Osciloscópio

Hoje estou "afim" (pois não estou quadrático... piada matemática muito sem graça essa) de falar de um instrumento muito útil, porém um pouco inacessível. O osciloscópio!!! Mas o que ele é? Esse é o assunto do post de hoje.

O osciloscópio é um instrumento que mede praticamente tudo. Ele permite você ver (literalmente) a forma de um sinal de tensão, calcular seu valor de pico, RMS, valor máximo, valor mínimo, a frequência, o período, o tempo de subida, o tempo de descida, e o mais importante, te permite ver o sinal. Vou falar como funciona, ou melhor, como se utiliza um osciloscópio analógico e o digital, este último que é muito mais fácil. ;)

O osciloscópio tem, em geral, duas entradas, chamadas de canais. Isso significa que ele pode mostrar duas formas de onda simultaneamente na sua tela. Essa tela é dividida em 8 divisões verticais e 10 divisões horizontais. Cada canal possui de forma independente um ajuste de escala chamado Volt/divisão (V/div). Se ajustarmos um canal para 2V/div, isso significa que cada divisão vertical corresponderá a 2V. Logo, como existem 8 divisões, a tensão máxima de pico a pico que pode ser mostrada nessa escala é de 16V. As escalas mais comuns são 5mV, 10mV, 20mV, 50mV, 100mV, 200mV 500mV, 1V, 2V e 5V.

Temos outro ajuste que serve para os dois canais, que é o tempo/divisão. Se ajustarmos ele para 1ms/div, significa que cada divisão corresponderá a 1 milisegundo. Como existem 10 divisões, estaremos visualizando na tela 10 milisegundos do sinal medido. Então, a menor frequência em que conseguimos ver o período completo na tela seria de 100Hz.

No osciloscópio analógico, além de termos que fazer todos os ajustes, nós precisamos calcular os dados que queremos. E saber isso é muito importante para usar todo o potencial do equipamento. Então, antes de ensinar a calcular alguns parâmetros, vamos observar mais uma coisa na tela do osciloscópio.

Veja que além das divisões que eu comentei, cada divisão possui 5 subdivisões. Se uma divisão possui 5 subdivisões, cada subdivisão vale 0,2 da divisão principal. Então, por exemplo, para calcular a tensão estando em uma escala U, fazemos:

 

Ou seja, em uma escala de 5V, um sinal que ocupa 2 divisões inteiras e 3 subdivisões possui 13V de pico a pico.

As subdivisões também valem para as divisões horizontais, funcionando da mesma maneira. Ou seja, para calcular um determinado tempo, em uma escala T de tempo, fazemos o seguinte cálculo:



Neste caso, se estamos em uma escala de 0,5ms e uma forma de onda ocupa 4 divisões e 2 subdivisões, podemos calcular o tempo dessa onda em 2,2ms. E, para descobrir a frequência, fazemos o inverso desse valor, obtendo 454,5Hz.

Ao ajustar a onda na tela do osciloscópio, devemos fazer com que possamos visualizar ela toda, e que ocupe o máximo de espaço da tela. Quanto à tensão, uma tensão que fique muito pequena na tela dificulta a visualização, enquanto uma onda que ocupe um espaço maior que a tela impossibilita a visualização de toda a onda. Quanto à escala de tempo, uma onda que possua muitos períodos na tela dificultam a contagem do tempo, enquanto uma onda cujo período ocupa um espaço maior que a tela impossibilita a contagem do tempo. Com esse conhecimento, vamos tentar resolver alguns exercícios:

Vamos dizer que a onda de cima é o canal 1 e a onda de baixo é o canal 2. A escala de tensão do canal 1 é de 5V/div e a escala de tensão do canal 2 é de 2V/div, por exemplo. A escala de tempo, que é comum aos dois canais, é de 5ms/div.

Vamos contar quantas divisões há no canal 1. Não chega a ter 4 divisões, mas há mais do que 3,8. Então vamos assumir que existam 3,9 divisões. Multiplicando isso pela escala de tensão, que é de 5V, podemos dizer que, de pico-a-pico, este sinal possui 19,5V. Para o canal 2, também não chegamos a ter as 4 divisões, mas temos mais que 3,8. Vamos assumir, para essa também, que temos 3,9 divisões. Multiplicando pela escala de tensão do canal 2, que é 2V/div, temos que a tensão de pico-a -pico da forma de onda do canal 2 é de 7,8V.

Agora vamos contar o período das ondas. A escala de tempo é de 5ms/div. Contando as divisões correspondentes ao período do sinal do canal 1, obtemos um pouco mais que 1,6 divisões. Vamos assumir que sejam 1,7 divisões. Multiplicando pela escala de tempo, obtemos que o período da onda é de 8,5ms. Fazendo o inverso do período, descobrimos a frequência como sendo 117,6Hz.

