Fórmula para o cálculo do resistor limitador de corrente para o LED

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1 Resistor do LED Vanderlei Alves S. Silva Fórmula para o cálculo do resistor limitador de corrente para o LED Onde: Rled = Resistor de limitação de corrente no LED; Vcc = Tensão contínua da fonte de alimentação; Vled = Tensão de alimentação do LED; Iled = Corrente de alimentação do LED. O LED (Diodo Emissor de Luz) é um componente eletrônico capaz de emitir luz com determinada cor que depende de sua frequência, ou seja, a cor da luz não vem do encapsulamento do qual ele é construído. No entanto, cada LED necessita de uma determinada potência elétrica para funcionar e sendo assim, para cada cor de LED existe uma tensão elétrica específica para o seu funcionamento. A tabela abaixo mostra o valor da tensão elétrica e da corrente elétrica para cada cor de LEDs: Tabela 1 Agora supomos a seguinte situação:

2 Você dispõe de uma bateria de 12V e precisa ligar um LED vermelho nessa bateria, de acordo com a tabela acima podemos ver que o LED vermelho necessita de no máximo 2V e 20mA para acender. Se ligarmos esse LED diretamente à essa bateira, ele será danificado e para que isso não ocorra, devemos ligar um resistor em série com o LED para limitar a passagem da corrente nesses 20 ma. Veja a figura abaixo: Figura 1 Resistor em série com o LED Vamos a um exemplo de cálculo:

3 Lembrando que a tabela mostra o valor da corrente elétrica dos LEDs em miliampères (ma) e para fazer o cálculo é preciso converter de ma para Ampère (A) e para isso, basta dividir o valor da tabela por 1000 (mil). Exemplo: 20mA 1000 = 0,02A Agora é sua vez de provar que entendeu esse assunto. Analise o circuito abaixo e deixe sua resposta nos comentários. Calcule o valor de R1:

4 É isso ai pessoal! Em caso de dúvidas é só entrar em contato. Gostou deste conteúdo? Quer muito mais assuntos interessantes e úteis? Então torne-se um colaborador e apoie essa obra. Cursos de Eletrônica Presencial Invista no teu futuro! Estudar eletrônica é sem dúvida algo fascinante, é ela a base da maioria dos avanços tecnológicos. Celulares, computadores, casas inteligentes, sistemas de segurança, robôs, televisores, aparelhos de som, automóveis inteligentes e tudo mais que é capaz de simular a inteligência humana e/ou facilitar a vida da humanidade tem ligação

5 direta com a eletrônica. A pretensão desse curso é fazer com que o aluno possa conhecer os fundamentos dos diversos tipos de componentes eletrônicos existentes, dando-lhe capacidade de testar o funcionamentos de circuitos completos e projetar novos equipamentos que possam vim fazer parte da vida moderna, garantindo conforto e agilidades em diferentes áreas de nossas vidas. O curso deixará você apto a desenvolver projetos de circuitos eletrônicos que poderão virar produto de mercado, mas é claro que isso dependerá do teu esforço e dedicação nas aulas. O curso que oferecemos ensinará, de maneira didática e com experiências práticas a criar desde pequenos circuitos eletrônicos até máquinas inteligentes como robôs, capazes de realizar tarefas de maneira autônoma. Estamos trazendo quatro cursos na área de eletrônica. São eles: Curso Eletrônica Básica Ideal para aqueles que não possuem nenhum conhecimento sobre eletrônica ou que conhece algo apenas de maneira superficial. Aprenderá sobre cada componente eletrônico, suas simbologias e aplicações e conseguirá, já nas primeiras aulas, a montar um circuito eletrônico que funciona de verdade. Curso Eletrônica Digital Este é para aqueles que já possuem um

6 conhecimento de eletrônica ou que tenham feito o curso anterior. Nele o aluno aprenderá a utilizar os chips (circuitos integrados) para desenvolver circuitos combinacionais, os quais são capazes de tomar decisões a partir de informações recebidas. É a base fundamental para a criação e o entendimento de circuitos inteligentes. Com poucas aulas você estará pronto para criar sistemas de alarmes, controle industrial, controle remoto e muito mais. Curso de Microcontroladores O aluno irá aprender sobre microcontroladores e microprocessadores, a criar um programa em linguagem C para microcontroladores PIC, a desenvolver máquinas que possam ser cont roladas pelo computador e muito mais. Perfeito para quem já tem experiência com eletrônica e pretende ampliar seus horizontes. Este curso te permitirá criar sistemas de automação residencial e industrial, além de ensinar como construir diversas máquinas inteligentes, incríveis e lucrativas. Curso Arduino Neste curso você irá conhecer a plataforma eletrônica mais famosa e que permite conhecer todas as áreas da

7 eletrônica de maneira bastante simplificada. Com o Arduino o aluno poderá, mesmo com pouco conhecimento, montar sistemas inteligentes completos. Desde um simples piscar de um LED até a automação completa de uma casa deixando tudo automático. Para este curso não é obrigatório ter feito nenhum dos três cursos apresentados, mas é claro que se já estiver feito isso aumentará o teu potencial de aprendizagem. Em cada um dos cursos o aluno também irá aprender a realizar o diagnóstico de circuitos eletrônicos podendo fazer a manutenção dos mesmo e assim poder garantir uma excelente renda. Aproveite a oportunidade e invista agora no teu futuro! As vagas são limitadas TI-NET Cursos de Informática LTDA Rua Rosálio Carvalho Lima, 47 Pedrinhas/SE CEP: Para mais informações acesse a página de Contatos E se você quiser ganhar uma renda extra, leve estes cursos para tua cidade.

