Circuitos Eletrônicos
capitulo9788575224762
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Guia Mangá<br />
<strong>Circuitos</strong> <strong>Eletrônicos</strong><br />
Autor: Kenichi Tanaka<br />
Arte: Yama Takayama • Produção: Trend-Pro, co., ltd<br />
novatec
Original Japanese edition Manga de Wakaru Denshi Kairo by Kenichi Tanaka and TREND-PRO Co., Ltd.<br />
Copyright © 2009 by Kenichi Tanaka and TREND-PRO Co., Ltd.<br />
Published by Ohmsha, Ltd.<br />
3-1 Kanda Nishikicho, Chiyodaku, Tokyo, Japan<br />
Portuguese language edition copyright © 2016 by Kenichi Tanaka and TREND-PRO Co., Ltd.<br />
Published by Novatec Editora Ltda.<br />
Translation rights arranged with Ohmsha, Ltd.<br />
Publicação original Japonesa Manga de Wakaru Denshi Kairo por Kenichi Tanaka e TREND-PRO Co., Ltd.<br />
Copyright © 2009 por Kenichi Tanaka e TREND-PRO Co., Ltd.<br />
Publicado pela Ohmsha, Ltd.<br />
Edição em Português copyright © 2016 por Kenichi Tanaka e TREND-PRO Co., Ltd.<br />
Publicado pela Novatec Editora Ltda.<br />
Direitos de tradução negociados com a Ohmsha, Ltd.<br />
© Novatec Editora Ltda. 2016.<br />
Todos os direitos reservados e protegidos pela Lei 9.610 de 19/02/1998. É proibida a reprodução desta obra, mesmo<br />
parcial, por qualquer processo, sem prévia autorização, por escrito, do autor e da Editora.<br />
Editor: Rubens Prates<br />
Tradução: Ivan Luis Lopes<br />
Assistente editorial: Priscila A. Yoshimatsu<br />
Editoração eletrônica: Carolina Kuwabata / Camila Kuwabata<br />
Revisão gramatical: Rinaldo Milesi<br />
ISBN: 978-85-7522-476-2<br />
Histórico de impressões:<br />
Fevereiro/2016<br />
Primeira edição<br />
Novatec Editora Ltda.<br />
Rua Luís Antônio dos Santos 110<br />
02460-000 – São Paulo, SP – Brasil<br />
Tel.: +55 11 2959-6529<br />
Email: novatec@novatec.com.br<br />
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LinkedIn: linkedin.com/in/novatec
O que são<br />
circuitos eletrônicos?<br />
CAPÍTULO<br />
1
E então,<br />
Fuááá<br />
será que você<br />
já se acalmou?<br />
desculpe-me!<br />
Já estou bem!<br />
Então... você poderia<br />
falar um pouco sobre os<br />
circuitos eletrônicos?<br />
Já?<br />
Você está<br />
entusiasmada<br />
mesmo, né?!<br />
Não... é que eu queria<br />
saber mais sobre isso...<br />
Estou te incomodando?<br />
Obaaa!<br />
Claro que não!<br />
Eu explico<br />
com prazer!<br />
10
1. O que são circuitos<br />
eletrônicos<br />
Primeiro, antes dos<br />
circuitos eletrônicos, eu<br />
quero falar sobre os<br />
circuitos elétricos.<br />
Você sabe a<br />
diferença entre<br />
os dois?<br />
...Ãhn?<br />
A diferença<br />
entre... circuitos<br />
eletrônicos<br />
e circuitos<br />
elétricos?<br />
?<br />
Os circuitos elétricos<br />
são formados por<br />
três tipos de componente:<br />
• resistor (R)<br />
• bobina (L)<br />
• capacitor (C).<br />
Por<br />
sua vez,<br />
Circuito elétrico<br />
(circuito em paralelo RLC)<br />
Ohh!<br />
os circuitos eletrônicos<br />
incluem elementos semicondutores,<br />
como o transistor ou o<br />
diodo, além do resistor,<br />
bobina e capacitor.<br />
Circuito eletrônico<br />
(detector de linha)<br />
11
Se juntarmos as<br />
diferenças nesta<br />
tabela, ficará assim:<br />
Diferença nos componentes incluídos nos<br />
circuitos elétricos e eletrônicos<br />
Circuito Circuito<br />
Componente Unidade<br />
elétrico eletrônico<br />
Resistor (R) [Ω] (Ohm) ○ ○<br />
Bobina (L)<br />
[H] (Henry)<br />
○<br />
○<br />
Capacitor (C)<br />
[F] (Farad)<br />
○<br />
○<br />
Diodo<br />
Indefinido<br />
×<br />