Analisando o canal 2, contamos o período como correspondendo a 3,4 divisões. Multiplicando tal valor pela escala de tempo, que é de 5ms/div, obtemos o período da onda como sendo 17,5ms. Fazendo o inverso disso para obter a frequência, descobrimo-la como sendo 57,1Hz.

Já se tivéssemos um osciloscópio digital, não precisaríamos ficar contando divisões, pois ele informa na tela a tensão de pico, de pico-a-pico, RMS, a frequência, o período e mais outras informações. Mas temos que primeiro aprender a lidar com o analógico, para depois usar o digital, pois todos nós temos que sofrer um pouquinho. ;)

E por hoje era isso. Este post ensina o necessário para fazer medições com o osciloscópio digital, porém não ensina a lidar com o osciloscópio digital. Tal assunto deixarei para um post futuro. Enquanto isso, continuem estudando, se cuidem e até a próxima.

Tinta Condutiva - Reparo em Controles Remotos

Olá a todos. Já estava indo dormir quando resolvi procurar algo para ler sobre conserto de controles remotos, e achei um texto muito interessante.

Todo mundo já teve um controle remoto que, para alguma função funcionar, você tinha que pressionar alucinadamente o botão e, às vezes, nem isso adiantava. Minha vó teve um problema desse tipo e eu fui lá ver o que estava acontecendo (Nota: nunca tinha aberto um controle remoto! =/). Eu reparei que cada botão era constituído por uma espécie de "trilha interrompida". Quando o botão era pressionado, fazia uma membrana de borracha encostar nessa trilha e estabelecer um caminho para a corrente. Como borracha é isolante, a parte que fechava esse contato era pintada com uma tinta preta, que eu logo deduzi que deveria ser condutora. Os botões cujas funções não funcionavam possuíam essa tinta desgastada, quase inexistente. Logo pensei: tenho que colocar uma coisa condutora ali.

Veja, leitor, a ideia genial de vosso colega aqui. Peguei um papelzinho, pintei bem forte de lápis e colei ali. Funcionou um dia, e daí parou de funcionar. Não sei se o papel descolou ou se o grafiti desgastou-se, pois logo em seguida minha vó mandou o controle para o conserto especializado. O cara do conserto deve ter pensado: Mas que porra é essa que esse Peludu fez aqui (quem não conhece o Peludu, procure aqui no blog).

Mas então pessoal. Procurando na internet achei um site que mostra como fazer uma tinta condutora, justamente para resolver esse problema que é tão corriqueiro. O que é bom saber, pois, embora a tecnologia de televisores evolua muito, a tecnologia de controle remotos, pelo menos na parte física deles, continua praticamente inalterada. A fórmula dessa tinta consiste em meio vidro de esmalte incolor adicionado de pó de grafite, aquele usado em fechaduras e dobradiças. Você deve adicionar grafite até que a mistura fique consistente de grafite, já que é ele que irá servir de condutor.

Ao aplicar em uma membrana de borracha de um controle, você deve deixar a tinta secar por, no mínimo, 40 minutos, e tomar cuidado para não aplicar demais.

Segundo o site e em teoria, a tinta funciona, e fazê-la custa cerca de 4 vezes menos que comprar uma tinta pronta. Não sei se ela se desgasta rapidamente mas tenho um controle remoto aqui apresentando indícios desse problema então acho que em breve testarei essa técnica caseira.

Como referência, o site do qual li este texto está no link abaixo, e é um site muito interessante, cheio de técnicas simples e coisas que valem à pena serem vistas.

http://comunidade.bemsimples.com/tecnologia/w/tecnologia/TINTA-CONDUTIVA.aspx

Após esse texto-relâmpago vou me despedir, pois tenho que dormir. Abraço a todos os curiosos da eletrônica. Se cuidem, continuem estudando e até a próxima.

Em um comentário publicado pelo leitor di assis, ele sugere que seja adicionado ao esmalte algumas gotas de cola super bonder, pois, segundo ele, sem essa mistura o esmalte resseca muito facilmente. Obrigado pela dica. Estou ansioso para tentar essa mistura. Valeu pela dica. ;) Abraço...

Decibéis e Escala Logarítmica

   Hoje trago para vocês um post mais interdisciplinar. Hoje vamos tratar sobre a audição humana e a forma como percebemos o som. Depois vamos relacionar isso à escala logarítmica, funções exponenciais e um pouco mais de matemática. Com isso vamos entender o que é são os decibéis (dB), como essa escala de medida funciona e por que é prático escrever o ganho de um amplificador em Decibel, e não em V/V ou W/W. Começando então pela audição humana:

   O som é uma onda que se propaga por um meio material, que geralmente é o ar. Essa onda vibratória, ao entrar, passa por três ossos muito importantes, o martelo, a bigorna e o estribo, que atuam como pequenas alavancas, e mais diversos sistemas importantes. Uma explicação bastante detalhada e interessante sobre a audição pode ser encontrado no site telecom.inescn.pt.

