Guia Mangá Circuitos Eletrônicos

Guia Mangá
Circuitos Eletrônicos
Autor: Kenichi Tanaka
Arte: Yama Takayama • Produção: Trend-Pro, co., ltd
novatec
Original Japanese edition Manga de Wakaru Denshi Kairo by Kenichi Tanaka and TREND-PRO Co., Ltd.
Copyright © 2009 by Kenichi Tanaka and TREND-PRO Co., Ltd.
Published by Ohmsha, Ltd.
3-1 Kanda Nishikicho, Chiyodaku, Tokyo, Japan
Portuguese language edition copyright © 2016 by Kenichi Tanaka and TREND-PRO Co., Ltd.
Published by Novatec Editora Ltda.
Translation rights arranged with Ohmsha, Ltd.
Publicação original Japonesa Manga de Wakaru Denshi Kairo por Kenichi Tanaka e TREND-PRO Co., Ltd.
Copyright © 2009 por Kenichi Tanaka e TREND-PRO Co., Ltd.
Publicado pela Ohmsha, Ltd.
Edição em Português copyright © 2016 por Kenichi Tanaka e TREND-PRO Co., Ltd.
Publicado pela Novatec Editora Ltda.
Direitos de tradução negociados com a Ohmsha, Ltd.
© Novatec Editora Ltda. 2016.
Todos os direitos reservados e protegidos pela Lei 9.610 de 19/02/1998. É proibida a reprodução desta obra, mesmo
parcial, por qualquer processo, sem prévia autorização, por escrito, do autor e da Editora.
Editor: Rubens Prates
Tradução: Ivan Luis Lopes
Assistente editorial: Priscila A. Yoshimatsu
Editoração eletrônica: Carolina Kuwabata / Camila Kuwabata
Revisão gramatical: Rinaldo Milesi
ISBN: 978-85-7522-476-2
Histórico de impressões:
Fevereiro/2016
Primeira edição
Novatec Editora Ltda.
Rua Luís Antônio dos Santos 110
02460-000 – São Paulo, SP – Brasil
Tel.: +55 11 2959-6529
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CAPÍTULO
1
O que são
circuitos eletrônicos?
E então,
Fuááá
será que você
já se acalmou?
desculpe-me!
Já estou bem!
Já?
Então... você poderia
falar um pouco sobre os
circuitos eletrônicos?
Você está
entusiasmada
mesmo, né?!
Não... é que eu queria
saber mais sobre isso...
Estou te incomodando?
Claro que não!
Eu explico
com prazer!
10
Obaaa!
1. O que são circuitos
eletrônicos
A diferença
entre... circuitos
eletrônicos
e circuitos
elétricos?
Primeiro, antes dos
circuitos eletrônicos, eu
quero falar sobre os
circuitos elétricos.
...Ãhn?
?
Você sabe a
diferença entre
os dois?
Os circuitos elétricos
são formados por
três tipos de componente:
• resistor (R)
• bobina (L)
• capacitor (C).
Circuito elétrico
Por
sua vez,
Ohh!
(circuito em paralelo RLC)
os circuitos eletrônicos
incluem elementos semicondutores, como o transistor ou o
diodo, além do resistor,
bobina e capacitor.
Circuito eletrônico
(detector de linha)
11
Se juntarmos as
diferenças nesta
tabela, ficará assim:
Diferença nos componentes incluídos nos
circuitos elétricos e eletrônicos
Circuito
Circuito
elétrico
eletrônico
[Ω] (Ohm)
○
○
Bobina (L)
[H] (Henry)
○
○
Capacitor (C)
[F] (Farad)
○
○
Diodo
Indefinido
×
○
Transistor
Indefinido
×
○
Indefinido
×
○
Componente
Unidade
Resistor (R)
Outros
semicondutores
E se representarmos
os elementos no esquema
do circuito temos:
(c) Capacitância
(b) Indutância
(a) Resistor
(capacitor)
(bobina)
(e) Transistor
(d) Diodo
(f) Fonte de tensão
em corrente contínua
(g) Fonte de tensão
(h) Fonte de
em corrente alternada
corrente
Agora que você entendeu a diferença, vou
explicar os circuitos eletrônicos!
Mas também existem diversos
tipos de circuito eletrônico.
Dividindo por cima, temos oito tipos.
