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Prof. MSc. Álvaro Prado UNIDADE I Tópicos de Atuação Profissional Introduzir aos estudantes dos cursos da área da Computação os principais conceitos da Eletrônica. Fornecer subsídios teóricos e práticos para a compreensão dos circuitos eletrônicos e sua construção, abordando técnicas construtivas diversas e sua implementação na prática, de forma simplificada. Proporcionar conhecimento e maior segurança aos estudantes, quando necessitarem produzir algum protótipo com circuitos eletrônicos, placas controladoras e implementá-los com segurança e êxito, quer em um projeto de TCC, quer em outras aplicações. Introdução à disciplina – Tópicos de Atuação Profissional Prof. MSc. Álvaro André Colombero Prado Bacharel em Sistemas de Informação. Mestre em Engenharia de Produção. Professor em tempo integral. Fotógrafo, radioamador e músico nas horas vagas. Apresentação do professor Bloco I Conceitos básicos da eletrônica. Resistência elétrica e os resistores. Capacitância e os capacitores. Bloco II Ferramentas e dispositivos para a manipulação de circuitos. Ferramentas de bancada. Instrumentos de medição e teste. Agenda Bloco III Fundamentos da construção e circuitos. Métodos de construção simplificados. Placas de circuito impresso. Bloco IV Sensores e atuadores. Sensores: fundamentos e aplicações. Atuadores: fundamentos e aplicações. Agenda São um dos componentes eletrônicos mais universalmente utilizados, onipresentes em praticamente qualquer circuito eletrônico. Podem ser encontrados em uma enorme variedade de valores, tamanhos e tipos, bem como destinados a aplicações das mais diversas, em circuitos de baixa e alta potência. De acordo com Capuano e Marino (2003), resistores “são componentes que têm por finalidade oferecer uma oposição à passagem da corrente elétrica por meio de seu material”. A essa oposição chamamos resistência elétrica, cujo valor é medido em ohms, e unidade de medida cujo símbolo é a letra grega ômega: Ω. Podem ter os seus valores na casa de poucos ohms, ou de seus múltiplos, e podem também ter valores fixos ou variáveis. Resistência e os resistores Resistores de valores diversos. Fonte: autoria própria. São três as principais grandezas elétricas que são úteis para a compreensão básica de qualquer circuito eletrônico: a Tensão, a Corrente elétrica e a Resistência. Podemos sumarizar seus símbolos e unidades na tabela abaixo: Grandezas – Tensão, corrente e resistência Grandeza Símbolo Unidade Tensão V Volt (V) Corrente I Ampère (A) Resistência R Ohm (Ω) Fonte: Marques (1988). A Tensão, também denominada “diferença de potencial”, refere-se ao potencial elétrico que existe entre os dois terminais de um gerador de eletricidade qualquer, que pode ser uma pilha, bateria, ou mesmo um dínamo de bicicleta. Ela é medida em volts (V). Quando nos referimos à corrente elétrica, estamos falando do fluxo dos elétrons que saem de um gerador (como uma bateria), fluem pelo circuito que estão alimentando e retornam à referida bateria, constituindo o que chamamos de um circuito fechado. Sua medição é feita em ampères (A). A Resistência elétrica é a propriedade que qualquer corpo possui de opor-se à passagem da corrente elétrica. Seu valor é medido em ohms (Ω). Grandezas – Tensão, corrente e resistência O conceito da resistência elétrica pode ser entendido simplesmente fazendo uma analogia a um engarrafamento de trânsito: se existe um estreitamento na estrada, os veículos tendem a movimentar-se mais devagar e com dificuldade, muitas vezes demorando muito tempo para passar por esse trecho, chegando em menor quantidade ao final do estreitamento. Alguns motoristas mais apressadinhos podem até querer invadir o acostamento da estrada ou subir na calçada com seus veículos, mas isso será infrutífero para que cheguem mais rápido que os demais. Resistência elétrica Se assumirmos os veículos como sendo os elétrons circulantes