   Este processo auditivo tem por finalidade converter as ondas mecânicas que se propagam através do ar em impulsos elétricos que se propagarão através dos nervos para chegar ao cérebro, onde serão processados e interpretados. Mas a forma como percebemos o som não corresponde a uma escala linear. Por exemplo, se uma furadeira produz 100dB de intensidade sonora, duas furadeiras produzem 200dB, três produzem 300dB e 4 produzem 400dB. Certo? Errado!

   Isso se dá pelo fato da percepção auditiva humana não ser linear, e sim logarítmica. Antes de dar uma formalização matemática, vamos analisar os seguintes fatos: se uma furadeira produz 100dB de intensidade sonora, então duas furadeiras produzem, juntas, 103dB. Por sua vez, três furadeiras produzem 104,7dB e quatro furadeiras produziriam 106dB. Perceba que, conforme dobramos a fonte geradora de som, aumentamos 3dB. Vimos isso quando passamos de uma para duas furadeiras (100dB para 103dB), e quando passamos de duas para quatro furadeiras (103dB para 106dB). Se tivéssemos 10 furadeiras teríamos 110dB, ou seja, 10dB a mais que uma única furadeira.Então, por enquanto, temos essas duas regrinhas práticas: dobrando a fonte geradora de som, temos 3dB a mais. Multiplicando a fonte geradora por 10, temos 10dB a mais.

   Essa escala logarítmica de decibéis se ajusta com a percepção auditiva humana. Assim como na escala logarítmica, o dobro da fonte geradora não produz o dobro de decibéis, o nosso ouvido também não percebe o dobro da intensidade. Se o proprietário do carro trocar seu sistema de som de 100W por um de 200W, ele terá um acréscimo de 3dB. Se, depois, ele trocar de novo, e colocar um de 400W, ele terá 6dB a mais que seu sistema original de 100W. Se ele colocar um sistema de 1000W, ele terá 10dB a mais que seu sistema original de 100W.

   A fórmula matemática que permite calcular os dB é :

$$ \Large dB = 10 log{\frac{P_1}{P_2}} $$

   Mas por que existe aquele 10 na frente do logaritmo? Pois decibel é um submúltiplo da unidade Bel. Como um Bel são 10 decibéis, é colocado aquele fator 10 para transferir da unidade para seu submúltiplo. Mas note que decibel é uma unidade muito mais comum que o Bel, que é muito grande para ser usado no cotidiano. Perceba que a diferença entre 1 Bel corresponde a 10 vezes mais potência.

   Veja que a escala de decibéis é uma escala relativa, ou seja, é uma comparação entre dois valores (nesse caso P1 com P2). Por exemplo, se a saída de áudio para um fone de ouvido fornece 700mW de potência, e nós a ligamos a um amplificador, de forma que na saída do auto-falante tenhamos 20W, qual foi o ganho de potência?

   Se calcularmos com a forma tradicional, dividindo a potência de saída do sistema pela potência de entrada, obtemos 28,57 como fator de ganho. Aplicando o cálculo para avaliar o ganho em decibéis, obtemos 14,56dB de ganho.

   Podemos usar a escala de decibéis para comparar qualquer duas grandezas. Porém devemos tomar cuidado, pois nem sempre a expressão usada será igual. Vamos deduzir matematicamente a expressão que devemos usar para calcular a relação entre tensões. A fórmula será diferente. Primeiramente, lembre-se que as potências P1 e P2 podem ser escritas nas seguintes formas:

$$ \Large P_1 = \frac{{V_1}^2}{R} $$

$$ \Large P_2 = \frac{{V_2}^2}{R} $$

   Substituindo na fórmula que calcula o ganho em decibéis da potência, que sabemos a priori ser verdadeira, temos:

$$ \Large dB = 10 log{\frac{\frac{{V_1}^2}{R}}{ \frac{{V_2}^2}{R}}} $$

$$ \Large dB = 10 log ({\frac{V_1}{V_2}})^2 $$

   Aplicando a propriedade dos logaritmos que diz que \(log(x^2) = 2log(x)\), temos:

$$ \Large dB = 20 log \frac{V_1}{V_2} $$

   Dessa forma vimos que é diferente a expressão que calcula a relação logarítmica entre tensões. Vamos tentar fazer uma análise semelhante a essa para a expressão da corrente elétrica.

$$ \Large P_1 = {I_1}^2 R $$

$$ \Large P_2 = {I_2}^2 R $$

Por substituição:

$$ \Large dB = 10 log \frac{{I_1}^2 R}{{I_2}^2 R} $$

   Que, aplicando as mesmas propriedades aplicadas acima, chegamos na seguinte fórmula:

$$ \Large dB = 20 log \frac{I_1}{I_2} $$

   Uma das vantagens de medir ganho em decibel é o seguinte: imagine um amplificador de dois estágios, onde cada estágio possui um ganho de 10 vezes. O ganho total é medido como o ganho do primeiro vezes o ganho do segundo, que resulta em um ganho total de 100 vezes. Se medirmos os ganhos em decibéis, o ganho do primeiro amplificador seria 10dB e o ganho do segundo também seria 10dB. Para calcular o ganho total, fazemos a SOMA dos dois ganhos, sendo o ganho total 20dB. E, conforme aumentamos o número de estágios, fica evidente que fazer a soma é muito mais simples que fazer multiplicações.