8 Entre em Contato para saber mais. Microcontroladores Vanderlei Alves S. Silva A eletrônica é cada vez mais surpreendente e fascinante, é incrível imaginar que podemos ter o domínio de tantas tecnologias em nossas mãos e poder, assim como engenheiros (para aqueles que ainda não são) desenvolver circuitos eletrônicos capazes de fazer coisas fantásticas do tipo acender lâmpadas usando o celular, controlar motores à distância sem o uso de cabos elétricos, criar máquinas que desenham usando canetas esferográficas comum, automatizar uma casa por completo, cuidar de hortaliças e jardins sem a presença constante do homem e também criar robôs com funções específicas para a realização de tarefas. E tudo isso hoje está ao alcance de quem tiver o interesse em aprender. O interessante nisso tudo é que os circuitos que realizam tais feitos estão ficando cada vez menores em termos físicos e mais baratos, o que torna acessível a muita gente e isso graças ao uso do microcontrolador, também conhecido como MCU, o qual será assunto para este artigo, acompanhe. Após a criação do primeiro microcontrolador por volta de 1971, pelos

9 engenheiros Michael Cochran e Gary Boone da Texas Instruments, atualmente uma das grandes fabricantes de microcontroladores, os circuitos eletrônicos foram ficando cada vez menores e o número de componentes externos reduzidos fazendo, assim, o custo cair consideravelmente. Os microcontroladores tomam parte na grande maioria dos circuitos eletrônicos existentes. Podemos encontrá-los em televisores, celulares, automóveis, sistemas embarcados, no comando de máquinas industriais, enfim, em todos os lugares e isto é o que nos dá motivo de querer estudá-los cada vez mais. Mas afinal, o que é um microcontrolador? Podemos resumidamente responder a esta pergunta dizendo que é um tipo de circuito integrado (chip) que traz internamente um sistema computacional completo (com exceção do peopleware) e basicamente vem com memória RAM, memória ROM, memória EEPROM, microprocessador, Unidade Lógica e Aritmética (ULA), portas de entrada e saída de dados, conversores AD e/ou DA registradores, clock interno e alguns têm até mesmo comparadores de tensão, controladores de display LCD e temporizadores (TIMER 0, TIMER 1, TIMER 2). Um microcontrolador pode assumir a função que você desejar Claro, desde que tenha lógica, não vá esperar que um microcontrolador te teletransporte para uma outra dimensão ou faça você se tornar um superherói do dia pra noite Mas, sabendo o que realmente você quer, e repito, dentro da lógica, basta saber programar que ele irá obedecer seus comandos com precisão. Para a utilização de um MCU (Microcontroller Unit), é preciso conhecer uma linguagem de programação específica para programá-los e é isso que o faz parecer, para muitos, um componente eletrônico complicado de se

10 utilizar. Mas calma! Nada é tão complicado como possa parecer. Atualmente as linguagens usadas no desenvolvimento de códigos para MCU são escritas em inglês, o que foi considerado um avanço, uma vez que antes era preciso usar praticamente a linguagem de máquina para programar um microcontrolador. Nossa Você não entende inglês! E agora deve estar se perguntando Quer dizer que terei que fazer um curso de inglês para aprender a programar um microcontrolador??? Bom um curso de inglês te ajudaria muito mesmo, mas, para programar um MCU não é preciso gastar dinheiro estudando um idioma, as palavras usadas, que na verdade são códigos escritos em inglês, são fáceis de aprender, repetitivas o que ajuda na memorização e curtas. Agora você pode está se perguntando Mas por que inglês??? Lembre-se de que o inglês é uma linguagem universal e assim fica fácil para que outras pessoas em outra parte do mundo possa ter acesso a esta tecnologia. Linguagens de programação As linguagens de programações mais comuns para microcontroladores são: Assembly, considerada de mais baixo nível de abstração e onde muitos códigos são escritos quase que em linguagem de máquina, sendo portanto uma das mais indicadas; Linguagem C ANSI, a qual é amplamente utilizada pela grande maioria por ser de alto nível e de muito mais fácil compreensão Particularmente é a que eu mais uso C/C++, também de alto nível e as linguagens específicas de um determinado grupo de microcontroladores como os AVRs, microcontroladores da plataforma Arduíno que usam uma linguagem derivada da C/C++. Exemplo de um pequeno código de programação para microcontrolador escrito em C ANSI:

11 Figura 1 Exemplo de código em C para microcontrolador da família PIC. O código acima faz um LED instalado em uma das portas de um MCU piscar durante o tempo em que o circuito estiver sendo alimentado por corrente elétrica. As frases na cor verde escritas logo após // são apenas comentários e não significam nada para o microcontrolador. O código em si são as palavras escritas na cor preta juntamente com seus valores e sinais gráficos obrigatórios com ponto-e-vírgula, igualdade, underline parenteses e chaves. Mas, vamos deixar para falar sobre linguagem de programação de microcontroladores em um outro post. Vamos analisar a estrutura interna do MCU, ou seja, seu hardware e para isto veja a figura abaixo:

12 Figura 2 Arquitetura interna básica de um microcontrolador De acordo com a figura 2 vamos descrever a função de cada um dos blocos que formam o microcontrolador: CPU É a Unidade Central de Processamento, assim como nos computadores, podemos dizer que é o cérebro da máquina. É neste local onde são tomadas as decisões e o processamento dos dados. ULA Chamada de Unidade Lógica e Aritmética é responsável por realizar os cálculos matemáticos e de lógica. Geralmente faz parte interna da CPU. RAM É a Memória de Acesso Randômico, que assim como nos computadores, serve para realizar o armazenamento de informações momentâneas durante um cálculo. Pode-se considerar como sendo uma memória de rascunho, exemplo: Quando o microcontrolador faz a leitura de um sensor, as informações vindas do sensor são armazenadas na RAM para que sejam mais tarde processadas e após o processamento a RAM é apagada. Ela não armazena nada de modo definitivo e toda vez que o microcontrolador é desligado ou reiniciado, ela é completamente apagada. PORT A, B e C São os terminais chamados de portas do microcontrolador, também conhecidas por portas digitais e são por elas que as informações digitais entram ou saem. A maioria das portas são