○<br />
Transistor<br />
Indefinido<br />
×<br />
○<br />
Outros<br />
semicondutores<br />
Indefinido<br />
×<br />
○<br />
E se representarmos<br />
os elementos no esquema<br />
do circuito temos:<br />
(b) Indutância<br />
(a) Resistor<br />
(bobina)<br />
(c) Capacitância<br />
(capacitor)<br />
Os elementos<br />
são diferentes<br />
em cada tipo de<br />
circuito, né?<br />
(d) Diodo<br />
(e) Transistor<br />
(f) Fonte de tensão<br />
(g) Fonte de tensão<br />
em corrente contínua<br />
em corrente alternada<br />
(h) Fonte de<br />
corrente<br />
Agora que você entendeu a diferença, vou<br />
explicar os circuitos eletrônicos!<br />
Mas também existem diversos<br />
tipos de circuito eletrônico.<br />
Dividindo por cima, temos oito tipos.<br />
A partir de agora explicarei as<br />
características de cada um deles!<br />
1 Amplificador<br />
2 Oscilador<br />
3 Modulador<br />
4 Demodulador<br />
5 Filtro<br />
6 Amplificador<br />
operacional<br />
7 Porta lógica<br />
8 Gerador<br />
12
2. Diversos circuitos<br />
eletrônicos<br />
Amplificador<br />
Primeiro,<br />
o amplificador.<br />
Esse é o mais básico entre<br />
os circuitos eletrônicos.<br />
Ele aumenta o sinal de<br />
entrada antes de enviá-lo<br />
para a saída.<br />
Aumenta, né?<br />
Desse jeito, né?<br />
... Sinal de entrada?<br />
Isso! Ele aumenta o<br />
sinal de áudio recebido<br />
por aparelhos como o<br />
rádio e a televisão para<br />
que possam ser ouvidos<br />
pelos ouvidos humanos!<br />
... Também ouço<br />
falar bastante num<br />
aparelho chamado<br />
amplificador...<br />
Isso!<br />
Igualzinho!<br />
O amplificador<br />
é um circuito<br />
amplificador!<br />
Obaaa!<br />
Capítulo 1 • O que são circuitos eletrônicos?<br />
13
Oscilador<br />
É um circuito<br />
que oscila?!<br />
A seguir, o<br />
oscilador.<br />
Bem, até<br />
que é, mas...<br />
O circuito<br />
oscilador<br />
é utilizado em<br />
telefones celulares,<br />
pois produz sinais<br />
alternados a partir<br />
dos sinais de<br />
entrada...<br />
Ah!<br />
Ele produz ondas cíclicas<br />
como as ondas senoidais e<br />
as ondas dente de serra!<br />
Onda senoidal<br />
Onda dente de serra<br />
É bem útil, né?<br />
14
O terceiro é<br />
o modulador.<br />
Modulador<br />
Para enviar sinais<br />
de áudio para televisores<br />
e rádios, é necessário<br />
colocar os sinais em<br />
ondas de alta<br />
frequência.<br />
Esse circuito modula a<br />
grandeza da oscilação<br />
de alta frequência e<br />
também a frequência.<br />
É...<br />
A propósito.<br />
É mesmo?<br />
A modulação da<br />
oscilação é chamada<br />
AM, e a modulação da<br />
frequência é conhecida<br />
como FM. Com isso,<br />
será que fica mais<br />
fácil imaginar?<br />
O rádio, né?<br />
Assim eu<br />
entendo!<br />
Capítulo 1 • O que são circuitos eletrônicos?<br />
15
Demodulador<br />
O quarto é o demodulador.<br />
Serve para transformar os<br />
sinais recebidos pela<br />
televisão e pelo rádio<br />
em áudio e vídeo.<br />
O nome é demodulador<br />
porque transforma o<br />
sinal de volta, né?<br />
Isso!<br />
Filtro<br />
E o quinto é<br />
o filtro.<br />
Se formos<br />
definir, ele é...<br />
por exemplo,<br />
quando vai ouvir um<br />
programa de rádio de<br />
que você gosta, como<br />
você faz?<br />
Ah... Hum...<br />
Primeiro eu<br />
coloco os<br />
fones de ouvido<br />
e corto o<br />
contato com<br />
o mundo<br />
exterior...<br />
Agora<br />
sou apenas<br />
ouvidos!<br />
Com isso eu<br />
posso dizer que<br />
os preparativos pra<br />
mergulhar a minha<br />
