICA NA ÁREA DE PROCESSAMENTO DE SINAIS 43 4 APLICAÇÕES DA ELETRÔNICA NA ÁREA DE ACIONAMENTO E ALIMENTAÇÃO DE DISPOSITIVOS 63 5 PLATAFORMA ARDUINO 81 6 PROJETO DE PLACAS EM CIRCUITO IMPRESSO 101 3 1 APLICAÇÕES DA ELETRÔNICA ANALÓGICA E DIGITAL Apresentação Olá caro estudante Nesta disciplina de eletrônica aplicada você verá a vasta área que cobre o tema voltado para as aplicações dos dispositivos da eletrônica analógica e digital em sistemas computacionais assim como de controle aquisição de dados e também acionamentos de dispositivos Será assim possível analisar o funcionamento de circuitos eletrônicos complexos dentro de suas respectivas aplicações Neste bloco serão introduzidas as aplicações da eletrônica analógica e da eletrônica digital Falaremos sobre suas aplicações tanto no âmbito industrial quanto no cotidiano em que podem ser encontradas essas tecnologias Veremos também a respeito das memórias mais especificamente as memórias RAM e ROM elementos que são muito utilizados em microprocessadores e microcontroladores Portanto este é um bloco muito importante para o entendimento introdutório de toda a tecnologia que cerca a eletrônica Vamos lá 11 Aplicações da eletrônica analógica Ao falarmos de eletrônica temos duas variantes em seus aspectos a eletrônica digital e a analógica A tecnologia eletrônica analógica é baseada na manipulação da tensão e da corrente no circuito para formar um circuito que pode amplificar o sinal trocar a máquina e tornar possível a diversificação das telecomunicações sendo que elas só podem funcionar com modulação de sinal no início Os principais componentes do equipamento eletrônico analógico são chamados de transistores capacitores potenciômetros resistores bobinas circuitos integrados entre outros 4 A eletrônica analógica é baseada na lei de Ohm e os especialistas em eletrônica devem tentar entender essa lei para poderem realizar cálculos em circuitos O surgimento dos produtos eletrônicos analógicos se manifestou com a chegada de novos circuitos de controle Esses circuitos trabalhando ou não com grandezas físicas variáveis oscilam em baixas ou altas frequências e são utilizados em quase todos os tipos de equipamentos Na eletrônica analógica o número ou valor do sinal que processamos pode mudar continuamente de escala O valor do sinal não precisa ser um número inteiro Por exemplo o sinal de áudio analógico muda suavemente entre os dois extremos enquanto o sinal digital só pode mudar em um salto Veja a seguir uma onda de determinado sinal analógico Figura 11 Sinal Analógico Fonte Autor 2021 Dentre os componentes da eletrônica analógica temos os amplificadores operacionais como o próprio nome diz responsáveis por aumentar o sinal de entrada Esse dispositivo possui muitas aplicações como controle industrial instrumentação tanto industrial como médica telecomunicação sistema de aquisição de dados e até sistema de som Por exemplo temos um módulo amplificador de som muito usado em carros 5 com o objetivo de potencializar o som assim como caixa acústica para guitarra como vemos na imagem a seguir Figura 12 Caixa Amplificadora com guitarra Fonte SHUTTERSTOCK Link httpswwwshutterstockcomptimagephotoamplifierguitar electricfootcontrolbuttons355488569 Assim o amplificador tem diversas aplicações na montagem de circuitos eletrônicos dentre eles podemos destacar Amplificadores DC Comparadores Amplificadores Somadores Mixers de Áudio Integradores Filtros Ativos Buffers Circuitos Clipper Inversores entre outras aplicações O amplificador operacional como o nome já sugere é um circuito integrado CI capaz de amplificar o sinal de entrada Esse amplificador é capaz de realizar operações aritméticas seja subtração adição multiplicação e também operações de maior complexidade como integral e derivada Veja a ilustração a respeito de seu funcionamento 6 Figura 13 Ligação em um Amplificador Operacional Fonte Autor 2021 Sendo V entrada não inversora V entrada inversora Vo saída Vcc alimentação positiva Vcc alimentação negativa Em que o amplificador diferencial é um amplificador eletrônico que multiplica a diferença entre duas entradas por um valor constante definido como ganho diferencial O amplificador diferencial é o estágio de entrada da maioria dos amplificadores operacionais Os amplificadores diferenciais são encontrados em muitos sistemas que usam feedback negativo onde uma entrada é usada para o sinal de entrada e a outra entrada é usada para o sinal de feedback As aplicações comuns são o controle de motores ou servomecanismos e aplicações com funções de amplificação de sinal 7 Ao adentrarmos nos tipos de amplificadores operacionais segundo suas aplicações encontramos uma variedade delas Destacamos Amplificador Inversor Amplificador Não Inversor Amplificador Somador Amplificador Subtrator Amplificador Diferenciador Integrador entre outros Quanto à configuração do amplificador inversor sua polaridade no sinal de saída é oposta em relação ao seu sinal de entrada Veja na imagem a sua representação Figura 14 Ligação em um Amplificador Inversor Fonte Autor 2021 Onde sua fórmula do ganho é dada em Enquanto o amplificador não inversor tem sua configuração conforme a imagem a seguir 8 Figura 15 Ligação em um Amplificador não Inversor Fonte Autor 2021 E sua fórmula é dada por Temos também seu ganho de tensão que é Onde Uout Tensão de saída Uin Tensão de entrada Para os outros amplificadores temos as seguintes fórmulas Amplificador somador Onde Uout Tensão de saída 9 U1 U2 U3 Um São as respectivas tensões de entrada Amplificador Subtrator Amplificador Diferenciador Onde C é a capacitância do circuito e a expressão entre parênteses é divisão da derivada da tensão de entrada entre a derivada do tempo Amplificador integrador Temos também os comparadores de tensão Apesar de suas similaridades com os amplificadores operacionais eles se caracterizam por possuir um alto ganho capaz de operar de forma funcional com uma simples fonte de alimentação Essa necessidade de comparação nos trouxe a importantes famílias lógicas o LM339 e o LM311 Esses circuitos consistem em um comparador de tensão de quádruplo com características que permitem sua utilização também como conversores AD funções lógicas geradores de formas de onda entre outras Veja seu esquema de ligação com as respectivas imagens 10 Figura 16 Comparador de tensão LM339 Fonte Pinterest Link httpsbrpinterestcompin697424692279777175visualsearch Os Seguidores de Tensão também conhecidos como Buffer correspondem a um circuito do qual resulta em sua saída exatamente a entrada a qual foi aplicada Entretanto possui um alto ganho na potência devido à impedância de entrada ser alta e a impedância de saída muito baixa O buffer pode ser feito a partir de um amplificador operacional tornandoo assim amplificador não inversor Pelo fato de ser um amplificador de ganho unitário não oferece ganho na tensão Ele pode fornecer corrente infinitamente dentro de suas limitações pelo fato de a impedância de saída ser nula Ocasiona dessa forma o ganho de potência na carga alimentada pelo buffer Por esse motivo os seguidores de tensão costumam ser usados à exaustão em variados circuitos eletrônicos como uma maneira simples e de baixo custo a fim de garantir um acoplamento eficaz de impedâncias e ganho de potência estável utilizando de sua alta capacidade à resposta sobre sua frequência 11 12 Aplicações da eletrônica digital Os circuitos eletrônicos digitais funcionam convertendo informações em bits Em circuitos eletrônicos analógicos essas informações podem ser processadas sem conversão Ao nos referirmos à eletrônica digital seus dispositivos processam apenas dois níveis de sinal e combinam entradas e saídas de acordo com sua lógica Eles usam sinais elétricos em duas tensões diferentes para representar valores binários Veja a forma de se representar graficamente o sinal digital Figura 17 Sinal Digital Fonte Autor 2021 Um exemplo é dado para um circuito operado por pulso Só podemos processar um número inteiro de pulsos a qualquer momento no circuito Não podemos encontrar meio pulso ou quarto de pulso em qualquer lugar Quando nos referimos à palavra digital associamos a um número que está relacionado à representação geral Não podemos usar nossos dedos para representar meio pulso ou um quarto de pulso Assim diferenciamos a eletrônica digital da analógica devido a algumas características que fazem com que a tecnologia digital se sobressaia por suas vantagens em relação aos circuitos eletrônicos analógicos Assim podemos citar Possibilidades quase infinitas de programação 12 Alta resistência a ruídos elétricos Transmissão de sinais a longas distâncias sem interferências Alta capacidade no armazenamento de dados Alta estabilidade e confiabilidade Bom custobenefício devido à eficiência 121 Máquinas de estados finitos Dessa forma nos circuitos digitais temos as máquinas de estados finitos representados por um modelo matemático usado para representar programas de computador ou circuitos lógicos Assim podemos tratar tais máquinas como abstratas e devem estar em um número finito de estados A máquina está em apenas um estado por vez e esse estado é chamado de estado atual O estado armazena dados sobre o estado anterior ou seja reflete as mudanças ocorridas desde a entrada no estado do início do sistema até o momento atual Uma transição indica uma mudança no estado e é descrita pelas condições que precisam ser atendidas para que a transição ocorra Uma ação é a descrição de uma atividade que deve ser realizada em um determinado momento As máquinas de estado finito podem modelar muitos problemas algébricos incluindo automação de projeto eletrônico projeto de protocolo de comunicação análise e assim como outras aplicações voltadas para engenharia Na pesquisa biológica e inteligência artificial essas máquinas de estado são utilizadas às vezes também para descrever o sistema nervoso enquanto na linguística essas máquinas são usadas para descrever a gramática da linguagem natural Tal estado armazena informações sobre o passo anterior Assim uma transição indica uma mudança de estado e é descrita por uma condição que necessita ser realizada para que essa comutação ocorra Essa ação é a descrição de determinada atividade a ser executada em determinado momento Assim chegamos a esse diagrama de blocos 13 Figura 18 Diagrama de blocos de máquinas de estado finito Fonte Autor 2021 Exercício de aplicação Para melhor compreendermos as máquinas de estado iremos apresentar o sistema de um semáforo O passo inicial será montar o diagrama de transição para ver o funcionamento das luzes Figura 19 Diagrama de transição das luzes do semáforo Fonte Autor 2021 14 Uma vez definido seu esquema de transição das luzes faremos uma tabela com as variáveis de entrada de acordo com a designação de valores para cada luz Veja Estado Entrada Q1 Entrada Q0 Verde Amarelo Vermelho Verde 0 0 1 0 0 Amarelo 0 1 0 1 0 Vermelho 1 0 0 0 1 Inválido 1 1 0 0 0 Perceba que a última linha se torna inválida pelo fato de haver apenas 3 luzes não existindo um quarto estado onde as duas entradas sejam 1 Na tabela a seguir está representada a tabela de transição de estados de acordo com o estado atual e o seguinte Veja Estado Próximo estado Q1 Q0 Q1 Q0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 Repare que essa tabela não é nada mais que uma tabela verdade então consequentemente o próximo passo é o Mapa de Karnaugh Faremos 5 mapas de acordo com as entradas e as luzes do semáforo e respectivamente suas expressões booleanas Acompanhe 15 Fonte Autor 2021 Fonte Autor 2021 Fonte Autor 2021 16 Fonte Autor 2021 Fonte Autor 2021 Uma vez definido o valor das luzes tabela de transição mapa de Karnaugh e expressões booleanas podemos montar o circuito do semáforo a partir de flipflops tipo D Veja a ligação 17 Fonte EPUSP Link httpsedisciplinasuspbrpluginfilephp4203397modresourcecontent0ExemploMEFpdf 121 PLDs Encontramos também na eletrônica digital os dispositivos lógicos programáveis conhecidos como PLD São circuitos integrados CIs que são capazes de conter grande quantidade de circuitos lógicos a partir de uma estrutura que não é fixa Um PLD é composto por circuitos lógicos e chaves programáveis cujas funções são definidas por meio de operador Sua lógica interna pode ser configurada e até mesmo modificada por um processo de programação Veja a seguir o seu organograma de acordo com os tipos de PLD 18 Figura 110 Organograma do PLD Fonte Autor 2021 13 Memórias ROM e RAM A memória é um dos principais componentes do equipamento eletrônico digital sequencial e dos circuitos de microprocessamento ou microcontrole O sistema armazena as instruções direcionadas pelo computador ou microcontrolador na memória e também armazena informações codificadas digitalmente na memória As informações nada mais são do que informações relacionadas ao processamento com resultados de operações matemáticas variáveis de processo comandos de operação endereços e muitas outras informações relativas ao processo Dessa forma lidamos na eletrônica basicamente com dois tipos de memórias a memória RAM Memória de Acesso AleatórioRandom Access Memory e a ROM Memória Somente LeituraReady Only Memory A memória RAM é uma tecnologia que permite o acesso aos arquivos armazenados no dispositivo Ao contrário da memória HD a RAM não armazena conteúdo permanentemente Ela é responsável pela leitura do conteúdo quando necessário perdendo as informações no corte da energia Ela é conhecida como espaço temporário de trabalho pois quando o trabalho é finalizado ela remove os itens PLD Arranjos lógicos programáveis PROM PLA PAL Arranjos de portas programáveis FPGA CPLD 19 anteriormente armazenados Essa tecnologia RAM é encontrada em computadores impressoras celulares RAM é um chip semelhante a um microprocessador composto por transistores e capacitores Após o carregamento o sistema lerá de acordo com o famoso código binário zero e um Cada vez que esse valor é lido como zero ou um isso significa um pouco de informação Essa leitura é muito rápida e pode ser concluída em alguns milissegundos É assim que a memória RAM lida com todas as operações realizadas pelo operador Figura 111 Memória RAM