13 bidirecionais, o que significa que servem tanto como saída ou entrada de dados. Alguma podem ser apenas de entrada e outras somente de saída. Quando uma porta é bidirecional representamos essa condição com uma seta de duas pontas ao lado da referida porta, quando é unidirecional representamos com uma seta de uma ponta apontando para dentro do micro se for de entrada e para fora se for se saída. É por meio das portas que o microcontrolador interage com o meio externo. ENTRADAS ANALÓGICAS São portas apenas de entrada que servem para capturar sinais analógicos do meio externo. Esses sinais podem ser os mais variados como som, temperatura, luminosidade, umidade entre outros que possam variar em uma senoide. Com a captura desses sinais é possível realizar a automação de diversos processos, por exemplo, na indústria essas portas podem capturar o nível de um reservatório e através das portas digitais poderá ligar ou desligar uma bomba obedecendo a uma lógica de programação, ou então, em casa, podem capturar a medida de peso de um botijão de gás e fazer as portas digitais acionarem um sistema de aviso de que o gás está acabando. EPROM É a memória usada para armazenar firmware, que é o programa digitado pelo projetista, e pode ser escrita e apagada entre vezes a vezes. Esse programa é quem vai definir as funcionalidades e modo de trabalho do microcontrolador. EEPROM Memória interna que pode ser usada para o armazenamento de informação. Ela é capaz de guardar os dados e mantê-los mesmo se o microcontrolador for desenergizado. Dependendo do microcontrolador os dados poderão permanecer retidos por aproximadamente 40 anos, após esse tempo não se garante que as informações permaneceram intactas. Cada célula dessa memória possui um limite para a quantidade de escritas, ou seja, podemos escrever e apagar uma informação dentro de um certo número de vezes que pode variar entre vezes como no ATmega328P, usado na plataforma Arduino, a de vezes como no casos dos microcontroladores da família PIC, exemplo PIC16F628A. PROGRAM COUNTER Serve para definir ao processador interno do

14 microcontrolador a sequência de execução do código e no caso de uma rotina de interrupção ele armazena a linha seguinte para quando o processador retornar da interrupção e assim poder continuar com a execução sequencial do código. Além desses itens que acabamos de definir, um microcontrolador pode conter diversos como Timers, Porta serial para comunicação com computadores, comparadores de tensão entre outros e isto vai depender do tipo de microcontrolador usado. Dica: Para você começar a entender melhor e se aprofundar nos conhecimentos sobre microcontroladores poderá iniciar com a mais famosa das plataformas de estudos que é o Arduino. Em breve começaremos com uma série de experiências e explicações sobre esta placa de prototipagem incrível. Aguardem! Figura 3 Plataforma Arduino Conclusão Os microcontroladores estão sendo usados praticamente em todos os equipamentos que nos rodeiam e começar a conhecer sobre este circuito integrado realmente é algo necessário para quem é ou pretende ser um excelente profissional em eletrônica. Aprender a programar um MCU fará você ter um diferencial diante de muitos outros profissionais da área e abrirá um leque enorme de possibilidades. Então é isso pessoal! Espero poder ter feito vocês entenderem um pouco

15 sobre esses fantásticos componentes eletrônicos e que, particularmente, sempre prefiro usar para desenvolver os projetos que a mim são solicitados. Usando microcontroladores eu ganho tempo, precisão e qualidade nos meus trabalhos. E se você estiver interessado em fazer um curso completo sobre microcontroladores ou Arduino e assim conquistar um certificado, deixe um comentário e preencha os campos com seu nome e que logo entraremos em contato. Dependendo de sua localidade o curso poderá ser online através da nossa Sala de Aula ou presencial em nossa instituição. Gostou deste conteúdo? Quer muito mais assuntos interessantes e úteis? Então torne-se um colaborador e apoie essa obra. Conheça o 555 Vanderlei Alves S. Silva Para aqueles que estão começando

16 agora no mundo da eletrônica, talvez nunca tenha ouvido falar neste incrível e importante circuito integrado, mas aqueles que já tem uma certa caminhada, que não precisa ser tão longa, tenho certeza que já ouviu falar nele e já viu muitos projetos baseados no C.I O circuito integrado 555 (inventado por Hans R. Camenzind em 1971) é um dos mais famosos componentes da eletrônica e neste artigo vamos abordar algumas características deste circuito integrado e analisar os possíveis circuitos que possam ser montados com ele. Não deixaremos de apresentar também algumas fórmulas matemáticas que poderão deixar seus projetos bem mais eficientes, além, é claro, de darmos uma olhada em seu data sheet. Descrição e pinagem O 555 corresponde a um circuito integrado monolítico que pode atuar como temporizador ou oscilador astável. Como temporizador ou monoestável, o qual chamaremos também de timer, pode manter uma carga funcionando por um determinado e preciso tempo, sendo controlado por um resistor e um capacitor externos. Abaixo temos a figura com a representação de cada pino: Figura 1 Pinagem do 555 Funções de cada pino

17 1 GND Deve ser ligado ao negativo da fonte de alimentação ou de uma bateria, também conhecido como terra ou massa. 2 Trigger É o gatilho usado para disparar o funcionamento do ciruito. Aplicando 1/3 da tensão de alimentação a saída (pino 3) vai ao nível alto (tensão Vcc) por um dado momento. 3 Saída (Output) É a a saída dos pulsos gerados pelo circuito integrado e seu nível depende de resistores e do capacitor ligados externamente ao C.I. 4 Reset Inibe o funcionamento do circuito. Quando colocado em nível baixo (no GND), ele reinicia o funcionamento e mantém tudo parado até que seja colocado em nível alto. Em funcionamento normal ele é mantido ao Vcc. 5 Modulador Também chamado de Control Voltage, é capaz de modular o sinal de saída, onde o sinal gerado pela oscilação do 555 será a portadora e os sinais aplicados a este pino realizará a modulação desse sinal. Na configuração monoestável, se aplicado um sinal de 2/3 da tensão de alimentação a largura do pulso da saída poderá ser alterada. 6 Threshold Quando este terminal recebe um sinal maior que 2/3 da tensão de alimentação ele faz a saída (pino 3) ir ao nível baixo (zero volts). 7 Descarga Descarrega o capacitor externo para que se possa iniciar um novo ciclo de trabalho. 8 Vcc Deve ser ligado ao positivo da fonte de alimentação ou de uma bateria. Variações do 555 Podemos encontrar os circuitos integrados NE555, SA555 e o SE555 e tal variação de tipos traz algumas mudanças de características de operação. Em termos de temperatura as características são as seguintes: NE555 = 0 C a +70 C

