Montando Circuitos Eletrônicos

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Montando Circuitos Eletrônicos (ART1205)
A maioria dos nossos leitores, que nos acompanha em artigos de nossa autoria tanto neste site como em outras publicações, gosta de fazer montagens eletrônicas e sabe como. No entanto, muitos que são novos, ainda estão dando os primeiros passos na eletrônica, sentem vontade de fazer suas próprias montagens, mas não sabem como começar nem o que podem montar.
Montar circuitos eletrônicos é um tipo de trabalho que pode ter as mais diversas finalidades. Diferentemente do que muitos possam pensar não é apenas o técnico de uma empresa que deseja desenvolver um projeto que se envolve nesse tipo de atividade.
Montar circuitos eletrônicos é uma atividade altamente instrutiva, interessante e pode até ser extremamente lucrativa, dependendo do que o leitor desenvolva.
Muitas grandes empresas de hoje começaram com seus proprietários montando equipamentos eletrônicos de forma artesanal em suas garagens. No nosso país temos diversos exemplos disso!
Por que Montar Mas, por que montar aparelhos eletrônicos? A comodidade de se comprar a maioria dos equipamentos eletrônicos prontos, e a custos muito baixos em alguns casos, pode levar o leitor a pensar que ninguém precisa montar aparelhos eletrônicos ou ninguém se preocupa com isso. Não é verdade. A maioria dos equipamentos de uso comum como rádios, gravadores, telefones, transceptores, games, aparelhos de som pode ser comprada pronta a preços que até são menores do que nos custaria montá-los se comprássemos peça por peça. Isso ainda tem o agravante de que caixas e muitos componentes desses aparelhos não são vendidos separadamente causando sérios problemas a um eventual montador. É claro que, quando falamos em montagens não nos referimos a estes aparelhos e nem mesmo à finalidade básica que eles possuem: atender ao grande consumidor numa função comum. Aparelhos de uso comum, que podem ser comprados prontos, não são o que realmente nos interessa montar. Montamos aparelhos eletrônicos de outros tipos e com outras finalidades:a) Aprender, descobrir coisas novas Não há dúvida alguma que a principal finalidade que temos hoje na realização de montagens é aprender tecnologia.E, quando falamos em tecnologia, ela tanto pode ser para se trabalhar com ela naquele momento, como para aprender o necessário para passar para um degrau mais avançado num curso técnico ou superior.O interessante das montagens eletrônicas é que elas podem ser feitas em diversos níveis.Podemos ter montagens simples com poucos componentes que o iniciante, o estudante do nível fundamental e médio podem completar com facilidade.Podemos ter montagens intermediárias adotadas no curso técnico e elaboradas por professores, para ilustrar suas aulas.Podemos finalmente ter montagens complexas utilizadas pelos desenvolvedores e profissionais que até podem criar algo novo e comercializar com vantagens.Evidentemente, o leitor deve ter a consciência de que, sem preparo e experiência não deve tentar de imediato montagens complicadas quando não consegue ainda fazer as mais simples.b) Fazer coisas que não existem prontas como aparelhos comerciaisA maioria dos aparelhos que podemos montar são coisas que normalmente não podem ser encontradas prontas nas casas especializadas.A grande vantagem de saber montar é que podemos ter um produto exclusivo.Dificilmente posso encontrar pronto um circuito que acione uma campainha quando meu rádio relógio despertar, mas posso montar um.Dificilmente posso encontrar pronto um controle para um motor de um brinquedo pretendo adaptar, mas posso montar um.E, com sorte temos a possibilidade de montar projetos para realmente ganhar dinheiro.Percorrendo as lojas e pontos de vendas em São Paulo, por exemplo, já nos deparamos com a venda de diversos projetos que publicamos e que foram adaptados para se tornarem produtos comerciais. Alguns exemplos:
Circuito que acende a luz quando escurece
Alarme para pendurar na maçaneta da porta
Alarme que toca quando crianças choram
Controle remoto através da rede de energia
Transmissor de FM para espionagem
Circuito que recupera fitas de vídeo
Detector de metais
 
c) Ter a satisfação pessoal de dominar a ciência mais importante de nosso tempoDominar a eletrônica não significa apenas uma satisfação pessoal, mas também uma integração melhor com o mundo moderno.Essa integração pode levar a uma maior segurança pessoal, maior facilidade em desfrutar do que há de mais moderno em nosso tempo, pelo entendimento de seu princípio de funcionamento, e também maior capacidade de escolher o produto certo para seu uso.Uma pesquisa recente mostra que uma boa parte dos acidentes que ocorre envolvendo equipamentos eletrônicos poderia ser evitada se as pessoas acidentadas conhecessem um pouco de seu princípio de funcionamento.Quem já não ouviu falar de pessoas que se acidentam pela utilização indevida de certos aparelhos casos como:
Usar eletrônicos na banheira
Ligar equipamentos em tomadas que não suportam sua potência
Não observar o aterramento em aparelhos potencialmente perigosos
Superdimensionar a potência de um aparelho para uma aplicação
Usar um equipamento para uma finalidade para a qual ele não foi projetado.