Fonte Shutterstock Link httpswwwshutterstockcomptimagephotophotoddrrammemory moduleisolated110320136 Já a memória ROM transmite a função de que a memória só pode ser lida possibilitando a gravação de dados de forma única não sendo possível assim apagar ou mesmo editar informações Com o desenvolvimento da tecnologia variantes desse tipo de memória foram desenvolvidas tornando possível armazenar mais itens e modificar itens existentes por exemplo atualizações do sistema Assim nos dias de hoje a memória ROM é utilizada praticamente como sinônimo de memória interna Essa tecnologia ROM é encontrada no BIOS chip que armazena as configurações mais básicas do sistema antes de inicializálo acessando dados como data e hora se o ventilador do processador está funcionando se vários periféricos e controladores estão recebendo tensão e se a memória RAM está pronta para que enfim introduza o HD na inicialização do sistema operacional de um computador por exemplo Essas instruções e configurações são escritas no software e em última análise são a própria 20 ROM É a analogia do software embutido no dispositivo que estende o conceito de ROM a vários outros dispositivos e sistemas Veja a seguir a imagem de uma memória ROM Figura 112 Memória ROM de cerâmica Fonte Shutterstock Link httpswwwshutterstockcomptimagephotoceramicrommemorychip highquality1925237624 Esses circuitos integrados eram originalmente na forma de silício geralmente extraído da areia A conversão de silício em chips de memória é um processo muito detalhado que envolve engenheiros metalúrgicos químicos e físicos Os chips de memória semicondutores são fabricados em uma sala limpa porque os circuitos são tão pequenos que uma pequena poeira pode danificálos O primeiro passo para converter o silício em um circuito integrado é criar um cilindro ou lingote de cristal único de silício puro que tenha um diâmetro de 330 mm Após esse passo vem uma série de etapas de aplicações de camadas de alumínio e passivação para que assim chegue no encapsulamento e galvanização Processo esse que sua estrutura encapsulada de chumbo é carregada quando imersa em uma solução de estanho e chumbo Aqui os íons de estanho e chumbo são atraídos pela estrutura de chumbo carregada que formará uma pilha de chapeamento uniforme aumentará a condutividade do chip e fornecerá uma superfície limpa para o chip ser montado 21 Em suas etapas finais de acabamento e formato a estrutura de chumbo é inserida na máquina de acabamento e conformação onde os contatos são formados e o cavaco é separado da estrutura Em seguida o chip isolado é colocado em um tubo antiestático para processamento e transportado para a área de teste para o teste final Já com os chips de memória produzidos é hora de dar a eles uma forma de se conectar à placamãe do dispositivo eletrônico As PCBs vêm ao encontro dessa etapa de modo que são acoplados e instalados na placa onde suas matrizes são separadas em módulos Assim temos os chips de memórias em PCBs prontas paras etapas de serigrafia que envolve soldagem e fixação além de um processo que leva o material ao forno para derretimento da pasta de solda A partir do resfriamento da solda é gerada uma solidificação a qual cria uma cola permanente entre os chips de memória e a PCB Agora temos nossa memória pronta para ser testada e inspecionada tanto visualmente quanto equipamentos que medem sua qualidade e desempenho para que assim tenhamos uma placa livre de defeitos e totalmente funcional Conclusão Caro estudante neste bloco você pôde observar as duas aplicações distintas que ocorrem na eletrônica Tanto na eletrônica digital quanto na analógica o seu uso é amplo e vasto não limitado apenas às áreas industriais mas também muito encontrado no nosso dia a dia e em elementos comuns de nosso uso Por fim você viu duas memórias muito usadas em dispositivos eletrônicos sendo a memória RAM aquela que não armazena conteúdo permanente e é responsável pela leitura quando necessário O outro tipo de memória é a ROM que possibilita a gravação de dados de forma única não tornando possível editar ou excluir informações nela armazenadas Bons estudos e até a próxima 22 Referências 1 SHUTTERSTOCK Caixa Amplificadora Disponível em httpswwwshutterstockcomptimagephotoamplifierguitarelectricfoot controlbuttons355488569 Acesso em 9 mar 2021 2 EPUSP Controle de semáforos para cruzamento Laboratório Digital UPUSPPCS versão 2013 Site Edisciplinas Disponível em httpsedisciplinasuspbrpluginfilephp4203397modresourcecontent0Exe mploMEFpdf Acesso em 7 maio 2021 3 SHUTTERSTOCK Memória RAM Disponível em httpswwwshutterstockcomptimagephotophotoddrrammemorymodule isolated110320136 Acesso em 9 mar 2021 4 SHUTTERSTOCK Memória ROM de cerâmica Disponível em httpswwwshutterstockcomptimagephotoceramicrommemorychiphigh quality1925237624 Acesso em 9 mar 2021 5 PINTEREST Comprador de tensão LM339 Disponível em httpsbrpinterestcompin697424692279777175visualsearch Acesso em 7 maio 2021 Referências Complementares 1 CRUZ E C A CHOUERI S Eletrônica aplicada 2 ed São Paulo Érica 2013 ebook Minha Biblioteca 2 DACHI E P Eletrônica digital 1 ed São Paulo Blucher 2018 ebook Pearson 3 SZAJNBERG M Eletrônica digital teoria componentes e aplicações 1 ed Rio de Janeiro GENLTC 2014 ebook Minha Biblioteca 23 4 FILHO E S D da S et al Eletrônica Porto Alegre SAGAH 2018 ebook Minha Biblioteca 5 FLOYD T L Sistemas digitais fundamentos e aplicações 9 ed Porto Alegre Bookman 2007 ebook Minha Biblioteca 6 TOCCI R J WIDMER N S MOSS G L Sistemas digitais princípios e aplicações 11 ed São Paulo Pearson Education do Brasil 2011 ebook Pearson 24 2 APLICAÇÕES DA ELETRÔNICA NA ÁREA DE AQUISIÇÃO DE DADOS Apresentação Caro estudante neste bloco você aprenderá sobre condicionadores de sinais seu uso e aplicações como por exemplo amplificadores operacionais capazes de realizar operações aritméticas e amplificadores diferenciais muito utilizados em feedbacks negativos Além disso veremos pontes que podem realizar esse processo Você verá também uma breve introdução sobre sensores desde o de temperatura até o de posição pressão e nível Por fim este bloco fará uma ligação dos condicionadores de sinal relacionandoos aos sensores a fim de criar um conhecimento prático quanto ao uso da eletrônica na aquisição de dados Vamos lá 21 Condicionadores de sinal Um condicionador de sinal é um dispositivo responsável por converter um sinal eletrônico em outro sinal Sua principal função é converter sinais de difícil leitura por instrumentos convencionais em um formato mais fácil de ler Ao realizar essa conversão várias funções são usadas como amplificação de sinais conversão de corrente para tensões isolamento elétrico linearização de sinais entre outras aplicações O tipo mais comum de condicionamento de sinal é a amplificação Sinais de baixa intensidade devem ser amplificados para melhorar a resolução e reduzir o ruído Para obter maior precisão o sinal deve ser amplificado de forma que a tensão máxima do sinal a ser ajustado seja consistente com a tensão máxima de entrada do conversor A D Quando falamos da conversão de corrente para tensão tratamos de um dispositivo o qual possibilita a conexão entre sensores e atuadores industriais O sistema de 25 automação de diferentes indústrias depende da aplicação do conversor de forma que a corrente liberada pelo dispositivo pode ser convertida em tensão para que os dados possam ser recebidos por outros dispositivos do mesmo sistema Esse conversor de corrente para tensão recebe o sinal de corrente tendo seu valor variando entre 4 mA ao máximo de 20 mA Após receber essas correntes o conversor converte esses valores em sinais de tensão variando de 0 a 10 V Veja a seguir a imagem de um dispositivo que converte tensão para corrente Figura 21 Conversor de tensão para corrente Fonte Easytronics Link httpswwweasytronicscombrconversordetensaoparacorrente4a 20ma Os choppers conhecidos como Conversores CCCC são capazes de converter tensão contínua em propriamente outra tensão contínua com variáveis em sua amplitude Podem ser monofásicos trifásicos ou mesmo nfásicos além de serem unidirecionais ou bidirecionais Operam com comandos em alta frequência e podem apresentar correção em seu fator de potência ou até mesmo não apresentar essa correção Encontramos os choppers em controle de velocidade de motores CC energias 26 alternativas fontes chaveadas correção de fator de potência aplicações veiculares carregadores de bateria adaptação de tensão contínua entre outras aplicações Os choppers variam sua classificação e tipos de acordo com seus níveis de tensão Veja Stepdown Buck sua tensão de saída será menor que a de entrada tendo como objetivo reduzir sua tensão com eficiência Com sua fórmula deduzida assim Stepup Boost sua tensão de saída será maior que a de entrada tendo como objetivo aumentar sua tensão com eficiência como se fosse um transformador Com sua fórmula deduzida assim Onde D é o valor do diodo Buckboost a tensão de saída pode ser menor igual ou maior Com sua fórmula deduzida assim Ainda tratando de condicionadores de sinal temos também a ponte de Wheatstone circuito usado para medir resistência desconhecida e seu valor geralmente está próximo das outras resistências no circuito Também pode ser usada para medir duas resistências que mudam de modo espelhado No momento em que uma resistência aumenta seu valor a outra resistência diminui de maneira diretamente proporcional Veja a seguir o esquema de ligação dessa ponte 27 Figura 22 Esquema de ligação da Ponte de Wheatstone Fonte Autor 2020 Para fim de cálculo do valor de suas saídas obtemos na tensão do ponto B e do ponto C a partir das resistências e entrada do circuito Veja Enquanto a tensão de saída será a diferença do VB em relação ao ponto VC Como sabemos o extensômetro strain gauge é um sensor que usa variantes da resistência para medir deformações de determinado corpo A fim de obter a leitura das deformações o strain gauge é submetido a um circuito elétrico da Ponte de Wheatstone que lê a variação da resistência causada pela deformação da grade que compõe o corpo do sensor A variação da tensão na saída da ponte é processada para definir a força ativa da peça obtida por uma calibração direta 28 Com a ponte em equilíbrio podemos substituir um dos resistores do circuito pelo extensômetro assim toda variável de tensão será originada pela extensão do strain gauge Dessa forma encontramos a seguinte fórmula para cálculo Onde V0 Tensão de saída Vex Tensão de excitação GF Fator quantitativo definido pela mudança fracional da resistência elétrica pela deformação ɛ deformação E quando utilizarmos os 4 resistores com o strain gauge temos o circuito de ponte completa com esta equação Por meio da ponte de Wheatstone podemos realizar a medição de capacitores Também temos a ponte de Schering que pode realizar tanto medição de capacitância quanto de indutância e sua entrada é um gerador de sinais cuja frequência é selecionada em virtude do valor da capacitância ou propriamente da indutância mensurada Outra ponte a ser mencionada é a ponte de Maxwell considerada uma forma avançada da ponte de Wheatstone Ela trabalha de acordo com o princípio de comparação ou seja o valor da indutância desconhecida é determinado comparando o com um valor conhecido ou um valor padrão Podendo realizar essa medição por meio da variação de resistências e capacitores do circuito Alguns sensores ou mesmo transdutores requerem sinais de corrente de tensão externa ou excitação Tais módulos de condicionamento de sinal para esses sensores 29 costumam gerar tais sinais Por exemplo em medições usando o RTDS uma fonte atual normalmente é utilizada na conversão dessa variação de resistência em relação à tensão mensurável A ponte de Wheatstone pode ter também conectado em seus terminais o amplificador diferencial gerando assim determinado ganho em sua saída como vemos na imagem a seguir Figura 23 Esquema de ligação da Ponte de Wheatstone com amplificador diferencial Fonte Agusti 2017 A partir deste amplificador instalado nesse circuito calculamos sua tensão de saída de acordo com as fórmulas a seguir Concluímos que se a ponte estiver equilibrada não resultará em uma amplificação de sinal 30 22 Sensores Sensor é o dispositivo capaz de realizar a detecção de determinada grandeza física respondendo com eficiência a algumas entradas provenientes do ambiente envolvido Dessa forma ao receber esse estímulo de entrada ele nos fornecerá um sinal de saída dependendo diretamente do processo em que está contido seja em um transdutor ou transmissor ou simplesmente gerando o valor mensurado como por exemplo em um termômetro de mercúrio 221 Sensores de posição Os sensores de posição são dispositivos usados para obter medições precisas ou medições de posição próxima como por exemplo os sensores responsáveis por detectar variações de inclinação em eixos que necessitam de um alinhamento preciso e constante Esse tipo de sensor inclui sensores codificadores e potenciômetros Dependendo do tipo específico de sensor de posição envolvido a medição pode ser linear ou angular por natureza e pode ser classificada como relativa ou absoluta Os sensores de proximidade são os comuns da área são responsáveis por determinar a distância ou mesmo identificar a presença de um corpo em relação a determinado ponto Dentre os sensores de proximidades existentes podemos citar os sensores capacitivos sensores indutivos sensores infravermelhos sensores ultrassônicos ópticos fotoelétricos entre outros Veja um exemplo de um sensor de proximidade indutivo muito usado indústria na linha de produção 31 Figura 24 Exemplo de sensor de proximidade indutivo Fonte Shutterstock Link httpswwwshutterstockcomptimagephotoinductiveproximitysensor switchinstalledon1106133311 A maioria dos sensores de proximidade são de um estado sólido nomenclatura esta relacionada ao tipo de componentes utilizados no sensor No caso dos transistores são usados para alterar a saída do sensor após detectar a presença de um corpo Encontramos 2 tipos de sensores de 3 fios São eles o NPN e PNP O que os difere é o seu circuito interno assim como o tipo de transistor usado Veja o esquema de ligação de