Introdução à
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E L E T R Ô N I C A
E L E T R Ô N I C A
INTRODUÇÃO À ELETRÔNICA
Esta Introdução à Eletrônica não tem a pretensão de ser um curso de eletrônica mas apenas um empenho em passar uma informação que possa ser facilmente entendida por aqueles que desejam aprender alguma coisa de eletrônica.
Inicialmente um pouco de teoria da eletricidade, apenas o suficiente para estabelecer uma base para o entendimento da natureza dessa forma de energia. É naturalmente importante conhecer os componentes básicos utilizados em eletrônica: os resistores, capacitores, indutores e os semicondutores e suas funções nos circuitos eletrônicos. E por fim um pouco de prática para tornar interessante o aprendizado.

O BÁSICO DA ELETRICIDADE
Se dividirmos um pedaço pequeno de qualquer coisa, por exemplo de borracha, teremos dois pedaços menores de borracha mas, se continuarmos dividindo estes pedacinhos de borracha em partes cada vez menores chegaremos à menor partícula que ainda mantém as características de borracha ou seja teremos uma molécula de borracha. Se dividirmos esta partícula ou molécula não teremos mais partículas de borracha mas teremos os elementos ou os átomos que compõem a molécula de borracha.
A molécula da água por exemplo é formada por três átomos, dois de hidrogênio e um de oxigênio. Por isso a fórmula química da água é H²O. O átomo é composto de um núcleo em seu interior e elétrons que rodopiam em órbitas ou camadas superpostas.
De modo simples o que diferencia um átomo de outro é a quantidade de elétrons em suas camadas e a composição de seu núcleo de prótons e neutrons. Quando um elétron ganha energia, (por exemplo calor ou tensão elétrica) ele pode pular para a camada logo acima daquela em que ele se encontra. Nas ;camadas interiores mais próximas do núcleo seria necessária muita energia mas os elétrons da camada de valência ou seja a camada externa podem fácilmente sair de sua órbita e pular para fora do átomo especialmente se essa camada tiver um numero bem inferior a 8 elétrons. Quando os elétrons saltam da camada de valência eles ficam livres ou seja não estão presos a nenhum átomo e são esses elétrons livres que formam a corrente elétrica. Os átomos do cobre têm apenas 1 elétron na camada de valência daí a facilidade do cobre conduzir eletricidade. (Veja a figura ao lado.) Esse único elétron é excitado e salta da camada de valência, é atraído pelo átomo à frente e daí vai pulando de átomo em átomo formando assim a corrente elétrica. De uma bateria elétrica os elétrons fluem pelo fio de cobre saindo pelo polo negativo em direção ao polo positivo formando assim a corrente elétrica.

Tensão "E"
Medida em volts "V"
Corrente "I"
Medida em ampéres "A"
Potência "P"
Medida em watts "W"
Resistência "R"
Medida em ohms "    "
CONCEITOS BÁSICOS DE ELETRÔNICA
Energia elétrica - A energia elétrica também chama de eletricidade caracteriza-se pela sua tensão ou força, corrente ou intensidade e potência ou capacidade de realizar trabalho. Uma analogia pode nos ajudar a entender a relação entre essas grandezas elétricas. Um curso de água de um rio pode muito bem exemplificar a relação tensão, corrente e potência da energia elétrica ou eletricidade. Podemos além disso visualizar as características da resistência, capacitância e indutância que atuam sobre a energia elétrica.

Tensão - (Também chamada Voltagem) Na corrente de água há uma certa força que a impulsiona a avançar pelo leito do rio, esta pode ser maior ou menor como se pode perceber pela velocidade da água. Na energia elétrica a força que impulsiona os elétrons e que chamamos de tensão é medida em volts. O símbolo da tensão é o "E" e o símbolo do volt (unidade de tensão) é o "V".

Corrente - O mesmo fluxo de água possui um volume que pode variar de acordo com a profundidade e largura do rio. Este volume é comparável à quantidade de elétrons que formam a corrente elétrica. A corrente elétrica é medida em ampéres. O símbolo da corrente é o "I" e o símbolo do ampere (unidade de corrente) é o "A".

