[FAQ] Eletrônica Básica

[Anonymous]

Este FAQ foi elaborado para responder às perguntas básicas de quem está iniciando no mundo da eletrônica, dos overclocks e dos case mods. Apesar de tratarmos aqui somente de eletrônica, os conhecimentos adquiridos poderão ser úteis nestas duas outras áreas. Depois de centenas de downloads de e-books, milhões de livros lidos, litros de colírio nos olhos... está aí, espero que gostem. Tentei fazer com que ficasse o mais simples possível para que todos possam entender. É isso aí, aproveitem!


Introdução: A tal da corrente elétrica. O que é isso?

Essa é a base de tudo, caro fórumnauta! Corrente elétrica não é aquela corrente que fica barrando as pessoas e que você usa para prender o seu cachorro. A corrente elétrica, conhecida também como amperagem, é um fluxo de elétrons que circula por um condutor quando entre suas extremidades houver uma diferença de potencial. Esta diferença de potencial chama-se tensão ou voltagem. A facilidade ou dificuldade com que a corrente elétrica atravessa um condutor é conhecida como resistência. Esses três conceitos - corrente, tensão e resistência - estão relacionados entre si, de tal maneira que, conhecendo dois deles, pode-se calcular o terceiro através da Lei de Ohm.

Os elétrons e a corrente elétrica não são visíveis, mas podemos comprovar sua existência conectando, por exemplo, uma lâmpada a uma bateria. Entre os terminais do filamento da lâmpada existe uma diferença de potencial causada pela bateria, logo, circulará uma corrente elétrica pelo seu filamento e, portanto, a lâmpada irá brilhar.

A relação existente entre a corrente, a tensão e a resistência denomina-se Lei de Ohm: Para que circule uma corrente de 1A (Ampère) em um resistor de 1? (Ohm), há de se aplicar uma tensão em suas extremidades de 1V (Volt).

V = R . I (a voltagem é igual a resistência multiplicada pela corrente)

O conhecimento desta lei e o saber como aplicá-la são os primeiros passos para entrar no mundo da eletricidade e da eletrônica.

O que são aqueles montes de letras ou símbolos que não consigo entender?

Essas letras e caracteres estranhos são chamados de unidades básicas, frações e múltiplos de unidade. Abaixo seguem os mais utilizados:

Símbolos:
A - Ampère (corrente elétrica)
V - Volt (tensão)
W - Watt (potência)
? - Ohm (resistência)
H - Henry (indutância)
F - Farad (capacitância)
Hz - Hertz (freqüência)

Fração e múltiplos de unidade:
p - Pico (10^-12)
n - Nano (10^-9)
µ - Micro (10^-6)
m - Mili (10^-3)
K - Kilo (10^3)
M - Mega (10^6)
G - Giga (10^9)

Assim, se você ver escrito em um capacitor "2200µF / 85V", quer dizer que a capacitância dele é 2200 Microfarad e a sua voltagem máxima de trabalho é 85 Volts. Observem que a fração ou o múltiplo vai estar sempre em frente do símbolo indicativo.


Os resistores, que praga é essa?

Sendo um dos componentes mais comuns, os resistores geralmente possuem um formato cilíndrico e faixas coloridas que definem o seu valor de resistência em Ohms (símbolo é a letra grega Omega - ?). Aqui cabe um esclarecimento, o termo 'resistor' refere-se ao componente propriamente dito, enquanto o termo 'resistência' diz respeito à unidade de medida. Quando for comprar, peça um resistor, não uma resistência.

Os resistores transformam a energia elétrica em térmica através do efeito Joule. Quando a corrente circula por certos materiais ela encontra uma certa oposição à sua passagem e o que ocorre é justamente a transformação da energia.

Para identificar o valor de resistência existe um código universal de cores que utiliza quatro faixas coloridas para indicar um valor. As duas primeiras faixas correspondem a uma cifra, a qual deve ser multiplicada pelo valor da terceira faixa. A quarta faixa está um pouco afastada das outras três primeiras e indica a tolerância, ou seja, o quanto a resistência pode variar por diferenças em sua produção (a precisão do componente).