e a estrada como um circuito elétrico, podemos entender facilmente o conceito da resistência elétrica. E quanto aos motoristas que tentaram passar à frente dos demais invadindo o acostamento ou a calçada? Podemos dizer que eles são os elétrons que foram convertidos em calor no circuito. Dessa forma, podemos dizer que todo o circuito que apresenta uma resistência elétrica irá produzir um pouco de calor, pelo mínimo que seja, por meio de um fenômeno chamado de “Efeito Joule”. Resistência elétrica “veículos” (elétrons) Calor dissipado Estreitamento na estrada (resistência) Menor fluxo de elétrons saindo. Exemplificação do efeito Joule. Fonte: autoria própria. De acordo com Marques (1988), a Lei de Ohm determina que: “A diferença de potencial entre os terminais de um circuito é igual ao produto da resistência desse circuito pela intensidade da corrente elétrica que por ele circula”. Dessa forma, podemos dizer que, por exemplo, em um circuito, uma corrente elétrica de 3 ampères, ao passar por uma resistência de 10 ohms, produzirá sobre ela uma tensão, ou diferença de potencial sobre ela igual a 30 volts. Podemos, portanto, sumarizar a forma básica da Lei de Ohm como sendo: Em que V representará a tensão em volts, R será a resistência em ohms e i será a corrente em ampères. Lei de Ohm Também podemos isolar os termos correspondentes à corrente e à resistência elétrica, obtendo as seguintes variações da fórmula, que são úteis para o cálculo dos valores destas duas grandezas mencionadas: Se isolarmos a corrente elétrica (I), ficaremos com a fórmula: Em que a corrente elétrica (I) será igual à tensão (V) dividida pela resistência (R). Da mesma forma, se isolarmos a resistência (R), ficaremos com a fórmula: Em que a resistência (R) será igual à tensão (V) dividida pela corrente elétrica (I). Lei de Ohm Podemos definir capacitância como a habilidade que um corpo tem de armazenar energia elétrica. Tal propriedade (que passaremos a chamar daqui em diante de capacitância) é medida em Farad e, segundo o Sistema Internacional de Medidas, é equivalente ao valor de 1 coulomb/volt (C/V). Assim, podemos sumarizar esta relação por meio da fórmula matemática: Em que C é o valor da capacitância, expressa em Farads, q é a carga elétrica armazenada em coulombs e ∆𝑽 é a diferença de potencial (tensão elétrica), expressa em volts. Capacitância e os capacitores Todo capacitor é formado por duas placas (chamadas de armaduras), separadas entre si por um material isolante (dielétrico), sendo que a capacitância é dada pela relação entre a área das armaduras (que a rigor são idênticas), seu afastamento entre si e também à rigidez dielétrica do material empregado como isolante entre elas. A capacitância de um capacitor será diretamente proporcional à área de suas armaduras, ao mesmo tempo que será inversamente proporcional ao seu afastamento. Dielétrico Armaduras Estrutura de um capacitor. Fonte: autoria própria. É importante considerar que 1 Farad é um valor de capacitância muito grande, sendo que capacitores com valores próximos, iguais ou superiores a este são destinados a apenas aplicações muito específicas, ficando os valores nominais mais comuns relegados à faixa dos submúltiplos do Farad, como o microfarad (μF), o nanofarad (nF) e o picofarad (pF). Valores dos capacitores Submúltiplo Símbolo Multiplicador Expoente microfarad μF X 0.000001 X 10-6 nanofarad nF X 0.000000001 X 10-9 picofarad pF X 0.000000000001 X 10-12 Fonte: autoria própria. Por possuírem duas armaduras separadas por um dielétrico, é a capacidade de isolação elétrica dele que influirá na maior tensão que o capacitor poderá suportar, sendo que esta pode estar situada em uma faixa que normalmente vai de alguns poucos volts até muitos kilovolts. Logo, um capacitor para uma tensão de isolação maior que a presente em um circuito será sempre ideal parafuncionar nele, mas nunca o contrário. Tensão de operação Os capacitores de