um sensor de proximidade com os 2 tipos de ligação ao relé Figura 25 Ligação do sensor de proximidade NPN e PNP Fonte Jefferson Link httpswwwjeffersonindbrconteudoqualeadiferencaentrepnpenpnao descreveraconexaode3fiosdeumsensorhtml 32 Dessa forma se o sensor possuir característica PNP o potencial positivo será ligado Agora se o transistor for NPN a ligação será realizada pelo fio de potencial negativo 222 Sensores de velocidade Quanto aos dispositivos responsáveis por medir velocidade ou mesmo movimentos podemos mencionar o Tacômetro É um sensor capaz de medir rotações de um motor pela unidade RPM que significa Rotações Por Minuto Seu funcionamento inclui a medição de fenômenos repetitivos medindo a oscilação e vibração de peças mecânicas Podemos exemplificar sua utilização em operações de embalagem com intuito de controlar a velocidade de cada motor utilizando múltiplos tacômetros na máquina onde cabe ao controlador a função de manter tacômetros e motores em sincronia Num tacômetro digital a leitura é mostrada em um visor LCD com memória para armazenamento Esses aparelhos trabalham com microprocessadores sendo adequados para medição precisa e monitoramento de rotação linearidade velocidade de superfície e comprimento total Os tacômetros digitais são mais comuns hoje em dia e fornecem leituras digitais em vez de mostradores e ponteiros Veja a imagem a seguir Figura 26 Exemplo de um Tacômetro Digital Fonte Shutterstock Link httpswwwshutterstockcomptimagephotodigitalphototachometer newdevice1381048331 33 Já o encoder é um tipo de sensor que é capaz de fornecer um retorno no motor de rotação e na posição de um equipamento específico como parte que gira ou se move linearmente Isso significa que o encoder transforma uma posição física no espaço em um sinal digital Seu funcionamento se dá por meio de um disco com marcações receptor e emissor de forma que o disco gira e suas marcações vão sendo contadas Assim o sinal enviado é proporcional em relação ao número de giros Podemos classificálo de duas maneiras Incremental e Absoluto O encoder absoluto envia um valor codificado para a posição gerando um código binário para cada unidade de deslocamento indicando assim sua posição absoluta Por sua vez o incremental é um tipo de codificação que converte um movimento angular ou sua posição do eixo em código analógico ou digital a fim de identificar sua posição ou movimento O encoder incremental tem um sistema eletrônico externo para interpretar a posição com base na contagem de eventos que ocorreram nesse dispositivo Ele fornece uma quantidade especificada de pulsos a cada rotação completa do eixo Essa leitura é realizada por meio de emissores infravermelhos com sensores do lado oposto O sinal de saída pode ter uma única linha de pulsos ou até mesmo duas linhas de pulso que são compensados para determinar sua rotação Dessa forma apontamos sua posição velocidade e até mesmo sua velocidade angular É conhecida como quadratura essa fase entre os dois sinais 223 Sensores de temperatura O sensor de temperatura é um dispositivo de medição capaz de detectar a temperatura a partir das características físicas correspondentes do dispositivo seja a resistência campo eletromagnético ou até mesmo radiação térmica O método de trabalho do sensor de temperatura depende de suas características e constitui a mesma física 34 Como exemplo usaremos os Termopar pois além de preciso é muito sensível a menores variações de temperatura e pode responder rapidamente a mudanças ambientais Podemos citar sua aplicação em prensas de pneus onde monitora a qualificação térmica da prensa ou mesmo de qualquer evolução relacionada à troca de calor Seus resultados possibilitam a definição da duração de cada fase do cozimento É conectado por um par de fios de metal com características diferentes O par de metal cria uma diferença de tensão térmica entre suas duas extremidades que reflete a diferença de temperatura entre elas A seguir vemos um exemplo de um termopar Figura 27 Exemplo de termopar Fonte Shutterstock Link httpswwwshutterstockcomptimagephotothermocoupleheater isolatedonwhitebackground1385688572 224 Sensores de pressão Um sensor de pressão é um componente que converte a pressão exercida por um gás ou líquido em sua superfície em dados de saída e esses dados de saída tornamse informações relevantes para a indústria Seu uso está voltado a diversas aplicações como por exemplo na detecção de vazamentos em canos tubos ou silos por meio de 35 queda de pressão É de grande ajuda todos os dias pois há conversão desses dados em sinais elétricos para ajudar no envio para a base de controle Dentre os sensores de pressão comumente usados no mercado hoje podemos citar os potenciômetros ressonantes piezoresistivos capacitivos entre outros Temos como exemplo o manômetro de tubo Bourdon também muito usado em equipamentos industriais tais como compressores bombas equipamentos hidráulicos e pneumáticos Seu elemento de medição é frequentemente chamado de tubo de Bourdon O engenheiro francês Eugène Bourdon utilizou esse princípio operacional em meados do século XIX O conceito é baseado em uma mola elástica e um tubo C9 curvo com uma seção transversal elíptica Vemos a seguir um exemplo de um tubo de Bourdon Figura 28 Exemplo de tubo de Bourdon Fonte Shutterstock Link httpswwwshutterstockcomptimagephotopressuregaugerange060 barsize405387529 225 Sensores de nível O sensor de nível é um dispositivo usado para controlar sólidos líquidos ou elementos granulares armazenados em tanques de armazenamento sejam abertos ou pressurizados e também silos Um dos sensores mais conhecidos é o sensor tipo Boia 36 Quando o nível aumenta ou diminui o flutuador se move junto e ativa magneticamente os contatos por meio de uma haste comunicando o nível do elemento medido A seguir vemos um sensor tipo boia Figura 29 Exemplo de um sensor tipo boia Fonte Shutterstock Link httpswwwshutterstockcomptsearchwatertankfloatsensor 23 Aplicações em sistemas sensores Uma característica comum do condicionamento de sinal é isolar o sinal do sensor em relação à entrada do conversor para garantir a segurança O sistema a ser monitorado pode conter sinais de alta tensão que podem danificar o inversor Outra razão para o isolamento é garantir que as leituras do dispositivo de aquisição não sejam afetadas por diferenças no potencial de terra ou tensão de modo comum Quando o potencial de referência da entrada do sinal obtido pelo dispositivo é aterrado podem ocorrer problemas se houver diferença de potencial entre os dois pontos de aterramento conhecida como corrente de loop Essa discrepância pode levar a um chamado curtocircuito de aterramento que pode levar a uma representação imprecisa do sinal adquirido Ou a diferença pode ser tão grande que todo o sistema de medição acaba até mesmo sendo danificado Assim sendo o uso de módulos de condicionamento de sinal isolados pode eliminar curtoscircuitos de aterramento e garantir a aquisição precisa do sinal 37 A excitação também pode ser aplicada em sistemas sensores mais precisamente em transdutores Alguns sensores transdutores requerem tensão externa ou sinais de corrente de excitação O módulo de condicionamento de sinal desses transdutores geralmente cria esses sinais Por exemplo na medição usando RTD uma fonte de corrente é geralmente usada que pode converter a mudança de resistência em uma tensão mensurável Veja o esquema de ligação de um circuito de excitação Figura 210 Circuito de excitação Fonte Instrumatic Link httpswwwinstrumaticcombrartigocondicionamentodesinais analogicossensores Tomando como exemplo um termopar apesar de simples esse sensor requer um condicionador de sinal de alta qualidade para funcionar Embora o T C seja passivo e não exija excitação ou potência do sensor ele deve isolar amplificar e linearizar o minúsculo potencial que gera no lado do conector do sensor Além disso ele precisa fornecer uma referência para leituras de temperatura absoluta caso contrário ele só pode produzir leituras de temperatura relativa o que não é muito útil 38 Para simplificar a ilustração do condicionamento de sinal em relação a alguns tipos de sensores temos a tabela a seguir relacionando os requisitos básicos do condicionador Veja Tabela Condicionador de sinal em sensores SENSOR CONDICIONADOR REQUISITOS Termopar Tipo termopar Isolação linearização compensação de junção a frio RTD Tipo RTD Isolação alimentação ajuste na detecção escalonamento na variedade de RTD Acelerômetro Tipo IEPE Isolação múltiplas faixas alimentação de sensor de corrente filtragem selecionável Strain Gauge Tipo Strain Gauge Isolação múltiplas faixas alimentação balanceamento da ponte calibração de shunt ajuste da linha de detecção filtragem selecionável LVDT Tipo LVDT Isolação múltiplas faixas alimentação ajuste de zero Fonte Autor 2021 Vale ressaltar que os requisitos como isolação e alimentação devem ser feitos no hardware enquanto a filtragem e a linearização serão feitas no software Podemos relacionar o uso da ponte de Wheatstone a elementos sensores no caso de um extensômetro Veja a aplicação a seguir 39 Aplicação 1 Dado o circuito a seguir consideramos o resistor ajustável com um ajuste linear de 150 Ohms E temos apenas o valor da resistência do medidor de deformação de 50 Ohms Devemos encontrar a porcentagem do cursor deslizante no momento em que a ponte está em equilíbrio Com a ponte em equilíbrio temos a seguinte equação Com isso podemos prever por meio dos valores de resistência a fração exata da extensão do strain gauge que no caso acima é de 1736 Aplicação 2 O circuito a seguir trata de um sensor termopar conectado a um AmOp não inversor a fim de amplificar o sinal de saída Temos os dados da tensão de saída 34 V e as 40 resistências informadas R1 2KΩ e R2 12kΩ porém não conhecemos o valor da medição do termopar Dessa forma devemos saber qual foi o sinal de tensão detectado pelo sensor A partir dessa fórmula podemos calcular tanto o ganho quanto o valor da tensão de entrada Com isso concluímos que a tensão de entrada emitida pela detecção do termopar foi de 2125 V e foi amplificada por meio do AmOp para 34 V Conclusão Caro estudante neste bloco você viu o sistema de aquisição de dados eletrônicos por meio dos condicionadores de sinal Mostramos a operação no sistema de amplificação além das pontes que também são importantes nesse processo tanto a ponte de Wheatstone quanto a ponte de Maxwell Em seguida você teve uma breve introdução a respeito dos sensores capazes de medir diversas grandezas E por fim foi apresentada uma aplicação do condicionador de sinal funcionando como um isolador ligado à entrada do conversor de determinado 41 sensor para garantir a sua segurança Além disso você viu a tabela que mostra o condicionador de sinal em sensores caracterizados pelo meio condicionador e também os seus requisitos nesse processo Bons estudos e até a próxima Referências 1 EASYTRONICS Conversor de tensão para corrente Disponível em httpswwweasytronicscombrconversordetensaoparacorrente4a20ma Acesso em 28 mar 2021 2 AGUSTI C A B CORRÊA L S Instrumentação A Relatório de Termometria UFRGS 2017 3 SHUTTERSTOCK Sensor de proximidade indutivo Disponível em httpswwwshutterstockcomptimagephotoinductiveproximitysensor switchinstalledon1106133311 Acesso em 28 mar 2021 4 JEFFERSON Engenharia de Processos Industriais Qual é a diferença entre PNP e NPN ao descrever a conexão de 3 fios de um sensor 11 fez 2019 Disponível em httpswwwjeffersonindbrconteudoqualeadiferencaentrepnpenpn aodescreveraconexaode3fiosdeumsensorhtml Acesso em 28 mar 2021 5 SHUTTERSTOCK Tacômetro digital Disponível em httpswwwshutterstockcomptimagephotodigitalphototachometernew device1381048331 Acesso em 28 mar 2021 6 SHUTTERSTOCK Termopar Disponível em httpswwwshutterstockcomptimagephotothermocoupleheaterisolated onwhitebackground1385688572 Acesso em 28 mar 2021 7 SHUTTERSTOCK Tubo de Bourdon Disponível em httpswwwshutterstockcomptimagephotopressuregaugerange060bar size405387529 Acesso em 28 mar 2021 42 8 SHUTTERSTOCK Sensor tipo boia Disponível em httpswwwshutterstockcomptsearchwatertankfloatsensor Acesso em 28 mar 2021 9 INSTRUMATIC Circuito de excitação Disponível em httpswwwinstrumaticcombrartigocondicionamentodesinaisanalogicos sensores Acesso em 1 abr 2021 Referências Complementares 7 CRUZ E C A CHOUERI S Eletrônica aplicada 2 ed São Paulo Érica 2013 ebook Minha Biblioteca 8 ALBUQUERQUE R de O SEABRA A C Utilizando eletrônica com AO SCR TRIAC UJT PUT CI 555 LDR LED IGBT e FET de potência 2 ed São Paulo Érica 2012 ebook Minha Biblioteca 9 DACHI E P Eletrônica digital 1 ed São Paulo Blucher 2018 ebook Pearson 10 SZAJNBERG M Eletrônica digital teoria componentes e aplicações 1 ed Rio de Janeiro GENLTC 2014 ebook Minha Biblioteca 11 FILHO E S D da S et al Eletrônica Porto Alegre SAGAH 2018 ebook Minha Biblioteca 43 3 APLICAÇÕES DA ELETRÔNICA NA ÁREA DE PROCESSAMENTO DE SINAIS Apresentação Caro estudante chegou a hora de falar sobre aplicação da eletrônica na área de processamento de dados Para isso serão abordados os multivibradores e as suas três classificações Em seguida abordaremos o processamento de sinal analógico falando especificamente a respeito dos osciladores Por fim você verá sobre filtros eletrônicos e suas respectivas funções e aplicações tanto os filtros analógicos quanto os filtros digitais com suas formas na abordagem de sinais eletrônicos além de seus processos passo a passo para uma filtragem Vamos lá 31 Multivibradores Astáveis Monoestáveis e Biestáveis Conhecemos como multivibrador um circuito eletrônico utilizado para programar uma série de dispositivos como timers osciladores de relaxamentos e flipflops É composto por dois dispositivos amplificadores com transistores tubos de vácuo ou outros dispositivos ligado por meio de capacitores ou resistores Podemos dividir os multivibradores em 3 classificações São eles Multivibrador astável circuito que não possui um estado estável de saída definido Esse circuito pode ser usado por exemplo na composição de um pisca pisca ou mesmo um contador cronômetro Assim sendo a saída oscila inconstantemente entre seus dois níveis de tensão O circuito é implementado