Potência - É a capacidade de realizar um trabalho. A água de um rio pode ser represada e utilizada para acionar rodas de moinhos, turbinas de geradores e outros equipamentos. Para isso a corrente de água precisa ter força e volume. Não é diferente no caso da energia elétrica com sua tensão e corrente. Assim a potência elétrica ou a capacidade de trabalho da eletricidade mede-se pelo resultado da multiplicação da tensão pela corrente e é dada em Watts. O símbolo da potência é o "P" e o símbolo do Watt (unidade de potência) é o "W". P = E x I

Corrente contínua - É a forma de eletricidade que flui sempre em um único sentido (do polo negativo para o polo positivo). Pode-se comparar à corrente de um rio, que sempre flui da nascente para o mar ou a uma serra circular que sempre gira em uma mesma direção. As pilhas e as baterias são o exemplo mais básico de geração de corrente contínua.

Corrente alternada - Neste tipo de eletricidade o fluxo de corrente inverte a sua ;direção continuamente (60 hertzs [ou ciclos] = inversão de sentido 60 vezes por segundo). Se compararmos a corrente contínua a uma serra circular (que corre sempre na mesma direção), a corrente alternada pode ser comparada a um serrote (que ora avança numa direção ora na direção contrária). Assim na corrente alternada não temos um polo positivo e outro negativo fixos, mas sim uma fase e um neutro, (120 volts CA ou AC em inglês) O neutro é aquele que simplesmente é conectado à terra por isso não dá choque mas o chamado  fa-
se ou “vivo” varia continuamente entre negativo  e  positivo. No Brasil 60 vezes por segundo em alguns paises 50.
Amplificação
Resistência - Se em um determinado ponto do leito do rio colocarmos uma grande pedra ou uma barragem, estes sem dúvida oporão resistência à passagem da corrente de água diminuindo-a. Este efeito é idêntico ao que o material de um resistor faz com a corrente elétrica. O material do qual o resistor é feito oferece resistência à passagem dos elétrons, assim estes têm dificuldade em fluir diminuindo aintensidade da corrente elétrica. Esta dificuldade é chamada de resistência ou resistividade e pode ser medida em Ohms. Tipos diferente de materiais oferecem resistência diferente. O símbolo da Resistência é o "R" e o símbolo do Ohm é a letra grega ômega.
A passagem de corrente por um material que oferece resistência gera calor. O filamento de uma lâmpada é confeccionado com tungstênio, que é um material condutor. Embora o filamento ofereça alguma resistência, sua finalidade principal é gerar luz. A sua resistência torna-se um fator de desperdício, visto que grande parte da energia será transformada em calor e apenas uma pequena parcela em luz. Uma lâmpada de 60 watts e 120 volts será percorrida por uma corrente de 500 miliamperes (I = P/E = 60/120 = 0,5) e sua resistência é de 240 ohms (R = E/ I = 120/0,5 = 240) . Já num ferro de solda ocorre o contrário, ele aproveita o fato de a resistência gerar calor, para derreter a solda. Os cadinhos e fogareiros elétricos utilizam este mesmo princípio.

Capacitância - Quando se represa a água de um rio, esta pode ficar disponível até mesmo quando o rio pára de correr. A quantidade de água represada depende da capacapacidade de reter ;água da represa.
Similarmente o capacitor tem a característica de armazenar energia e de devolve-la ao circuito. Sua capacidade ou capacitância é medida em farads (lê-se fárades) ou mais comumente em seu submúltiplo o microfarad. O símbolo da capacitância é o "C" e o símbolo do farad é o "F", do microfarad é "uF", um F precedido pela letra grega micra.

