História da eletrônica

Tudo começou por volta do século XVIII, quando foram feitas as primeiras experiências com eletricidade.

Naquela época, o homem ainda não tinha conhecimento sobre a constituição da matéria.Em 1750, o cientista e estadista americano Benjamim Franklin, deu uma contribuição relevante a eletricidade. Ele imaginava a eletricidade como um fluído invisível.Se um corpo tivesse mais do que sua cota normal deste fluído, ele dizia que o corpo tinha uma carga positiva; se o corpo tivesse menos que sua cota normal, sua carga era considerada negativa.

Com base nesta teoria, Franklin concluiu que, se um corpo com carga positiva fosse colocado em contato com um corpo com carga negativa, o fluído escoava do corpo positivo(excesso) para o corpo negativo(deficiência). Este fluído hoje é chamado corrente elétrica.Com o descobrimento do elétron em 1897, pelo físico inglês Josep Thonson, verificou-se que o fluído na verdade era o movimento ordenado de elétrons, dai o nome corrente elétrica.Algumas descobertas foram cruciais para o avanço da eletricidade, como a do físico italiano Alessandro Giusepe Volta, que em 1880 conseguiu estocar eletricidade em uma pilha de cobre e zinco.

A natureza da eletricidade

1 - A ESTRUTURA DA ELETRICIDADE

A matéria é algo que possui massa e ocupa lugar no espaço. A matéria é constituída por partículas muito pequenas chamadas de átomos. Toda a matéria pode ser classificada em qualquer um desses dois grupos: elementos ou compostos. Num elemento, todos os átomos são iguais. São exemplos de elementos o alumínio, o cobre, o carbono, o germânio e o silício. Um composto é formado por uma combinação de elementos. A água, por exemplo, é um composto constituído pelos elementos hidrogênio e oxigênio. A menor partícula de qualquer composto que ainda contenha as características originais daquele composto é chamado molécula.

Baterias

A Pilha Voltaica

Uma pilha voltaica química é constituída por uma combinação de materiais usados para converter energia química em energia elétrica. A pilha ou célula química é formada por dois eletrodos de metais ou por compostos metálicos, diferentes, e um eletrólito, que é uma solução capaz de conduzir uma corrente elétrica. Forma-se uma bateria quando duas ou mais dessas células são conectadas. Um exemplo excelente de um par de eletrodos é o zinco e o cobre. O zinco contém uma abundância de átomos carregados negativamente, enquanto o cobre apresenta uma abundância de átomos carregados positivamente. Quando se imergem placas desses metais num eletrólito, tem início uma reação química entre eles. O eletrodo constituído pelo zinco acumula uma carga negativa muito maior, pois ele dissolve lentamente no eletrólito. Os átomos que saem do eletrodo de zinco estão carregados positivamente. São atraídos pelos íons (-) carregados negativamente do eletrólito, enquanto repelem os íons (+) carregados positivamente do eletrólito em direção ao eletrodo de cobre. Isto faz que elétrons sejam retirados do cobre, deixando-o com um excesso de carga positiva. Se uma carga, como, por exemplo, uma lâmpada, for ligada através dos terminais dos eletrodos, as forças de atração e repulsão farão com que os elétrons livres do eletrodo de zinco (negativo), dos fios condutores, e do filamento da lâmpada se desloquem em direção ao eletrodo de cobre carregado positivamente. A diferença de potencial resultante permite que a pilha funcione como uma fonte de tensão V. O eletrólito de uma pilha pode ser líquido ou uma pasta. Se o eletrólito for líquido, a pilha às vezes é chamada de pilha úmida. Se o eletrólito for na forma pastosa, a pilha é chamada de pilha seca.

Transistor unijunção

O transistor unijunção, como o próprio nome diz, é um dispositivo semicondutor de três terminas com apenas uma junção PN. Na verdade, o transistor de unijunção é um dispositivo de disparo. Entretanto, possui algumas características que o tornam bastante popular. Após a análise de seu princípio de funcionamento, essas características ficarão claras. 1.1 . Princípio de funcionamento do UJT As estruturas físicas do UJT, seu símbolo e circuito equivalente, são mostradas na figura abaixo.