Código:
Cor          Faixa 1        Faixa 2         Faixa 3         Faixa 4
Prata           -               -           0,01              10%
Ouro            -               -           0,1               5%
Preto           0               0           1                 -
Marrom          1               1           10                1%
Vermelho        2               2           100               2%
Laranja         3               3           1.000             3%
Amarelo         4               4           10.000            4%
Verde           5               5           100.000           -
Azul            6               6           1.000.000         -
Roxo            7               7             -               -
Cinza           8               8             -               -
Branco          9               9             -               -
Sem faixa       -               -             -               20%




Uma vez me falaram de um tal de diodo. Quem é ele?

Os diodos são componentes eletrônicos formados por semicondutores. São usados como semicondutores o silício (atualmente o mais usado) e o germânio, que em determinadas condições de polarização, possibilitam ou não a circulação de corrente.

Externamente, os diodos possuem dois terminais: Ânodo (A) e o Cátodo (K) e há, próximo ao terminal cátodo, uma faixa que o indica. O diodo é a aplicação mais simples da união PN (semicondutores) e tem propriedades retificadoras, ou seja, só deixar passar a corrente em um certo sentido (ânodo-cátodo), sendo o contrário impossível. Exceção para os diodos Zener, que nessa condição (polarização reversa) deixam passar uma determinada corrente mantendo uma tensão constante entre seus terminais, muito usados por isso como reguladores de tensão.

Existem certas variações na sua apresentação, de acordo com a corrente máxima suportada, desde os modelos cilíndricos parecidos com resistores até modelos parecidos com transistores de potência. Existem também os diodos emissores de luz, os famosos LED (Light Emissor Diode), que são representados por um diodo normal mais duas pequenas flechas para fora, que indicam que emite luz. Possuem as mesmas propriedades dos diodos normais, além, é claro, de emitirem luz. Muito usados pelos casemoders daqui do fórum.


Transistores - A revolução do mundo!

Os transistores são dispositivos que possuem duas uniões PN (a mesma dos diodos), capazes de controlar a passagem de uma corrente. Podem ser de dois tipos, de acordo com as uniões: PNP ou NPN. Apresentam três terminais: base, emissor e coletor.

A base é a parte que controla a passagem de corrente; quando a base esta energizada, há passagem de corrente do emissor para o coletor; quando não ha sinal na base, não existe essa condução. A base esquematicamente é o centro do transistor. O coletor é muito maior que as outras camada do transistor, pois é nele que se dissipa a maior parte da potência gerada pelos circuitos transistorizados. A relação existente entre o coletor e a base é um parâmetro do transistor conhecido como ß (ganho) e é diferente para cada modelo.

Algumas características que devemos observar nos transistores são: a tensão máxima entre base e coletor, potência máxima dissipável (no caso do seu uso para controle de potência) e freqüência máxima de trabalho. Os transistores podem ter aparências externas completamente diferentes entre si, dependendo da sua aplicação. Por exemplo, um transistor de sinal não possui a mesma aparência externa de um transistor de potência, que controla grandes cargas.


SCR - Retificador Controlado de Silício

Os Retificadores Controlados de Silício, ou simplesmente SCR, são componentes dotados de camadas PNPN dopadas de tal maneira que é formado um conjunto de três junções. Basicamente ele é um diodo com ânodo, cátodo e uma porta (ou gate). Como a sua construção é como a de um diodo, sobre um sinal alternado, o SCR conduz apenas os semiciclos positivos.

Para que a resistência entre catodo e gate seja baixa, há de se polarizar com uma pequena corrente em sentido direto esses terminais, fazendo com que o SCR atue como um simples diodo. Sem atuar no gatilho (gate), o circuito permanece em estado de não condução, seja qual for o sentido da corrente. Ao atuarmos sobre o gate, a corrente ficará limitada ao valor de saturação da junção polarizada reversamente. Disparo refere-se à mudança de estado de não condução (bloqueio) para o estado de condução. Para dispararmos um SCR, temos duas possibilidades:

a) Através da aplicação de tensões suficientemente elevadas entre anodo e catodo;
b) Através da polarização direta entre o gate e o cátodo.


Devemos reparar, no entanto, que mesmo retirando o sinal do gate, a condução não é interrompida automatcamente e para tal devemos deixar por alguns instantes cátodo e ânodo em curto, ou cortar a alimentação brevemente (o que acontece naturalmente num sinal alternado, no momento em que a polaridade é invertida).