poliéster são fabricados utilizando duas tiras finas e muito longas de papel-alumínio, isoladas entre si por mais duas tiras de um filme dielétrico feito de poliéster. Seus valores vão de alguns nanofarads até uma dezena de microfarads, com tensões de isolação entre 50 e 1600V. Os capacitores cerâmicos são feitos com um substrato de material cerâmico, sobre o qual são depositadas por eletroplaqueamento duas armaduras metálicas, uma de cada lado. São disponíveis em valores que podem ir desde 1pF até pouco mais de 100nF, com tensões de trabalho que podem atingir 1, 2 ou até 5KV de trabalho. Tipos de capacitores – Cerâmicos e poliéster Capacitores poliéster (a) e cerâmicos (b). Fonte: autoria própria. (a) (b) São manufaturados de forma semelhante aos capacitores de poliéster, utilizando duas longas e finas folhas de alumínio, sobrepostas de forma intercalada com mais duas folhas de dielétrico, sendo aqui utilizado um papel impregnado em uma pasta com propriedades eletrolíticas. Seus valores podem ir de algumas centenas de nanofarads até muitos milhares de microfarads, e sua tensão de trabalho vai até 450 ou 500V, o que pode representar um fator limitante em projetos em que tensões maiores que essas estejam presentes. Tipos de capacitores – Eletrolíticos Capacitores eletrolíticos Fonte: autoria própria Sobre a Lei de Ohm, qual fórmula deveremos utilizar para descobrir a resistência elétrica, com base na tensão e na corrente? a) V = R x I. b) I = V / R. c) R = V / I. d) R = V * V. e) R = I / V. Interatividade Sobre a Lei de Ohm, qual fórmula deveremos utilizar para descobrir a resistência elétrica, com base na tensão e na corrente? a) V = R x I. b) I = V / R. c) R = V / I. d) R = V * V. e) R = I / V. Resposta Para aqueles entusiastas mais experimentados e com desenvoltura em habilidades manuais e na leitura de esquemas eletrônicos, pode ser bastante fácil construir seus próprios circuitos eletrônicos do zero, pois, muitas vezes, além de já possuírem o know-how necessário, também já possuem as ferramentas e instrumentos adequados. Contudo, para o estudante que nunca teve contato com circuitos eletrônicos e que acumula pouca experiência prática, conhecer as ferramentas e os dispositivos que nos auxiliam na construção, no conserto e também na manipulação dos circuitos eletrônicos é fundamental. Ferramentas e dispositivos para a manipulação de circuitos Antes de mais nada, devemos considerar que o espaço a ser utilizado como bancada deve possuir: Uma mesa, com bom espaço para que sejam dispostos sobre ela as ferramentas, instrumentos de teste e o circuito ou equipamento a ser trabalhado; Uma boa iluminação, de preferência combinando luz ambiente com uma fonte de luz direcional – como um abajur, preferencialmente articulável –, de forma que seu foco possa ser apontado diretamente para o espaço de trabalho; Boa ventilação, uma vez que a fumaça produzida pela solda não é saudável de se inalar, já que esta possui chumbo em sua composição e; Que o entorno esteja completamente livre de qualquer material inflamável ou combustível, uma vez que o ferro de solda se aquece bastante, e a presença destes materiais pode representar sério risco de incêndio. A bancada de eletrônica A bancada de eletrônica Um exemplo de como não deve ser uma bancada de eletrônica. Fonte: autoria própria. O ferro de solda é composto de quatro partes principais: uma ponta, geralmente feita inteiramente de cobre, ou de outro material metálico banhado em cobre, uma resistência elétrica para aquecer a ponta, um cabo, geralmente feito de algum plástico isolante térmico como o baquelite ou madeira e um cordão de força, para ligar o conjunto à tomada. Os ferros de solda podem ser encontrados em potências que vão desde 20W até 400W, sendo que esta irá determinar sua temperatura máxima de aquecimento. Em geral, utilizam- se ferros de solda de baixa potência, entre 30 e 40W, para a maior parte dos serviços em