A partir de agora explicarei as
características de cada um deles!
① Amplificador
② Oscilador
③ Modulador
④ Demodulador
⑤ Filtro
⑥ Amplificador
operacional
⑦ Porta lógica
⑧ Gerador
12
Os elementos
são diferentes
em cada tipo de
circuito, né?
2. Diversos circuitos
eletrônicos
Amplificador
Primeiro,
o amplificador.
Esse é o mais básico entre
os circuitos eletrônicos.
Ele aumenta o sinal de
entrada antes de enviá-lo
Aumenta, né?
Desse jeito, né?
... Sinal de entrada?
para a saída.
Isso! Ele aumenta o
sinal de áudio recebido
por aparelhos como o
rádio e a televisão para
que possam ser ouvidos
pelos ouvidos humanos!
... Também ouço
falar bastante num
aparelho chamado
amplificador...
Isso!
Igualzinho!
O amplificador
é um circuito
amplificador!
Obaa
a!
Capítulo 1  O que são circuitos eletrônicos?
13
Oscilador
É um circuito
que oscila?!
A seguir, o
oscilador.
Bem, até
que é, mas...
O circuito
oscilador
é utilizado em
telefones celulares,
pois produz sinais
alternados a partir
dos sinais de
entrada...
Ah!
Ele produz ondas cíclicas
como as ondas senoidais e
as ondas dente de serra!
Onda senoidal
Onda dente de serra
É bem útil, né?
14
Modulador
O terceiro é
o modulador.
Para enviar sinais
de áudio para televisores
e rádios, é necessário
colocar os sinais em
ondas de alta
frequência.
Esse circuito modula a
grandeza da oscilação
de alta frequência e
também a frequência.
É...
É mesmo?
A propósito.
A modulação da
oscilação é chamada
AM, e a modulação da
frequência é conhecida
como FM. Com isso,
será que fica mais
fácil imaginar?
O rádio, né?
Assim eu
entendo!
Capítulo 1  O que são circuitos eletrônicos?
15
Demodulador
O quarto é o demodulador.
Serve para transformar os
sinais recebidos pela
televisão e pelo rádio
em áudio e vídeo.
O nome é demodulador
porque transforma o
sinal de volta, né?
Filtro
E o quinto é
o filtro.
quando vai ouvir um
programa de rádio de
que você gosta, como
você faz?
Se formos
definir, ele é...
por exemplo,
Primeiro eu
coloco os
fones de ouvido
e corto o
contato com
o mundo
exterior...
16
Isso!
Ah... Hum...
Agora
sou apenas
ouvidos!
Com isso eu
posso dizer que
os preparativos pra
mergulhar a minha
alma no mundo do
rádio estão
completos!
…
Eu acho
que primeiro
apertamos o
botão de ligar...
e escolhemos
a estação...
Esse é um
jeito muito
especial de
ouvir rádio,
mas...
Ah!
Ah!
É o filtro que seleciona
somente o sinal da
frequência do programa
que queremos ouvir!
Entendi!
Quando vamos
preparar
um café,
separamos
a borra do
café com
um filtro.
O filtro eletrônico
faz a mesma coisa.
Aaah!
Gl
Gl
ob
o
b
17
Amplificador
operacional
Ele também
é conhecido
como op-amp.
E agora, o
sexto é o
amplificador
operacional.
O amplificador
operacional é um
dos circuitos
integrados.
é diferente
do circuito
amplificador?
É um circuito
amplificador de alto
desempenho.
Certo.
Se utilizar um desses como
um circuito Amplificador,
a entrada e a saída do
amplificador operacional
não irão influenciar
uma a outra.
Juntando as
forças dá pra
fazer várias
coisas, né...?!
Com isso, é possível
obter circuitos
diferenciadores,
integradores e
osciladores.
Isso
mesmo!
Porta lógica
as Portas
lógicas são...
Paaare!!!
Então, a sétima é
a porta lógica.
Tu
m!
Opa!
Eu... Na verdade
sou péssima com
coisas lógicas!!!
O que foi, Assim,
de repente?!
E...
E...
Snif
Snif
Bu
áá
á
Tudo
bem!
Apesar de se chamarem
“lógicas”, elas não são tão
complicadas. E têm só três
características principais!
Três?!
Oba!