   Há, ainda, outro fator muito conveniente em se usar a escala logarítmica para medir ganhos. Imagine um amplificador de tensão que não amplifique, ou seja, a tensão na saída é igual a tensão na entrada. Neste caso ele possui ganho 1, pois a saída é igual a 1 vezes a tensão de entrada. Se medirmos em decibéis, o ganho é 0dB, o que faz mais sentido, já que não houve nenhum ganho de tensão. Se a tensão na saída for 2 vezes menor que a entrada, dizemos que o amplificador teve um ganho de 0,5, pois a saída é 0,5 vezes a tensão de entrada. Mas, se saiu menos do que entrou, como pode haver um ganho positivo? Usando a escala logarítmica, isso é resolvido, já que nesse exemplo o amplificador teria um ganho de -3dB. Logo é mais conveniente usar a escala logarítmica para calcular ganhos.

   E por hoje era isso. Vimos como se calcula o ganho de potência, tensão e corrente na escala logarítmica e o que significa "decibéis". Só uma última curiosidade: muito se fala sobre o plural de decibel, se é decibéis ou decibels. O Novo Dicionário Aurélio da Língua Portuguesa diz que o plural de Bel é Bels, porém o plural de decibel aceita tanto decibéis quanto decibels. Porém no item "b" do parágrafo 3.2 do Anexo do Decreto Federal N° 81.621/1978 diz que a formação do plural de uma unidade se dá apenas pelo acréscimo da letra "s", tendo como exceção unidades terminadas com a letra "c". Porém a nota no final deste mesmo parágrafo diz: "Nota - Segundo esta regra, e a menos que o nome da unidade entre no uso vulgar, o plural não desfigura o nome que a unidade tem no singular (por exemplo, becquerels, decibels, henrys, mols, pascals etc.), não se aplicando aos nomes de unidades certas regras usuais de formação do plural de palavras." Então, se você considerar que "decibéis" já entrou no vocabulário vulgar, é correto escrever decibéis. Do contrário, o correto é escrever decibels. Mas essa é uma discussão não relacionada com eletrônica, então whatever. Se você quiser escrever decibels, decibéis ou decibeles, pra mim tanto faz. Fica o link do decreto se alguém quiser dar uma olhada: 

http://legislacao.planalto.gov.br/legisla/legislacao.nsf/Viw_Identificacao/DEC%2081.621-1978?OpenDocument 

   Se cuidem, estudem bastante e até a próxima. Qualquer coisa postem um comentário que respondo assim que puder. Abraço! Fui...

Escolhendo a Carreira

Olá a todos. Hoje gostaria de fazer um post informal, bem em tom de bate-papo, sobre como escolher uma carreira. Se você espera encontrar respostas para isso, está no lugar errado. Eu recém entrei na universidade e não tenho nenhuma solução mágica para este problema. Mas, talvez, algumas pessoas possam se identificar com este post.

Muitas pessoas ficam nervosas para escolher o que fazer de vestibular. Até posso dizer que esta é a grande maioria. Eu, como exceção a regra, fiquei super tranquilo com esta escolha. Se eu tivesse que chutar qual o motivo desse mega frio na barriga, eu diria que é por definições erradas de vestibular. Eu andei procurando sobre esses assuntos em sites, e encontrei coisas do tipo: "Escolher a faculdade que você vai cursar é uma das decisões mais importantes. É ela que irá determinar o que você vai fazer pelo resto da sua vida". Como assim pelo resto da minha vida?

Com isto parece que se eu escolher algo que não goste estará condenado a viver com isso pelo resto da minha vida. Isso não é bem assim, a meu ver, por dois motivos. Primeiro, você não é obrigado a fazer todo o curso. Os alunos ao sair do ensino médio dificilmente vão conhecer a fundo como é uma profissão. Isso eles vão ver, parcialmente, na faculdade, conversando com professores e convivendo com colegas que talvez já trabalhem com aquilo. Acreditar que uma decisão que você tenha que fazer sem ter praticamente nenhum conhecimento sobre aquilo irá influenciar toda a sua vida é algo realmente assustador, não é? Mas você não é obrigado a acertar de primeira. Se você ver que aquilo não é o que você quer, troque. Saber que você tem a opção de escolher novamente vai te deixar mais tranquilo e talvez ajude a decidir melhor, pois retira o fator "medo de errar".