Transformadores

1. Introdução

No emprego da energia elétrica, como acontece nas aplicações da energia mecânica, torna-se necessário, muitas vezes, a utilização de um processo capaz de converter a energia fornecida pela fonte, numa forma compatível com as necessidades da carga que se vai alimentar. É na solução deste problema que se baseia o emprego do transformador, já que ele faz variar um dos componentes do binômio corrente / tensão, acarretando, com isso, um aumento ou diminuição da outra. O transformador é, provavelmente, o dispositivo de maior uso na indústria elétrica e eletrônica. Ele é indispensável nas operações eletrônicas de um modo geral, tais como distribuição de potência em telefonia, telegrafia, rádio e radar. Sendo um dispositivo de relativa simplicidade, é empregado para elevar ou baixar tensão de C.A., casar impedância, além de possibilitar determinados acoplamentos com perda mínima de potência. Esta é a razão, devido ao seu largo emprego, porque seu estudo e conhecimentos são extremamentes necessários em nosso currículo.

Capacitores

Capacitância Elétrica de um Condutor é um valor característico de um dado corpo e avaliado pela razão entre seu potencial e sua carga. É constante em cada meio onde o corpo for colocado.

C = Q / V

Embora a capacitância possa ser expressa em Coulomb por volt, na prática é usada o Farads (F). Sendo um Farad igual à capacitância elétrica de um condutor que com carga de 1 Coulomb é carregado até à tensão de 1 Volt.

A capacitância eletrica de um condutor independe da carga do condutor; do potencial eletrico sobre o condutor; da forma geométrica do condutor, suas dimensões e da natureza do isolante que envolve o condutor.

Semicondutores

Os semicondutores são substâncias cujos átomos possuem quatro elétrons na camada de valência (última camada). Os semicondutores não são bons nem maus condutores de eletricidade, na verdade a sua condutividade depende da temperatura a qual ele está submetido. Por exemplo, um cristal de silício se comporta como um isolante perfeito a temperatura de -273ºc. A medida que a temperatura vai aumentando, sua condutividade também aumenta.

O silício e o germânio são os semicondutores usados na construção de dispositivos eletrônicos (diodos, transistores, circuitos integrados etc.). O germânio praticamente não é mais usado na construção de dispositivos semicondutores, devido a sensibilidade à temperatura. Por isso, quando falarmos de semicondutores, estaremos falando do silício.

Indutores

Indutor é o nome dado a bobinas, choques, enfim a todos os tipos de enrolamentos. Um indutor nada mais é que uma “grande” quantidade de fios enrolados sobre um núcleo. Este núcleo pode ser de ar, ferro, ferrite, etc.

Tipos de Indutores

Em corrente contínua, a principal função de um indutor é fazer oposição a qualquer variação de corrente elétrica.

Sistema de numeração

1.1- ANALÓGICO E DIGITAL

Por que digital? Esta é certamente a primeira pergunta que qualquer leitor que está “chegando agora” e tem apenas alguma base teórica sobre Eletrônica faria.

Por este motivo, começamos justamente por explicar as diferenças entre as duas eletrônicas, de modo que elas fiquem bem claras. Devemos lembrar que em muitos equipamentos, mesmo classificados como analógicos ou digitais, encontraremos os dois tipos de circuitos. É o caso dos computadores, que mesmo sendo classificados como “máquinas estritamente digitais” podem ter em alguns pontos de seus circuitos configurações analógicas.

A álgebra de Boole

1 - A álgebra de Boole

Em meados do século passado George Boole, um matemático inglês, desenvolveu uma teoria completamente diferente para a época, baseada em uma série de postulados e operações simples para resolver uma infinidade de problemas.

Apesar da algebra de Boole, como foi chamada, poder resolver problemas práticos de controle e fabricação
de produtos, na época não havia Eletrônica e nem as máquinas eram suficientemente avançadas para utilizar
seus princípios.