Tentar modificar um equipamento sem ter conhecimento técnico para isso.
Fazendo montagens eletrônicas conhecemos melhor princípios de operação de circuitos que estão presentes em todos os equipamentos eletrônicos modernos.
Podemos interpretar melhor manuais de uso e instalação, aproveitar melhor todas as funções de um equipamento, ter mais segurança no seu uso.Quantos dos leitores sabem utilizar corretamente todas as funções do controle remoto de seu televisor ou videocassete?Quantos leitores conseguem fazer todas as interligações dos periféricos a um computador ou de um televisor ao videocassete, DVD e equipamento de som sem consultar manual algum?Enfim, montar significa conhecer e conhecer significa usar ou comprar melhor.Estudantes, professores do ensino fundamental e médio podem montar circuitos eletrônicos relativamente simples tanto para complementar o ensino tradicional com o uso de tecnologia como para ilustrar aulas ou para fazer parte dos programas de matérias eletivas.
Normalmente são montagens feitas em matrizes de contatos, ponte de terminais ou placas de circuito impressos com componentes simples, normalmente poucos transistores e no máximo um ou dois circuitos integrados.
Nessa categoria podemos incluir os seguintes projetos:
Controles de motores
Circuitos simples de corrente contínua
Pequenos transmissores
Excitadores de LEDS
Osciladores de Áudio
Rádios experimentais
Circuitos com sensores
Amplificadores simples
Fontes de alimentação
Receptores experimentais de rádio
Alarmes de luz
Alarmes de toque
Reostatos
 
b) Projetos Intermediários
Esses já são projetos que preferivelmente devem ser realizados em matrizes de contato, placas universais ou placas de circuito impresso contendo componentes como circuitos integrados.
Professores, estudantes e amadores podem elaborar projetos de razoável complexidade tanto para usar nos seus cursos como para próprio uso.
Nesta categoria podemos enquadrar os seguintes projetos:
Controles PWM de motores
Controles remotos com PLL
Transmissores de rádio e TV
Amplificadores de pequena e média potência
Efeitos de luz e som
Circuitos digitais simples como contadores
Circuitos com amplificadores operacionais
c) Projetos avançados
Esses já são indicados para os montadores experientes que conseguem fazer placas de circuito impresso precisas com grande quantidade de componentes ou trilhas bastante estreitas.
São projetos que se baseiam tanto numa quantidade elevada de componentes (discretos e circuitos integrados) como também em microprocessadores.
Para esses casos, o montador também deve ter recursos de programação se forem utilizados microprocessadores e deve ter experiência de como fazer isso.