O segundo motivo é o seguinte. Você escolhe o curso, gosta e cursa até o fim. Então você irá trabalhar com aquilo para o resto da sua vida. Mas, e se eu enjoar? Bem, daí você pode trocar. Geralmente, dentro de uma área do conhecimento, existem inúmeras funções que podem ser exercidas. Você não precisa viver sua vida toda com um único emprego, ou exercendo uma única função, só por que se formou em algo. E, além de trocar de emprego dentro de uma mesma área, você pode inclusive tentar algo novo. O cotidiano está cercado de exemplos de pessoas que se formaram em algo, mas estão trabalhando com coisas diferentes e estão felizes com isso. Isso significa que o estudo foi perdido? Não! Talvez ele não esteja sendo completamente aplicado mas, nada do que aprendemos é perdido.

Agora que você está um pouco mais tranquilo, vamos tentar encontrar critérios para escolher a carreira. Vamos começar supondo que você irá, futuramente, trabalhar com aquilo. Então seria bom escolher algo que gosta. Do que você gosta? Números? Letras? Pessoas? O que você não suporta? Saber isso ajuda bastante. Quando eu optei por engenharia de controle e automação, era por que eu gostava muito de números e de eletrônica, que é bastante estudada neste curso. Claro que são levados outros fatores em consideração, como: que faculdades têm o curso que quero? Elas ficam longe do local onde eu moro? Qual é o custo de estudar lá?

Mas fiquem tranquilos e procurem fazer algo que gostem. Acho que esse é o segredo. Por hoje era isso, até a próxima pessoal. Fui...

Potenciômetros e Trimpots

   Olá galera. Tudo bem com vocês? Hoje quero falar um pouco sobre esse componente importante e conhecido. O resistor variável conhecido por potenciômetro. Também abordarei o não tão popular trimpot, que se comporta de maneira parecida, mas tem outras utilidades. Vamos lá então!

   Falarei aqui sobre os potenciômetros analógicos, então que fique subentendido que, ao me referir ao potenciômetro, será o analógico. O potenciômetro não passa de um componente elétrico que possui uma resistência variável. Ele possui três terminais, sendo que a resistência máxima se encontra entre os dois da extremidade. Entre um dos terminais da ponta e o do meio se encontra a resistência que é variável através do deslocamento de um cursor. Suponhamos um potenciômetro de resistência nominal (máxima) de 10 \(k\Omega\). Se entre o terminal de uma ponta e o central eu tenho 6 \(k\Omega\), entre o terminal central e o da outra ponta eu terei os 4 \(k\Omega\) restantes.

   Os potenciômetros analógicos são compostos por uma pista de material resistivo, como filme de carbono. O eixo central possui um contato com esta pista, que conforme desliza altera a resistência, devido a mudança da distância entre este terminal (o central) com um da ponta. Sendo assim a alteração da resistência é proporcional ao deslocamento do cursor. Sua precisão depende do material com que a pista é feita.

   Há alguns fatores que influenciam na resistência do potenciômetro. Alguns tipos, por possuírem uma entrada aberta para a trilha, acumulam poeira e com isso ocorrem aumentos na resistência. Por possuir partes mecânicas móveis que regulam a resistência, o seu uso em máquinas que possuam vibração pode ocasionar, com o tempo, uma variação na mesma.

   Uma das aplicações mais populares do potenciômetro é aquele botão rotativo de volume dos rádios e das caixinhas de som. Porém aqui introduziremos o conceito de dois tipos de potenciômetros analógicos: o linear e o logarítmico.

   O funcionamento do linear é bastante fácil de entender, pois comportamentos lineares costumam ser bastante intuitivos. No potenciômetro linear, se eu rotacionar metade do cursor, eu vou obter metade da resistência para cada "lado". Se eu rotacioná-lo 75% do curso total, eu terei 75% da resistência total de um lado, e os 25% restantes do outro.

   Porém, como nossos ouvidos não seguem uma escala linear, e sim logarítmica, foram inventados os potenciômetros logarítmicos para aplicações sonoras, em geral. Nele, se eu colocá-lo na metade do cursor eu não obtenho metade da resistência, mas obtenho metade do som. Isso pois, como já mencionei, nossos ouvidos não obedecem uma escala linear, mas sim logarítmica. Mas isso vai ficar de assunto para outra postagem.

   Quanto a simbologia, o potenciômetro é desenhado da forma ilustrada na figura abaixo. Perceba que na simbologia há os terminais da extremidade, onde se encontra a resistência máxima nominal, e a terminação central de resistência variável.