18 SA555 = -40 C a +105 C SE555 = -55 C a 125 C Para maiores detalhes sobre as características de cada tipo recomendo a leitura da página 4 do data sheet que pode ser baixado clicando aqui. Características elétricas Tensão de alimentação entre 4,5V a 16V; Corrente máxima na saída (pino 3) é de 200mA, tanto em current sink como em current source; Potência de dissipação em torno de 600mW; A corrente máxima de alimentação é de 15mA, quando alimentado em 16V. Aplicações Agora vamos analisar alguns circuitos típicos que podem ser montados com este componente para atender diversas aplicações. Circuito 1 Monoestável ou Timer Abaixo temos o esquema elétrico do circuito que estudaremos:

19 Figura 2 Circuito monoestável Timer O circuito da figura 2 pode ser usado como um temporizador e seu funcionamento pode ser explicado da seguinte forma: Quando o circuito é energizado, inicialmente, o LED D1 permanece apagado indicando nível lógico baixo na saída (pino 3) do circuito integrado. Para que este pino mude de estado, indo ao nível alto e assim acendendo o LED, o pino 2 deverá receber um sinal baixo (negativo), o que ocorrerá quando a chave S1 for pressionada. Para garantir que não haverá disparos erráticos, um resistor de pull-up de 10kΩ é ligado entre o pino 2 e ao positivo da fonte de alimentação. Note que este resistor mantem o pino 2 em nível alto enquanto a chave S1 não for pressionada e é isso que evita o LED acender sem ser acionado. Quando a chave S1 é pressionada, o pino 2 recebe nível baixo e dessa forma, o pino 3 vai ao nível alto acendendo o LED por um tempo que é determinado pelo resistor R1 e o capacitor C1. Quando C1 se descarrega o pino 3 volta ao nível baixo desligando o LED.

20 Para calcular o tempo em que o pino 3 permanecerá em nível lógico alto podemos usar a seguinte equação: T = 1,1 x R1 x C1 Onde: T = Tempo em segundos; R1 = Resistor R1; C1 = Capacitor C1. Resumindo: Quando o pino 2 recebe nível baixo, o pino 3 vai ao nível alto acendendo o LED por um tempo, estabelecido pela fórmula acima, e depois volta ao nível baixo apagando o LED. O vídeo a seguir mostra o circuito monoestável em funcionamento. Este circuito pode ser melhorado para acionar cargas de maior consumo elétrico como lâmpadas residenciais, ventiladores ou para o controle da temporização de alguma máquina. Para que isso seja possível, basta substituir o LED por um circuito driver feito com base em um transistor NPN. Veja a figura abaixo:

21 Figura 3 Circuito driver com transistor NPN. Observe que no pino 3 continuou conectado o resistor de 1kΩ, o qual será responsável em polarizar a base do transistor Q1. De acordo com a figura 3, quando o pino 2 receber nível baixo, o pino 3 será levado ao nível alto, por um determinado tempo, polarizando a base do transistor e este entrará em condução permitindo a passagem de corrente elétrica entre emissor e coletor e isso fará com que o relé RL1 seja acionado comutando seus contatos, e assim, acionando cargas de maiores potências. Depois que o tempo determinado pelo resistor R1 e pelo capacitor C1 da figura 2 terminar, a carga será desligada automaticamente e apenas voltará a ser ligada quando a chave S1 for pressionada novamente. O diodo D1 em paralelo com o relé, tem a função de eliminar a F.C.E.M (Força Contra Eletromotriz) gerada quando a bobina do relé é desenergizada, e assim, protegendo o transistor, uma vez que esta tensão reversa pode assumir valor de intensidade suficiente para danificar o transistor. Lista de material Circuito da figura 2 CI 1 Circuito Integrado 555; R1 e R2 Resistor de 10kΩ (marrom, preto, laranja); R3 Resistor de 1kΩ (marrom, preto, vermelho); C1 Capacitor eletrolítico de 470uF x 16V; D1 LED vermelho 5mm; Bateria para alimentação do circuito de 6V a 12V. Material para o driver

22 Q1 Transistor BC548 ou equivalente; R1 Resistor de 1kΩ (marrom, preto, vermelho); RL1 Relé com tensão de alimentação conforme a tensão da bateria utilizada; D1 Diodo de uso geral 1N4001 ou mesmo o 1N4148. Circuito 2 Oscilador Astável Figura 4 Circuito básico do oscilador astável com 555. Este circuito é capaz de reproduzir sinais de onda quadrada com frequência determinada pelos resistores R1 e R2 e pelo capacitor C1. Veja a figura 4 para melhor compreender o funcionamento que iremos explicar: Ao energizar o circuito, o pino 3, que consiste na saída do circuito integrado, passa a oscilar partindo do nível lógico baixo ao nível lógico alto gerando, dessa forma, um sinal de onda quadrada, o qual pode ser usado em circuitos digitais. Para explicar este comportamento, note que o pino 2 está ligado ao pino 6. De acordo com a descrição dada sobre a função de cada terminal, o pino 2 é