Acopladores Ópticos

Os Acopladores Ópticos ou Optoacopladores são componentes muito simples, porém de grande importância para a eletrônica. Estes componentes são capazes de isolar com total segurança dois circuitos eletrônicos, mantendo uma comunicação ou controle entre ambos. O isolamento é garantido porque não há contato elétrico, somente um sinal luminoso. O seu funcionamento é simples: há um emissor de luz (geralmente um LED) e um receptor (fototransistor). Quando o LED está aceso, o fototransistor responde entrando em condução. Com o LED apagado o fototransistor entra em corte. Sabendo que podemos alterar a luminosidade do LED, obtemos assim diferentes níveis na saída. Podemos também controlar o fototransistor através de sua base, como se fosse um transistor normal. Os Acopladores Ópticos possuem diversas vantagens sobre outros tipos de acopladores: alta velocidade de comutação, nenhuma parte mecânica, baixo consumo e isolamento total.


Sistema Binário!

A eletrônica digital está baseada na lógica digital ou sistema binário, conhecido assim por possuir somente dois estados: 1 (ligado - nível alto) e 0 (desligado - nível baixo). No sistema numérico habitual (decimal) pode-se decompor qualquer número para um de base 10.

No sistema binário não é muito diferente: o que muda é a base, que é 2. Para converter o número 45, por exemplo, para binário divide-se pelas potências de base 2 e soma-se os resultados. As que não influenciarem na soma se multiplicam por zero e as que interferem fazendo com que a soma das potências dê 45 são multiplicadas por 1. Assim, esses zeros e uns representam os dígitos binários. O número 45 então fica como sendo 101101.


Circuitos Integrados!

Os circuitos integrados, como o próprio nome sugere, são componentes eletrônicos que em seu interior possuem outros componentes, integrados de tal maneira que formam um circuito eletrônico. São componentes de fácil acesso e relativa simplicidade, que estão presentes cada vez mais no nosso dia a dia, dentro de televisores, rádios, automóveis, computadores. O processo industrial mais comum para a sua fabricação consiste na gravação por meio fotográfico em uma superfície de silício. Os transistores resultantes desse processo são planos, o que facilita a sua conexão com outros componentes. Esse é processo que origina os circuitos integrados, mais conhecidos como "chips", que ganham cada dia mais espaço na Eletrônica.

Os circuitos integrados realizam tarefas que vão desde a amplificação de sinais até complexos cálculos. Se rompermos seu invólucro, que pouco ou nada muda de um CI para outro, perceberemos que em seu interior existe um pequeno chip que, se não observado através de um poderoso microscópio, não serão notadas as suas trilhas (ligações internas).


Capacitores!

Os Capacitores são componentes que, embora não conduzam corrente elétrica, entre seus terminais são capazes de armazenar certa corrente, que será descarregada assim que não houver resistência entre seus terminais. Quanto à sua aparência externa, podem variar de acordo com a tensão máxima, capacitância e disposição de seus terminais: Podem ser do tipo axial, com um terminal em cada extremidade, ou do tipo radial, com os dois terminais na mesma extremidade. Classificam-se em vários tipos, de acordo com o uso pretendido. Existem os eletrolíticos que são os mais comuns. Cerâmicos também são encontrados com relativa facilidade, embora existam outros tipos usados em casos específicos, como os de tântalo e os de poliéster. A sua capacitância é medida em Farad.

Dependendo do caso, pode ser medida em microfarads, nanofarads ou picofarads, para capacitâncias menores. São úteis para manter estável, por exemplo, uma corrente alternada, como um sinal de áudio, ou então servem de filtro de baixa (por isso a sua utilização em fontes de alimentação). Basicamente os capacitores são formados por duas placas condutoras separadas por um material dielétrico não condutor. Sua capacitância é diretamente proporcional ao tamanho de suas placas e inversamente proporcional à distância entre elas.

A energia armazenada em um capacitor é expressa em Joules, sendo calculada dividindo-se sua capacitância por dois e depois a multiplicando pelo quadrado da tensão entre as placas.

W = C/2 . V²

Na associação paralela de capacitores, a capacidade total será a soma de todas as capacidades. Na associação em série, o inverso da capacidade total será igual à soma dos inversos das capacidades aplicadas. A tensão limite de um capacitor deve ser respeitada, a fim de que não haja uma perfuração no dielétrico, causando o estrago do componente. Outro fator a ser observado é a polaridade dos terminais, que não devem ser invertidos no caso dos eletrolíticos, pois podem literalmente explodir que nem uma bomba.


