Circuitos e componentes
Nos circuitos eletrônicos encontramos componentes que são interligados de diversas formas. Saber como eles podem ser ligados, reconhecendo essas configurações é muito importante.
a) Ligações em Série e em Paralelo
Num circuito elétrico ou eletrônico um único gerador ou fonte de energia pode ser usado para alimentar diversos elementos. Mesmo num circuito simples podemos encontrar dezenas de componentes interligados. A maneira como estes componentes ou elementos são interligados determina como a corrente circula através deles, como as tensões são divididas e também como calor é produzido por cada um deles.
Nos circuitos elétricos e eletrônicos a análise dos circuitos é simples quando poucos elementos ou componentes são usados. Por outro lado, nos circuitos eletrônicos mais elaborados, a análise é muito mais difícil pois podem ser usados centenas e até milhares de componentes.
Saber como estes componentes são interligados é fundamental para se fazer a análise do circuito e também para se determinar a causa de falhas e calcular seu comportamento.
Mesmo sendo formados por dezenas, centenas e até milhares de componentes, os componentes são ligados de duas maneiras básicas:
1. Série - dois ou mais elementos de um circuito estão em série quando eles estão ligados da forma mostrada na figura 1. A corrente em todos os elementos (no nosso caso, resistores) é a mesma e a tensão através deles se divide de acordo com a resistência de cada um. O componente de maior resistência dissipará mais calor.
2. Paralelo - os componentes de um circuito estão em paralelo (por exemplo, lâmpadas) quando forem ligados da forma mostrada na figura 2. As tensões em todos os componentes é a mesma e pelo elemento que tiver menor resistência circulará a corrente mais intensa. Se os elementos forem resistores, o de menor resistência dissipará mais calor.
Na prática, o profissional da eletricidade encontrará muitos tipos de componentes que podem ser combinados em ligações mais complexas. estas ligações são resultado da combinação de componentes em série e em paralelo, como por exemplo a mostrada na figura 3.
A análise destas configurações é feita separando-os oc omponentes que estão em série e os componentes que estão em paralelo. Para os engenheiros e profissionais avançados existem procedimentos matemáticos que permitem calcular as correntes num circuito como esse de forma imediata.
b) Corrente Alternada e Corrente Contínua
Nos exemplos que tomamos nas páginas anteriores para explicar como um circuito elétrico funciona, as fontes de energia elétrica que usamos (geradores) eram de um tipo especial. Nos pólos destes geradores havia uma tensão constante, o que significa que, ligados a um receptor de resistência constante, a corrente era estabelecida num único sentido com uma intensidade que não muda ao longo do tempo.
Dizemos que este tipo de circuito opera com uma corrente contínua e o gerador usado é um gerador de corrente contínua, conforme mostra a figura 4.
É costume abreviar corrente contínua por CC ou ainda DC (da palavra inglesa direct current) para especificar este tipo de corrente. Baterias, pilhas, dínamos são geradores de corrente contínua e a maioria dos circuitos eletrônicos opera com este tipo de corrente.
Por outro lado, os profissionais eletricistas sabem que a energia fornecida para as instalações domésticas, comerciais e industriais não é deste tipo. A energia que chega para nosso consumo vem na forma de uma corrente alternada (abreviamos por AC ou CA)
Conforme mostra a figura 5, numa corrente alternada não temos um fluxo constante de carga na mesma direção no circuito em que ela está presente.
Nessa figura temos um gerador que muda constantemente de polaridade, Num instante o polo A está positivo e B negativo e a corrente flui num sentido passando pela lâmpada eu acende. Num instante seguinte os pólos invertem e a corrente flui no sentido oposto mas também passando pela lâmpada que se mantém acesa.
Nas nossas instalações elétricas a polaridade da tensão disponível se inverte 120 vezes por segundos: 60 vezes um pólo está positivo e 60 vezes negativo. Dizemos que a freqüência da rede de energia em nosso país é de 60 Hertz (60 Hz). Existem países em que esta freqüência é de 50 Hz.
A corrente alternada disponível na linha de energia pode então ser representada pela sua forma de onda que é mostrada na figura 6.
Esta curva segue uma função erigonométrica e é denominada senoide. Veja que as variações da tensão nesta curva não são feitas de forma abrupta mas suavemente do positivo para o negativo e vive-versa. Veja que neste caso representamos uma tensão alternada (V), mas poderíamos da mesma forma representar uma corrente alternada (I).
c) Sons e Ondas Eletromagnéticas
Muitos aparelhos eletrônicos são projetados para operar com sons e ondas eletromagnéticas (também chamadas de ondas de rádio). Telefones, alarmes e controles remotos sem fio, porteiros eletrônicos, sistemas de vigilância são alguns exemplos de aparelhos que operam tanto com ondas eletromagnéticas como com sons.