alma no mundo do<br />
rádio estão<br />
completos!<br />
…<br />
16
Eu acho<br />
que primeiro<br />
apertamos o<br />
botão de ligar...<br />
e escolhemos<br />
a estação...<br />
Esse é um<br />
jeito muito<br />
especial de<br />
ouvir rádio,<br />
mas...<br />
Ah!<br />
Ah!<br />
É o filtro que seleciona<br />
somente o sinal da<br />
frequência do programa<br />
que queremos ouvir!<br />
Entendi!<br />
Quando vamos<br />
preparar<br />
um café,<br />
separamos<br />
a borra do<br />
café com<br />
um filtro.<br />
O filtro eletrônico<br />
faz a mesma coisa.<br />
Aaah!<br />
Glob<br />
Glob<br />
17
Amplificador<br />
operacional<br />
E agora, o<br />
sexto é o<br />
Ele também<br />
é conhecido<br />
como op-amp.<br />
amplificador<br />
operacional.<br />
O amplificador<br />
operacional é um<br />
dos circuitos<br />
integrados.<br />
É um circuito<br />
amplificador de alto<br />
desempenho.<br />
é diferente<br />
do circuito<br />
amplificador?<br />
Certo.<br />
Se utilizar um desses como<br />
um circuito Amplificador,<br />
a entrada e a saída do<br />
amplificador operacional<br />
não irão influenciar<br />
uma a outra.<br />
Juntando as<br />
forças dá pra<br />
fazer várias<br />
coisas, né...?!<br />
Com isso, é possível<br />
obter circuitos<br />
diferenciadores,<br />
integradores e<br />
osciladores.<br />
Isso<br />
mesmo!
Tum!<br />
Porta lógica<br />
Então, a sétima é<br />
a porta lógica.<br />
as Portas<br />
lógicas são...<br />
Paaare!!!<br />
Opa!<br />
O que foi, Assim,<br />
de repente?!<br />
Eu... Na verdade<br />
sou péssima com<br />
coisas lógicas!!!<br />
E...<br />
E...<br />
Snif<br />
Snif<br />
Buááá<br />
Tudo<br />
bem!<br />
Apesar de se chamarem<br />
“lógicas”, elas não são tão<br />
complicadas. E têm só três<br />
características principais!<br />
Três?!<br />
Oba!<br />
Capítulo 1 • O que são circuitos eletrônicos?<br />
19
1. Circuito que faz a adição<br />
2. Circuito que faz a multiplicação<br />
3. Circuito que registra números<br />
e letras<br />
essencialmente,<br />
As características<br />
das portas lógicas são<br />
apenas estas.<br />
Sim! Fácil, né?<br />
Mas dentro dos<br />
computadores<br />
Só essas?!<br />
Mesmo?!<br />
essas portas<br />
lógicas estão<br />
funcionando<br />
compactadas.<br />
Pam!<br />
Ah, é?<br />
É mesmo?!<br />
Ah! Ah! Ah!<br />
Pam!<br />
20
Gerador<br />
Por último<br />
tem o gerador.<br />
Esse eu acho<br />
que você<br />
conhece.<br />
Que tipo<br />
de coisa é um<br />
gerador?<br />
Uma coisa<br />
familiar seria<br />
o carregador<br />
de celular.<br />
O carregador!<br />
er... É a fonte de<br />
energia dos<br />
aparelhos...?<br />
Suip!<br />
Isso... Este é um gerador.<br />
Ele serve para pegar a<br />
corrente alternada da<br />
tomada e transformar<br />
em corrente contínua.<br />
Aaah!<br />
Capítulo 1 • O que são circuitos eletrônicos?<br />
21
Para transformar<br />
corrente alternada em<br />
corrente contínua, a onda<br />
é aplainada por um circuito<br />
regulador após passar pelo<br />
circuito retificador, que corta o<br />
componente negativo<br />
da tensão.<br />
É necessário fazer com que<br />
saia uma tensão em corrente<br />
contínua constante.<br />
(a) Corrente alternada<br />
(b) Corrente contínua<br />
Aah!<br />
Dentro do<br />
carregador de<br />
celular acontece<br />
uma operação<br />
como essa.<br />
Suip!<br />
22
3. Por exemplo,<br />
no rádio<br />
Vamos experimentar aplicar<br />
tudo o que aprendemos até<br />
agora no rádio!<br />
O rádio é um aparelho que recebe<br />
o sinal do programa que queremos<br />