eletrônica. Existem também ferros feitos para operar em 110 e 220V, sendo que a tensão da rede deve ser sempre respeitada. Ferramentas – Ferro de solda Cabo Resistência Ponta Cordão de força Ferro de solda. Fonte: adaptado de: https://http2.mlstatic.com/D_NQ_NP_608781- MLU75027043276_032024-O.webp O fio de estanho, utilizado para a solda em eletrônica, normalmente, é feito utilizando-se uma liga de 40% de chumbo e 60% de estanho. Utiliza-se essa mistura – chamada mistura eutética – com a finalidade de produzir um ponto de fusão o mais baixo possível. As soldas são encontradas em forma de fios muito maleáveis e fáceis de cortar, sendo que podem possuir fluxo em sua composição ou não. O fluxo, misturado em sua composição, serve para facilitar que a solda derretida se agarre bem à superfície desejada. Alguns países, como os da União Europeia, por exemplo, baniram as soldas à base de chumbo, por sua toxicidade. Contudo, a solda sem chumbo não é muito preferida, por seu ponto de fusão ser mais alto, dificultando seu derretimento. Fio de solda Rolo de solda Sn60 / Pb40 (60% estanho e 40% chumbo), fabricado no Brasil pela Cobix. Fonte: https://cobix.com.br/wp- content/uploads/2022/06/Imagem1.gif Para que as soldagens sejam sempre boas, deve-se usar uma esponja vegetal levemente embebida em água, na qual a ponta do ferro de solda deve ser limpa antes de cada soldagem. Alguns suportes para o ferro possuem uma esponja já integrada (figura a). O fluxo se destina a eliminar qualquer traço de oxidação das superfícies que se desejam soldar, facilitando uma boa aderência da solda. Podem ser comprados prontos (figura b) ou pode-se utilizar o breu em pedras, encontrado em casas de construção, com efeito semelhante (figura c). Suportes, esponjas e fluxos (a) Suporte para ferro de solda. Fonte: suetoku.com.br (a) (b) (c) (b) Fluxo de solda em pasta. Fonte: https://abrir.link/ycwpR (c) Breu em pedra. Fonte: https://www.biodepille.com. br/breu-colofonia-resina- biodepille-1-kg-em-pedras/ O alicate de bico (figuras a e b) é, certamente, o mais utilizado, juntamente ao alicate de corte. O primeiro presta-se mais à tarefa de segurar as peças a serem soldadas, fazer dobras em ângulo de 90º, além de também permitir a inserção de terminais e fios em lugares pequenos, onde os dedos normalmente não cabem. Já o alicate de corte (figura c) é destinado – como o próprio nome diz – para cortar e também desencapar fios: se pressionado com força, o fio será cortado no ponto em que estiver em contato com a lâmina. Já se for pressionado com menos força, ao mesmo tempo em que é puxado para trás, o alicate irá cortar e retirar somente a capa do fio em questão. Alicates de bico e corte Alicates de bico e corte. Fonte: autoria própria. (b) (a) (c) Outro tipo de ferramenta bastante popular são as pinças chamadas de “terceira mão” (a), que possuem tamanho semelhante à de um alicate meia-cana, sendo seu cabo feito de um plástico maleável, com uma presilha tipo botão que permite prendê-los na posição fechada – fazendo com que estes sejam especialmente úteis em sustentar componentes pequenos que desejamos inserir em lugares apertados. As pinças especiais para eletrônica (b) no geral são baratas e facilmente disponíveis no comércio especializado. São úteis quando desejamos manusear componentes muito pequenos, como transistores e resistores SMD. Pinças e “terceira mão” (a) Pinças “terceira mão”. Fonte: autoria própria (a) (b) (b) Pinças para eletrônica. Fonte: autoria própria São diversos os tipos de chaves de parafusos disponíveis, de forma que conhecer seus diferentes tipos e aplicações é fundamental para evitar confusões. De todas as chaves mais comuns encontradas, são as mais tradicionais as do tipo de fenda, cruzadas e as tipo “canhão”,entre muitas outras. É importante ter atenção, contudo, na escolha de uma chave, de acordo com o parafuso que será utilizado. Embora uma chave de fenda possa até ser