1. Sons
Quando fazemos uma barra de metal vibrar ela produz perturbações no ar que a circunda. Estas perturbações podem se propagar na forma de ondas de compressão e descompressão, conforme mostra a figura 7.
Quando estas vibrações alcançam nossos ouvidos elas o excitam dando-os a sensação sonora. Ouvimos então estas vibrações como sons. No entanto, para que isso aconteça, estas ondas precisam ter características especiais.
O ouvido humano só consegue perceber as vibrações que estejam numa faixa de frequências, normalmente entre 16 Hz e 18 000 Hz para as pessoas comuns. Por exemplo, se uma barra vibrar 30 000 vezes por segundo, não conseguiremos ouvir isso pois estará além de nosso limite auditivo. Muitos animais como cães, morcegos e golfinhos, podem ouvir estas vibrações denominadas ultrassons.
Uma outra característica importante dos sons é que o nosso sentido auditivo pode diferenciá-los segundo sua freqüência. Os sons de baixa freqüência, entre 16 Hz e 500 Hz são percebidos como "graves", enquanto que os que estão acima de 2 000 Hz são percebidos como agudos. Nossos ouvidos são sensíveis o suficiente para distinguir sons com uma diferença de freqüência de apenas 1/16 de seu valor. Por causa desta capacidade é que podemos distinguir duas notas musicais adjacentes pela sua frequência.
2. Ondas de Rádio ou Eletromagneticas
Em 1865 o físico e astrônomo James Clerk Maxwell publicou uma teoria explicando a existência de campos eletromagnéticos ou ondas. Para explicar isso ele partiu da idéia de que uma carga elétrica em repouso seria circundada apenas por um campo elétrico, como mostrado na figura 8.
No entanto se a carga fosse colocada em movimento, ela criaria um campo magnético conforme mostra a mesma figura.
Destas duas situações imaginárias vamos agora passar para um simples experimento que pode nos mostrar melhor como ondas que combinam campos elétricos e magnéticos podem ser produzidos. Para isso vamos usar o arranjo de bolinhas de metal penduradas em fios (que são vendidas como brinquedos para executivos) conforme mostra a figura 9.
Se a primeira bolinha for solta ela, ao bater nas seguintes que estão uma ao lado da outra, transfere energia que se propaga até o outro extremo da cadeia de esferas, levando finalmente a bolinha B a se elevar até o ponto em que estava a primeira correspondendo à energia potencial transferida. Assim, o que Maxwell provou é que nesta transferência de energia existe um intervalo de tempo para sua propagação através das bolinhas e neste intervalo a energia está presente em trânsito mas na forma de energia cinética.
No caso de uma carga que oscila, as duas formas de energia ficam armazenadas em campos elétricos e magnéticos que se propagam na forma de pertubação pelo espaço circundante, ou seja, uma onda eletromagnética. Estas ondas podem viajar pelo espaço numa velocidade de 300 000 quilometros por segundo (lembramos que luz é uma forma de onda eletromagnética).
Podemos fazer as cargas elétricas vibrar raticamente em qualquer freqüência, o que nos leva a encontrar ondas numa que se distribuem num espectro contínuo como o mostrado na figura 10.
Nas frequências mais baixas encontramos as ondas de rádio usadas em telecomunicações, TV, telefonia, etc. Na parte intermediária temos a radiação infravermelha, luz visível e ultravioleta e na parte das frequências mais elevadas os raios X e cósmicos.
A frequência é número de ondas produzido em cada segundo e é medida em hertz (Hz). Como as frequências normalmente são muito altas é comum usarmos os prefixos k, M e G (quilo, mega e giga). Quando partindo de uma fonte emissora, a distância que uma onda viaja durante um ciclo completo é definida como comprimento de onda e representada por λ . Esta distância depende da velocidade da onda que no vácuo é de 300 000 000 metros por segundo.
d) Placas de Circuito Impresso e Solda
Os componentes usados nos equipamentos eletrônicos normalmente são pequenos necessitando por isso de um suporte físico para sua operação. Este suporte deve ao mesmo tempo proporcionar sustentação mecânica para estes componentes como também fornecer a conexão elétrica que eles precisam na sua ligação com os demais componentes do mesmo aparelho.
Abrindo os equipamentos eletrônicos comuns o profissional vai perceber que eles são montados numa placa especial que é feita de um material isolante. Esta placa é denominada "placa de circuito impreso" é feita de um material isolante, normalmente fibra ou fenolite, na qual existe uma parte em que são gravadas por deposição trilhas finas de cobre.