Podemos dar como exemplo dessa categoria os seguintes projetos:
Projetos com microprocessadores
Interfaces de controle
Automatismos
complexos
Circuitos de controle de robôs
INTRODUÇÃO AOS SISTEMAS DE CONTROLE
Até agora, estudamos a modelagem matemática, a análise e a simulação de sistemas dinâmicos sem controle. O objetivo desta apostila é estabelecer um elo entre as disciplinas de Sistemas Dinâmicos e Análise de Sistemas de Controle, mostrando ao Aluno a importância que têm a modelagem matemática e a análise de um sistema dinâmico no projeto de um controlador que sobre ele atuará, tornando-o um sistema controlado. Por sistema controlado queremos dizer que a adição de um controlador deve fazer com que o sistema exiba um comportamento com certas características pré-estabelecidas. Evidentemente, a adição de um controlador tornará o sistema original ainda mais complexo. Os sistemas de controle podem ser classificados como: • Sistemas de controle em malha aberta: o sistema simplesmente executa um conjunto de ações pré- programadas, não havendo meios de corrigi-las caso o comportamento do sistema não se aproxime do desejado. Tal tipo de sistema também recebe o nome de sistema de controle sem realimentação. Exemplo: no controle de um semáforo em um cruzamento, a mudança de sinal se faz mediante tempos cronometrados, não importando a variação no fluxo de carros de uma das ruas em relação à outra. • Sistemas de controle em malha fechada: o estado atual do sistema é continuamente comparado com o desejado e correções são feitas na tentativa de conduzir o sistema para o estado desejado. Tal tipo de sistema também recebe o nome de sistema de controle com realimentação. Exemplo: no controle da temperatura de uma sala, a mesma é medida continuamente e comparada com uma temperatura desejada, sendo tomadas ações de controle com o objetivo de levar a temperatura àquele valor.
Introdução aos Sistemas de Controle Um Sistema de Controle é um conjunto de dispositivos que mantém uma ou mais grandezas físicas dentro de condições definidas na sua entrada. Os dispositivos que o compõe podem ser elétricos, mecânicos, ópticos e até seres humanos. Ex.: Um operador e um registro hidráulico compõe um sistema de controle de nível de uma caixa d/água, se este tiver orientação (entrada) e uma régua de medição de nível (sensor). As grandezas físicas controladas são várias, mas as mais comuns são temperatura, pressão, vazão, nível de líquidos ou sólidos, velocidade, freqüência, posição linear ou angular, tensão, corrente e luminosidade. A entrada do sistema pode ser o ajuste feito nos botões no painel do controlador, nos SC Analógicos, ou através de um programa, nos SC Digitais com microprocessador. Ex.: No CLP, controlador lógico programável, é feito um programa em linguagem de máquina que define a operação do SC, o CLP se adapta a inúmeras aplicações, conforme a programação. Tipos de Sistemas Quanto à estrutura, um sistema de controle pode ser de Malha Aberta , no qual a entrada define o comportamento do controlador, cérebro do sistema, e este responde agindo no ambiente, sem verificar depois se o nível da grandeza física corresponde de fato à entrada; não há sensor para observar algum eventual desvio, nem realimentação, para corrigi-lo. Ex.: Uma fonte de alimentação regulada com transistor é, na realidade, um sistema de controle de malha aberta; se a corrente da carga variar, a tensão na saída pode variar até algumas dezenas de mV, devido à variação na tensão Vbe. 
Neste sistema, a entrada é a tensão de referência fornecida pelo diodo zener, na base do transistor; a saída, no emissor é, aproximadamente 0.7 V menor. O transistor, que é o controlador, amplifica a corrente, fornecendo à carga mais corrente que poderia ser obtida sobre o zener, na base. Os sistemas de Malha Fechada verificam a ocorrência de desvios, pois contém um sensor, que monitora a saída, fornecendo um sinal que retorna à entrada, formando uma malha de realimentação. A entrada e esta realimentação se juntam num comparador, que combina ambos e fornece um sinal de erro, diferença entre os sinais, que orienta o controlador. Ex.: O operador de um reservatório verifica se o nível máximo foi atingido através de uma régua de nível, que é o sensor. O sinal de erro é a diferença entre o nível máximo, que é a entrada desejada, e a saída, o nível atual, a comparação entre ambos é feita na mente do operador, que age abrindo ou fechando o registro conforme o erro seja para mais (excesso do fluído) ou menos. Ele é ao mesmo tempo o comparador, o controlador e o