Guia Mangá Circuitos Eletrônicos

Transcrição

1 Guia Mangá Circuitos Eletrônicos Autor: Kenichi Tanaka Arte: Yama Takayama Produção: Trend-Pro, co., ltd novatec

2 Original Japanese edition Manga de Wakaru Denshi Kairo by Kenichi Tanaka and TREND-PRO Co., Ltd. Copyright 2009 by Kenichi Tanaka and TREND-PRO Co., Ltd. Published by Ohmsha, Ltd. 3-1 Kanda Nishikicho, Chiyodaku, Tokyo, Japan Portuguese language edition copyright 2016 by Kenichi Tanaka and TREND-PRO Co., Ltd. Published by Novatec Editora Ltda. Translation rights arranged with Ohmsha, Ltd. Publicação original Japonesa Manga de Wakaru Denshi Kairo por Kenichi Tanaka e TREND-PRO Co., Ltd. Copyright 2009 por Kenichi Tanaka e TREND-PRO Co., Ltd. Publicado pela Ohmsha, Ltd. Edição em Português copyright 2016 por Kenichi Tanaka e TREND-PRO Co., Ltd. Publicado pela Novatec Editora Ltda. Direitos de tradução negociados com a Ohmsha, Ltd. Novatec Editora Ltda Todos os direitos reservados e protegidos pela Lei de 19/02/1998. É proibida a reprodução desta obra, mesmo parcial, por qualquer processo, sem prévia autorização, por escrito, do autor e da Editora. Editor: Rubens Prates Tradução: Ivan Luis Lopes Assistente editorial: Priscila A. Yoshimatsu Editoração eletrônica: Carolina Kuwabata / Camila Kuwabata Revisão gramatical: Rinaldo Milesi ISBN: Histórico de impressões: Fevereiro/2016 Primeira edição Novatec Editora Ltda. Rua Luís Antônio dos Santos São Paulo, SP Brasil Tel.: [email protected] Site: Twitter: twitter.com/novateceditora Facebook: facebook.com/novatec LinkedIn: linkedin.com/in/novatec

3 O que são circuitos eletrônicos? CAPÍTULO 1

4 E então, Fuááá será que você já se acalmou? desculpe-me! Já estou bem! Então... você poderia falar um pouco sobre os circuitos eletrônicos? Já? Você está entusiasmada mesmo, né?! Não... é que eu queria saber mais sobre isso... Estou te incomodando? Obaaa! Claro que não! Eu explico com prazer! 10

5 1. O que são circuitos eletrônicos Primeiro, antes dos circuitos eletrônicos, eu quero falar sobre os circuitos elétricos. Você sabe a diferença entre os dois?...ãhn? A diferença entre... circuitos eletrônicos e circuitos elétricos?? Os circuitos elétricos são formados por três tipos de componente: resistor (R) bobina (L) capacitor (C). Por sua vez, Circuito elétrico (circuito em paralelo RLC) Ohh! os circuitos eletrônicos incluem elementos semicondutores, como o transistor ou o diodo, além do resistor, bobina e capacitor. Circuito eletrônico (detector de linha) 11

6 Se juntarmos as diferenças nesta tabela, ficará assim: Diferença nos componentes incluídos nos circuitos elétricos e eletrônicos Circuito Circuito Componente Unidade elétrico eletrônico Resistor (R) [Ω] (Ohm) Bobina (L) [H] (Henry) Capacitor (C) [F] (Farad) Diodo Indefinido Transistor Indefinido Outros semicondutores Indefinido E se representarmos os elementos no esquema do circuito temos: (b) Indutância (a) Resistor (bobina) (c) Capacitância (capacitor) Os elementos são diferentes em cada tipo de circuito, né? (d) Diodo (e) Transistor (f) Fonte de tensão (g) Fonte de tensão em corrente contínua em corrente alternada (h) Fonte de corrente Agora que você entendeu a diferença, vou explicar os circuitos eletrônicos! Mas também existem diversos tipos de circuito eletrônico. Dividindo por cima, temos oito tipos. A partir de agora explicarei as características de cada um deles! 1 Amplificador 2 Oscilador 3 Modulador 4 Demodulador 5 Filtro 6 Amplificador operacional 7 Porta lógica 8 Gerador 12

7 2. Diversos circuitos eletrônicos Amplificador Primeiro, o amplificador. Esse é o mais básico entre os circuitos eletrônicos. Ele aumenta o sinal de entrada antes de enviá-lo para a saída. Aumenta, né? Desse jeito, né?... Sinal de entrada? Isso! Ele aumenta o sinal de áudio recebido por aparelhos como o rádio e a televisão para que possam ser ouvidos pelos ouvidos humanos!... Também ouço falar bastante num aparelho chamado amplificador... Isso! Igualzinho! O amplificador é um circuito amplificador! Obaaa! Capítulo 1 O que são circuitos eletrônicos? 13

8 Oscilador É um circuito que oscila?! A seguir, o oscilador. Bem, até que é, mas... O circuito oscilador é utilizado em telefones celulares, pois produz sinais alternados a partir dos sinais de entrada... Ah! Ele produz ondas cíclicas como as ondas senoidais e as ondas dente de serra! Onda senoidal Onda dente de serra É bem útil, né? 14