Famílias de circuitos lógicos digitais

Na lição anterior conhecemos os princípios simples da Álgebra de Boole que regem o funcionamento dos circuitos lógicos digitais encontrados nos computadores e em muitos outros equipamentos. Vimos de que modo umas poucas funções simples funcionam e sua importância na obtenção de funções mais complexas. Mesmo sendo um assunto um pouco abstrato, por envolver princípios matemáticos, podemos perceber que é possível simular o funcionamento de algumas funções com circuitos eletrônicos relativamente simples, usando chaves e lâmpadas.

Os circuitos eletrônicos modernos, entretanto, não usam chaves e lâmpadas, mas sim, dispositivos muito rápidos que podem estabelecer os níveis lógicos nas entradas das funções com velocidades incríveis e isso lhes permite realizar milhões de operações muito complexas a cada segundo.

Neste artigo veremos que tipo de circuitos são usados e como são encontrados na prática em blocos básicos que unidos podem levar a elaboração de circuitos muito complicados como os encontrados nos computadores.

Famílias de circuitos integrados CMOS

Na lição anterior mostramos aos leitores que os circuitos integrados digitais são organizados em famílias de modo a manter uma compatibilidade de características que permita sua interligação direta sem a necessidade de qualquer componente adicional. Vimos na ocasião que as famílias contam com dezenas ou mesmo centenas de funções que atuam como blocos ou tijolos a partir dos quais podemos “construir” qualquer circuito eletrônico digital, por mais complexo que seja. Na verdade, os
próprios blocos tendem a ser cada vez mais completos, com a disponibilidade de circuitos integrados que contenham milhares ou mesmo dezenas de milhares de funções já interligadas de modo a exercer uma tarefa que seja muito utilizada. É o caso dos circuitos integrados VLSI de apoio encontrados nos computadores, em que milhares de funções lógicas já estão interligadas
para exercer dezenas ou centenas de funções comuns nestes equipamentos.

Combinando funções lógicas

Nos dois artigos anteriores estudamos as famílias lógicas CMOS e TTL, analisando suas características elétricas principais e a maneira como os componentes são fabricados através de alguns circuitos típicos.

Neste artigo continuaremos a estudar as funções lógicas, agora de uma forma mais completa. Analisaremos o que ocorre quando juntamos diversas funções lógicas, prevendo o que acontece com suas saídas. Os circuitos complexos, como os usados nos computadores, por exemplo, se aproveitam das operações complicadas que muitas portas lógicas podem realizar em conjunto. Assim, é de fundamental importância para nosso estudo saber analisar estas funções.

1 - As tabelas verdade

Os diversos sinais de entrada aplicados a uma função lógica, com todas as suas combinações possíveis, e a saída correspondente podem ser colocados numa tabela.

Os elementos biestáveis

No artigo anterior analisamos os modos segundo os quais podemos saber o que acontece quando combinamos funções lógicas. Vimos os procedimentos utilizados para implementar um circuito a partir de uma tabela verdade ou ainda da expressão da função lógica. No entanto, as funções lógicas não consistem nos únicos blocos básicos usados nos projetos de circuitos digitais. Além dessas funções, existem outras e um grupo delas que executa funções de relevante importância nos equipamentos são as formadas pelos elementos biestáveis. Neste artigo veremos como funcionam estes elementos, os seus tipos e onde podem ser usados.

Os flip-flops e funções lógicas em circuitos integrados

Na lição anterior aprendemos como funcionam os principais tipos de flip-flops, verificando que, dependendo dos recursos que cada um possua, podem ser empregados de diversas formas. Também vimos as entradas que estes dispositivos podem conter para melhorar seu desempenho em determinadas aplicações, como por exemplo, nos computadores. Estudamos ainda nas primeiras lições do curso as funções lógicas usadas em diversos circuitos. Tudo isso nos leva à necessidade de contarmos com estas funções na forma de circuitos integrados. De fato, existem muitos circuitos integrados TTL e CMOS contendo flip-flops dos tipos estudados e todas as funções lógicas (portas e inversores e amplificadores) e será justamente deles que falaremos neste artigo.