   Agora vamos falar um pouco do trimpot. Não foi puramente preguiça que me impediu de fazer um post separado para o trimpot. A verdade é que eles são muito parecidos, porém usados para funções diferentes.

   O trimpot também consiste de uma resistência variável (na verdade, o termo mais apropriado seria ajustável). Porém difere do potenciômetro no modo como alteramos o valor de sua resistência. O ajuste do trimpot (pelo menos do tipo mais comum) é dado pelo aperto de um pequeno parafuso, que geralmente fica na sua parte superior ou frontal.

   A grande aplicação do trimpot é o uso para a calibração de aparelhos. Isso pois ele atinge valores mais precisos e é mais difícil alterar seu valor de resistência através de vibração. Quanto ao problema do pó, ele é mais resistente por não possuir aberturas tão salientes quanto o potenciômetro.

   Também é usado quando precisamos de uma resistência de valor não comercial. Por exemplo, se precisamos para o bom funcionamento de um aparelho uma resistência de 15 192 \(\Omega\), podemos usar um trimpot de 96 \(k\Omega\) e ajustá-lo precisamente nesse valor. E se depois eu descobrir que era melhor usar 17 576 \(\Omega\)? Simples, basta fazer alguns pequenos ajustes no trimpot. Simples, porém fascinante, não?

   E por hoje é isso. Sempre lembrando que a dissipação máxima de potência nestes componentes não deve passar de (no MÁXIMO!!!) 0,5 W, pois eles NÃO são feitos para dissipação de calor (experiência própria!). Lembre-se disso, e tudo funcionará maravilhosamente bem! Então estudem bastante, se cuidem e até a próxima...

Indicador de Fusível Queimado I

Olá a todos. Hoje vamos fazer aquele estudo através da análise do esquema de um circuito simples. O que trago para o estudo de hoje é este indicador de fusível queimado.

Hoje vamos analisar o circuito da figura acima, que é um indicador de fusível queimado. Vamos entender como ele funciona. O bom desse circuito é que ele é bastante simples, fácil de ser dimensionado, pode ser implementado na saída de qualquer fonte de tensão e funciona bem.

Vamos analisar seu comportamento. Enquanto o fusível estiver intacto haverá tensão na saída, que servirá para polarizar o transistor e levá-lo a saturação. Levando em consideração que a queda de tensão na base do transistor seja de 0,7V, a corrente que irá entrar pela base do transistor pode ser calculada por:





Essa corrente que entra pela base do transistor tem que ser capaz de levar o transistor a saturação. Para termos certeza disso, devemos descobrir o ganho do transistor. Podemos fazer isso usando um multímetro que tenha a opção de medir ganho de transistores ou simplesmente consultar o datasheet do mesmo. Sabendo o ganho (Bcc) do transistor, nós iremos garantir a saturação fazendo o enunciado abaixo verdadeiro:





Onde é a queda de tensão do LED verde, algo em torno de 3V. Se a afirmação acima for verdadeira, isso fará passar a máxima corrente possível para este circuito pelo coletor-emissor deste transistor. Essa corrente, chamada corrente de saturação, terá um valor que pode ser calculada da seguinte maneira:




Como já mencionei, a tensão do LED verde deve ser algo em torno de 3V. Esses três volts estão aplicados também nos dois diodos em série com o LED vermelho, pois eles estão em paralelo com o LED verde. Como cada diodo dá uma queda de 0,7V e o LED vermelho uma queda de 2V, para polarizar todos eles diretamente e fazer o LED vermelho acender, precisaríamos de uma tensão igual a 3,4V.

Portanto, enquanto o fusível estiver intacto o LED verde estará acesso e, devido a isso, não haverá tensão suficiente para fazer o LED vermelho acender. O que acontece algumas vezes é o LED vermelho ficar acesso com um brilho bastante fraco. Não sei se é o caso desta configuração de indicador, mas alguns indicadores apresentam este problema.

Caso o fusível queime, a tensão após o fusível irá desaparecer. Assim não haverá corrente na base do transistor e ele irá entrar em corte. Assim a corrente não passará pelo LED verde e irá passar pela malha do LED vermelho. Considerando queda de 0,7 em cada diodo, a corrente, neste caso, passa a ser:





Para garantir que o LED vermelho não acenda concomitante ao verde, devemos garantir que I2 seja menor que I1. Para facilitar este trabalho podemos adicionar mais um diodo em série com o LED vermelho, ou talvez trocar todos os diodos por um zener, para aumentar a queda de tensão necessária para polarizar a malha daquele LED. Dessa forma podemos, se não evitar, pelo menos amenizar o problema já comentado, de o LED vermelho não ficar completamente apagado enquanto o fusível esteja intacto.