ouvir e nos transmite em forma de<br />
som, não é?<br />
Sim!<br />
Se transformarmos isso<br />
numa estrutura simples,<br />
ficaria assim:<br />
1<br />
Antena de recepção<br />
5 Alto-falante<br />
2 3 4<br />
Amplificador<br />
sintonizado<br />
Demodulador<br />
Amplificador de<br />
baixa frequência<br />
23
Explicando cada<br />
um detalhadamente:<br />
1<br />
Recebemos as ondas de rádio<br />
com a antena.<br />
2<br />
Escolhemos apenas a frequência que<br />
queremos receber e amplificamos<br />
somente esse componente<br />
(amplificador sintonizado).<br />
3<br />
Com o amplificador sintonizado,<br />
extraímos o sinal de áudio do sinal<br />
recebido. A operação é feita<br />
através do demodulador.<br />
Zup zup<br />
4<br />
O sinal de áudio extraído é<br />
amplificado de modo a ser percebido<br />
pelos ouvidos humanos (amplificador<br />
de baixa frequência).<br />
5<br />
O sinal amplificado é emitido pelo alto-falante.<br />
Essa é a estrutura<br />
de um rádio!<br />
24
É isso, mas será que<br />
você entendeu?<br />
Sim.<br />
... Mais ou<br />
menos.<br />
Que tal...? Essa<br />
conversa não<br />
foi chata?<br />
Não!<br />
... De jeito<br />
nenhum.<br />
Foi muuito,<br />
muuuuito<br />
divertida!!!<br />
Ah...<br />
Por isso!<br />
Amanhã<br />
Hein?!<br />
É?<br />
também...<br />
também...<br />
Pam!<br />
Eita!<br />
Também!
Amanhã<br />
também...<br />
Será que...<br />
posso vir<br />
de novo...?<br />
É claro!<br />
Afinal, você já<br />
é um membro do<br />
Clube de Eletrônica!<br />
Aperta<br />
Toooom!<br />
!?<br />
Aaah!<br />
Con...<br />
Conte comiiigo...!!!<br />
Aperta<br />
26
MATERIAL COMPLEMENTAR<br />
Amplificador operacional... o amplificador perfeito<br />
A figura 1.A1 mostra um amplificador operacional. As características do amplificador<br />
operacional estão resumidas a seguir.<br />
1) A taxa de amplificação é extremamente alta (A ≥ 2 × 10 5 ).<br />
2) Permite aterramento virtual (se ligarmos o terminal v + ao terra, a diferença de<br />
potencial entre v + e v − pode ser considerada 0).<br />
3) Baixa impedância de saída (desde que ligado conforme indicado no item 2).<br />
Utilizando essas três qualidades, podemos formar diversos circuitos. Por exemplo,<br />
podemos construir um circuito integrador por meio da conexão de R e C, conforme<br />
indicado na figura 1.A2, ou seja, a tensão de saída terá um valor proporcional ao valor<br />
integrado da tensão de entrada. Além disso, ele tem a característica de se tornar um<br />
circuito diferenciador quando substituímos R e C no circuito integrador da figura 1.A2.<br />
v −<br />
−<br />
v L<br />
=A(v +<br />
−v −<br />
)<br />
v + +<br />
• Figura 1.A1 – Diagrama de constituição do amplificador operacional.<br />
I<br />
C<br />
v in<br />
v in<br />
I<br />
R<br />
-<br />
+<br />
v out<br />
v out<br />
t<br />
t<br />
(a) Circuito integrador<br />
(b) Formas de onda de entrada e saída<br />
• Figura 1.A2 – Circuito integrador.<br />
Capítulo 1 • O que são circuitos eletrônicos?<br />
27
v in<br />
R<br />
v in<br />
C<br />
−<br />
+<br />
v out<br />
v out<br />
(a) Circuito diferenciador<br />
(b) Formas de onda de entrada e saída<br />
• Figura 1.A3 – Circuito diferenciador.<br />
Além disso, a figura 1.A4 mostra a chamada ponte de Wien. Nela a entrada<br />
simplesmente faz a realimentação da saída, mas na prática a saída passa a ser em<br />
corrente alternada senoidal. Boa parte dos osciladores de corrente alternada presentes nas<br />
universidades e escolas técnicas tem circuitos desse tipo.<br />
R f<br />
R i<br />