por meio de um biestável inversor realimentado por um circuito RC Ele é formado por dois transistores bipolares Por meio desse circuito chegamos a um sinal 44 retangular com frequência e ciclo ativo dependendo diretamente do tempo de condução de cada transistor Figura 31 Circuito de um Multivibrador Astável Fonte Autor 2021 Multivibrador Monoestável como o próprio nome já sugere um circuito monoestável tem apenas um estado estável Comumente usado na construção de circuitos de acionamento temporário é normalmente encontrado em lâmpadas de halls ou escadas de condomínios Assim que os multivibradores dessa classificação forem acionados eles se deslocarão entrarão em um estado instável e permanecerão por um determinado período de tempo Ao final desse período eles retornarão automaticamente ao estado estável inicial Em outras palavras uma vez acionado o interruptor o circuito dará um pulso de disparo de curta duração para que o ambiente permaneça aceso no período em que a pessoa estiver no local Em circuitos digitais os multivibradores monoestáveis são muito importantes pois em alguns casos podem gerar pulsos de largura constante independente da duração do sinal de entrada ou mesmo de sua forma de onda 45 Figura 32 Circuito de um Multivibrador Monoestável Fonte Autor 2021 Multivibrador Biestável se o multivibrador tem dois estados estáveis ele é chamado de estado biestável e qualquer mudança de um estado para outro só pode ocorrer por ação externa e pode permanecer em qualquer estado indefinidamente Isso se nenhuma outra ação acontecer O circuito de um flipflop pode ser comparado a um circuito biestável por isso sua aplicação é semelhante ao circuito astável em ligações de lâmpadas alternadamente por exemplo É composto essencialmente por meio de dois transistores polarizados nos dois estados possíveis de chaveamento Tal sistema é programado de um jeito que quando um dos transistores está em saturação o outro está em corte e da mesma forma na situação inversa 46 Figura 33 Circuito de um Multivibrador Biestável Fonte Junior Link httpwwwadjutojuniorcombreletronicabasica69MultivibradorBiestavelpdf Com isso temos o temporizador 555 sendo um circuito integrado amplamente utilizado em temporizadores para gerar atrasos de tempo ou mesmo em osciladores Assim como nos multivibradores esse CI atua nos 3 estados No estado monoestável funciona como um disparador ele mantém seu estado estável até que um pulso externo seja introduzido Nesse modelo o CI funciona como um gerador de pulso oneshot tendo sua aplicação voltada para a produção de atraso de tempo em sistemas No modo biestável onde o 555 opera como um flipflop possui 2 estados estáveis Pode ser utilizado na armazenagem de 1 bit de dados Assim não é recomendado na implementação de flipflop Esse circuito é capaz de produzir ondas quadradas estáveis em sua saída saída em baixa e saída em alta podendo mudar as larguras da saída desejada No estado Astável o 555 opera como um oscilador contínuo Sua saída comutará constantemente entre os níveis alto e baixo formando um trem de pulso se tratando 47 de eficiente gerador de onda quadrada Veja na figura a seguir o temporizador modelo LM555 Figura 34 Temporizador LM555 Fonte Moura 2017 Link httpsavantgrupontcombrdirVirtualLMSarquivosarquivosPorRange0000000424textoc4da2f7b aacf078f99637ada0cdf6bb8pdf Deduzimos sua fórmula em relação à frequência de oscilação desta forma Podemos calcular também o ciclo de trabalho variando esse valor de 0 a 1 dado em porcentagem Esse valor equivale ao tempo em que o sinal de saída estará em nível baixo e o restante da porcentagem equivale ao tempo em que o sinal estará em nível alto Veja a fórmula 48 Exercício de aplicação 1 Vamos determinar a frequência de oscilação em um temporizador astável em um circuito no qual apresenta os seguintes dados Ra 12kΩ Rb 2kΩ e seu capacitor de 100 nF Primeiramente usaremos a fórmula da frequência dada por Substituindo os valores temos Temos então uma frequência de oscilação de 27 kHertz Exercício de aplicação 2 De acordo com o circuito da aplicação 1 vamos apresentar o ciclo de trabalho deste circuito Ciclo de trabalho Substituindo os valores temos O ciclo de trabalho é de 038 Com isso podemos concluir que o circuito fica 38 do tempo em nível baixo e 62 em nível alto 49 32 Processamento de sinais analógicos O processamento de sinal inclui o uso de teorias básicas aplicações e algoritmos para analisar ou até mesmo modificar o sinal a fim de extrair informações do sinal e torná lo aplicável para determinadas situações específicas Assim é definido como todo e qualquer tipo de processamento de sinal realizado em sinais analógicos usando respectivamente meios também analógicos O valor analógico geralmente é representado pela tensão corrente e carga nos componentes do dispositivo eletrônico O processamento do sinal analógico é executado em sinais que ainda não foram digitalizados como rádio radar telefone e outros sistemas Ao tratarmos desse processamento nos deparamos com dois tipos de sinais Contínuo e Discreto O último não pode ser trabalhado diretamente em sistemas analógicos logo sinal discreto só pode ser armazenado e processado em elementos digitais enquanto sinais contínuos são diretamente ligados ao sistema analógico 321 Osciladores Nesse contexto de processamento de sinais analógicos os osciladores são circuitos essenciais em inúmeras aplicações eletrônicas Sempre que precisamos de um sinal de frequência e forma de onda específica seja um simples injetor de sinal uma sirene ou mesmo um rádio transmissor recorremos a um circuito oscilador Uma das características conhecidas de um sinal é a sua frequência que em outras palavras é definida como a velocidade com que ele comuta seu sentido ou diversifica sua 50 intensidade Tal velocidade é mensurada em termos de variações por segundo apresentada com Hertz Hz O oscilador é em sua essência um sistema em que temos um elemento para complementar a energia perdida perda esta inerente ao circuito para gerar oscilações e o circuito sintonizado determina a frequência do sinal que deve ser reproduzido cabendo até mesmo a um amplificador o elemento responsável pela reposição da energia em um sistema de realimentação positiva Veja a seguir o circuito que o representa Nesse esquema é possível vermos o sistema oscilador realimentando a entrada do amplificador causando assim a excitação no sistema Figura 35 Circuito oscilador com realimentação positiva Fonte Autor 2021 Na imagem a acima o oscilador opera a partir de uma realimentação Assim temos um Oscilador de Desvio de Fase com Realimentação ResistorCapacitor Tal desvio de fase se dá pela diferença entre dois sinais de mesma frequência dado em graus angulares Quando uma segunda onda está atrasada em relação à primeira forma de onda temos a seguinte expressão a fim representarmos esse desvio angular 51 A figura a seguir mostra as variáveis dessa expressão representada nas formas de onda em função do tempo Veja Figura 36 Desvio de fase em função do tempo Fonte Museu das Comunicações Link httpwwwcmmgovmoporexhibitionsecondfloorMoreInfo2174Oscillatorshtml Com o objetivo de o Oscilador fornecer um bom desempenho dentro do circuito seu desvio de fase deve ser de 360º O Amplificador por si só fornece um desvio de 180º enquanto cada circuito ResistorCapacitor é projetado no circuito para fornecimento de um desvio de fase de 60º como é demonstrado na figura a seguir 52 Figura 37 Circuito com diagrama de blocos do Oscilador com desvio de fase Fonte Museu das Comunicações Link httpwwwcmmgovmoporexhibitionsecondfloorMoreInfo2174Oscillatorshtml A fim de calcularmos a frequência dessa oscilação temos a seguinte expressão Onde RC é produto das resistências e capacitâncias do circuito Assim temos RR1R2R3 e CC1C2C3 Exercício de aplicação 1 Vamos calcular o desvio de fase angular de determinado circuito oscilador Consideramos o tempo total do ciclo da onda de 4 segundos enquanto seu atraso se dá por 58 milissegundos No cálculo do desvio de fase angular usaremos a seguinte fórmula 53 Substituindo temos Com isso temos um desvio de fase de 522 de uma onda em relação à outra Exercício de aplicação 2 Dado determinado circuito oscilador determine o valor da frequência de oscilação A partir desta equação calculamos a frequência Lembrando que RC é a multiplicação das resistências do circuito pelas capacitâncias 54 33 Filtros Analógicos e Digitais Os filtros eletrônicos são dispositivos dentro de um circuito eletrônico capaz de realizar funções de processamento de sinal especialmente para reduzir as características prejudiciais de frequência do sinal de entrada ou até mesmo destacar seus elementos necessários Encontramos dois tipos de filtros eletrônicos Analógicos e Digitais Para podermos adentrar no campo do dimensionamento desses filtros há necessidade de uma introdução a conceitos básicos como a reatância capacitiva que se dá pelo fato de uma oposição à passagem de corrente elétrica imposta por um campo elétrico por meio de um capacitor E a reatância indutiva referente à mesma oposição à passagem de corrente elétrica devido a uma indutância no circuito elétrica Veja as respectivas fórmulas Podemos montar por exemplo um filtro passabaixa a partir de um resistor e um capacitor ligado em série Veja 55 Figura 38 Circuito de filtro passabaixa RC Fonte Autor 2021 A partir do circuito acima podemos identificar a tensão de saída do filtro por meio desta fórmula Assim também podemos calcular a frequência do filtro passabaixa RC a partir de sua conhecida fórmula Ao tratamos dos filtros passabaixa RL com indutor ligado em série com a fonte de alimentação temos o seguinte circuito 56 Figura 39 Circuito de filtro passabaixa RL Fonte Autor 2021 Assim temos a sua respectiva fórmula da frequência lembrando que Indutância L é dado em Henry H Encontramos também o filtro ativo passabaixa com um Amplificador Operacional Inversor dado a partir do circuito a seguir Figura 310 Circuito de filtro ativo passabaixa com AmOp Inversor Fonte Autor 2021 57 Assim temos a sua respectiva fórmula da frequência assim como a fórmula do ganho do amplificador AmOp Veja Para finalizar os filtros passabaixa veremos o circuito do filtro ativo passabaixa com Amplificador Operacional Não Inversor Veja Figura 311 Circuito de filtro ativo passabaixa com AmOp Não Inversor Fonte Autor 2021 Veremos agora suas respectivas fórmulas da frequência e do ganho do amplificador AmOp Acompanhe 58 Os filtros passaalta possuem as mesmas fórmulas de acordo com os respectivos circuitos Há mudanças nas fórmulas referentes aos filtros passabanda passafaixa As fórmulas a seguir estão de acordo com o filtro passivo passabanda filtro ativo passabanda com Amplificador Operacional Inversor e o filtro ativo passabanda com Amplificador Operacional Não Inversor E em relação aos ganhos Filtro ativo passabanda com Amplificador Operacional Inversor E por fim o filtro ativo passabanda com Amplificador Operacional Não Inversor 331 Filtros Analógicos Os filtros analógicos utilizam em seus circuitos eletrônicos elementos analógicos compostos de indutores capacitores resistores e entre outros componentes para produzir o efeito de filtragem desejado Esse circuito de filtro é amplamente utilizado em aplicações como redução de ruído em sistemas de alta fidelidade e muitos outros campos principalmente nas áreas de áudio e vídeo como mixadores e equalizadores 59 Existem técnicas predeterminadas na projeção desses circuitos de filtro analógico para aplicações específicas Assim sendo em todas as fases do projeto as características mais importantes no circuito do filtro são a tensão corrente e a precisão de seus componentes Ele é capaz de permitir a passagem de sinais em certas frequências enquanto modera sinais em outras frequências Com isso as propriedades funcionais dos circuitos de filtro analógico são afetadas por mudanças de temperatura mudanças de valor causadas pela estrutura dos componentes usados no circuito e outros parâmetros que dependem do projeto e aplicação Podemos dividir tais filtros entre ativos e passivos Os filtros ativos utilizam alguns elementos passivos na sua construção relacionados a certos elementos ativos Dessa forma que esses filtros podem atuar como fonte de energia por exemplo em transistores e amplificadores operacionais Tais filtros possuem classificação de acordo com sua resposta em relação ao ganho da amplitude A imagem a seguir traduz e ilustra as classificações em virtude da sua frequência Veja Figura 312 Classificação de Amplitudefrequência Fonte ARNDT Link httpswikisjifscedubrwikiimagesdd6FiltroAnalogico2pdf 60 332 Filtros Digitais Filtros digitais são aqueles que usam processador digital para processar sinais digitais para realizar os cálculos necessários para a filtragem Além de usar técnicas matemáticas como as transformadas de Fourier e Hilbert o valor de entrada é multiplicado por uma constante tendo o resultado da soma convertido para o valor amostrado do sinal de entrada Essencialmente suas funções estão voltadas para separação e restauração de sinais Pelo fato de esses filtros serem programáveis sua operação é determinada por um programa armazenado na memória do processador Isso significa que o filtro digital pode ser facilmente substituído sem afetar seu circuito eletrônico hardware Podemos dizer que os filtros digitais apesar de mais custosos têm maior aplicação e benefícios em relação aos circuitos analógicos Veja na imagem a seguir o diagrama de blocos representando o processo de filtragem Figura 313 Diagrama de filtragem digital Fonte Autor 2021 O primeiro bloco é conversor AD responsável por converter o sinal de tempo contínuo xt numa sequência xn Em seguida o filtro digital processará a sequência xn ocasionando numa outra sequência yn onde representa o sinal filtrado no seu aspecto digital A partir daí temos já um sinal digital yn que será convertido para um sinal de tempo contínuo por meio de um conversor DA reestruturado através de um filtro passabaixa cuja saída é o sinal yt representando assim a versão filtrada do sinal xt 61 Sua resposta apresenta a informação completa sobre o filtro sendo que cada tipo