Os multivibradores astáveis e monoestáveis

No artigo anterior aprendemos como funcionam os principais tipos de flip-flops, verificando que dependendo dos recursos de cada um, eles podem ser empregados de diversas formas. Também vimos as entradas que estes dispositivos podem conter para melhorar seu desempenho em determinadas aplicações, como por exemplo, nos computadores. Vimos também que os flip-flops são usados como divisores de frequência ou células de memória. Tudo isso nos leva à necessidade de contar com esta função na forma de circuitos integrados. De fato, existem muitos circuitos integrados TTL e CMOS contendo flipflops dos tipos estudados e será justamente deles que falaremos neste artigo. Também enfocaremos algumas configurações que em lugar de dois estados estáveis possuem apenas um, além das configurações que não possuem nenhum estado estável. Estes circuitos denominados multivibradores astáveis e monoestáveis também são muito importantes em aplicações relacionadas com a Eletrônica Digital.

Os contadores digitais

No artigo anterior analisamos o princípio de funcionamento de um dos mais importantes blocos da Eletrônica Digital, o flip-flop. Vimos que estes blocos poderiam ter diversos tipos de comportamento e que, quando reunidos, poderiam apresentar comportamentos interessantes como, por exemplo, a capacidade de dividir frequências, de armazenar informações (bits), além de outras. Neste artigo vamos nos dedicar justamente a uma das funções mais importantes dos flip-flops que é a de fazer a contagem do número de pulsos, o que corresponde em última análise a contagem de bits. A partir desta contagem podemos usar estes circuitos para a realização de operações mais complexas como somas, manipulação de dados etc.

Aplicação para os contadores digitais / decodificadores

Após termos estudados os contadores e divisores de frequências que consistem em blocos digitais utilizando flip-flops, elementos fundamentais para o projeto de circuitos. No artigo citado vimos o funcionamento dos contadores em detalhes, analisando os diversos tipos possíveis e algumas alterações que podem ser feitas no seu modo de ligação e na própria utilização, de grande importância para os projetos práticos.

Neste artigo continuaremos a explorar o assunto, com a análise de alguns circuitos práticos que podem ser elaborados com base nos circuitos integrados TTL e CMOS que consistem em contadores e divisores de frequência.

Como funcionam os registradores de deslocamento (Shift-Registers)

No artigo anterior estudamos alguns divisores/contadores binários especiais capazes de fazer a divisão por qualquer módulo fixo ou programável. Vimos na ocasião que cada módulo permitia ter diversas configurações usando circuitos integrados comuns. Também estudamos divisores programáveis capazes de dividir uma frequência ou fazer a contagem em qualquer módulo, circuitos de grande utilidade em muitos projetos de Eletrônica Digital. Um elemento de grande importância nos projetos de equipamentos digitais é o registrador de deslocamento ou shiftregister. Os shift- registers nada mais são do que o resultado da utilização de flip-flops de uma forma especial, eles são o tema deste artigo.

Decodificadores e Displays

No artigo anterior estudamos os registradores de deslocamento ou shift-registers, analisando seu princípio de funcionamento e principais aplicações. Vimos também as pinagens e características de alguns circuitos integrados de registradores de deslocamento nas tecnologias TTL e CMOS. Neste último artigo de nosso curso, analisaremos dois blocos fundamentais para o projeto de equipamentos digitais, pois eles são responsáveis pelo interfaceamento destes circuitos com o usuário e com outros circuitos. Falaremos dos decodificadores e dos displays.

1 - OS DECODIFICADORES

As informações que os circuitos digitais produzem estão na forma binária ou em outras formas que nem sempre podem ser visualizadas facilmente pelo usuário, ou ainda que não podem ser utilizadas pelos circuitos seguintes do equipamento.