Transformadores

Os transformadores são componentes capazes de aumentar ou diminuir uma tensão alternada através do eletromagnetismo que flui por suas espiras quando energizadas.

O eletromagnetismo sempre aparece em um condutor quando por ele circular uma corrente. Seus efeitos podem ser observados através de uma bobina ligada e sem núcleo: ao colocarmos algum abjeto de metal em suas proximidades, notaremos que uma força faz com que esse objeto seja "puxado" em direção ao centro da bobina.

O funcionamento de um transformador é algo semelhante ao câmbio de uma bicicleta, que troca o torque pela velocidade e vice-versa. A corrente no secundário é inversamente proporcional à tensão aplicada no primário e vice-versa, o que quer dizer que para obtermos mais corrente no secundário precisaremos aplicar maior tensão no primário, assim como uma bicicleta, daí o termo transformador.

A característica básica em um transformador é de ter um núcleo, sem o qual ele não funcionaria. Podem ser encontrados transformadores em anel (toroidais) e transformadores com núcleo reto, onde os fios são enrolados em volta do mesmo.

Para calcular o número de espiras, devemos observar estas equivalências: N1/N2=V1/V2=I2/I1, ou seja, o número de espiras no primário dividido pelo número de espiras no secundário é igual à tensão do primário dividido pela tensão do secundário o e que é igual também à corrente do secundário dividida pela corrente do primário (corrente é inversamente proporcional).


Relés

Os relés são componentes eletromecânicos capazes de controlar circuitos externos de grandes correntes a partir de pequenas correntes ou tensões, ou seja, acionando um relé com uma pilha podemos controlar um motor que esteja ligado em 110 ou 220 volts, por exemplo.

O funcionamento dos relés é bem simples: quando uma corrente circula pela bobina, esta cria um campo magnético que atrai um ou uma série de contatos fechando ou abrindo circuitos. Ao cessar a corrente da bobina o campo magnético também cessa, fazendo com que os contatos voltem para a posição original.

Os relés podem ter diversas configurações quanto aos seus contatos: podem ter contatos NA, NF ou ambos, neste caso com um contato comum ou central (C). Os contatos NA (normalmente aberto) são os que estão abertos enquanto a bobina não está energizada e que fecham, quando a bobina recebe corrente. Os NF (normalmente Fechado) abrem-se quando a bobina recebe corrente, ao contrário dos NA. O contato central ou C é o comum, quando o contato NA fecha é com o C que se estabelece a condução, analogamente quanto o contato NF abre é com C que deixa de haver condução.

A principal vantagem dos Relés em relação aos SCR e os TRIAC (um SCR que conduz também semiciclos negativos) é que o circuito de carga está completamente isolado do de controle, podendo inclusive trabalhar com tensões diferentes entre controle e carga. A desvantagem é o fator do desgaste, pois em todo o componente mecânico há uma vida útil, o que não ocorre nos Tiristores (SCR, TRIAC).

Devem ser observadas as limitações dos relés quanto a corrente e tensão máxima admitida entre os terminais. Se não forem observados estes fatores, a vida útil do relé estará comprometida, ou até a do circuito controlado.


Circuitos Impressos!

Circuitos impressos são as placas que servem de suporte para os componentes eletrônicos, servindo também para interligá-los eletronicamente através das chamadas trilhas, aquelas faixas de cobre geralmente desenhadas do lado oposto dos componentes, embora existam placas de dupla face.

Existem diversos tipos de acabamento nas placas de circuito impresso, porém todas elas possuem basicamente as mesmas características ou propriedades:

- As placas são de material isolante, podendo ser de baquelite, fenolite ou fibra de vidro;
- As trilhas são de material condutor, geralmente de cobre ou material semelhante;
- Podem ser utilizados vernizes para proteger as trilhas e evitar que elas oxidem, mas se não utilizados, não interferem no funcionamento do circuito. Uma dica é a aplicação de Iodeto de Prata com um algodão logo após a PCI ter sido corroída e antes da inserção dos componentes, o que evita a oxidação das trilhas de cobre.

Quando compradas, as placas não possuem nenhum desenho ou trilha gravados, devendo estes serem gravados de acordo com a configuração das ligações entre os componentes e o método escolhido para a confecção da PCI.