23 capaz de levar a saída do 555 ao nível alto quando sua tensão cai em 1/3 da tensão de alimentação. Essa queda de tensão se dará pela descarga do capacitor via o resistor R2 e o pino responsável por essa descarga é o 7. Após a descarga, o capacitor volta a se carregar via R1 e R2. Quando a carga no capacitor atingir 2/3 da tensão de alimentação o pino 6 sentirá esse aumento e fará com que a saída, pino 3, entre em nível baixo. E logo após o capacitor completar sua carga, o pino 7 volta a descarregá-lo fazendo o pino 2 novamente ficar com 1/3 ou menos da tensão de alimentação e um novo ciclo recomeça. A frequência de oscilação neste circuito é regida pela seguinte fórmula: Onde: f = É a frequência de oscilação; C1 = É o valor da capacitância de C1 em Farad; R1 e R2 = São os valores dos resistores em Ohm. O vídeo a seguir mostra o circuito funcionando. Usando o circuito driver da mesma forma que na figura 3 podemos fazer com que uma carga de maior potência seja ligada e desligada, periodicamente, por um tempo determinado por R1, R2 e C1. Um exemplo de aplicação seria no controle de pequenas bombas d águas para a irrigação de vegetais em uma estufa ou horta hidropônica, onde os nutrientes devem ser levados às raízes a cada 10 minutos e permanecer ligada por aproximadamente o mesmo tempo.

24 Figura 5 Circuito driver no pino 3 para o acionamento de cargas maiores Podemos calcular o tempo em que determinada carga deverá permanecer ligada ou desligada, para isso usamos as fórmulas apresentadas abaixo: Cálculo do tempo em que o pino 3 permanecerá em nível alto (HIGH) TH = 0,693 x (R1+R2) x C1 Onde: TH = Tempo em nível alto (HIGH); R1 e R2 = Resistores em Ohm; C1 = Valor do capacitor em FARAD. Cálculo do tempo em que o pino 3 permanecerá com nível baixo (LOW) TL = 0,693 x R2 x C1 Onde: TL = Tempo em nível baixo (LOW); R2 = Resistor em Ohm; C1 = Capacitância em FARAD.

25 Este circuito é capaz de gerar sinais com frequência máxima de 500 khz, sendo assim poderá também ser usado para a criação de circuitos geradores de som como sirenes e sinalizadores auditivos. Para isso, basta calcularmos R1, R2 e C1 para uma frequência acima dos 20 Hz e colocar entre o pino 3 e o GND um alto-falante piezoelétrico ou um pequeno buzzer, tipo aqueles usados em placa mãe de computadores. Veja um pequeno exemplo na figura abaixo: Figura 6 Instalação de um alto-falante piezoelétrico ou buzzer no pino 3 Conclusão Como foi possível notar neste post, o circuito integrado 555 pode ser aplicado em diversas áreas, e vai da criatividade e necessidade de cada um para que novos projetos venham ser elaborados com ele e fazendo uma leitura mais detalhada em seu data sheet poderá aproveitar melhor as funcionalidades e configurações possíveis desse componente. Então pessoal, por enquanto é isso. Continuem acompanhando o site que logo teremos projetos com esse incrível e tão famoso circuito integrado. Até a próxima Gostou deste conteúdo? Quer muito mais assuntos interessantes e úteis? Então torne-se um colaborador e apoie essa obra.

26 Diodos Vanderlei Alves S. da Silva Diodo é um componente semicondutor capaz de deixar a corrente elétrica circular por um sentido e bloquear no sentido inverso. São formados, basicamente, por dois cristais, um do tipo P e outro do tipo N formando a junção PN. Este componente funciona da seguinte forma: O cristal do tipo P é composto por lacunas (átomos com falta de elétrons) e o cristal do tipo N é composto por elétrons livres. Na junção dos cristais temos a região de depleção, a qual, consiste em uma barreira que impede dos elétrons livres combinarem-se com as lacunas, o que só deverá ocorrer caso essa região absorva um determinado nível de tensão elétrica, e esta depende do tipo de cristal usado.

27 Os tipos de cristais mais comuns usados na fabricação de diodos é o de silício e o de germânio. Sob temperatura ambiente de aproximadamente 25ºC, a tensão elétrica capaz de superar a barreira no diodo de silício é de 0,7V. Enquanto que nos diodos de germânio, sob a mesma condição de temperatura, esta tensão é da ordem de 0,2V. Em nossas explicações vamos considerar o diodo como sendo de silício, uma vez que este é o mais usado atualmente. Quando o cristal tipo P é ligado ao polo positivo de uma bateria e o tipo N no polo negativo, dizemos que o diodo está polarizado diretamente. Quando o diodo encontra-se ligado desta forma, ele permitirá a passagem da corrente elétrica do polo positivo para o polo negativo passando pela junção dos cristais, mas, isso ocorrerá se a fonte de energia fornecer a tensão necessária para a superação da barreira de depleção. A circulação de corrente se dá pelo seguinte fato: As lacunas presentes no material tipo P, possuem cargas elétricas positivas e quando ligamos o polo positivo da bateria a este material, as lacunas são repelidas e entram na região de depleção. Do mesmo modo ocorrem com os elétrons livres presentes no material tipo N que ao ser ligado no polo negativo da bateria, são repelidos e entram também na região de depleção. Uma vez que as cargas positivas das lacunas se encontram com as cargas negativas dos elétrons na junção dos cristais, ocorre então a atração mútua

28 entre as cargas, onde os elétrons se combinam com as lacunas permitindo, assim, a circulação da corrente elétrica. Se ligarmos o diodo de maneira inversa, a corrente elétrica é bloqueada e isso pode ser explicado da seguinte forma: Quando ligamos o polo negativo da fonte de energia no material do tipo P, as lacunas são fortemente atraídas por esta polaridade afastando-as da região de depleção. O mesmo ocorre com os elétrons que são fortemente atraídos pelo polo positivo da fonte de alimentação e também afastam-se da região de depleção. Como os elétrons estarão bem afastados das lacunas e a região de depleção estará vazia, não existirá circulação de cargar entre a junção dos cristais e consequentemente não haverá corrente elétrica e, portanto, podemos dizer que o diodo bloqueou a corrente elétrica neste sentido.