utilizada para apertar um parafuso Phillips, por exemplo, esse expediente pode tanto espanar a cabeça do parafuso como também destruir a ponta da chave muito rapidamente. Chaves de parafusos Diversos tipos de parafusos. Fonte: adaptado de https://upload.wikimedia.org/wikipedia/co mmons/thumb/0/07/Screw_drive_types2.s vg/1024px-Screw_drive_types2.svg.png FENDA PHILLIPS POZIDRIV TORX HEX SPANNER Os multímetros conseguem medir correntes e tensões, tanto alternadas quanto contínuas, além de resistências. As várias escalas também permitem medir desde valores muito pequenos (como por exemplo frações de volt) até bastante grandes, como tensões acima de 1000V e correntes de até 10 ampères, por exemplo. Os multímetros podem ser analógicos e digitais. Os multímetros analógicos exibem os valores medidos por meio de um galvanômetro (instrumento eletromecânico com uma bobina de magneto móvel e agulha), enquanto os digitais exibem os valores lidos de forma numérica, em uma tela LCD. Instrumentos de medição – Multímetro Multímetro digital Fonte: https://www.minipa.com.br/ media/djcatalog2/images/ite m/3/et-2042e_l.png O M-Tester é uma ferramenta digital, baseada em um microcontrolador AVR e em uma tela LCD, que permite a aferição de diversos componentes eletrônicos quanto a seus parâmetros, bem como medir valores de resistores e muitos outros componentes, como diodos e transistores. Opera com bateria de 9V, podendo ser utilizado também com baterias recarregáveis de lítio ou similares. M-Tester M-Tester, com case customizado, impresso em 3D. Fonte: autoria própria. Entre todas as características e vantagens oferecidas pelo fluxo de solda, marque aquela que não está correta. a) Eliminar resíduos de oxidação das superfícies. b) Facilitar a aderência da solda. c) Produzir uma soldagem de melhor qualidade. d) Tanto a pasta para soldar quanto o breu podem ser usados. e) A pasta para soldar elimina o chumbo da solda. Interatividade Entre todas as características e vantagens oferecidas pelo fluxo de solda, marque aquela que não está correta. a) Eliminar resíduos de oxidação das superfícies. b) Facilitar a aderência da solda. c) Produzir uma soldagem de melhor qualidade. d) Tanto a pasta para soldar quanto o breu podem ser usados. e) A pasta para soldar elimina o chumbo da solda. Resposta Alguns métodos para a construção de circuitos mais simples são: Breadboard; Ponto-a-ponto; Ilhas Manhattam. Sendo que, para projetos mais elaborados e de caráter definitivo, utilizam-se os circuitos impressos. Métodos de construção de circuitos No método Breadboard (ou tábua de pão), utiliza-se uma simples tábua de madeira como base para o circuito, aparafusando os componentes maiores a esta, e fazendo a ligação entre eles com fio nu, de cobre, rígido, que, por sua capacidade de ficar indefinidamente na mesma posição, tinha também papel de suster os demais componentes menores. Breadboard Receptor de rádio em montagem breadboard. Fonte: autoria própria. Neste tipo de montagem, os componentes maiores são afixados a um chassi de metal – feito à medida em chapa de aço, alumínio, lata ou mesmo cobre –, sendo este chassi aterrado junto ao resto do circuito, o que confere a ele uma grande imunidade à captação de ruídos espúrios externos, algo muito presente em montagens feitas em tabuleiro aberto. Podem ser utilizados materiais alternativos como chassi: assadeiras, merendeiras, latas de goiabada etc. Ponto-a-ponto Montagem ponto-a-ponto em uma merendeira de alumínio. Fonte: autoria própria. As ilhas podem ser produzidas de diversas formas, de acordo com o ferramental, habilidades e também com a paciência do montador, podendo ser: Escavadas na superfície cobreada de uma placa utilizando uma broca diamantada de 8 ou 10mm, montada em uma furadeira de bancada; Cortando as ilhas de um retalho de placa de fenolite e colando-as depois sobre a superfície de uma placa maior, sendo que esta passa a fazer apenas