Uma técnica bastante utilizada é a de desenhar as trilhas com caneta de tinta plástica e depois deixar a placa reagir com o percloreto de ferro para em seguida realizar a furação para a inserção dos componentes. O acabamento é razoável, sendo praticamente impossível a realização deste método para circuitos de maior complexidade.

Outra técnica bastante utilizada, consiste em fazer uma cópia xerox do desenho da placa de circuito impresso em uma folha de transparência, para depois tirar outra cópia, esta sendo inversa à primeira e também bastante "caregada" de toner, ou seja, uma cópia forte. O próximo passo é com o ferro de passar em sua temperatura máxima, "passar" o conteúdo da segunda cópia para a placa, transferindo assim o toner contido na folha para o lado cobreado. A seguir, retocam-se eventuais falhas nas trilhas com uma caneta de tinta plástica e parte-se para a corrosão. O acabamento é muito bom e esse processo é aconselhado para circuitos mais complexos.


Ferramentas Necessárias

Na bancada de trabalho e experiências do hobbista não devem faltar certas ferramentas e equipamentos para montagens, experimentos e testes. Em algumas delas, devem ser observadas algumas características, como no caso do soldador, que deve ter uma potência de no máximo 30 Watts para evitar sobreaquecimento daqueles componentes mais delicados, como no caso de circuitos integrados e de outros semicondutores.

Outro instrumento importante na bancada de trabalho é o multímetro, que deve ser bastante flexível quanto a escalas e tipos de medições. Além das ponteiras de teste, ele deve ter ponteiras que possuam garras do tipo jacaré, para medições de resistores e outros componentes, sem ser necessário segurar o componente com as mãos, o que pode interferir na medição.

As ferramentas devem ser de boa qualidade, pois é tão ruim não possuir a ferramenta quanto ter uma de má qualidade e que não corresponda às necessidades.

Lista de Ferramentas necessárias:

1 soldador 30W, ponteira tipo lápis;
1 multímetro para resistências, VCC, VCA e, se possível, com ganho de transistores:
1 alicate de corte;
1 alicate de bico fino;
1 alicate uso geral;
1 jogo de chaves de fenda e fenda cruzada (philips);
1 morsa pequena;
1 furadeira;
1 jogo de brocas;
1 estilete;
1 laboratório para confecção de Circuitos Impressos (vendidos geralmente em forma de Kit's);
1 Fonte de Alimentação com certa flexibilidade quanto a tensão de saída.



Este foi um faq totalmente escrito por mim, que postei em um fórum e achei intereçante colocar aqui.
Espero q seja de proveito a todos.

[DarkGenesis]

Excelente FAQ, cheguei até lembrar da época das minhas rádios piratas, dark genesis fm. uahauhauahu e meus projetos de transmissores para comunicar com a galera. He he he...
Irei ver se acho na minha bagunça alguns projetos e estarei postando aqui.
Quem tiver algum poderia postar tbm.

[Anonymous]

Pelo menos meu CREA em eletrônica serviu para postar isso aqui!
HEhehehe, é mesmo, bons tempos de radio amador... Eu ainda em lembro das mensagens: "Senhor, libere a frequência por favor".
Hehehehe

[Anonymous]

Boa época também em que a gente pegava as conversas do vizinho com o alk tok(não se é assim que se escreve), huahuahua, era hilário, vo dá uma lida até porque minha eletrônica não é lá essas coisas, mas pelo menos sei o que é um transistor e um resistor, etc.

[Shady]

Legal ver um admin postando algo nao relacionado a administracao, e mais legal ainda ver que o post eh animal... congratzz

[Anonymous]

Hehehe, outra coisa q sei fazer além de dar motivo para os outros me odiar( administrar esse fórum ) é brincar com eletrônica.

[mrx]

Bom topico velho.

Bem Completo. 

Flws

[ne0h_]

muito bom cara fico legal demais

[HadeS]

Realmente, sei que o D4rk8oX não vai ler, mas parabéns.

Eletrônica é realmente demais! Tô pensando em depois postar algo mais sobre os CI's e suas portas lógicas. Acredito que quase ninguém se interesse, mas mesmo assim vou postar.

[Anonymous]

Opa HadeS, eu li viu??? Bem atrasado mais li!

Valew por gostar do faq. A eletrônica ajuda muito. Todo bom hacker devia saber alguma coisa de eletrônica rssrsr.

Abraços a todos ae pessoal!

[killmsi]

Vlw aii cara otimo post!!