de resposta é capaz de ser convertida em outra Matematicamente falando sua resposta ao degrau é a integral da resposta ao impulso enquanto a resposta à frequência é a transformada de Fourier da resposta ao impulso Assim como os filtros analógicos os filtros digitais têm sua classificação voltada para sua resposta em relação à amplitudefrequência E tem como padrão os filtros passa baixa enquanto outros filtros como passaalta passafaixa e cortafaixa provêm de derivações do filtro passabaixa Conclusão Caro estudante neste bloco você aprendeu sobre os multivibradores e suas respectivas classificações conhecidas como astável monoestável e biestável Em seguida o processamento de sinal analógico foi definido com o uso de teorias básicas para aplicações de algoritmos para fins de análise ou mesmo para modificação e determinação de sinais Para isso usamos os osciladores como base para fim de demonstração de dispositivos que realizam essa função Por fim foram apresentados os filtros eletrônicos que definimos como dispositivos dentro de um circuito eletrônico capaz de realizar funções de processamento de sinal especialmente para reduzir as características prejudiciais de frequência do sinal de entrada ou até mesmo destacar seus elementos necessários se diferenciando de acordo com o sinal eletrônico utilizado Analógico ou Digital Bons estudos e até a próxima Referências 1 JUNIOR A Série de Eletrônica SENAI p 12 Disponível em httpwwwadjutojuniorcombreletronicabasica69MultivibradorBiestavelp df Acesso em 1 abr 2021 62 2 MOURA A F Eletrônica II Brasília NT Editora 2017 p 15 Disponível em httpsavantgrupontcombrdirVirtualLMSarquivosarquivosPorRange0000000 424textoc4da2f7baacf078f99637ada0cdf6bb8pdf Acesso em 1 abr 2021 3 MUSEU DAS COMUNICAÇÕES Osciladores Disponível em httpwwwcmmgovmoporexhibitionsecondfloorMoreInfo2174Oscillato rshtml Acesso em 1 abr 2021 4 ARNDT D M Filtragem analógica Instituto Federal de Santa Catarina 2016 Disponível em httpswikisjifscedubrwikiimagesdd6FiltroAnalogico2pdf Acesso em 1 abr 2021 Referências Complementares 12 CRUZ E C A CHOUERI S Eletrônica aplicada 2 ed São Paulo Érica 2013 ebook Minha Biblioteca 13 DACHI E P Eletrônica digital 1 ed São Paulo Blucher 2018 ebook Pearson 14 SZAJNBERG M Eletrônica digital teoria componentes e aplicações 1 ed Rio de Janeiro GENLTC 2014 ebook Minha Biblioteca 15 FILHO E S D da S et al Eletrônica Porto Alegre SAGAH 2018 ebook Minha Biblioteca 16 FLOYD T L Sistemas digitais fundamentos e aplicações 9 ed Porto Alegre Bookman 2007 ebook Minha Biblioteca 17 TOCCI R J WIDMER N S MOSS G L Sistemas digitais princípios e aplicações 11 ed São Paulo Pearson Education do Brasil 2011 ebook Pearson 63 4 APLICAÇÕES DA ELETRÔNICA NA ÁREA DE ACIONAMENTO E ALIMENTAÇÃO DE DISPOSITIVOS Apresentação Caro estudante neste bloco serão introduzidos os amplificadores Assim faremos uma abordagem sobre os amplificadores valvulados os transistorizados e os operacionais Em seguida falaremos sobre as fontes de alimentação se dividindo entre linear e chaveada Além disso demonstraremos por meio de uma tabela sua eficiência regulagem de tensão complexibilidade interferência entre outros fatores Por fim abordaremos especificamente as fontes chaveadas estudando mais a fundo o seu conceito funcionabilidade e aplicação Vamos lá 41 Amplificadores O amplificador é um dispositivo eletrônico usado no controle de determinada quantidade de energia Tal relação dada entre entrada e saída opera em função da frequência de entrada em que é gerada a função de transferência assim como a magnitude de tal função conhecida como ganho Assim consideramos que os amplificadores eletrônicos se tornaram cada vez mais comuns por seu uso em transmissores receptores de rádio e televisão dispositivos de alta definição entre outros dispositivos digitais Podemos classificar os amplificadores em três categorias Amplificadores valvulados utilizam tubos a vácuo conhecidos como válvulas para amplificar os sinais de instrumentos eletrônicos principalmente guitarras Quando você aumenta o volume do amplificador essas válvulas vão saturar criando uma distorção natural 64 Figura 41 Amplificador Valvulado Fonte Shutterstock Link httpswwwshutterstockcomptimagephotosmallelectricguitar amplifier619898783 Amplificadores transistorizados não usam válvulas mas usam uma combinação de transistores para obter seu ganho Assim como os de válvula esses amplificadores também produzem distorção quando seu volume é aumentado porém tal distorção é muito mais leve em relação ao valvulado Esses sistemas transistorizados como o nome sugere usam transistores e outros dispositivos não ativos e sua saída é um sinal semelhante e amplificado do sinal aplicado à sua entrada Esse tipo de amplificador foi projetado para substituir o amplificador valvulado e podese dizer que é uma substituição perfeita e vantajosa para o amplificador valvulado Algumas de suas maiores aplicações são em sistemas de áudio mp3 receptores de rádio sistemas de comunicação entre outros Podemos também compor tais amplificadores por meio de transistores bipolares MOSFETs ou mesmo circuitos integrados Veja na imagem o exemplo de um transistor MOSFET 65 Figura 42 Transistor MOSFET Fonte Shutterstock Link httpswwwshutterstockcomptimageillustrationisolated220mosfet electronicpackage3d1177573819 Amplificador Operacional além de amplificar o sinal de entrada esse amplificador é capaz de realizar operações aritméticas seja subtração adição multiplicação e também operações de maior complexidade como integral e derivada A funcionalidade do amplificador operacional é de fácil compreensão podendo assim ser identificado por meio de dois terminais de entrada o terminal inversor identificado por um sinal negativo o outro terminal é um não inversor apontado por um sinal positivo há também um terminal de saída e os outros dois terminais se dividem em uma fonte de alimentação positiva Vcc e uma fonte de alimentação negativa Vcc Na imagem a seguir está ilustrada sua funcionalidade 66 Figura 43 Ligação em um Amplificador Operacional Fonte Autor 2021 Ainda sobre os circuitos amplificadores temos o circuito PWM abreviatura em inglês para Modulação por Largura de Pulso A tecnologia PWM pode substituir outras tecnologias de controle de energia como a tecnologia ligadesliga modulação de frequência ou mesmo a tecnologia de uso de resistores variáveis em série Para melhor exemplificar imaginemos uma chave voltada para acionamento eletrônico 100 da tensão e da potência são aplicados à carga quando a chave está desligada a tensão é zero logicamente sua potência também Já ao controlarmos o tempo de ativação da chave assim como seu período desativado podemos controlar a potência média entregue a ela Em outras palavras acompanhe o exemplo o switch fica em 50 ativado e 50 desativado o que significa que em média temos 50 do tempo com passagem de corrente e 50 do tempo sem a sua passagem Desse modo a potência média aplicada à carga é a própria tensão média ou seja 50 Logo quanto mais tempo na maior potência conectada à carga menor será o tempo de operação Enquanto isso o SCR é um dos componentes mais importantes em aplicações que envolvem o controle de cargas elétricas de alto valor da rede Sua principal aplicação está voltada para conversão e controle de grandes quantidades de potência em 67 sistemas CCCA fazendo o uso de uma pequena quantidade de potência para seu controle Como uma chave eletrônica voltada para acionamento pode facilmente exceder seu desempenho mecânico devido à sua velocidade sensibilidade e capacidade de trabalhar sob alta tensão e alta corrente Devido às suas características os SCR possibilitam que o transistor seja utilizado como elemento amplificador de sinais contando com uma pequena corrente aplicada em sua base fazendo com que circule determinada corrente com maior intensidade em seu coletor O SCR possui três terminais ânodo cátodo e gate ou gatilho Esse gatilho determina a corrente entre os terminais principais do tiristor ou seja entre o ânodo e o cátodo Se o gatilho não for acionado o tiristor não conduzirá Quando ativado se a corrente flui do ânodo para o cátodo o SCR conduzirá Em corrente alternada com a alternância de cada meio ciclo de tensão o SCR altera seu estado Quando o tiristor para de conduzir ele comuta e retorna ao estado de bloqueio atual até que seja acionado novamente Em corrente contínua o circuito deve ser bloqueado à força caso contrário o circuito deve ser interrompido Se o tiristor estiver em um estado de corrente alternada o pulso no gate deve durar um certo tempo ou repetido várias vezes Nesse caso atrasando ou avançando o pulso de disparo podese controlar a fase da corrente ao passar pela carga Uma vez iniciada a tensão da porta pode ser cancelada e o tiristor continuará a conduzir até que a corrente de carga seja inferior à corrente de manutenção e diminua Isso ocorre na prática quando a onda senoidal atinge zero Para dimensionamento dos SCR temos a seguinte fórmula a fim de calcularmos sua corrente de disparo Veja Onde Ico Corrente de fuga A Valor fornecido pelo fabricante 68 α1 Ganho do primeiro transistor α2 Ganho do segundo transistor Dessa forma encontramos o TRIAC dispositivo de comutação bidirecional Consideramos seu funcionamento semelhante aos SCRs com grande diferença em sua condução de corrente em ambas as direções Ele é considerado como um componente obtido pela conexão de dois SCRs opostos que possuem um eletrodo de disparo em comum conhecido como gate Veja a seguir seu símbolo estrutura e o componente físico Figura 44 Triac Fonte Pereira Link httpsdocenteifrnedubrjonathanpereiradisciplinaseletronicaaplicadaslide scrtriac Dessa forma cada SCR constituinte do TRIAC já tem sua função conhecida podendo então atuar como uma espécie de interruptor bidirecional conduzindo corrente nos dois sentidos para que essa corrente possa ser aplicada aos seus componentes do tubo de pressão através do acionamento do sinal Para dimensionamento do TRIAC temos a seguinte fórmula a fim de calcularmos a dissipação da potência Veja 69 Onde Us Tensão de saturação V Id Corrente direta A 42 Fontes de Alimentação A fonte de alimentação é parte integrante de um equipamento eletrônico que serve para converter a energia elétrica que chega à corrente alternada em uma corrente contínua Exemplificando com números a partir do recebimento de tensão 110 V ou 220 V há a conversão de voltagem adequada ao funcionamento do aparelho seja 5 V 9 V 12 V ou outras tensões relacionadas Enquanto algumas fontes de alimentação podem aumentar ou diminuir o nível de tensão outras podem apenas isolar o circuito da rede sendo ainda um importante protetor contra picos de energia e instabilidade o que é muito comum no Brasil Encontramos dois tipos amplamente usados de fontes de alimentação em corrente contínua as lineares e as fontes chaveadas Os dois elementos usam tecnologias diferentes para alcançar o mesmo resultado que seria a conversão de CA em CC A fonte de alimentação linear utiliza a voltagem alternada seja 110 V ou 220 V e reduz sua tensão especificada na fonte de alimentação por meio de um transformador de 12 V por exemplo Essa tensão ainda em corrente alternada passa por um circuito retificador composto por uma série de iodo que converte a tensão CA em uma tensão pulsante Então após a filtração a tensão pulsante é convertida em um estado quase contínuo e normalmente deve ser ajustada com a ajuda de um transistor de potência para tornála estável As fontes de alimentação lineares são muito adequadas para aplicações de baixa energia como telefones sem fio No entanto as fontes de alimentação lineares costumam ser muito grandes quando mais energia se faz necessária Isso ocorre 70 porque quanto menor a frequência da tensão CA maior será o tamanho do componente Assim sua utilização não se torna viável para equipamentos portáteis devido a seu tamanho a partir daí surgiram as fontes chaveadas Em uma fonte de alimentação chaveada a tensão de entrada aumentará a frequência antes de entrar no transformador Conforme a frequência aumenta os transformadores e os capacitores eletrolíticos se tornam menores Por esse motivo tais fontes são comumente usadas em dispositivos eletrônicos de menor tamanho como computador celulares notebooks entre outros Vale ressaltar que o termo chaveado está ligado a uma chave de alta frequência e não a uma fonte com uma chave onoff como parece sua nomenclatura Veja na imagem a seguir uma tabela de comparação entre os dois tipos de fontes Tabela Comparação entre fontes chaveadas e lineares Metros Fonte de alimentação linear Fonte de alimentação chaveada Eficiência Baixa Alta Regulação de tensão Regulação é feita pelo regulador Regulação é feita pelo feedback do circuito Ruído e interface eletromagnética Imune a ruídos e interface eletromagnética O efeito do ruído e da interferência eletromagnética é bastante significativo portanto são necessários os filtros de EMI Resposta à Transiente Rápida Lenta Interferência RF Sem interferência RF O chaveamento produz mais interferências RF Complexibilidade Menos complexa Mais complexa Fonte adaptado de Getrotech Link httpswwwgetrotechcombrlojaArtigosdiferencafontedealimentacao 71 421 Fontes Retificadoras Pontes Retificadoras e Diodos Retificadores Enquanto as fontes retificadoras são projetadas para converter corrente alternada em corrente contínua no caso da corrente alternada há uma variação com o tempo já na corrente contínua não há tal variação com o tempo Nesse contexto introduzimos o diodo retificador sendo o principal componente do circuito que converte a corrente alternada em corrente contínua Como esse circuito é amplamente utilizado em produtos eletrônicos os diodos retificadores são amplamente utilizados em aplicações de energia Além disso os diodos retificadores também podem ser usados para fins gerais principalmente quando necessários no caso de alta corrente A principal característica de um diodo retificador é suportar em seus terminais correntes e tensões máximas O diodo elimina o semiciclo da corrente alternada entretanto sua forma de onda resultante não é estável mas sim formada por pulsos que apesar de já ser