atuador neste sistema elementar. Como vemos, os SC em malha fechada são mais precisos, pois detectam e corrigem os desvios. A maioria dos sistemas atuais, analógicos ou digitais, é deste tipo. Os SC em m. aberta são usados onde a freqüência ou a conseqüência dos desvios não justificam a complexidade e o custo maior dos em m. fechada. Ex.: Nos gravadores e toca-discos analógicos o controle da velocidade é em m. aberta, através da tensão no motor. Já nos gravadores DAT e DCC, e no CD, digitais, é necessário um controle preciso da velocidade, em m. fechada para garantir uma taxa de transferência dos bits gravados em sincronismo com o "clock" do microprocessador. Os SC também se dividem em analógicos e digitais, conforme os sinais manipulados pelo controlador. Veja que as grandezas físicas são sempre analógicas, variando desde um valor mínimo a um máximo continuamente. Nos analógicos, todos os sinais são analógicos, e o controle é feito em tempo integral. O SC é mais simples e em geral, mais econômico. Suas desvantagens são a pouca flexibilidade, pois só se pode alterar alguns parâmetros, não o tipo de ação de controle, a menos que se altere o controlador (mudando o circuito, se o SC for eletrônico). Os digitais são mais complexos, pois requerem sempre uma interface de entrada, conversor analógico-digital, que converte os sinais de forma a serem entendidos pelo controlador, e uma de saída, conversor digital-analógico, adaptando a saída do controlador (em alguns casos não é necessária, já que muitos dispositivos acionados, os atuadores, são digitais - ligam ou desligam). Eles se diferenciam também por atuarem por amostragem, de tempos em tempos o controlador atua, de acordo com o programa de controle, formando ciclos, entre os quais o sistema não reage. Seu custo mais elevado (hoje cada vez menor, pela evolução tecnológica) é contrabalançado pela grande flexibilidade, basta alterar o programa para mudar o tipo de ação de controle e seus parâmetros. Diagramas de Blocos As partes dos SC costumam ser representadas graficamente através de diagramas de blocos. Estes são símbolos que mostram o relacionamento entre as partes e o fluxo dos sinais. - Sistema em Malha Aberta A entrada é o nível desejado da grandeza controlada (comando ou programação). O controlador avalia este sinal e envia um sinal (que pode ser elétrico ou mecânico, conforme o sistema) ao atuador, que é o elemento que age no ambiente de modo a alterar a grandeza. CONTROLADOR ATUADOR Sistema de Malha Aberta Grandeza não Automático Ex.: Um sistema elementar de controle de velocidade de um motor C.C., ainda em uso, compõe-se de um reostato (resistor ajustável de potência) em série com o enrolamento de campo do motor. Um operador (controlador) ajusta, pela sua experiência, Apostilas de Eletronica e Informática Introdução aos Sistemas de Controle http://www.li.facens.br/eletronica 3 o reostato, variando a velocidade do motor, que é o atuador. O sistema não é auto regulado, e a velocidade poderá mudar conforme a carga (o esforço mecânico) na saída. - Sistema em Malha Fechada Agora além dos blocos que compunham o SC de m. aberta, temos um sensor, que reage à grandeza física enviando um sinal ao bloco somador, que subtrai este sinal ao de entrada (observe os sinais + e - nas entradas), fornecendo um sinal de erro ao controlador. Este sinal é a entrada do controlador, que o avalia e tenta corrigir o desvio captado pelo sensor, através de um novo comando ao atuador. CONTROLADOR ATUADOR SENSOR SOMADOR ENTRADA SAÍDA REALIMENTAÇÃO Sistema de Malha Fechada Grandeza Automática Ex.: Nos rádio - receptores
e TV modernos há um controle automático de volume (AGC, Automatic Gain Control, sigla Inglesa), que procura manter o nível do sinal de áudio quase constante após o detector (demodulador), apesar da grande variação no nível captado na antena, conforme a emissora. Ele é necessário para a evitar a saturação das etapas amplificadoras, o que distorceria os sons. É um SC em m. fechada, em que a tensão de saída do detector é realimentada e regula a polarização dos amplificadores de F.I.(freqüência intermediária), alterando o ganho destes. Observe que a precisão do SC de m. fechada depende tanto do controlador e do atuador (como ocorre no de m. aberta) quanto do sensor, que tem de ser o mais linear possível (o sinal de realimentação fornecido pelo sensor deve ser bem proporcional à grandeza física). Os diagramas mostram graficamente o funcionamento dos sistemas, e valem para qualquer tecnologia ou grandeza controlada, apenas varia a atuação de cada bloco.