o papel de suporte e de aterramento, ficando todas as ligações a cargo das ilhas. Fazendo as ilhas de forma agrupada na placa, utilizando um estilete, uma goiva ou mesmo o próprio riscador utilizado para cortar placas. Ilhas Manhattam Módulos de um circuito, construídos nas Ilhas Manhattam. Fonte: autoria própria. . Este último é o método mais simples, embora o aluno deva cercar-se sempre de algumas precauções para não machucar os dedos, uma vez que é necessário um pouco de força, além de ferramentas pontiagudas. Posteriormente, tais módulos são afixados em uma placa maior, que os agrupa mecanicamente e lhes oferece uma ligação à terra comum, sendo as demais ligações feitas entre eles com fios finos e de seção adequada: Ilhas Manhattam Disposição dos módulos em uma placa maior. Fonte: autoria própria. Circuitos integrados podem ser montados de ponta-cabeça sobre a placa, colando sua parte superior nela com cola e efetuando as ligações aos seus pinos diretamente com as lides dos demais componentes e solda – um método que é chamado “dead bug”. Também é possível cortar sobre a placa ilhas do tamanho adequado para soldar diretamente sobre elas o CI, que pode estar montado em um soquete ou não – este método apresenta a vantagem de que o CI pode ser trocado facilmente. Montagem “dead bug” (à esquerda) e com os CIs montados em soquetes, soldados a ilhas de tamanho adequado (direita). A construção de circuitos Ilhas Manhattam Fonte: autoria própria. Uma alternativa, muitas vezes, pouco mencionada entre as opções que existem entre os circuitos impressos e outras técnicas construtivas na eletrônica, mas que podem constituir um excelente aliado para montagens de protótipos de alta qualidade, são as chamadas placas padrão. Essas placas são muito semelhantes às de circuito impresso tradicionais, com o diferencial de já virem perfuradas, corroídas e envernizadas, com ilhas individuais e trilhas com diversos furos interligados, destinadas à montagem de diversos componentes diferentes, incluindo circuitos integrados. Placas de circuito impresso padrão Placas com ilhas isoladas. Fonte: autoria própria. No circuito impresso, toda a montagem é feita sobre uma placa de fenolite – ou material isolante semelhante, como o composite, celeron ou fibra de vidro –, que possui apenas um, ou os seus dois lados cobertos por uma fina folha de cobre. Tal folha de cobre pode ser manipulada – cortada ou corroída – para formar o padrão de trilhas de ligação dos "fios" que interligam os componentes, sendo que eles são soldados posteriormente a essas trilhas, fornecendo fixação mecânica e ao mesmo tempo ligação elétrica entre as diversas partes do circuito. Circuitos impressos Placas de circuito impresso. Fonte: autoria própria. A placa pode ser feita em casa, simplesmente cortando um pedaço de fenolite cobreado virgem no tamanho correto e desenhando sobre ele o padrão do circuito com um pincel fino e esmalte de unhas, ou uma caneta tipo retroprojetor. Desenho do padrão cobreado na placa Traçado das trilhas na placa. Fonte: autoria própria. Para corroer a placa, pode-se utilizar qualquer produto líquido que ataque o cobre, sendo preferido para isso o percloreto de ferro, que pode também ser adquirido em qualquer casa de eletrônica e pode ser manuseado com relativa segurança, observadas as precauções básicas, evitando-se contato direto com a pele e olhos. Basta que a coloque dentro da solução de percloreto, diluída conforme instruções do fabricante, preferencialmente com a face cobreada para baixo, deixando-a ali por alguns minutos. Corrosão da placa Corrosão da placa com percloreto de ferro. Fonte: autoria própria. Finalmente, a placa pode ser protegida com um pouco de verniz, que pode ser feito com breu moído ou goma-laca, dissolvida em álcool. Este verniz não é tóxico, pode ser já comprado pronto e deve ser armazenado em um recipiente bem tampado, sendo que bem guardado durará por muito