corrente contínua não possui uma tensão constante sendo necessário utilizar os dois semiciclos para assim formarmos uma fonte de corrente contínua com a tensão mais estável que pudermos A Ponte Retificadora pode solucionar esse problema É formada a partir de 4 diodos sendo que cada par deles é responsável por retificar um semiciclo da onda senoidal Os diodos D1 e D2 são encarregados de conduzir no semiciclo positivo enquanto os diodos D3 e D4 conduzem no semiciclo negativo Na intenção de deixar a tensão ainda mais estável adicionamos um capacitor depois do circuito da ponte retificadora de modo que o capacitor carrega sua energia no topo da onda e quando a tensão diminui o capacitor se descarrega estabilizando a tensão do circuito Veja a seguir o circuito da Ponte Retificadora 72 Figura 45 Circuito Simples da Ponte Retificadora Fonte Usinainfo Link httpswwwusinainfocombrpontesretificadoras459 Em relação à retificação dos sinais essas fontes usam diodos para tal função O retificador meia onda permite a passagem de meiociclos de onda com isso a outra metade do ciclo não é aproveitada Temos também os retificadores de onda completa que utilizam os dois semiciclos onde cada lado deve ter a tensão esperada na saída da fonte em que a ondulação da corrente de saída é menor que a do circuito de meia onda Veja a imagem que representa essa onda sendo aproveitada nos dois semiciclos Figura 46 Retificador de onda completa Fonte Autor 2021 73 Entretanto se o circuito requerer uma tensão constante o filtro sozinho não será capaz de garantir a estabilidade no sistema A partir disso usamos um transistor em série com a carga O diodo Zener gera uma tensão de referência constante inserida na faixa predeterminada Essa tensão constante junto com a tensão variável de saída é aplicada ao circuito controlador que compara as duas e polariza a base do transistor Exemplificando se a corrente de carga aumenta a tensão de saída tende a diminuir e o circuito de controle ajusta a polarização da base do transistor para condução de mais corrente restaurando assim o valor de antes A fonte que opera dessa forma é chamada de fonte linear pois o transistor em série com a carga atua como um regulador linear aproximado Na verdade ele usa um resistor variável e o valor do resistor variável é ajustado automaticamente para compensar as mudanças na carga Uma desvantagem importante dessa estrutura é que o consumo de energia no transistor é igual ao produto de sua queda de tensão pela corrente Em outras palavras o processo de condicionamento gera calor o que reduz a eficiência do circuito perdendo energia nesse processo 422 Funcionamento do LED A lâmpada LED é um dispositivo formado por um conjunto de LEDs Denominamos como um diodo emissor de luz componente eletrônico o qual emite luz visível por meio da transformação da energia elétrica em energia luminosa em um processo conhecido como eletroluminescência Sua composição se dá a partir de materiais semicondutores Com a substituição de alguns dos seus átomos por outros em um processo chamado de dopagem podemos controlar a cor emitida como por exemplo o fosfato de gálio que nos fornece luz verde Voltando para as lâmpadas suas principais características se dão pelo fato de não esquentarem e são iluminadas pelos constantes movimentos dos elétrons localizados no material semicondutor A vida útil média de um LED é de aproximadamente 50000 74 horas superando assim a vida útil das lâmpadas incandescentes muito comuns antigamente O LED faz isso por meio de uma junção PN formada esta por um semicondutor do tipo P que possui portadores carregados positivamente e também um semicondutor do tipo N portador de elétrons A junção entre os dois tipos de semicondutores é chamada de junção PN Tais junções são os blocos de construção de cada dispositivo eletrônico do semicondutor Figura 47 Junção PN de um LED Fonte Autor 2021 Os LEDs são modificados a fim de produzir uma forma de radiação luminosa e os elétrons de semicondutores do tipo N conectam aos portadores do semicondutor tipo P Essa energia flui de forma unidirecional dessa maneira só é possível o fluxo de N para P e não o contrário A partir da formação da junção os elétrons localizados no diodo alteram seu estado e iniciam a emissão de fótons Os elétrons mudam sua órbita movimentandose de uma órbita mais alta para outra mais baixa ao fazerem isso eles automaticamente perdem energia na forma de luz Assim temos as lâmpadas com o conjunto de LED em sua grande maioria as lâmpadas LED possuem uma forma arredondada que visa focar a luz em direções determinadas Segue assim a tendência da evolução na substituição das lâmpadas 75 fluorescentes em lugar das lâmpadas incandescentes e agora a substituição das lâmpadas de LED em lugar das fluorescentes 423 Drive de potência Definimos drive de potência como um elemento amplificador de potência composto a partir de dispositivos eletromecânicos relés e semicondutores como diodos transistores e circuitos integrados de variadas potências Sua principal função se dá pelo acionamento de equipamentos cujas especificações de tensão e corrente sejam superiores ao do controlador Os drives de potência são amplamente usados em projetos de acionamento de motores de passo de corrente contínua e alternada como também em automação residencial e predial etc No caso do acionamento de um motor de corrente contínua apresentaremos um drive simples responsável por essa função Por meio de alguns elementos podemos montar esse drive para acionar um motor CC através de um transistor de efeito de campo MOSFET um diodo para proteção do motor e um resistor pulldown que mantém o gate do transitor em 0 V e uma chave para interrupção ou continuidade do circuito Veja o circuito de acionamento a seguir Figura 48 Circuito com drive de acionamento Fonte Autor 2021 76 No mesmo circuito é possível a inclusão de determinados elementos capazes de realizar o controle da potência desse motor desde um pulso PWM a ser aplicado na entrada de um transistor NPN e posteriormente à entrada de um PNP Tudo isso ligado a um circuito dobrador de tensão responsável por permitir o controle de altas cargas desse motor 43 Fontes chaveadas O conceito de chavear tensão para regular a tensão e até permitir que seu valor seja alterado é muito antigo Em carros antigos em meados da década de 1930 e 1940 o rádio ainda estava aberto e exigia alta pressão para ser polarizado Essa alta tensão era obtida por um circuito de comutação eletromecânico conhecido como vibrador Através do uso de transformadores e outros recursos ligar e desligar uma linha de 6 V por exemplo podese obter um sinal de pulsação que é facilmente alterado No entanto tecnologias de alto desempenho para comutação e alteração de tensão foram desenvolvidas para usar dispositivos de estado sólido de alta eficiência como transformadores com núcleos de ferrite como MOSFETs de energia Trabalhando em uma frequência muito alta o transformador pode ser pequeno e o rendimento é alto É realizado o processo de conversão de tensão ligando e desligando um circuito de chaveamento oscilador que é composto de semicondutores que podem dissipar energia através da oscilação de frequência Em outras palavras eles não convertem o excesso de energia elétrica em calor mas geram ondas de alta frequência no oscilador As fontes chaveadas primeiramente retificam a tensão do circuito Então o transistor de potência liga e desliga a tensão retificada através do enrolamento primário do pequeno transformador por milhares de vezes por segundo Veja na imagem a seguir uma exemplificação de uma fonte chaveada 77 Figura 49 Fonte chaveada Fonte Iluminim Link httpswwwiluminimcombrfontechaveada24v5aparaled Nesse contexto a evolução dessas fontes nos trouxe as fontes chaveadas de temporização voltadas para aplicações industriais que requerem o uso de fontes chaveadas de alta qualidade combinadas com funções de temporização Esse tipo de fonte de sinal pode ser conectado a sensores e pode ser usado com atuadores mecânicos Tal fonte possui um microprocessador interno para identificar a ativação do sensor inicialmente Em seguida prepara funções préprogramadas e controla o estágio de saída que consiste em relés de contato reversíveis Os parâmetros e funções podem ser visualizados na tela do display de forma que o dispositivo possa ser parametrizado e a contagem do tempo em que a função é programada seja exibida A fonte chaveada temporizada é aplicável no interfaceamento de sensores de corrente contínua que são responsáveis pelo acionamento de cargas indutivas como solenoides e contatoras Com princípio de funcionamento na corrente contínua sua estrutura é formada a partir de relés que fornecem energia para capacitores indutores sensores 78 fotoelétricos etc Todo o processo ocorre no circuito interno que detecta o acionamento do sensor e transfere energia para o relé de saída O funcionamento é indicado por um LED e de acordo com o tipo de sensor seu desempenho será indicado por cores diferentes Veja o exemplo de uma fonte temporizada a seguir Figura 410 Fonte chaveada temporizada Fonte Wesen Link httpwwwwesencombrfontechaveadatemporizadagroup14 Conclusão Caro estudante anteriormente havíamos visto a respeito dos amplificadores operacionais e neste bloco conhecemos também os valvulados e transistorizados assim como suas funções dentro da eletrônica Os dois últimos tópicos foram responsáveis por tratar das fontes de alimentação enquanto no segundo tópico tratamos de maneira genérica essas fontes e a sua forma de conversão de voltagem de corrente alternada em corrente contínua no terceiro tópico focamos especialmente nas fontes chaveadas ligadas diretamente ao seu conceito de chavear tensão de modo que houve muitos anos de estudo procurando sua constante evolução pois se trata de um conceito antigo Trazendo para os dias de 79 hoje a sua evolução está relacionada com as fontes chaveadas temporizadas de maneira que todo o processo ocorre no circuito interno que detecta o acionamento do sensor e transfere energia para o relé de saída Bons estudos e até a próxima Referências 1 SHUTTERSTOCK Transistor MOSFET Disponível em httpswwwshutterstockcomptimageillustrationisolated220mosfet electronicpackage3d1177573819 Acesso em 26 ar 2021 2 SHUTTERSTOCK Amplificador valvulado Disponível em httpswwwshutterstockcomptimagephotosmallelectricguitaramplifier 619898783 Acesso em 26 mar 2021 3 PEREIRA Jonathan Tiristores Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia RN Disponível em httpsdocenteifrnedubrjonathanpereiradisciplinaseletronicaaplicadaslide scrtriac Acesso em 26 mar 2021 4 GETROTECH Comparação entre fontes chaveadas e lineares Getrotech 28 set 2020 Disponível em httpswwwgetrotechcombrlojaArtigosdiferencafontedealimentacao Acesso em 26 mar 2021 5 USINAINFO Pontes retificadoras Disponível em httpswwwusinainfocombrpontesretificadoras459 Acesso em 26 mar 2021 6 ILUMININ Fonte chaveada Disponível em wwwiluminimcombrfonte chaveada24v5aparaled Acesso em 26 mar 2021 7 WESESN Fonte chaveada temporizada Disponível em httpwwwwesencombrfontechaveadatemporizadagroup14 Acesso em 26 mar 2021 80 Referências Complementares 18 CRUZ E C A CHOUERI S Eletrônica aplicada 2 ed São Paulo Érica 2013 ebook Minha Biblioteca 19 SCHULER C Eletrônica II 7 ed Porto Alegre AMGH 2013 ebook Minha Biblioteca 20 DACHI E P Eletrônica digital 1 ed São Paulo Blucher 2018 ebook Pearson 21 SZAJNBERG M Eletrônica Digital teoria componentes e aplicações 1 ed Rio de Janeiro GENLTC 2014 ebook Minha Biblioteca 22 FILHO E S D da S et al Eletrônica Porto Alegre SAGAH 2018 ebook Minha Biblioteca 23 FLOYD T L Sistemas digitais fundamentos e aplicações 9 ed Porto Alegre Bookman 2007 ebook Minha Biblioteca 24 TOCCI R J WIDMER N S MOSS G L Sistemas digitais princípios e aplicações 11 ed São Paulo Pearson Education do Brasil 2011 ebook Pearson 81 5 PLATAFORMA ARDUINO Apresentação Caro estudante este bloco é voltado especialmente para o Arduino e apresenta uma abordagem completa de tal ferramenta Você aprenderá sobre seu hardware e software os diferentes tipos de Arduino encontrados hoje e como é feita a sua programação Em seguida será abordada a sua montagem ligada diretamente à sua análise virtual em que será apresentado o software conhecido como Arduino IDE Por fim será feita uma conexão com a teoria num exemplo prático de suas aplicações seja no ramo industrial residencial ou comercial 51 Hardware e Programação O Arduino é uma placa de desenvolvimento de protótipo eletrônico de código aberto incluindo hardware e software livre com o objetivo de fornecer uma ferramenta adaptável de baixo custo para a criação de projetos interativos com diferentes ordens Sua criação foi dada em 2005 por cinco pesquisadores David Cuartielles Massimo Banzi Tom Igoe David Mellis e Gianluca Martino O objetivo era projetar um dispositivo de baixo custo funcional e fácil de programar para que estudantes e designers amadores pudessem usálo Além disso o conceito de hardware livre é adotado o que significa que qualquer pessoa pode começar a partir do mesmo hardware básico para montar modificar aprimorar podendo até mesmo customizá lo Podemos encontrar uma variedade relacionada a seus modelos e tecnologias Conheça os tipos a seguir Arduino Uno o mais comum dos Arduinos Possui uma boa quantidade de portas disponíveis alta compatibilidade com os shields encontrados no mercado Tem um 82 processador ATMEGA328 de 14 portas digitais com 6 dessas portas possuindo a capacidade de saídas PWM e outras 6 portas analógicas Sua alimentação provém tanto da conexão USB quanto do conector para alimentação externa podendo ser alimentada de 7 V a 12 V Figura 51 Arduino Uno Fonte Shutterstock Adaptado Link httpswwwshutterstockcomptimage photoljubljanasloveniaapril292013photo190713134 Arduino Mega 2560 esse Arduino vem equipado com um microcontrolador ATmega2560 além de ter 54 portas digitais 15 dessas portas têm a capacidade de saída PWM e conta com 15 portas analógicas Possui também o Clock de 16 MHz conector de alimentação externa e conector USB Aplicável para projetos de maior complexidade que requerem alta quantidade entradas e saídas 83 Figura 52 