9 O terceiro é o modulador. Modulador Para enviar sinais de áudio para televisores e rádios, é necessário colocar os sinais em ondas de alta frequência. Esse circuito modula a grandeza da oscilação de alta frequência e também a frequência. É... A propósito. É mesmo? A modulação da oscilação é chamada AM, e a modulação da frequência é conhecida como FM. Com isso, será que fica mais fácil imaginar? O rádio, né? Assim eu entendo! Capítulo 1 O que são circuitos eletrônicos? 15

10 Demodulador O quarto é o demodulador. Serve para transformar os sinais recebidos pela televisão e pelo rádio em áudio e vídeo. O nome é demodulador porque transforma o sinal de volta, né? Isso! Filtro E o quinto é o filtro. Se formos definir, ele é... por exemplo, quando vai ouvir um programa de rádio de que você gosta, como você faz? Ah... Hum... Primeiro eu coloco os fones de ouvido e corto o contato com o mundo exterior... Agora sou apenas ouvidos! Com isso eu posso dizer que os preparativos pra mergulhar a minha alma no mundo do rádio estão completos! 16

11 Eu acho que primeiro apertamos o botão de ligar... e escolhemos a estação... Esse é um jeito muito especial de ouvir rádio, mas... Ah! Ah! É o filtro que seleciona somente o sinal da frequência do programa que queremos ouvir! Entendi! Quando vamos preparar um café, separamos a borra do café com um filtro. O filtro eletrônico faz a mesma coisa. Aaah! Glob Glob 17

12 Amplificador operacional E agora, o sexto é o Ele também é conhecido como op-amp. amplificador operacional. O amplificador operacional é um dos circuitos integrados. É um circuito amplificador de alto desempenho. é diferente do circuito amplificador? Certo. Se utilizar um desses como um circuito Amplificador, a entrada e a saída do amplificador operacional não irão influenciar uma a outra. Juntando as forças dá pra fazer várias coisas, né...?! Com isso, é possível obter circuitos diferenciadores, integradores e osciladores. Isso mesmo!

13 Tum! Porta lógica Então, a sétima é a porta lógica. as Portas lógicas são... Paaare!!! Opa! O que foi, Assim, de repente?! Eu... Na verdade sou péssima com coisas lógicas!!! E... E... Snif Snif Buááá Tudo bem! Apesar de se chamarem lógicas, elas não são tão complicadas. E têm só três características principais! Três?! Oba! Capítulo 1 O que são circuitos eletrônicos? 19

14 1. Circuito que faz a adição 2. Circuito que faz a multiplicação 3. Circuito que registra números e letras essencialmente, As características das portas lógicas são apenas estas. Sim! Fácil, né? Mas dentro dos computadores Só essas?! Mesmo?! essas portas lógicas estão funcionando compactadas. Pam! Ah, é? É mesmo?! Ah! Ah! Ah! Pam! 20

15 Gerador Por último tem o gerador. Esse eu acho que você conhece. Que tipo de coisa é um gerador? Uma coisa familiar seria o carregador de celular. O carregador! er... É a fonte de energia dos aparelhos...? Suip! Isso... Este é um gerador. Ele serve para pegar a corrente alternada da tomada e transformar em corrente contínua. Aaah! Capítulo 1 O que são circuitos eletrônicos? 21

16 Para transformar corrente alternada em corrente contínua, a onda é aplainada por um circuito regulador após passar pelo circuito retificador, que corta o componente negativo da tensão. É necessário fazer com que saia uma tensão em corrente contínua constante. (a) Corrente alternada (b) Corrente contínua Aah! Dentro do carregador de celular acontece uma operação como essa. Suip! 22

17 3. Por exemplo, no rádio Vamos experimentar aplicar tudo o que aprendemos até agora no rádio! O rádio é um aparelho que recebe o sinal do programa que queremos ouvir e nos transmite em forma de som, não é? Sim! Se transformarmos isso numa estrutura simples, ficaria assim: 1 Antena de recepção 5 Alto-falante Amplificador sintonizado Demodulador Amplificador de baixa frequência 23

18 Explicando cada um detalhadamente: 1 Recebemos as ondas de rádio com a antena. 2 Escolhemos apenas a frequência que queremos receber e amplificamos somente esse componente (amplificador sintonizado). 3 Com o amplificador sintonizado, extraímos o sinal de áudio do sinal recebido. A operação é feita através do demodulador. Zup zup 4 O sinal de áudio extraído é amplificado de modo a ser percebido pelos ouvidos humanos (amplificador de baixa frequência). 5 O sinal amplificado é emitido pelo alto-falante. Essa é a estrutura de um rádio! 24

19 É isso, mas será que você entendeu? Sim.... Mais ou menos. Que tal...? Essa conversa não foi chata? Não!... De jeito nenhum. Foi muuito, muuuuito divertida!!! Ah... Por isso! Amanhã Hein?! É? também... também... Pam! Eita! Também!