Indutância - Se fizermos a água passar por um longo tubo como os que são usados para levar água a turbinas de geradores, teremos um efeito parecido à indutância. Visto que o próprio tubo tem de encher-se antes de permitir que a água chegue à sua extremidade de saída, ele não permite uma passagem instantânea da água. Mas quando se interrompe o fluxo de água entrante, aquela que preenchia o tubo continúa fluindo por um tempo ainda. Ésta é uma comparação bastante simplista e serve apenas para visualizar o funcionamento básico de um indutor tambem conhecido como bobina. A unidade de indutância é o Henry sendo mais usados seus submultiplos, o milihenry e o microhenry. O símbolo da Indutância é o "L" e o símbolo do Henry é o "H", do milihenry o símbolo é o "uH", o H precedido pela letra grega micra.

Amplificação - É a capacidade de certos componentes (válvulas, transistores, etc) de amplificar ou fazer crescer uma tensão/corrente ou sinal gerado por microfones ou outras fontes de baixíssimo nível. O som da voz do locutor faz uma fina membrana do microfone vibrar conforme a onda sonora. Esta vibração é eletromagnéticamente transformada em um sinal elétrico de baixíssima intensidade (alguns milivolts). Para que este sinal possa ser projetado por um altofalante é necessário amplificá-lo ou aumentá-lo ao ponto de termos um sinal de potência apropriada (elevada).

TIPOS DE MATERIAIS
Bons condutores - São os materiais que conduzem eletricidade com certa facilidade. Seus elétrons de valência são facilmente arrancado de sua órbita. Mesmo os bons condutores oferecem uma pequena resistência à passagem de corrente. Por exemplo um fio de cobre de 1mm de espessura oferece uma resistência de 20,73 ohms por quilometro de extensão. O cobre é o condutor mais utilizado, mas há muitos outros como ouro, prata, alumínio e etc.

Maus condutores - Estes conduzem eletricidade com  alguma dificuldade, opondo maior resistência à passagem dos elétrons. Entre estes está a grafite, constantan, nicromo (níquel-cromo), carbono e etc.

Isolantes - Os isolantes impedem praticamente toda a passagem de eletricidade. Vidro, borracha, louça, mica, ar e outros.

Semicondutores - Estes são um caso à parte. Eles estão entre os maus condutores e os isolantes mas sob certas condições eles se tornam bons condutores. O germânio e o silício são o exemplo mais notório e o silício é o material mais usado na confecção de transistores e circuitos integrados devido a esta característica notável.

Pilha elétrica
Bateria
Transformador
COMPONENTES ELETRÔNICOS
Geradores elétricos – O gerador de eletricidade mais comum é a pilha elétrica. O elétrons saem pelo polo negativo (fundo) da pilha com uma tensão nominal de 1,5 volts e circularem pelo circuito (lanterna, rádio, etc) retornam pelo polo positivo (topo) da pilha.As baterias são a junção de várias células (como pilhas) ligadas em série a fim de se obterem tensões maiores. Há baterias de 6 volts, 12 volts, 24 volts, etc. Nestas, cada célula gera aproximadamente 2 volts, assim uma bateria de 12 volts terá 6 células. As bateria podem ser de correntes das mais variadas, de alguns poucos ampéres, como 3 ampéres, 7 ampéres, 40 ampéres (bateria de carro), 80 ampéres, 120 ampéres (de caminhão) ou até de 400 ampéres (de empilhadeiras).
A corrente alternada é geralmente fornecida por um alternador que transforma o movimento mecânico em corrente alternada como no caso dos geradores a diesel (movidos pelo eixo de um motora diesel), das turbinas das centrais hidrelétricas (que rodam movidas pela força de enormes quedas d’água) e pequenos geradores que recebem a corrente contínua de uma bateria e a transformam em corrente alternada (Nobrakes).

Resistores - O resistor é o componente normalmente usado para limitar a passagem de corrente em circuitos eletrônicos devido à sua resistividade ou resistência. Os resistores são confeccionados com materiais que são maus condutores como o níquel-cromo, carbono e constantan. Seu tamanho depende em parte da potência que terá de dissipar devido ao calor gerado ao se opor à passagem da corrente elétrica.