E por hoje era isso. Circuitinho simples, não? Ele foi removido do livro Eletrônica, Volume 1, escrito por Albert Malvino e David J. Bates. Livro que é muito bom para começar aprender eletrônica. Paguei meio carinho nele mas hoje, depois de ler, afirmo que valeu cada centavo. Livro que está sempre ali para eventual consulta e eu gosto muito (não, eu não ganho cachê de editora pra fazer jabá (mas sim, estou aberto a propostas, rsrs)).  Se cuidem e até a próxima. E por favor, usem os comentários para fazer críticas, sugestões, etc e tal. Até a próxima. Fui...

Lógica Combinacional - Portas Lógicas

Olá a todos. Hoje vamos começar a falar sobre eletrônica digital e, para introduzir esse novo tema, vamos falar um pouco de lógica combinacional. O que ela é, para que ela serve e o que são portas lógicas.

Antes de começarmos acho interessante esclarecer algo que era uma dúvida minha antes de estudar eletrônica digital. Nós falaremos muito sobre 1's e 0's, mas, o que eles são? A explicação comum é simples: 1 significa que tem tensão e 0 que não tem. Porém eu não acho essa explicação muito esclarecedora, então quero dissertar um pouco sobre isso.

Existem diversas famílias de portas lógicas, que são os constituintes fundamentais dos circuitos digitais. Comumente se trabalha com apenas duas: TTL e CMOS. As portas lógicas da família TTL (que significa Transistor-Transistor Logic) são feitos de transistores bipolares ou FET's e são alimentados com 5V. Idealmente 5V equivalem a 1 e 0V equivalem a 0. Mas na realidade existem faixas de tensão que correspondem a esses níveis lógicos. Entre 0 e 0,8V é nível lógico 0. Entre 2,4 e 5V é nível lógico 1. Entre os valores de 0,8 até 2,4V temos um nível lógico indeterminado, que os circuitos podem entender tanto como 0 quanto como 1. Como é impossível prever o que irá acontecer nessa situação, tais níveis de tensão não são desejados dentro dos circuitos digitais.

Já na outra família que comentei, CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor, se não me engano) é construída usando a tecnologia de transistores MOSFET complementares. Eles são alimentados com 5V também e sua faixa de nível 0 é entre 0 e 1,5V, e sua faixa de nível 1 é entre 3,5 e 5V. A faixa entre 1,5 e 3,5V constitui nível indeterminado e também deve ser evitado. Mais adiante eu farei um post somente sobre famílias lógicas, comentando todos os detalhes. Agora já podemos falar sobre Lógica Combinacional.

Lógica Combinacional é um tipo de lógica digital. Quando um circuito digital é combinacional, o estado lógico da saída depende exclusivamente do estado atual das entradas. Os circuitos digitais respeitam uma tabela verdade, que é uma tabela que nos informa os estados de saída para todas as combinações lógicas das entradas. Um exemplo disso pode ser visto na figura abaixo.

O número de possibilidades é dado por 2 elevado na "n", onde n é o número de entradas. Como temos duas entradas (A e B), temos então 4 possibilidades. A tabela verdade acima mostra o estado da saída para  qualquer uma das 4 combinações de entrada. Por exemplo, se o nível lógico de A for igual a 0 e o nível lógico de B for igual a 1, a saída, naquele instante, assumirá o nível lógico 1.

Claro que essa é uma tabela de exemplo, que é extremamente simples, mas os circuitos combinacionais podem criar qualquer tabela verdade, de complexidade cada vez maior. Para montarmos tais circuitos combinacionais, nós temos os "tijolinhos" da eletrônica digital, que se chamam portas lógicas. Essas portas lógicas executam operações lógicas que podem ser representadas por uma tabela verdade, e a combinação dessas portas lógicas em um circuito nos permitem fazer qualquer operação e, portanto, qualquer tabela verdade. Então, vamos conhecer essas portas lógicas:

Vamos começar pela primeira porta, letra (a), que é a porta NOT (Inversora). Essa porta inverte o nível da entrada. Como podemos ver pela tabela verdade, se A for 0 a saída é 1 e, se A for 1, a saída é 0.

Vamos agora para a última porta, letra (e), que é a porta OR (OU). Sua lógica é a seguinte: Se uma entrada for 1, OU a outra entrada for 1, OU as duas entradas forem 1, a saída será 1. Essa porta só terá a saída em 0 se ambas as entradas forem zero. Esse raciocínio se aplica para portas OU com mais de duas entradas. Essas portas também só terão 0 na saída se todas as entradas (seja quantas forem) estiverem com nível lógico 0.

Passando agora para a penúltima porta, letra (d), que é a porta AND (E). Sua lógica é a seguinte: A saída só assumirá nível lógico 1 se uma entrada tiver 1 E a outra entrada tiver 1 também. Se pelo menos uma das entradas possuir nível 0, a saída também será 0. Mesma lógica se aplica a portas E com mais entradas, onde a saída só será 1 se todas as entradas (seja quantas forem) apresentarem nível 1.