Arduino Mega 2560 Fonte Arduino Link httpsstorearduinoccusamega2560r3 Arduino Leonardo esse Arduino vem equipado com um microcontrolador ATmega32u4 além de ter 20 portas digitais 7 dessas portas têm a capacidade de saída PWM e conta com 12 portas analógicas Possui também o Clock de 16 MHz conector de alimentação externa e conector micro USB para conexão ao computador Outra função é o chip de conexão USB integrado ao microcontrolador eliminando assim a necessidade de um chip de comunicação adicional no cartão e permitindo que o Arduino Leonardo seja reconhecido pelo computador como um mouse ou mesmo um teclado em vez de ser usado como uma porta serial o que também é possível Figura 53 Arduino Leonardo 84 Fonte Arduino Link httpsstorearduinoccusaleonardo Arduino Due esse é considerado o Arduino que possui maior poder de processamento baseado em um microcontrolador ARM de 32 bits e 512 Kb de memória totalmente disponível para programação assim como outras aplicações Já vem com bootloader gravado originalmente em uma memória ROM Esse Arduino vem equipado com 54 portas digitais em que 12 dessas portas têm a capacidade de saída PWM e conta com 12 portas analógicas Conta com 4 chips controladores de portas seriais conector de alimentação externa e conector USB Sua tensão de operação é de 33 V Figura 54 Arduino Due Fonte Arduino Link httpsstorearduinoccusadue Arduino Mega ADK esse Arduino vem equipado com um microcontrolador ATmega2560 além de ter 54 portas digitais 15 dessas portas têm a capacidade de saída PWM e conta com 16 portas analógicas Possui também 4 chips para comunicação serial Clock de 16 MHz conector de alimentação externa e conector USB voltado este para a ligação de dispositivos operacionais Android muito usados em smartphones 85 Figura 55 Arduino Mega ADK Fonte Eletrofun Link httpswwwelectrofunptarduinoarduinomegaadkandroidcompativel cabousb Arduino Nano esse Arduino vem equipado com um microcontrolador ATmega328 32 Kb de memória ou ATmega168 16 Kb de memória Na mão contrária das outras placas não conta com conector para alimentação externa sua alimentação é dada por meio de um conector USB MiniB A partir de seu reduzido tamanho com medidas de 43 cm x 185 cm se torna uma ótima opção para projetos compactados que requerem constante atualização em seu software Figura 56 Arduino Nano Fonte Arduino Link httpsstorearduinoccusaarduinonanoqueryIDundefined 86 Arduino Pro Mini esse Arduino vem equipado com um microcontrolador ATmega168 além de ter 14 portas digitais 6 dessas portas têm a capacidade de saída PWM e conta com 8 portas analógicas Não conta com conector de alimentação externa e conector USB podendo ser adicionado um módulo de USB à parte para comunicação com o computador Tornase aplicável para projetos fixos que não exijam alto poder de processamento ou atualizações constantes Figura 57 Arduino Pro Mini Fonte Arduino Br Link httpsbrarduinoorg201502arduinoprominiconhecendoo modeloeconomicohtml Arduino Esplora com sua geometria similar a um controle de videogame essa placa se difere de todas as outras placas da série Arduino principalmente por possuir múltiplos sensores em sua construção Esse Arduino vem equipado com um microcontrolador ATmega32u4 Clock de 16 MHz 32 Kb de memória e conexão micro USB A placa inclui um buzzer potenciômetro deslizante joystick sensores de temperatura e luz led RGB acelerômetro microfone e 4 botões Conta ainda com entrada para painéis LCD Essa placa já vem praticamente pronta necessitando apenas se concentrar em sua programação 87 Figura 58 Arduino Esplora Fonte BotnRoll Link httpswwwbotnrollcomptarduinocontroladores673arduinoesplorahtml O trabalho não é composto apenas pelo hardware assim temos também o software de código aberto por sinal onde podem ser modificados de acordo com as necessidades do usuário É necessário apenas usar o software Arduino para programação direcionar ao dispositivo a ordem a ser executada Quanto ao software ele é desenvolvido na linguagem C e C criado a partir de um ambiente gráfico escrito em Java Trazendo assim um firmware embutido carregado este na memória ROM da placa Nos programas de computador softwares podemos definir seu conceito como uma sequência de instruções que são enviadas para determinada máquina Cada tipo de microprocessador compreende um conjunto de instruções diferentes em outras palavras a linguagem de máquina No caso precisamos fazer com que a máquina entenda o que queremos dizer e para isso devemos falar com ela da única forma que ela entende É aí onde entra a Linguagem de Programação pois a partir dela podemos encontrar uma grande variedade Porém como falamos de Arduino tratamos da linguagem de programação C que seria uma linguagem de programação de alto nível 88 Dentro da programação C muito comum em softwares para programação de Arduinos temos alguns pilares que formam o modo de escrever o código Veja a seguir esses pilares da construção de um código Variável definimos como o recurso usado no armazenamento de dados em um programa Como toda máquina conta com uma memória a variável representa uma região da memória usada nesse armazenamento A partir de uma declaração de variável informamos ao programa a quem estamos nos referindo seja um número um texto ou um caractere Além da variável informamos também o tipo de informação a ser armazenada Veja a lista dos dados que podemos incluir boolean valor verdadeiro true ou falso false char um caractere byte um byte ou sequência de 8 bits int número inteiro de 16 bits com sinal unsignedint número inteiro de 16 bits sem sinal 0 a 65535 long número inteiro de 16 bits com sinal unsignedlong número inteiro de 16 bits sem sinal float número real de precisão simples ponto flutuante double número real de precisão dupla ponto flutuante string sequência de caracteres void tipo vazio não tem tipo Veja um exemplo de um dado com variável int led Atribuição podemos atribuir determinado valor para uma variável isso significa armazenar esse valor para que possa ser usado posteriormente Utilizamos o para tal atribuição como no caso de precisar atribuir um valor para determinado LED Fazemos desta forma int led 10 89 Operador conhecemos como conjunto de um ou mais caracteres que são responsáveis pela representação de operações sobre uma ou mais variáveis ou constantes Além das 4 operações aritméticas temos também as operações lógicas Veja Função seria uma sequência de comandos que pode ser reutilizada diversas vezes ao longo de um programa Dessa forma é preciso fazer uma declaração de função No caso do Arduino funções como setup e pinMode já são previamente chamadas em programações do Arduino IDE Podemos chamar a função quantas vezes quisermos durante o programa uma vez definida sua função Quando a função é executada ela automaticamente retorna ao valor inicial como um loop por meio da função return como também pode ser void significando que não retorna a nada Parâmetro esse recurso tem o sentido de enviar dados para a função quando acionada Como por exemplo o parâmetro soma intsomaint a int b No caso nomeamos a função de a e b Assim quando chamarmos a função soma devemos fornecer valores a sua variável Veja x soma12 90 Comentário podemos fazer comentários no programa sem que isso interfira no código de programação Usamos na linha para inserir um comentário para iniciar um comentário no bloco e para finalizar o comentário Estruturas de controle conhecemos como bloco de instruções capazes de alterar o fluxo de execução do código A partir delas é possível executar comandos diferentes de acordo com uma condição ou mesmo repetir uma série de comandos várias vezes Temos algumas palavras que representam essa estrutura como while for if else Biblioteca por fim temos a biblioteca formada a partir de códigos fonte adicionais os quais podemos inserir ao projeto por meio do comando include A biblioteca do Arduino por exemplo se caracteriza por uma ou mais classes que possuem funções métodos para acionamento de dispositivos configurações ou até executar outra tarefa 52 Montagem e análise virtual A montagem de uma placa de Arduino é simples e intuitiva A partir de terminais e conexões é possível ter um projeto em mãos de forma objetiva Muitas vezes se faz necessário o uso de uma placa protoboard que auxilia em testes e montagem Uma vez que está consolidada a programação podemos utilizar placas de circuito impresso que viabilizam a montagem final do circuito É possível encontrarmos o Arduino vendido em conjunto com a placa protoboard como na imagem a seguir Veja 91 Figura 59 Arduino na protoboard Fonte Eletrogate Link httpswwweletrogatecombaseacrilicaparafixacaoarduinounoe protoboard400 furosutmsourceSiteutmmediumGoogleMerchantutmcampaignGoogleMerchant Entretanto em relação ao Arduino a maior complexidade está em sua programação Para tanto se faz uso de softwares responsáveis por isso no próprio site httpswwwarduinocc é possível encontrar tudo sobre a ferramenta desde os hardwares documentação e informações de compras até do software para ser baixado ou mesmo ser usado online Tratase do software Arduino IDE que segundo o próprio site é descrito da seguinte forma O Arduino Software IDE de código aberto facilita a escrita de código e o upload para a placa Ele roda em Windows Mac OS X e Linux O ambiente é escrito em Java e baseado em Processing e outros softwares de código aberto Este software pode ser usado com qualquer placa Arduino Fonte disponível em httpswwwarduinoccenGuideIntroduction Acesso em maio 2021 92 Além do fato de esse programa ser compatível com a grande maioria dos sistemas operacionais o Arduino IDE programa todos os modelos da placa Arduino e caso o projeto tenha algum problema em sua configuração ou mesmo em seu código ele irá gerar uma notificação e listar os possíveis problemas tornando seu uso didático e que dificilmente resultará em erros à sua programação desde que o usuário tenha conhecimento técnico quanto à sua linguagem O Arduino IDE conta com um layout muito rico fácil de navegar além de ter opções bem divididas de acordo com suas respectivas funções implementando também os mais diversos processos de forma direta e simples Para aqueles que possuem dificuldade na língua inglesa ele pode ter suas funções traduzidas ao português Veja na imagem um exemplo do layout do Arduino IDE online Figura 510 Layout do software Arduino IDE Fonte Autor 2021 Nesse contexto também temos o Tinkercad É um software que conta com uma coleção online e gratuita de ferramentas que nos permite criar projetar e simular 93 Conta também com designers de modelos 3D em CAD além da simulação de circuitos elétricos analógicos e digitais desenvolvida pela Autodesk A interface é bem similar ao do Arduino IDE com espaço para colocar códigos fonte alteração das propriedades dos componentes seja a resistência do resistor a cor dos leds tensão da fonte entre outros A adição dos componentes é simples basta buscar em uma lista totalmente ilustrada e cheia de informações A seguir mostraremos um circuito simples para acionamento de um led por meio de um botão com o software Tinkercad Veja a disposição dos elementos Figura 511 Circuito no Tinkercad Fonte Autor 2021 Por meio desse circuito é possível simular com o mouse pressionando o botão e vendo o LED acender assim como temos o código do programa para que efetue esse acionamento Veja a programação a seguir a qual o programa também permite baixar esse código para poder ser colocado em qualquer máquina 94 Figura 512 Código do programa no Tinkercad Fonte Autor 2021 53 Exemplos de aplicação Projetos de automação residencial comercial e industrial podem ser executados por meio do Arduino Conectando motores luzes e um grande número de sensores a essa ferramenta podemos alcançar um número muito alto de aplicações Mesmo com o tamanho pequeno de sua placa podemos adaptar o hardware em locais de difícil acesso e pequenos espaços de alocação É possível conectar sensores motores e milhares de dispositivos que interagem entre si por meio da placa Dessa forma podemos por exemplo automatizar toda uma residência O Arduino pode controlar a lâmpada a partir do sinal enviado pelo celular 95 via Bluetooth ou mesmo WiFi Assim a domótica é uma das áreas entre muitas que privilegiam sua utilização Aplicação 1 Podemos exemplificar um circuito por um módulo relé Arduino que pode auxiliar nesse processo O relé é tido como um elemento eletromecânico capaz de realizar o acionamento de cargas elétricas por meio de um circuito de comando de baixa potência sendo nesse caso um sinal digital gerado pelo Arduino Veja o esquema de ligação apresentado pelo Tinkercad composto pelo Arduino Uno módulo relé fonte de alimentação bateria 9 V e lâmpada Figura 513 Esquema de acionamento de uma lâmpada Fonte Autor 2021 Após a montagem vem a hora de programar o circuito para realizar a operação em que serão determinados a pinagem de ligação o tempo de acionamento a forma como será ligada se será piscante ou estática o loop entre outras funções que cabem ao programador definir e alimentar o microcontrolador com essas informações definindo assim um projeto que vai da separação de insumos montagem programação e execução a fim de se chegar ao objetivo do processo que nesse caso será o acionamento simples da lâmpada por meio do Arduino Veja o código de 96 programação do circuito executado para permanecer 3 segundos em nível alto ligada e 3 segundos em nível baixo desligada Figura 514 Código de programação Fonte Autor 2021 Aplicação 2 Vamos exemplificar aqui uma lógica de controle a qual será capaz de ler o sinal analógico do potenciômetro assim convertendo esse sinal em um valor digital de frequência Frequência esta que varia entre 0 e 120 kHz A fim de demonstrar o sinal digital gerado usaremos um monitor de osciloscópio para visualização da forma de onda Veja a imagem do circuito montado no Tinkercad 97 Figura 515 Esquema de conversão de sinal Fonte Autor 2021 O código a seguir será escrito para que você possa criar esse circuito no Tinkercad e analisar a forma de onda formada pelo sinal analógico na entrada e sua respectiva onda no sinal digital gerada na saída 98 Conclusão Caro estudante para fim de estudo