Capacitores – Os capacitores são os componentes que têm como característica principal a capacitância. Há muitos tipos de capacitor; de disco, stiroflex, papel, eletroliticos e etc. Sua função básica é armazenar energia temporariamente. Os eletrolíticos de alta capacitância são utilizados após os diodos retificadores de corrente alternada para filtrar a corrente retificada tornando-a contínua. Outros são usados para permitir a passagem (acoplamento) de pequenas correntes alternadas como o audio ou vídeo e bloquear a corrente contínua. Os capacitores são ainda usados para conduzir correntes alternadas indesejáveis para o terra o chamado desacoplamento.

Indutores – Os componentes que oferecem a indutância, são enrolamentos de fio que podem ser enrolados em volta de um núcleo de ferro, ferrite ou ainda ter um núcleo de ar. Os indutores são também conhecidos como bobinas. Os enrolamentos de uma bobina muito utilizados são os filtros e os de mais de uma bobina são os transformadores. Esta é uma divisão bastante simplificada sendo que podemos encontrar uma grande diversidade de tipos de indutores.

Semicondutores - O semicondutor mais simples é o diodo. Este é comparável a uma válvula unidirecional, ou que deixa passar a corrente apenas em um sentido. Um lado do diodo é chamado catodo (negativo) e o outro de anodo (positivo). Injetando-se uma corrente do catodo para o anodo ela flui livremente encontrando baixíssima resistência mas do anodo para o catodo o diodo se comporta como um isolante. Há tipos de diodos para as aplicações das mais diversas. O retificador é o diodo usado para transformar a corrente alternada em corrente contínua. O led é um diodo que emite luz. Há leds vermelhos, verdes amarelos, azuis e multicores. O zener é um diodo usado para limitar uma tensão,muito usado em fontes de tensão estabilizadas. O transistor podería ser comparado a uma válvula unidirecional controlada, ou seja havería um controle do fluxo através da válvula. Quem proporciona este controle no transistor é a base. O emissor pode ser visto como a entrada da corrente, enquanto o coletor é a saída. A característica da amplificação é como se o controle da válvula funcionasse como uma alavanca cujo ponto de apoio fica próximo à carga e aplicando uma pequena força na extremidade mais longa pudéssemos mover essa carga embora pesada.Similarmente no transistor com com uma pequena corrente na base consegue-se controlar uma grande corrente entre o emissor e o coletor.

Transformadores - Voltando à analogia da indutância, se o tubo antes mencionado tiver uma extremidade estreita e a outra larga poderemos compará-lo a um transformador. Se introduzirmos água na extremidade mais larga poderemos ter aí um fluxo com um grande volume de água. Na extremidade mais estreita a mesma água sairá mas agora com uma maior velocidade e um volume de água menor. Este sería o exemplo de um transformador elevador de tensão. Mas a quantidade de água que entra é igual à que sai. Sim. Num transformador também. Na entrada poderemos ter 12 volts e uma corrente de 5 ampéres, já na saída teremos 120 volts e 0,5 amperes de corrente. Em termos de potência não houve alteração: 12 V x 5 A = 60 W é igual a 120 V x 0,5 A = 60 W. Estes valores são aproximados visto que há perdas no processo. Voltando à analogia,. se invertermos o tubo teremos uma função inversa. O mesmo ocorre com  o
transformador. Se trocarmos a entrada pela saida poderemos introduzir 120 V 0,5 A e obter na saida 12 V 5A. Obs.: A corrente elétrica no transformador tem de ser alternada.

Circuitos Simples
Um circuito simples deve ter pelo menos uma fonte de energia (pilha) e um resistor, embora não tenha nenhuma aplicação prática. A corrente da pilha não se escoa rápidamente porque o resistor limita a passagem da corrente. Já se ligássemos apenas um fio de cobre entre os dois polos da pilha esta se esgotaría rapidamente ou seja teríamos um curto circuito. A tensão de 1,5 volts da pilha sobre um resistor de 15 Ohms deixará passar apenas 0,1 ampére. I = E/R = 1,5/15 = 0,1 A. A potênciadissipada será: P = E x I = 1,5 x 0,1 = 0,15 watts.