Vamos para a terceira porta, letra (c), que é a porta NOR (OU Invertida). Ela não passa de uma porta OU cuja saída é jogada em uma inversora, que é representado pela pequena bolinha na saída da porta. Se você comparar esta tabela com a tabela da porta OU normal, você perceberá que, se em uma situação a OR normal tem 0 na saída, a NOR tem 1 e vice-versa. A lógica dessa porta então é a seguinte: Se uma entrada tiver 1 OU a outra entrada tiver 1 OU as duas entradas possuírem 1, a saída será 0. Somente se todas as entradas forem 0 a saída assumirá o nível 1.

Vamos enfim para a segunda porta, letra (b), que é a porta NAND (E Invertida). Ela também não passa de uma porta AND simples cuja saída é jogada em uma inversora, o que pode ser visto pela pequena bolinha na saída, conhecida como bolha de inversão. Novamente, se compararmos esta tabela com a E simples, veremos que para qualquer situação que a AND simples apresente 1 na saída, a NAND irá ter 0 na saída, e vice-versa. Sua lógica é a seguinte: Se em uma entrada eu tenho 1 E na outra entrada também tenho 1, minha saída será 0. Nas outras situações possíveis, minha saída será 1. 

Esses dois carinhas não são portas lógicas propriamente ditas, mas vamos tratá-las como tal. A primeira se chama XOR, abreviação de Exclusive OR (OU Exclusiva). Sua lógica é semelhante a da porta OR. Ela apresenta 1 na saída se tiver 1 em uma entrada OU 1 na outra. Porém, se ambas as entradas forem 1, a saída será 0 (diferindo da porta OR nesse aspecto).

A segunda porta é a XNOR, abreviação de Exclusive NOR (OU Invertida Exclusiva). Ela basicamente funciona como a porta XOR com uma Inversora na saída. Sua lógica é a seguinte: A saída será 1 se ambas as entradas possuírem 1 ou ambas possuírem 0. Caso as entradas difiram entre si, sua saída será 0.

E essas são as portas lógicas, que executam operações lógicas simples e que, quando combinadas, podem fazer circuitos complexos e bastante interessantes. Gostaria de ressaltar algo: as portas NAND e NOR são portas "universais". Isso pois podemos "fazer" qualquer porta com elas, ou seja, realizar qualquer operação lógica usando somente essas portas. Por exemplo, podemos fazer uma inversora com a NAND ou com a NOR, da seguinte maneira:

Fazendo a mesma informação entrar por ambas as entradas de uma NAND, fazemos uma inversora com ela. Assim, se entrar 1 sairá 0 e, ao entrar 0 sairá 1. Procedendo da mesma forma, também podemos transformar a porta NOR em uma inversora. Se você verificar a tabela verdade dessa portas e olhar somente as situações onde ambas as entradas são iguais, verá que elas se comportam como inversoras.

A tabela acima mostra como montar outras portas a partir a NOR e NAND. A figura da letra "a" mostra como montar as inversoras, como já comentamos. As figuras "b" nos mostram como executar a lógica AND (E) somente com portas NAND e somente com portas NOR. A figura da letra "c" nos mostra como executar a lógica OR (OU) somente com portas NAND e, depois, somente com portas NOR.

A figura acima mostra como podemos montar uma porta XOR somente com portas NOR. Se colocarmos um inversor na saída (e vimos que isto também pode ser feito somente com portas NOR) nós passaremos a ter a porta XNOR, também implementada somente com NOR.

E dessa forma implementamos a porta XOR somente com portas NAND. Para obtermos a XNOR, basta que coloquemos uma inversora na saída, que também pode ser feita somente com portas NAND. Como vimos, podemos implementar qualquer porta usando somente as portas NAND e NOR. É devido a isso que elas são chamadas de portas universais.

Uma curiosidade: somente o conteúdo deste post foi suficiente para levar o homem a Lua. Eu digo isso pois o sistema de computação da nave Apollo foi feita usando somente portas lógicas e, se não me engano, foi todo feito usando somente portas NOR. Porém não tenho certeza disso. O que eu tenho certeza é que existe um livro chamado "Digital Apollo" que conta a história da eletrônica da nave e que é muito bom, porém eu acho que só tem em inglês. Enfim, vale à pena fazer um esforço pra ler.

Por hoje era isso. Nos próximos posts sobre eletrônica digital eu quero mostrar exemplos de circuitos lógicos combinacionais, falar sobre o sistema de numeração binário e a Álgebra de Boole, que é a matemática por trás das operações lógicas executadas pelas portas que vimos hoje. Isso irá contextualizar o conteúdo deste post e fará você entender, por exemplo, por que podemos montar qualquer porta usando somente NAND e NOR. Mas isso fica para uma próxima aventura... Enquanto isso se cuidem e continuem estudando. Abraço!