20 Amanhã também... Será que... posso vir de novo...? É claro! Afinal, você já é um membro do Clube de Eletrônica! Aperta Toooom!!? Aaah! Con... Conte comiiigo...!!! Aperta 26

21 MATERIAL COMPLEMENTAR Amplificador operacional... o amplificador perfeito A figura 1.A1 mostra um amplificador operacional. As características do amplificador operacional estão resumidas a seguir. 1) A taxa de amplificação é extremamente alta (A ). 2) Permite aterramento virtual (se ligarmos o terminal v + ao terra, a diferença de potencial entre v + e v pode ser considerada 0). 3) Baixa impedância de saída (desde que ligado conforme indicado no item 2). Utilizando essas três qualidades, podemos formar diversos circuitos. Por exemplo, podemos construir um circuito integrador por meio da conexão de R e C, conforme indicado na figura 1.A2, ou seja, a tensão de saída terá um valor proporcional ao valor integrado da tensão de entrada. Além disso, ele tem a característica de se tornar um circuito diferenciador quando substituímos R e C no circuito integrador da figura 1.A2. v v L =A(v + v ) v + + Figura 1.A1 Diagrama de constituição do amplificador operacional. I C v in v in I R - + v out v out t t (a) Circuito integrador (b) Formas de onda de entrada e saída Figura 1.A2 Circuito integrador. Capítulo 1 O que são circuitos eletrônicos? 27

22 v in R v in C + v out v out (a) Circuito diferenciador (b) Formas de onda de entrada e saída Figura 1.A3 Circuito diferenciador. Além disso, a figura 1.A4 mostra a chamada ponte de Wien. Nela a entrada simplesmente faz a realimentação da saída, mas na prática a saída passa a ser em corrente alternada senoidal. Boa parte dos osciladores de corrente alternada presentes nas universidades e escolas técnicas tem circuitos desse tipo. R f R i + v L R C C R Figura 1.A4 Oscilador ponte de Wien. Dessa forma, é possível construir diversos circuitos utilizando o amplificador operacional. Como mostramos anteriormente, as portas lógicas são componentes dos computadores, circuitos que indicam 0 e 1. Aqui, 0 significa uma tensão baixa de 0[V] (Volts) e 1 significa uma tensão alta de 5[V]. Esses dois tipos de tensão são usados como sinais (essa ação é denominada lógica positiva). Por isso, existem ocasiões em que o circuito que compõe a porta lógica é chamado de circuito digital. 28

23 Ge Si Tensão inversa Si Ge 1 2 Tensão direta Ip Corrente direta Corrente inversa Figura 1.A5 Diodo. Vp Vp A figura 1.A5 mostra um diodo. Esse diodo tem a característica de deixar passar a corrente apenas no sentido do triângulo que o representa, bloqueando a corrente no sentido contrário. Ao utilizarmos esse diodo, podemos construir um circuito que realiza a soma lógica (OU) ou o produto lógico (E). A figura 1.A6 mostra um circuito de produto lógico (E). Nele, quando A e B são 1, a tensão de saída V o se torna 1, isto é, quando A e B são 1, como não há tensão direta aplicada no diodo, não ocorre a condução e a tensão V o fica igual a V cc. Se alguma das entradas passar para 0, como ocorre condução no diodo, a tensão nos seus terminais diminui e V o se torna 0. V cc A V o A B AB B (a) Composição do circuito (b) Símbolo Figura 1.A6 Circuito E. Capítulo 1 O que são circuitos eletrônicos? 29

24 A V o B A B A+B V cc (a) Composição do circuito (b) Símbolo Figura 1.A7 Circuito OU. A figura 1.A7 é um circuito de soma lógica (OU). Neste circuito, caso qualquer uma das entradas se torne 1, a saída será 1; caso todas as entradas sejam 0, a saída será 0. Quando as duas entradas são 1, ocorre a condução no diodo e V o se torna 1. Quando uma das entradas é 1, o diodo da entrada que está em 1 faz a condução e V o se torna 0, mas o diodo da entrada que está em 0 não conduz. Ainda, quando as duas entradas então em 0, ocorre a passagem da corrente pelos diodos até V cc, portanto a saída será 0. A figura 1.A8 é um circuito de negação (NÃO). Nele, quando a entrada é 0, a saída se torna 1, e quando a entrada se torna 1, a saída passa a ser 0. Nesse caso, como não é possível construí-lo com diodos e resistores, utiliza-se um transistor no lugar do diodo. Quando colocamos A em 1, uma corrente direta flui entre a base e o emissor do transistor, portanto a corrente flui vindo de V cc, passando pelo coletor em direção ao emissor. Nesse momento, a tensão entre o coletor e o emissor é 0, então V o é igual a 0. No caso contrário, quando colocamos A em 0, não há corrente direta fluindo entre a base e o emissor do transistor, então não há corrente fluindo a partir de V cc, passando pelo coletor em direção ao emissor. Por isso, a tensão de V cc é transmitida para V o, fazendo com que V o seja 1 quando A é colocada em 0. V cc V o A B C E A A (a) Composição do circuito (b) Símbolo Figura 1.A8 Circuito NÃO. 30