tempo, podendo ser aplicado sobre a placa com um pincel macio. Proteção da placa Aplicação de verniz à base de breu sobre a placa já pronta. Fonte: autoria própria. Ele é um método para a montagem de circuitos integrados em placas, em que o componente vai fixado de “ponta-cabeça” sobre a superfície cobreada. Estamos definindo: a) Ilhas Manhattam. b) Ponto-a-ponto. c) Breadboard. d) “Dead bug”. e) Veroboard. Interatividade Ele é um método para a montagem de circuitos integrados em placas, em que o componente vai fixado de “ponta-cabeça” sobre a superfície cobreada. Estamos definindo: a) Ilhas Manhattam. b) Ponto-a-ponto. c) Breadboard. d) “Dead bug”. e) Veroboard. Resposta Em eletrônica, compreender as funções dos sensores e atuadores é dar um passo crucial em direção ao entendimento das interações entre o mundo físico e o mundo digital. Os sensores são os olhos e ouvidos dos sistemas eletrônicos, permitindo-lhes perceber o mundo à sua volta. Desde sensores simples, como termístores e fotocélulas, até sensores de imagem, todos têm importante papel na coleta de dados que alimentam o funcionamento de dispositivos inteligentes e sistemas automatizados. Ao mesmo tempo os atuadores são como os braços e pernas dos sistemas eletrônicos, capacitando-os a interagir com o ambiente físico. Relês, motores de passo e servomotores são responsáveis por transformar os sinais elétricos em movimento, calor, luz e outras formas de energia física. Sensores e atuadores Os sensores digitais são, em geral, sensores eletrônicos ou eletromecânicos, em que os dados são lidos e posteriormente transmitidos – seja a uma placa controladora ou dispositivo digital – em apenas dois níveis de tensão: alto (ou 1) e baixo (0). Um exemplo muito simples deste tipo de sensor são as chaves tipo momentâneas, sejam do tipo táctil de final de curso ou simplesmente um botão de campainha. Na figura, podemos ver o aspecto de uma táctil. Nela, a alavanca pode ser acoplada ao objeto que desejamos monitorar (uma porta, janela ou similar) e, quando esta for movimentada, o estado da chave será modificado, fechando ou abrindo seus contatos internos. Sensores digitais – Chave táctil COMUM NORM. ABERTO NORM. FECHADO COMUM NORM. ABERTO NORM. FECHADO Chave táctil. Fonte: autoria própria. Outro exemplo de sensor digital bastante utilizado é a ampola Reed. Este tipo de sensor possui duas finíssimas folhas de material magnetizável encapsuladas dentro de uma pequena ampola de vidro, cada uma delas ligada a um terminal em um de seus extremos. Quando submetidas a um campo magnético (como o formado por um ímã ou uma bobina solenoide), estes contatos se tocarão, fechando o circuito elétrico como em uma chave comum. Ao se afastar o campo magnético, os contatos voltarão a se separar, abrindo o circuito e fazendo voltar a ampola Reed ao estado anterior. Sensores digitais – Ampola Reed Ampola Reed. Fonte: autoria própria. Diferentemente dos sensores digitais, que apenas trabalham fornecendo dois valores – verdadeiro e falso –, os sensores analógicos são aqueles que permitem transformar diretamente o valor de uma grandeza qualquer em um sinal elétrico, possibilitando a integração de toda uma faixa de valores lidos a um sistema de controle. Um dos componentes mais simples que pode ser utilizado como um sensor analógico é o potenciômetro, que pode ser configurado como um divisor de tensão ajustável, permitindo assim que em seu cursor se obtenha uma tensão ajustável, entre zero e a tensão máxima fornecida pela fonte de alimentação, que, no caso da figura, é de 12V. Sensores analógicos – Potenciômetro Potenciômetro como sensor. Fonte: autoria própria. 