29 Aparência e simbolo do diodo A figura abaixo mostra as diferentes aparências físicas do diodo e seu formato vai depender de suas características técnicas e/ou aplicação: Simbolo do diodo Para a maioria dos diodos foi adotada a seguinte simbologia para representá-los em esquemas:

30 Onde: A é o terminal do ânodo (Material P); K é o terminal do cátodo (Material N). Comparando a aparência física com sua simbologia, podemos facilmente identificar os terminais. Veja: A faixa presente nos diodos indica para nós qual é o terminal cátodo. Nos diodos de potência (industriais e automotivos) a identificação é feita conforme a figura abaixo: Abaixo você pode ver o símbolo do LED e do diodo varicap:

31 Tensão reversa Quando o diodo é polarizado inversamente sabemos que ele bloqueia a passagem da corrente elétrica, no entanto, existe um limite de tensão elétrica para a qual o diodo polarizado dessa forma, continue bloqueando a corrente elétrica. Essa tensão recebe o nome de Tensão Reversa, ou simplesmente VRRM. Vamos aos exemplos para esclarecer melhor: Suponha um diodo polarizado inversamente e que possui a capacidade de suportar até 50V entre seus terminais. Até esse nível de tensão ele consegue manter a corrente elétrica bloqueada, agindo como se não existisse no circuito, porém, se essa tensão ultrapassar os 50V a corrente começa a circular pelo circuito atravessando o diodo, mesmo que esteja polarizado inversamente. Este fator é fundamental na escolha de um diodo para a realização de um projeto, principalmente de for trabalhar com tensões elevadas. Corrente de operação do diodo A corrente de operação do diodo, ou como são escritos nos manuais IFSM Maximum Peak Forward Current Corrente Direta de Pico Máxima, é o valor máximo de corrente elétrica que um diodo poderá suportar sem ser danificado e está ligada diretamente com a capacidade térmica de dissipação deste componente. O valor dessa corrente vai depender do tipo de diodo a ser usado. Segue abaixo uma pequena tabela com alguns tipos de diodos de uso geral usados na prática e seus valores de Tensão Reversa e Corrente Máxima de Operação:

32 Observe que a tabela apresenta o Tipo do diodo, a Tensão Reversa (VRRM), a Tensão máxima que cada diodo poderá suportar quando ligado em polarização direta (VPol. Direta ) e a máxima corrente de pico (IFSM ). É claro que existem centenas de tipos de diodos existentes no mercado, para conhecer as características de outros tipos ou mais detalhes sobre esses mostrados na tabela consulte o DataSheets que são fichas técnicas que trazem informações detalhadas de um componente. Este post trouxe um pouco de explicação sobre um dos componentes de grande influência na vida moderna, existe muito mais a se saber sobre diodos, portanto, continue pesquisando e estudando mais a fundo para compreender melhor sobre diodos. Até a próxima! Gostou deste conteúdo? Quer muito mais assuntos interessantes e úteis? Então torne-se um colaborador e apoie essa obra.

33 Aulas Aproveite os links abaixo para aprender mais sobre eletrônica e seus componentes. A eletricidade Resistor Parte 1 Resistor Parte 2 Associação de resistores Divisor resistivo de tensão Capacitores Código numérico Diodos Teste estático de transistores bipolares Conheça o 555 Resistor do LED Microcontroladores Cada uma dessas aulas foi elaborada com o propósito de ser a mais simples possível para que você ou qualquer outra pessoa com pouco ou nenhum conhecimento em eletrônica pudesse entender os assuntos e aprender algo útil, que com certeza lhes servirão de base sólida para a tua carreira profissional. Faça desta página o teu material de consulta! Dentro de cada uma das aulas será importante você deixar as respostas dos possíveis exercícios, nos comentários.

34 Bons Estudos! Gostaria de ter os conteúdos de um curso completo e que dê direito a fazer prova para a conquista de um certificado? Então torne-se um colaborador e apoie essa obra. A ELETRICIDADE

35 CONHECIMENTOS FUNDAMENTAIS Vanderlei Alves S. Silva Para melhor entender o funcionamento e a aplicação de cada componente eletrônico, é indispensável o prévio conhecimento sobre a eletricidade e suas grandezas, para isso vamos dedicar um breve momento ao estudo desse assunto que é a base de toda a eletrônica. ÁTOMOS Praticamente tudo o que existe no universo é formado por átomos. Todo átomo é constituído basicamente de prótons, nêutrons e elétrons. Os prótons possuem carga elétrica positiva, os nêutrons não possuem carga elétrica e os elétrons possuem carga elétrica negativa.

36 Os prótons e os nêutrons formam o núcleo do átomo, permanecendo no centro. Os elétrons giram constantemente em torno do núcleo, como os planetas em volta do sol. O que diferencia um elemento químico do outro, por exemplo, o cobre do oxigênio, o ouro do cloro, é a quantidade de prótons existente no átomo. Em um átomo, a quantidade de prótons é igual à quantidade de elétrons, no entanto, em alguns tipos de materiais, como os metais, os elétrons tendem a escaparem do átomo e dessa forma, permanecem livres descrevendo movimentos desordenados no corpo de todos os metais. Quando um átomo perde elétrons ele fica com carga elétrica positiva, já que a quantidade de prótons é maior e assim passa a ser chamado de íon cátion.