Lâmpada - Se nosso circuito acender uma lâmpada teremos um resultado prático (trabalho). Nossa fonte de energia é de 3 volts mas a lâmpada é para 1,5 volts com uma corrente de 0,3 A (300 mA). Usaremos um resistor para limitar a tensão e corrente sobre a lâmpada. Qual o resistor? A tensão sobre o resistor terá de ser de 1,5 volts pois os 3 V das pilhas menos 1,5 V deixará para a lâmpada exatamente 1,5 V. A corrente será a mesma na lâmpada e no resistor visto que estão ligados em série e é de 300 mA.
Sabemos que R é o resultado de E dividido por I (R = E/ I). Assim o resistor será de 1,5 / 0,3 = 5 Ohms e a potencia dissipada no resistor será de  P = E x I = 1,5 x 0,3 = 0,45 watts. Aproximadamente 0,5 watt que pode ser arredondada para mais. Assim usaremos um resistor de 4,7 ohms e de 1 watt. Poderia ser de 0,5 watt mas por motivo de segurança podemos usar o de 1 watt.

Led - Vamos àquele circuito que na prática todo mundo faz quando começa em eletrônica, acender um led. Alguns já tentaram acender um led sem usar um resistor. O led acendeu mas logo queimou. Porquê? Os circuitos anteriores já nos mostraram uma coisa fundamental, em um circuito eletrônico é necessário limitar a corrente utilizando resistores. Qual a tensão necessária para acender um led? Qual a corrente? Bem, sabe-se que um tipo de led necessita por volta de 1,6 volts e uma corrente de no mínimo 5 miliamperes para acender. Se o ligássemos a uma única pilha de 1,5 V ele não acendería porque necessita de 1,6 V, então o ligaremos a duas pilhas em série ou seja 3 V. Se o ligármos diretamente a 3V ele acenderá mas, por não haver limitação de corrente ele logo queimará por excesso de corrente. Assim, vamos utilizar um resistor que consuma 1,4 v. A tensão sobre o resistor (1,4 v) mais a tensão sobre o led (1,6 v) deve coincidir com o valor da fonte de energia (3 v). Se o led consome uma corrente de 0,005 A (5 mA), a corrente pelo resistor será a mesma visto que os dois estão em série. O valor da resistência será de R = E/I = 1,4/0,005 = 280 ohms e uma dissipação de P = E x I = 1,4 x 0,005 = 0,007 ou 7 miliwats. Como é muito pouca potência (1/142 de watt) usaremos um resistor de 1/8 de watt (valor comercial).

Obs.: Não se esqueça que o led é um diodo e por isso tem polaridade, sendo o positivo o lado  chanfrado que será ligado ao positivo das pilhas.

Soldagem - Para unirmos os componente necessitamos de fios e para prendê-los aos componentes precisamos soldá-los. Isso é relativamente fácil. Precisamos ter um soldador, solda e saber soldar. A solda apropriada para circuitos eletrônicos deve ter fluxo de resina no seu interior. A melhor é a chamada trifluxo com 1 mm de espessura. Para fazer uma boa soldagem é necessário primeiro aquecer a superfície a ser soldada e em seguida chegar a solda entre o soldador e a superfície a ser soldada. Em seguida retire a solda e depois o soldador, deixando uma quantidade de solda suficiente. Cuidado com os exageros. Uma boa soldagem não significa uma grande quantidade de solda mas uma soldagem envolvente com uma superfície brilhante ao secar. Também o tempo da soldagem deve ser o mínimo possível especialmente quando se soldam componentes muito sensíveis como por exemplo transistores e circuitos integrados. Se estiver soldando circuitos integrados que têm multiplas pernas não as solde todas de uma vez mas solde uma, depois solde outro componente e volte a soldar a próxima, pois assim dará tempo de o componente esfriar um pouco.





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