Estas tiras de cobre funcionam como fios condutores de eletricidade, interligando os diversos componentes que nela são montados. O padrão das trilhas determina o modo como os componentes são ligados. Este padrão varia conforme o aparelho, o circuito e os componentes sendo determinado pelo projetista do equipamento. Isso significa que a placa de circuito impresso usada num rádio é completamente diferente da placa usada num porteiro eletrônico ou num dimmer.
Conforme mostra a figura 11, os pequenos componentes eletrônicos são soldados nesta placa de tal forma que os seus terminais façam contacto com as trilhas de cobre.
Uma técnica que cada vez está sendo mais usada nas montagens eletrônicas faz uso de componentes ultra-miniaturizados denominados SMD (Surface Mounting Devices ou Componentes Para Montagem em Superfície) que são soldados do mesmo lado que as trilhas de cobre, conforme mostra a figura 12.
A solda usada em eletrônica é uma liga especial de chumbo e estanho que se funde a uma temperatura de 273 graus. Esta solda é chamada de solda para rádio, solda eletrônica ou simplesmente solda, e pode ser encontrada em tubinhos, rolos e cartelas, conforme mostra a figura 13.
Quando aquecida até a temperatura de fusão a solda derrete e envolve o terminal do componente a ser soldado. Ao esfriar ela solidifica-se proporcionando uma sustentação firme e contacto elétrico ao componente. Para soldar usamos uma ferramenta espeial que é o ferro de solda que é mostrada na figura 14.
Para os trabalhos que o profissional da eletrotécnica vai executar com circuitos eletrônicos, recomendamos um ferro de 15 a 40 W com pontas finas. Na verdade, podem ser necessários dois ferros para um trabalho melhor: um de baixa potência (15 a 30 W) e um de média potência (40 a 60 W). Soldar uma operação bastante simples e certamente muitos profissionais da eletricidade já sabem como fazer isso.
No entanto, quando trabalhando com dispositivos eletrônicos que são muito sensíveis, especial cuidado deve ser tomado, pois o excesso de calor pode facilmente danificá-los.
Os procedimentos básicos para o processo de soldagem são os seguintes:
Ligue o fero de solda e deixe-o aquecer por pelo menos 5 minutos. Este é o tempo necessário para que o ferro alcance a temperatira ideal de trabalho.
Toque com a ponta do ferro na área de trabalho pequeno tempo para que ela se aqueça até o ponto de fusao da solda e então encoste a solda nos terminais dos componentes que devem ser soldados, conforme mostra a figura 15.
Observe que a solda vai derreter e envolver o terminal do componente e o local em que ele deve ser soldado.
Retire o ferro do local e espere a solda esfriar tomando cuidado para não fazer nenhum movimento até que a solda esfrie completamente. Quando a solda esfria ela forma uma sólida junta que prende o terminal do componente.
e) Outras Ferramentas
O ferro de soldar não é a única ferramenta que o profissional que vai trabalhar com componentes eletrônicos precisa para poder realizar com perfeição sua atividade profissional. Muitas ferramentas adicionais podem ser citados e sua presença na bancada de trabalho é importante pois elas garantem o trabalho correto com componentes que, conforme vimos, são delicados.
O uso impróprio de ferramentas pode causar danos aos componentes e aparelhos eletrônicos. Baseados na nossa experiência profissional sugerimos que o leitor que pretenda trabalhar com componentes eletrônicos tenha as seguintes ferramentas disponíveis:
Alicate de corte lateral
Alicate de ponta
Duas ou mais chave de fendas
Duas ou mais chave Philips
Pinças
Conjunto de micro chaves de precisão
Acesórios de soldagem e dessoldagem
Mãos extras ou garras para fixação de aparelhos e placas
Pequeno torno de mesa
Nos catálogos de ferramentas de empresas especializadas o leitor pode encontrar muitas outras que serão de grande utilidade.
Índice:
Introdução
Parte 1 - As diferenças entre eletricidade e eletrônica
Parte 2 - Circuitos e componentes
Parte 3 - Diagramas, Símbolos e Componentes
Parte 4 - Componentes Passivos – Os Resistores
Parte 5 - Componentes Passivos – Capacitores e Indutores
Parte 6 - Componentes Passivos – Outros componentes indutivos
Parte 7 - Semicondutores – Materiais- Diodos e LEDs
Parte 8 - Transistores Bipolares e assemelhados
Parte 9 - Outros tipos de transistores
Parte 10 - Outros componentes semicondutores – IGBTs e Tiristores
Parte 11 - Outros componentes da família dos tiristores – Displays e válvulas
Parte 12 - Os circuitos integrados
Parte 13 - Circuitos Digitais – Microcontroladores - DSPs – Invólucros
Parte 14 - Diagnóstico e reparação
Parte 15 - Circuitos Práticos - Como funcionam
Parte 16 - Outros dispositivos eletrônicos