−<br />
+<br />
v L<br />
R<br />
C<br />
C<br />
R<br />
• Figura 1.A4 – Oscilador ponte de Wien.<br />
Dessa forma, é possível construir diversos circuitos utilizando o amplificador<br />
operacional.<br />
Como mostramos anteriormente, as portas lógicas são componentes dos<br />
computadores, circuitos que indicam 0 e 1. Aqui, 0 significa uma tensão baixa de 0[V]<br />
(Volts) e 1 significa uma tensão alta de 5[V]. Esses dois tipos de tensão são usados como<br />
sinais (essa ação é denominada lógica positiva). Por isso, existem ocasiões em que o<br />
circuito que compõe a porta lógica é chamado de circuito digital.<br />
28
25<br />
20<br />
15<br />
10<br />
Ge Si<br />
Tensão inversa<br />
6 4 2<br />
Si<br />
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0<br />
Ge<br />
1<br />
2<br />
Tensão direta<br />
Ip<br />
Corrente direta<br />
Corrente inversa<br />
• Figura 1.A5 – Diodo.<br />
Vp<br />
Vp<br />
A figura 1.A5 mostra um diodo. Esse diodo tem a característica de deixar passar a<br />
corrente apenas no sentido do triângulo que o representa, bloqueando a corrente no<br />
sentido contrário. Ao utilizarmos esse diodo, podemos construir um circuito que realiza a<br />
soma lógica (OU) ou o produto lógico (E).<br />
A figura 1.A6 mostra um circuito de produto lógico (E). Nele, quando A e B são 1, a<br />
tensão de saída V o se torna 1, isto é, quando A e B são 1, como não há tensão direta aplicada<br />
no diodo, não ocorre a condução e a tensão V o fica igual a V cc . Se alguma das entradas<br />
passar para 0, como ocorre condução no diodo, a tensão nos seus terminais diminui e V o se<br />
torna 0.<br />
V cc<br />
A<br />
V o<br />
A<br />
B<br />
AB<br />
B<br />
(a) Composição do circuito<br />
(b) Símbolo<br />
• Figura 1.A6 – Circuito E.<br />
Capítulo 1 • O que são circuitos eletrônicos?<br />
29
A<br />
V o<br />
B<br />
A<br />
B<br />
A+B<br />
−V cc<br />
(a) Composição do circuito<br />
(b) Símbolo<br />
• Figura 1.A7 – Circuito OU.<br />
A figura 1.A7 é um circuito de soma lógica (OU). Neste circuito, caso qualquer uma das<br />
entradas se torne 1, a saída será 1; caso todas as entradas sejam 0, a saída será 0. Quando<br />
as duas entradas são 1, ocorre a condução no diodo e V o se torna 1. Quando uma das<br />
entradas é 1, o diodo da entrada que está em 1 faz a condução e V o se torna 0, mas o diodo<br />
da entrada que está em 0 não conduz. Ainda, quando as duas entradas então em 0, ocorre<br />
a passagem da corrente pelos diodos até –V cc , portanto a saída será 0.<br />
A figura 1.A8 é um circuito de negação (NÃO). Nele, quando a entrada é 0, a saída se<br />
torna 1, e quando a entrada se torna 1, a saída passa a ser 0. Nesse caso, como não é possível<br />
construí-lo com diodos e resistores, utiliza-se um transistor no lugar do diodo. Quando<br />
colocamos A em 1, uma corrente direta flui entre a base e o emissor do transistor, portanto<br />
a corrente flui vindo de V cc , passando pelo coletor em direção ao emissor. Nesse momento,<br />
a tensão entre o coletor e o emissor é 0, então V o é igual a 0. No caso contrário, quando<br />
colocamos A em 0, não há corrente direta fluindo entre a base e o emissor do transistor,<br />
então não há corrente fluindo a partir de V cc , passando pelo coletor em direção ao emissor.<br />
Por isso, a tensão de V cc é transmitida para V o , fazendo com que V o seja 1 quando A é<br />
colocada em 0.<br />
V cc<br />
V o<br />
A<br />
B<br />
C<br />
E<br />
A<br />
A<br />
(a) Composição do circuito<br />
(b) Símbolo<br />
• Figura 1.A8 – Circuito NÃO.<br />
30