dessa ferramenta tão importante no ramo industrial você aprendeu neste bloco sobre os tipos de Arduino encontrados hoje mais especificamente sobre seus oito tipos Em seguida lhe foi apresentado um pouco mais a respeito de sua montagem física e a utilização de uma placa protoboard muito útil para testes Além disso você viu sobre a sua simulação e projeto que pode ser feito virtualmente por meio de softwares online ou mesmo aqueles que possuem licença que precisa ser adquirida Por fim foi feita uma relação com a placa Arduino no exemplo prático de domótica onde foi apresentado o esquema de acionamento de uma lâmpada por meio de um Arduino e também um relé mostrando de forma dinâmica uma aplicação muito comum usada residencialmente dessa ferramenta Bons estudos e até a próxima Referências 1 SHUTTERSTOCK Arduino Uno Disponível em httpswwwshutterstockcomptimagephotoljubljanasloveniaapril292013 photo190713134 Acesso em 27 mar 2021 2 ARDUINO Arduino Mega 2560 Disponível em httpsstorearduinoccusamega2560r3 Acesso em 27 mar 2021 99 3 ARDUINO Arduino Leonardo Disponível em httpsstorearduinoccusaleonardo Acesso em 27 mar 2021 4 ARDUINO Arduino Due Disponível em httpsstorearduinoccusadue Acesso em 27 mar 2021 5 ELETROFUN Arduino Mega ADK Disponível em httpswwwelectrofunptarduinoarduinomegaadkandroidcompativelcabo usb Acesso em 27 mar 2021 6 ARDUINO Arduino Nano Disponível em httpsstorearduinoccusaarduino nanoqueryIDundefined Acesso em 27 mar 2021 7 ARDUINO Br Arduino Pro Mini Disponível em httpsbr arduinoorg201502arduinoprominiconhecendoomodeloeconomicohtml Acesso em 27 mar 2021 8 ROLL B Arduino Esplora Disponível em httpswwwbotnrollcomptarduino controladores673arduinoesplorahtml Acesso em 27 mar 2021 9 ELETROGATE Arduino na protoboard Disponível em httpswwweletrogatecombaseacrilicaparafixacaoarduinounoe protoboard400 furosutmsourceSiteutmmediumGoogleMerchantutmcampaignGoogle Merchant Acesso em 27 mar 2021 Referências Complementares 25 CRUZ E C A CHOUERI S Eletrônica aplicada 2 ed São Paulo Érica 2013 ebook Minha Biblioteca 26 SCHULER C Eletrônica II 7 ed Porto Alegre AMGH 2013 ebook Minha Biblioteca 27 DACHI E P Eletrônica digital 1 ed São Paulo Blucher 2018 ebook Pearson 100 28 SZAJNBERG M Eletrônica digital teoria componentes e aplicações 1 ed Rio de Janeiro GENLTC 2014 ebook Minha Biblioteca 29 STEVAN JR S L Automacao e instrumentacao industrial com Arduino teoria e projetos 1 ed São Paulo Erica 2015 30 FILHO E S D da S et al Eletrônica Porto Alegre SAGAH 2018 ebook Minha Biblioteca 31 FLOYD T L Sistemas digitais fundamentos e aplicações 9 ed Porto Alegre Bookman 2007 ebook Minha Biblioteca 32 TOCCI R J WIDMER N S MOSS G L Sistemas digitais princípios e aplicações 11 ed São Paulo Pearson Education do Brasil 2011 ebook Pearson 101 6 PROJETO DE PLACAS EM CIRCUITO IMPRESSO Apresentação Caro estudante neste bloco você irá conhecer as placas eletrônicas conhecidas como PCB e PCBA que nos ajudam a montar circuitos eletrônicos Em seguida será apresentado um pouco sobre as placas protoboards que seriam placas de protótipo apresentando sua montagem física bem como a sua funcionalidade técnica Por fim este bloco abordará os softwares voltados para impressão de circuitos em placas eletrônicas além de apresentar uma vasta lista delas falando um pouco de um software específico conhecido como Fritizing e fazendo uma abordagem a respeito de seu layout e funcionamento Vamos lá 61 Placas PCB e PCBA PCB provêm da sigla em inglês Printed Circuit Board ou PCI em português Placa de Circuito Impresso É uma placa fina feita de fibra de vidro resina epóxi composta ou outros materiais laminados Caminhos condutores são registrados impressos na placa conectando diferentes componentes na placa de circuito impresso como resistores transistores capacitores diodos circuitos integrados entre outros componentes Esses componentes são muito usados em computadores desktop e notebooks tablets televisores consoles controles entre outras infinidades de aplicações Eles são a base para muitos componentes internos do computador como placas de vídeo placas controladoras placas de interface de rede e placas de expansão Todos esses componentes são conectados à placamãe que também é uma placa de circuito impresso 102 A formação dessas placas vem de alguns materiais responsáveis pelo seu funcionamento Veja os três principais itens Placa virgem constituída e revestida por material isolante podendo ter em sua construção fibra de vidro fibra de poliéster fenolite ou polímeros que possuem propriedades isolantes Fios de metal responsável pela condução de energia no circuito fazendo o caminho da corrente no circuito Folha de cobre implantada na superfície da placa de circuito encarregase das ligações entre componentes do circuito Veja na imagem a seguir um exemplo de placa PCB Figura 61 Placas PCB Fonte Shutterstock Link httpswwwshutterstockcomptimagephotomultipliedprintedcircuit boardspcbisolated1522150469 Enquanto isso PCBA provêm de Placa de Circuito Impresso Assembleia Essa placa é obtida após toda soldagem e impressão na placa PCB em conjunto com toda a 103 montagem de uma variedade de componentes seja resistores circuitos integrados capacitores e quaisquer outros componentes PCBA é geralmente aquecida em um forno de refluxo para estabelecer uma conexão mecânica entre o PCB e o componente Veja um exemplo de uma placa de rede PCBA que pode ser usada em notebooks e computadores Figura 62 Placa de rede PCBA Fonte Michigan Link httpswwwmichigancombrredesswitcheseroteadoresplaca pcbaengeniusesr1221sempigtail 62 Placa Protoboard Placa de protótipo matriz de contato ou propriamente placa protoboard consiste em uma placa com orifícios e placas de conexão Usada para prototipar circuitos elétricos e eletrônicos para teste e experimentação A vantagem oferecida é que como não há necessidade de solda os componentes podem ser usados sem concessões não só podem ser reaproveitados quando necessário mas também o circuito montado pode ser rapidamente modificado simplesmente removendo o circuito nele montado antes 104 A placa Protoboard é formada por duas faixas a Faixa de Terminais e a Faixa de Barramentos A Faixa de Terminais é composta de dois conjuntos de faixas verticais de cinco pontos separados por uma faixa vazada centralizada que existe na placa do protótipo Cada coluna é composta por cinco pontos que são conectados internamente por um condutor metálico que pode ser acessado através de orifícios na estrutura plástica da placa protótipo de forma que quaisquer terminais ou condutores componentes presentes na tira serão conectados entre si Já a Faixa de Barramento é composta por uma coleção de duas faixas apresentadas nas extremidades laterais da matriz de contato e geralmente são usadas para distribuir o sinal de potência do circuito montado nela normalmente com uma faixa azul que simboliza aterramento ou sinal de energia negativa para o circuito e uma faixa vermelha usada como sinal de tensão da fonte de alimentação positiva para o circuito Veja a imagem representando tal esquema Figura 63 Placa Protoboard Fonte Shutterstock Adaptado Link httpswwwshutterstockcomptimagephotoprotoboard electronicdevicesprototyping273509480 105 Assim também o uso de protoboard traz consigo algumas limitações como a existência de capacitância indesejada resistência elétrica e circuitos integrados que não podem acomodar componentes de superfície sem o uso de um adaptador bem como mau contato devido a encaixes não muito precisos Vejamos um exemplo na montagem de um circuito simples na protoboard Realizaremos o acendimento de uma LED com um resistor e um botão Acompanhe o circuito a seguir Figura 64 Circuito de acionamento de um LED Fonte Autor 2021 Agora com os elementos em mão e o circuito apresentado usaremos a placa protoboard onde colocaremos os dispositivos de forma que não serão necessários circuitos impressos ou mesmo soldas Dessa maneira apenas encaixando os elementos da maneira correta será possível plotar o circuito acionando para fazêlo funcionar Veja na imagem a seguir como ficaria a disposição dos elementos na placa 106 Figura 65 Circuito na Placa Protoboard Fonte Robocore Link httpswwwrobocorenettutoriaiscomoutilizarumaprotoboard 63 Software para impressão de circuitos Agora que já sabemos o que são as placas de circuito impresso precisamos saber como passar o projeto para a placa em questão A partir de softwares conseguiremos processar a conectividade dos elementos para gerar o processo do projeto a ser manufaturado Para isso contamos com uma lista de softwares responsáveis por essa criação para que depois uma Prototipadora realize a impressão dos caminhos de conexão Segue uma lista de alguns principais softwares capazes de realizar a criação de PCBs AutoDesk Eagle CometCAD EasyEDA Programa Online DesignSpark PCB PCB Artist DipTrace 107 Fritzing gEDA Linux Osmond PCB Macintosh ZenitPCB KiCad EDA BSch3V ExpressPCB PCB123 PCB Layout Tool FreePCB Dentre tais softwares podemos destacar o Fritizing Tal software possibilita a criação simples e rápida de layouts de circuitos eletrônicos Esses layouts permitem que pesquisadores designers artistas e amadores registrem esquemas e criem o circuito desejado Cabe muito bem ao uso de circuito impresso além de ser muito usado também em programação de Arduinos Segundo o próprio site fritizingorg o software se autodenomina da seguinte forma Fritzing é uma iniciativa de hardware de código aberto que torna a eletrônica acessível como um material criativo para qualquer pessoa Oferecemos uma ferramenta de software um site de comunidade e serviços no espírito de Processing e Arduino promovendo um ecossistema criativo que permite aos usuários documentar seus protótipos compartilhálos com outras pessoas ensinar eletrônica em uma sala de aula e fazer o layout e fabricar PCBs profissionais FRITIZING 2021 O Fritizing apresenta virtualmente a montagem física em protoboard assim também o circuito elétrico do projeto na placa Conta graficamente com vários elementos que 108 usamos na criação de circuitos eletrônicos se tornando acessível com seu layout simples e seu designer intuitivo Vejamos o layout de uma placa PCB criada e projetada pelo Fritizing mostrando todos os elementos dispostos no projeto Figura 66 Projeto de placa PCB Fritizing Fonte Fritizing Link httpsforumfritzingorgtmesseduppcbafterreloading402 Reparem no circuito acima os elementos na placa e suas respectivas conexões onde as linhas laranja representam as partes de cobre da placa que irão percorrer o caminho da energia e os pontos verdes representando as ligações dos componentes que integram o circuito formando assim um projeto pronto para execução e impressão na Prototipadora Lembre que esse software não conta com a função de simulação para isso é necessária bastante atenção na hora de projetar evitando assim a queima de elementos ou mesmo a perda da placa Veja o exemplo de um circuito com temporizador 555 para acionamento de um LED A partir de programa Fritizing é possível desenhar o circuito numa protoboard para que 109 assim passe para uma futura placa PCB O programa é bem didático em seu layout e de fácil montagem Acompanhe na imagem a seguir seu layout assim como o circuito montado a partir de resistores capacitores e propriamente o CI 555 Figura 67 Layout e circuito no Fritizing Fonte Autor 2021 Veja mais de perto o circuito projetado inicialmente na placa protoboard 110 Figura 68 Layout e circuito no Fritizing Fonte Autor 2021 Após a execução da montagem do circuito a partir das opções que o software nos fornece podemos visualizar seu projeto propriamente na placa PCB e posteriormente fazer o roteamento das conexões para enfim exportar o projeto da placa PCB no objetivo de importála na impressora ou Prototipadora que realizará a impressão do circuito Veja na imagem a seguir as opções que ele oferece na visão da placa PCB como o autorroteamento das conexões e exportação da placa para impressão 111 Figura 69 Layout de exportação da placa PCB no Fritizing Fonte Autor 2021 Conclusão Caro estudante este último bloco da disciplina Eletrônica Aplicada apresentou as placas de circuito impresso conhecidas como PCBs Você pôde ver as placas formadas pelo conjunto de soldas e toda a montagem de componentes da PCB conhecida como placa PCBA Além disso aprendeu também sobre a placa protoboard e sua forma de funcionamento a partir de suas faixas tanto de barramento quanto terminais que têm seu uso voltado para prototipação e montagens provisórias Por fim foi apresentada uma relação dos softwares responsáveis pela impressão de circuitos eletrônicos e os principais softwares encontrados hoje na internet E foi abordado mais especificamente o software Fritizing responsável por apresentar virtualmente a montagem física tanto em placas protoboard como sua montagem em placas de circuito impresso Com isso chegamos ao final da disciplina Eletrônica Aplicada confira as Referências e continue se aprimorando Bons estudos Referências 1 SHUTTERSTOCK Placas PCB Disponível em httpswwwshutterstockcomptimagephotomultipliedprintedcircuitboards pcbisolated1522150469 Acesso em 27 mar 2021 112 2 MICHIGAN Placa de rede PCBA Disponível em httpswwwmichigancombrredesswitcheseroteadoresplacapcbaengenius esr1221sempigtail Acesso em 27 mar 2021 3 SHUTTERSTOCK Placa Protoboard Disponível em httpswwwshutterstockcomptimagephotoprotoboardelectronicdevices prototyping273509480 Acesso em 27 mar 2021 4 FRITIZING Projeto de placa PCB Disponível em httpsforumfritzingorgtmesseduppcbafterreloading402 Acesso em 27 mar 2021 5 ROBOCORE Como utilizar uma protoboard Disponível em httpswwwrobocorenettutoriaiscomoutilizarumaprotoboard Acesso em 7 maio 2021 Referências Complementares 33 CRUZ E C A CHOUERI S Eletrônica Aplicada 2 ed São Paulo Érica 2013 ebook Minha Biblioteca 34 SCHULER C Eletrônica II 7 ed Porto Alegre AMGH 2013 ebook Minha Biblioteca 35 DACHI E P Eletrônica digital 1 ed São Paulo Blucher 2018 ebook Pearson 36 SZAJNBERG M Eletrônica digital teoria componentes e aplicações 1 ed Rio de Janeiro GENLTC 2014 ebook Minha Biblioteca 37 FILHO E S D da S et al Eletrônica Porto Alegre SAGAH 2018 ebook Minha Biblioteca