Capítulo 1  O que são circuitos eletrônicos?
19
1. Circuito que faz a adição
2. Circuito que faz a multiplicação
3. Circuito que registra números
e letras
essencialmente,
As características
das portas lógicas são
apenas estas.
Sim! Fácil, né?
Só essas?!
Mesmo?!
Pa
m!
Ah, é?
Pam
!
20
Mas dentro dos
computadores
essas portas
lógicas estão
funcionando
compactadas.
É mesmo?!
Ah! Ah! A
h!
Gerador
Por último
tem o gerador.
Que tipo
de coisa é um
gerador?
Esse eu acho
que você
conhece.
Uma coisa
familiar seria
o carregador
de celular.
O carregador!
er... É a fonte de
energia dos
aparelhos...?
Su
ip!
Isso... Este é um gerador.
Ele serve para pegar a
corrente alternada da
tomada e transformar
em corrente contínua.
Aaah!
Capítulo 1  O que são circuitos eletrônicos?
21
Para transformar
corrente alternada em
corrente contínua, a onda
é aplainada por um circuito
regulador após passar pelo
circuito retificador, que corta o
componente negativo
da tensão.
É necessário fazer com que
saia uma tensão em corrente
contínua constante.
(b) Corrente contínua
(a) Corrente alternada
Aah!
Dentro do
carregador de
celular acontece
uma operação
como essa.
Su
ip!
22
3. Por exemplo,
no rádio
Vamos experimentar aplicar
tudo o que aprendemos até
agora no rádio!
O rádio é um aparelho que recebe
o sinal do programa que queremos
ouvir e nos transmite em forma de
som, não é?
Sim!
Se transformarmos isso
numa estrutura simples,
①
ficaria assim:
Antena de recepção
⑤ Alto-falante
②
③
Amplificador
sintonizado
Demodulador
④
Amplificador de
baixa frequência
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Explicando cada
um detalhadamente:
①
Recebemos as ondas de rádio
com a antena.
②
③
Escolhemos apenas a frequência que
queremos receber e amplificamos
somente esse componente
(amplificador sintonizado).
Com o amplificador sintonizado,
extraímos o sinal de áudio do sinal
recebido. A operação é feita
através do demodulador.
Zup zup
④
⑤
O sinal de áudio extraído é
amplificado de modo a ser percebido
pelos ouvidos humanos (amplificador
de baixa frequência).
O sinal amplificado é emitido pelo alto-falante.
Essa é a estrutura
de um rádio!
24
É isso, mas será que
você entendeu?
Sim.
... Mais ou
Que tal...? Essa
conversa não
foi chata?
menos.
Não!
Foi muuito,
muuuuito
divertida!!!
... De jeito
nenhum.
Ah...
É?
Por isso!
Amanhã
também...
também...
Hein?!
Pam
!
Também!
Eita!
É claro!
Afinal, você já
é um membro do
Amanhã
Clube de Eletrônica!
também...
Será que...
posso vir
de novo...?
ta
er
Ap
m!
oo
Too
!?
Aaa
h!
Con...
Conte comiiigo...!!!
Aperta
26
MATERIAL COMPLEMENTAR
Amplificador operacional... o amplificador perfeito
A figura 1.A1 mostra um amplificador operacional. As características do amplificador
operacional estão resumidas a seguir.
1) A taxa de amplificação é extremamente alta (A ≥ 2 × 105).
2) Permite aterramento virtual (se ligarmos o terminal v+ ao terra, a diferença de
potencial entre v+ e v− pode ser considerada 0).
3) Baixa impedância de saída (desde que ligado conforme indicado no item 2).
Utilizando essas três qualidades, podemos formar diversos circuitos. Por exemplo,
podemos construir um circuito integrador por meio da conexão de R e C, conforme
indicado na figura 1.A2, ou seja, a tensão de saída terá um valor proporcional ao valor
integrado da tensão de entrada. Além disso, ele tem a característica de se tornar um
circuito diferenciador quando substituímos R e C no circuito integrador da figura 1.A2.
v−
−
v+
+
vL=A(v+−v−)
 Figura 1.A1 – Diagrama de constituição do amplificador operacional.
vin
I
vin
I
C
-
t
R
vout
+
vout
t
(a) Circuito integrador
(b) Formas de onda de entrada e saída
 Figura 1.A2 – Circuito integrador.
