Objetivos
- • Falar um pouco de eletrônica básica, como funcionam alguns componentes simples e baratos
- • Tratar de alguns conceitos importantes, para projetos de eletrônica básica, e também para projetos com microcontroladores
Quem sou eu? Who am I? Кто я?
Helder da Rocha
Tecnologia * Ciência * Arte
HTML & tecnologias Web desde 1995
Autor de cursos e livros sobre Java, XML e tecnologias Web
argonavis.com.br
helderdarocha.com.br

Arduino
- • Foi criado para simplificar. Placa pré-configurada. Entradas e saídas são números programáveis.
- • Ligue um sensor na entrada, ligue um dispositivo na saída, escreva um programa , faça upload e pronto!
- • Não precisa aprender eletrônica, lei de ohm, calcular correntes, tensões! 🙂
- • Será?
- • Entradas + saídas + programação
- • Regulação de tensões de entrada, conversão de níveis lógicos, proteção com fusíveis
- • Facilita muito a criação de projetos
- • Esconde a complexidade da eletrônica
- • Mas a física continua valendo; basta ultrapassa os limites para ver o resultado!
- • Não tem undo
- • Há limites físicos (corrente, calor, interferências)
- • Lógica digital é “ilusão” sobre fenômenos analógicos (cruze os limites e a ilusão se desfaz)
- • Parece, mas não é simplesmente plug and play
- • É importante, ainda, saber algo de eletrônica
Alguns conhecimentos essenciais
- 1 Tensão, corrente, resistência, lei de ohm
- 2 Divisor de tensão
- 3 Divisor de corrente
- 4 Capacidade de fornecimento/consumo de corrente
- 5 Pull-up e pull-down
- 6 Curva de LEDs e diodos (tensão/corrente direta e reversa)
- 7 Reguladores
- 8 Chaveamento eletrônico (transistores)
- 9 PWM e simulação de valor analógico
Tensão e corrente
Analogia de uma bateria


Resistência

Lei de Ohm
É uma relação linear (aplica-se a componentes que se comportam de forma linear)

Divisor de tensão


Divisor de corrente


Divisor de tensão

Fornecimento de corrente
Uma bateria de cobre-zinco feito com uma batata fornece até 1,1V, suficiente para ligar um pequeno motor, mas ele não gira. Por que?
Fornecimento de corrente
3 batatas fornecem pelo menos 3V, acende o LED, mas muito fraco. Por que?

Baterias
- • Fornecimento de corrente depende de vários fatores (química, eficiência, tensão)
- • mAh (mili-ampere hora) fornece uma indicação aproximada (depende MUITO da química)
- • Algumas estimativas
- Bateria de 9V. Alcalina 565, NiMH 250, Li-ion 1200
- Pilha botão 3V CR2032 225
- AAA 1,2-1,5V Alcalina 1200, NiMH 1000
- AA 1,2-1,5V Alcalina 2700, NiMH 2500
Lógica digital
- • Circuitos que operam com lógica digital convertem tensões em níveis lógicos
- • <= que certo valor = nível BAIXO
- • >= que determinado valor = nível ALTO
- • Ex: 3,7-5V = alto, < 3V = baixo
- • Valores próximos dos limites podem ser afetados por interferência
Qual o valor lógico de A?


Pull-up e pull-down
- • Garantem um estado inicial
- • Resistência bem menor que a do ar e bem maior que a da chave fechada

Arduino possui pull-up interno

LEDs
LEDs são semicondutores. Têm comportamento não-linear: depois que acende, grande variação de corrente causa irrisória variação de tensão

Como queimar um LED
- • Ligue-o ao contrário fornecendo mais de 5V
- • Ligue-o diretamente com uma corrente bem maior que 20mA por alguns segundos
- • Ligue-o diretamente com uma corrente de 100mA por um segundo

Calcule o resistor
- • Se não quiser queimar um LED, use sempre um resistor (ou apenas baterias botão de 2-3V)
- • É preciso saber a tensão direta do LED na corrente de operação
- • Calcule a resistência usando a Lei de Ohm e corrente e tensão no resistor


Diodo de proteção
- • LEDs são diodos. Diodos deixam a corrente passar apenas em um sentido
- • Usados em retificadores, mas também protegem contra pulsos reversos
- • Indutores (motores, transformadores, relés, solenóides) acumulam corrente e provocam pulsos reversos quando ligados/desligados
- • Use um diodo de proteção, para desviar esse pulso

Diodo zener
- • Diodos zener usam a tensão reversa para regular a tensão (são usados em reguladores)
- • Suportam grande variação de corrente, com pequena variação de tensão


Chaveamento
Circuitos lógicos consistem de dois estados, e podem ser construídos com chaves, atribuindo valores a cada estado
Tipos de chaves:
- • Mecânicas
- • Magnéticas (reeds) e eletromagnéticas (relés)
- • Estado sólido (transistores, e circuitos baseados em transistores: portas lógicas, etc.)
Chaveamento eletrônico
- • Transistores podem ser usados como chaves eletrônicas
- • Bipolares (NPN/PNP) – mais baratos
- • MOSFETs – mais eficientes
- • Base funciona como uma torneira: pequena corrente fecha a chave entre Coletor e Emissor
- • Corrente zero ou inversa abre a chave

Exemplo

Fototransistor

Proteção de saída Arduino
- • Se uma pequena corrente é suficiente para ligar um transistor, ele pode ser usado pelo Arduino para controlar circuitos de corrente maior
- • Pinos do Arduino tem limitações (40mA, idealmente 20mA) mas podem disparar transistor com cargas que requerem muita corrente (ex: motores)
Transistor de proteção

Capacitores
- • Acumulam carga elétrica. Combinados com resistores (circuitos RC) pode-se controlar tempo de carga e descarga
- • Capacitores não deixam passar corrente contínua (são um circuito aberto), mas passam corrente alternada
- • Algumas aplicações comuns
- • Proteção contra variações bruscas de tensão
- • Retificação de sinal alternado
- • Isolamento de estágios amplificadores (transmissão de sinais)
Transmissão de sinal

PWM
- • Pulse Width Modulation
- • Simula um sinal analógico através de uma onda quadrada (geralmente variando de 0 a um valor positivo)
- • Funciona para dimmers (devido à ilusão da persistência da visão), controle de velocidade de motores (devido à inércia)
- • Mas não é um verdadeiro sinal analógico!

- • 12V com duty-cycle de 50% simula valor médio de 6V, mas pode queimar componente com limite de 6V (porque na realidade o pico é de 12V)
- • Solução: usar um circuito retificador (ex: com capacitores) para produzir um sinal analógico verdadeiro.
- • Arduino produz PWM de forma nativa através de algumas saídas digitais (pode-se simular PWM em outras saídas se necessário)
PWM sem Arduino
Dimmer usando 555 (< de R$1 em componentes)

Conclusão
- • Conhecer alguns princípios básicos de eletrônica é importante mesmo em circuitos Arduino
- • Arduino e outros microcontroladores, apesar de simplificarem a criação de projetos, possuem limites físicos que podem ser protegidos com um conhecimento mínimo de eletrônica
- • Descubra mais fazendo experimentos e testes. Queime algumas coisas (não muito caras, de preferência :-). Faça medições. Divirta-se!
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