12 V 12 V 12 V 12 V 0 V 0 V 0 V0 V 6 V Outros tipos de sensores analógicos comuns são os termístores (que são resistores cujo valor varia consoante a temperatura a eles aplicada), os fototransistores, LDRs ou resistores dependentes de luz, cujo valor irá depender da luz incidente sobre sua superfície fotossensível, além dos sensores de pressão, piezoelétricos, entre muitos outros. Sensores analógicos – Outros tipos LDR (esquerda) e termístor (direita). Fonte: autoria própria. Ao passo que os sensores podem ser empregados como dispositivos de entrada em um dado sistema, os atuadores podem ser empregados como dispositivos de saída, devolvendo os sinais elétricos provenientes de uma placa controladora em forma de estímulos para o ambiente. Dessa forma, o atuador irá produzir algum tipo de movimento, convertendo energia elétrica em energia mecânica. Podemos considerar como atuadores os motores, solenoides, aquecedores, alto-falantes, entre muitos outros dispositivos. Atuadores Um solenoide nada mais é do que um eletroímã, cujo poder de atrair metais apenas existe quando percorrido por uma corrente elétrica. Um exemplo clássico é o experimento que pode ser feito enrolando algumas voltas de fio em um prego de aço, ligando seus extremos a uma pilha grande. Ao ser percorrida por uma corrente elétrica, a bobina, formada pelas voltas de fio, irá produzir um campo magnético, que cessará ao ser interrompida a corrente. Atuadores – Solenoides PILHA –+ Experimento do eletroímã com um prego. Fonte: autoria própria. Um exemplo deste tipo de arranjo são os trincos de porta automáticos, controlados eletronicamente. Neles um pulso elétrico, aplicado a um solenoide bastante semelhante ao do experimento do prego, irá atrair uma alavanca metálica que, uma vez movimentada, irá destravar o mecanismo e abrir a porta. Atuadores – Solenoides Fechadura de porta com solenoide Fonte: https://http2.mlstatic.com/D_NQ_NP_986839- MLB31206520629_062019-O.webp Os servomotores – também chamados simplesmente de “servos” – são dispositivos que possuem em seu interior um sistema de malha fechada, ou seja, um sistema capaz de regular a si mesmo com base em dados que recebe de uma placa controladora. Sua estrutura conta com um pequeno motor comum, de giro livre, mas ligado a uma caixa de redução mecânica e um potenciômetro que, mediante a atuação de um circuito eletrônico, consegue “saber” exatamente a posição do motor e fazer precisos ajustes em sua posição. Atuadores – Servomotores Servomotor para modelismo. Fonte: https://www.saravati.com.br/media/cat alog/product/cache/ff61517d26ace703 648229d56c081b52/m/i/micro_servo_ 9g_sg90_towerpro.jpg Os motores de passo, ou “steppers” (do inglês “stepper motor”), são dispositivos com grande capacidade de precisão e torque, não contando, contudo, com um circuito de controle interno. Dessa forma, o motor de passo não consegue “saber” qual é a sua posição, sendo esta uma atribuição do software embarcado na placa lógica que irá controlá-lo. Em seu interior, estes motores possuem um balancete (ou rotor), cujo movimento é controlado de forma precisa por um conjunto de solenoides, permitindo assim que, consoante os sinais aplicados a eles, movimentem o balancim de acordo com os sinais recebidos. Atuadores – Motor de passo Controles Rotor Bateria S1 S2 S3 S4 S S N N + – Estrutura de um motor de passo Fonte: adaptado de: https://infosys.beckhoff.com/content/1033/as 1000_ba/Images/gif/1414315147__Web.gif É um atuador que possui em seu interior um sistema de malha fechada, capaz de regular a si mesmo com base nos dados que recebe de uma placa controladora. Estamos definindo: a) Motor de passo. b) Solenoide. c) Servomotor. d) LDR. e) Chave táctil. Interatividade É um atuador que possuiem seu interior um sistema de malha fechada, capaz de regular a si mesmo com base nos dados que recebe de uma placa controladora. Estamos definindo: a) Motor de passo. b) Solenoide. c) Servomotor. d) LDR. e) Chave táctil. Resposta CAPUANO, Francisco Gabriel; MARINO, Maria Aparecida Mendes. Laboratório de eletricidade e eletrônica. São Paulo: Editora Érica, 2003. MARQUES, Bêda. ABC da Eletrônica. Números 1 e 2. São Paulo: Editora Kaprom, 1988. Referências ATÉ A PRÓXIMA!