Capítulo 1  O que são circuitos eletrônicos?
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vin
R
vin
C
−
vout
vout
+
(a) Circuito diferenciador
(b) Formas de onda de entrada e saída
 Figura 1.A3 – Circuito diferenciador.
Além disso, a figura 1.A4 mostra a chamada ponte de Wien. Nela a entrada
simplesmente faz a realimentação da saída, mas na prática a saída passa a ser em
corrente alternada senoidal. Boa parte dos osciladores de corrente alternada presentes nas
universidades e escolas técnicas tem circuitos desse tipo.
Rf
Ri
−
vL
+
R
C
C
R
 Figura 1.A4 – Oscilador ponte de Wien.
Dessa forma, é possível construir diversos circuitos utilizando o amplificador
operacional.
Como mostramos anter iormente, as por tas lógicas são componentes dos
computadores, circuitos que indicam 0 e 1. Aqui, 0 significa uma tensão baixa de 0[V]
(Volts) e 1 significa uma tensão alta de 5[V]. Esses dois tipos de tensão são usados como
sinais (essa ação é denominada lógica positiva). Por isso, existem ocasiões em que o
circuito que compõe a porta lógica é chamado de circuito digital.
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Corrente direta
Ge
25
Si
20
15
10
Tensão inversa
6
4
2
Vp
Si
0.2
1
Corrente inversa
Ge
2
0.4
0.6
0.8
1.0
Tensão direta
Ip
Vp
 Figura 1.A5 – Diodo.
A figura 1.A5 mostra um diodo. Esse diodo tem a característica de deixar passar a
corrente apenas no sentido do triângulo que o representa, bloqueando a corrente no
sentido contrário. Ao utilizarmos esse diodo, podemos construir um circuito que realiza a
soma lógica (OU) ou o produto lógico (E).
A figura 1.A6 mostra um circuito de produto lógico (E). Nele, quando A e B são 1, a
tensão de saída Vo se torna 1, isto é, quando A e B são 1, como não há tensão direta aplicada
no diodo, não ocorre a condução e a tensão Vo fica igual a Vcc. Se alguma das entradas
passar para 0, como ocorre condução no diodo, a tensão nos seus terminais diminui e Vo se
torna 0.
Vcc
A
A
Vo
AB
B
B
(a) Composição do circuito
(b) Símbolo
 Figura 1.A6 – Circuito E.
Capítulo 1  O que são circuitos eletrônicos?
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A
Vo
B
A
A+B
B
−Vcc
(a) Composição do circuito
(b) Símbolo
 Figura 1.A7 – Circuito OU.
A figura 1.A7 é um circuito de soma lógica (OU). Neste circuito, caso qualquer uma das
entradas se torne 1, a saída será 1; caso todas as entradas sejam 0, a saída será 0. Quando
as duas entradas são 1, ocorre a condução no diodo e Vo se torna 1. Quando uma das
entradas é 1, o diodo da entrada que está em 1 faz a condução e Vo se torna 0, mas o diodo
da entrada que está em 0 não conduz. Ainda, quando as duas entradas então em 0, ocorre
a passagem da corrente pelos diodos até –Vcc, portanto a saída será 0.
A figura 1.A8 é um circuito de negação (NÃO). Nele, quando a entrada é 0, a saída se
torna 1, e quando a entrada se torna 1, a saída passa a ser 0. Nesse caso, como não é possível
construí-lo com diodos e resistores, utiliza-se um transistor no lugar do diodo. Quando
colocamos A em 1, uma corrente direta flui entre a base e o emissor do transistor, portanto
a corrente flui vindo de Vcc, passando pelo coletor em direção ao emissor. Nesse momento,
a tensão entre o coletor e o emissor é 0, então Vo é igual a 0. No caso contrário, quando
colocamos A em 0, não há corrente direta fluindo entre a base e o emissor do transistor,
então não há corrente fluindo a partir de Vcc, passando pelo coletor em direção ao emissor.
Por isso, a tensão de Vcc é transmitida para Vo, fazendo com que Vo seja 1 quando A é
colocada em 0.
Vcc
A
B
C
Vo
A
A
E
(a) Composição do circuito
(b) Símbolo
 Figura 1.A8 – Circuito NÃO.
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