37 Quando um átomo ganha mais elétrons, ele fica com carga elétrica negativa, pois a quantidade de elétrons é maior que a de prótons, passando a se chamar de íon ânion. A eletricidade passa a existir quando a diferença de potencial é diferente de zero, ou seja, quando existe um diferencial entre o potencial positivo e/ou potencial negativo. De acordo com o exposto, vale salientar que nos metais existem muitos elétrons livres, porém cada um se movimentando em direção e sentido desordenados. Neste ponto é importante observar que: Cargas elétricas iguais se

38 repelem, ao passo que, cargas elétricas diferentes se atraem mutuamente. TENSÃO ELÉTRICA Tensão elétrica é a diferença de potencial (d.d.p) entre dois polos de uma bateria, pilha ou qualquer outra fonte de energia elétrica. Ela é a força que impulsiona os elétrons e os fazem se movimentar de maneira ordenada. A unidade de medida usada para expressar a tensão elétrica é o Volt, representado pela letra V. Pode ser usada também a letra E ou U para se referir à tensão elétrica, mas a unidade final será sempre V.

39 Quando você pegar em uma pilha poderá observar, escrito na lateral, a indicação 1,5V. Isto significa que a tensão elétrica da pilha é de 1,5 Volts. Em uma bateria de celular é encontrada a indicação de 3,7V, o que significa que ela possui tensão elétrica de 3,7 Volts. Toda pilha possui tensão elétrica igual a 1,5V. Veja a figura abaixo: As baterias possuem tensão elétrica acima de 1,5V. A figura abaixo mostra uma bateria de 9V: Todas as pilhas e baterias possuem dois polos um é o positivo (+) e o outro é o negativo (-). Para que algo funcione com uma delas, é preciso que os dois polos sejam ligados ao objeto que receberá a tensão elétrica, sendo cada polo em seu lugar correspondente.

40 Atenção! Evite unir o polo positivo com o negativo diretamente com um fio, isto pode causar queimaduras e descarrega a pilha ou bateria rapidamente. Diversos aparelhos eletrônicos funcionam diretamente com pilhas ou baterias, principalmente os portáteis como relógios, celulares, lanternas, controles remotos entre outros. O que geralmente deve ser observado na utilização de pilhas ou baterias nesses aparelhos é a polaridade na hora da instalação, uma vez que todos os dispositivos eletrônicos funcionam com polaridades bem definidas, não aceitando inversão de polos. Certamente você já deve ter colocado as pilhas no controle remoto de sua televisão de maneira errada e percebeu que o controle não funcionou e que ao inverter os lados das pilhas o aparelho funcionou perfeitamente. Isso ocorreu justamente por causa da inversão de polaridade e pelo fato de o controle remoto ser um dispositivo eletrônico. Lâmpadas antigas usadas em lanternas funcionam mesmo invertendo os lados da pilha, isso acontece por que este tipo de lâmpada funciona com um filamento que aquece e acende apenas com a passagem de corrente elétrica em qualquer direção. Nas lanternas atuais, tais lâmpadas foram substituídas por LEDs (Light Emissor Diode Diodo Emissor de Luz), esse tipo de lâmpada funciona com a passagem de corrente elétrica em apenas um sentido, ou seja, não permite inversão de polaridade. Portanto, é preciso saber qual terminal será ligado ao polo positivo e qual será ligado ao polo negativo. Observe a figura: Outra maneira de identificar a polaridade correta em um LED é por meio de

41 um chanfro que ele possui em seu corpo plástico. Esse chanfro indica o lado do terminal que deverá ser ligado ao negativo. No entanto, não vamos entrar em maiores detalhes sobre os LEDs. Eles serão assunto para um capítulo mais adiante. TENSÃO CONTÍNUA E TENSÃO ALTERNADA Tensão contínua É o tipo de tensão encontrada nas pilhas, baterias e dínamos, tendo como principal característica o fato de ter suas polaridades bem definidas, ou seja, o polo positivo sempre será positivo e o polo negativo sempre será negativo. A maioria dos circuitos eletrônicos funciona exclusivamente com tensão contínua e por este motivo eles não funcionam quando invertemos a polaridade da pilha ou da bateria. Representando este tipo de tensão em um gráfico, encontraríamos uma reta paralela ao eixo das abscissas. Observe:

42 O símbolo da tensão contínua é mostrado na figura abaixo: Tensão alternada Ao contrário do exposto acima, este tipo de tensão não possui polos definidos, sendo que ora a fase é positiva, ora é negativa e esta variação ocorre 60 vezes em um segundo (60Hz 60 Hertz). Podemos encontrar tensão alternada na tomada de qualquer casa. Nelas um dos polos, chamado de fase, não possui polaridade definida, ele alterna entre positivo e negativo 60 vezes por segundo, isso no Brasil, em outros países podemos ter alternância com frequência de 50 vezes por segundo (50Hz). Outro local que será comum para o profissional em eletrônica encontrar tensão alternada é na saída dos transformadores. Veja a figura abaixo:

43 A representação gráfica da tensão alternada é uma senoide que varia entre o máximo positivo e o máximo negativo passando pelo zero. Observe a figura abaixo: Para simbolizar este tipo de tensão, é usado o símbolo apresentado na figura abaixo: Este símbolo é encontrado em geradores de tensão alternada e em equipamentos que funcionam com este tipo de tensão.

44 Como dito acima, a maioria dos dispositivos eletrônicos funcionam exclusivamente em tensão contínua, mas podemos usar a tensão alternada para alimentá-los por meio de fontes desenvolvidas com retificadores e filtros. Estudaremos sobre as fontes em um capítulo específico para este assunto. CORRENTE ELÉTRICA Corrente elétrica é a movimentação ordenada dos elétrons na mesma direção e sentido. Sua intensidade é medida em Ampère, representada pela letra A. A corrente elétrica parte do polo negativo para o polo positivo, esse é o sentido real da movimentação dos elétrons. Antigamente acreditava-se que a corrente elétrica partia do positivo para o negativo e por este motivo, verá ainda nos tempos de hoje alguns conceitos que levam em consideração o sentido antigo, mas pode ficar tranquilo, já que isso não causará grandes interferências em nossos estudos. Podemos comparar o sistema elétrico com um sistema hidráulico. Onde:

45 A caixa d água simboliza a bateria, a água representa os elétrons e sua quantidade seria a tensão elétrica. A movimentação da água em direção ao chuveiro seria a corrente elétrica. Note que se a torneira for fechada, a corrente de água deixa de circular, o mesmo ocorre com a eletricidade, se o interruptor for desligado a corrente elétrica deixa de existir. Como dito no início deste assunto, a unidade de medida usada para representar o resultado da corrente elétrica é o Ampère, simbolizado pela letra maiúscula A. Enquanto esta letra é usada para representar o resultado, a corrente elétrica em si é representada, na maioria das literaturas, pela letra minúscula i. Veja o exemplo: i = 2A (Lê-se: A corrente elétrica é igual a dois ampères). i = 30A (Lê-se: A corrente elétrica é igual a trinta ampères). Diante da física podemos definir o ampère como sendo a quantidade de elétrons multiplicada pelo valor da carga elementar divididos pelo tempo gasto ao passar pela área transversal de um condutor. Matematicamente esse enunciado fica da seguinte forma: Onde:

46 A = Ampère; n = Número de elétrons; e = Carga elementar que vale 1,6 x C (Coulomb); Δt= Tempo em segundos. Não se preocupe com essa fórmula, neste momento ela foi dada como exemplo, servindo apenas de ilustração, e durante este curso não faremos uso prático dela. SUBMÚLTIPLOS DO AMPÈRE Em eletrônica usamos muito os submúltiplos do Ampère para quantificar a passagem de corrente elétrica. São dois os submúltiplos usados para representar unidades pequenas do ampère. Miliampère Um miliampère (1mA) corresponde a um milésimo de Ampère (0,001A), sendo assim, 1A é exatamente igual a 1000mA. Para converter um valor de Ampère (A) para Miliampère (ma), basta multiplicar o número por Ex1: 1 Converta 2A para ma. Solução: 2 x 1000 = 2000mA. 2 Quanto vale 3,5A em ma? Solução: 3,5 x 1000 = 3500mA Para converter qualquer valor de Miliampère (ma) para Ampère (A), precisaremos dividir o valor por Ex2: 1 Converta 200mA em Ampères.

47 Solução: = 0,2A 2 850mA corresponde a quantos Ampères? Solução: = 0,85A Microampère Um microampère (µa) é exatamente igual a um milionésimo de Ampère (0, A), dessa forma 1A é igual a um milhão de microampère ( µA). Na conversão de valores de Ampère (A) para microampère (µa), precisamos multiplicar o valor por um milhão ( ). Ex1: 1 3A valem quantos µa? Solução: 3 x = µA 2 Converta 5,4A para µa. Solução: 5,4 x = µA Precisando converter valores de microampère (µa) para Ampère (A), basta dividir por um milhão ( ). Ex2: 1 Converta 40µA em Ampère. Solução: = 0,00.004A 2 Converta 300µA em Ampère. Solução:

48 = 0,0003A CORRENTE CONTÍNUA E CORRENTE ALTERNADA Existem dois tipos de corrente elétrica: Corrente contínua e corrente alternada. Vejamos o conceito e exemplos de cada uma. Corrente contínua É o tipo de corrente que percorre o condutor em um único sentido, do negativo para o positivo e é gerada pela tensão contínua ligada em algum dispositivo. Pilhas e baterias produzem este tipo de corrente. Corrente alternada É o tipo de corrente que muda de sentido constantemente de acordo com a frequência da tensão alternada. São produzidas por fontes de tensão alternada como alternadores ou na tomada de uma residência ligada em algum equipamento. Por enquanto é isso! Até a próxima! Vídeo 1ª Experiência no Curso de Eletrônica 1ª Experiência do Curso de Eletrônica Aulas de reforço escolar para alunos do IFS. Abaixo você pode visualizar o esquema e os componentes usados para a realização do experimento apresentado no vídeo:

49 O esquema elétrico é mostrado na figura abaixo: Lista de componentes 1 transistor BC548 ou BC549 2 Resistores de 39Ω (laranja, branco, preto) 1 Led vermelho 1 Bateria de 9V Fios Protoboard (matriz de contatos) Vanderlei Alves S. da Silva

50 Entenda a Protoboard Vanderlei Alves S. da Silva A protoboard é uma das ferramentas essenciais para o desenvolvimento de protótipos de circuitos eletrônicos, é nela que todos os tipos de testes são realizados e o funcionamento do circuito é observado antes de se realizar o trabalho final. Os componentes eletrônicos são simplesmente encaixados nos furos da protoboard para fazer a ligação com outros componentes sem a necessidade de soldar os terminais. O vídeo abaixo ilustra esse assunto de forma mais detalhada. Assista! Como você observou no vídeo, a protoboard facilita muito o trabalho de quem pretende projetar um circuito eletrônico ou apenas realizar alguns testes com componentes eletrônicos. Abaixo você pode ver o circuito montado no vídeo:

51 Espero que tenha gostado. Deixe um comentário! Gostou deste conteúdo? Quer muito mais assuntos interessantes e úteis? Então torne-se um colaborador e apoie essa obra. Vídeos Lâmpada Inteligente Projeto com Multiplexador e Demultiplexador via Rádio Leitor de Cartão Perfurado Desenvolvidos por alunos do curso de Eletrônica Digital Relógio de LEDs Desenvolvido por alunos da turma da noite 1ª Experiência do Curso de Eletrônica Aulas de reforço escolar para alunos do IFS.

52 Abaixo você pode visualizar o esquema e os componentes usados para a realização do experimento apresentado no vídeo: O esquema elétrico é mostrado na figura abaixo: Lista de componentes 1 transistor BC548 ou BC549 2 Resistores de 39Ω (laranja, branco, preto) 1 Led vermelho 1 Bateria de 9V Fios Protoboard (matriz de contatos)

53 Vanderlei Alves S. da Silva Trabalhos realizados por alunos da TI-NET Cursos 1. Bomba d'água 2. Trabalho com 555 e o 4017