Eletrônica - Parte 3

Prototipagem - matriz de contatos ("protoboard")

A figura a seguir representa uma matriz de contatos ("protoboard") de 400 furos. Utilizada para pequenos protótipos de circuitos eletrônicos.

Internamente as matrizes de contatos têm pequenas chapas de metal condutoras de eletricidade. A figura anterior apresenta apenas os orifícios por onde devem ser inseridos os terminais dos componentes eletrônicos. Na figura a seguir, estão representadas as chapas condutoras. Note que cada chapa condutora fica abaixo de cinco orifícios, na parte central. Porém nas laterais as chapas são mais longas; ficam sob 25 orifícios.

As distribuições das chapas condutoras em diferentes modelos de "protoboards" podem ter pequenas diferenças. É recomendável testar a continuidade de cada modelo utilizado-se multímetro na escala de continuidade e cabinhos de prototipagem.

A figura a seguir representa um "protoboard" de 830 furos (830 orifícios), com quatro barramentos "positivos" e quatro "negativos". Nesse caso há descontinuidade dos barramentos no meio do "protoboard".

Na próxima figura o "protoboard" também tem 830 furos, porém somente dois barramentos "positivos" e dois "negativos"; sem descontinuidade de barramento no meio do "protoboard".

Multímetro

A seguir, figura baseada no multímetro digital modelo ET-1639A, fabricação Minipa.

No momento que o aparelho é ligado, ao girar a chave seletora, todos os símbolos aparecem no display, veja figura a seguir.

Para medição de tensões alternadas, gire a chave seletora como na figura a seguir. No display aparecem: "V", "AC" "TRUE RMS", "AUTO" e "APO". Nesse caso, o multímetro tem a função automática de mudança entre faixas de medição (AUTO); "faixa automática". A função de autodesligamento é denominada APO; "Auto power off".

Para medição de tensões contínuas, gire a chave seletora como na figura a seguir. No display aparecem: "V", "DC", "AUTO" e "APO".

Para medição de valores baixos de tensões contínuas, gire a chave seletora como na figura a seguir. No display aparecem: "mV", "DC", "AUTO" e "APO".

Para medição de valores baixos de tensões alternadas, gire a chave seletora como na figura a seguir. No display aparecem: "mV", "AC" "TRUE RMS", "AUTO" e "APO".

IMPORTANTE: nas medições de tensões apresentadas anteriormente (acima), conectar a ponteira preta no terminal "COM" e a ponteira vermelha no terminal "VΩHz" (terminal a direita). Conexões equivocadas podem danificar o multímetro e ou circuito a ser medido!

Circuito para Simulação e Montagem

O diagrama de circuito a seguir foi simulado em Circuit Maker Student 6. Se refere a um retificador de onda completa com 4 diodos retificadores, além do diodo emissor de luz (azul) "D6 LED3", capacitor filtro de 220µF e resistores. Sendo R1, R2 e R4 cargas e R3 limitador de corrente para o LED. O arquivo da simulação pode ser baixado aqui.

A ideia aqui é simular o circuito no computador e também montá-lo em matriz de contatos (circuito real), para realizar medições com multímetro e osciloscópio. Com objetivos de exercitar técnica básica de prototipagem e comparar valores de medições com valores de simulação.

Dentre os tipos de medições com utilização de multímetro: Capacitância do capacitor eletrolítico, resistências dos resistores, quedas de tensão em cada diodo retificador e teste de polaridade e brilho do LED. Essas medições NÃO devem ser feitas com multímetro em circuito energizado.

Depois da montagem e verificação do circuito, deverão ser feitas: medição de tensão eficaz alternada (AC) na saída do transformador, medições de tensão média (DC) sobre o capacitor, tensão máxima e mínima para estimar o "ripple" (ondulação), queda de tensão em cada resistor (voltímetro em paralelo com resistor) e corrente em cada resistor (amperímetro em série com o respectivo resistor). Essas medições são feitas com o circuito energizado. Para observar a forma de onda da tensão de "ripple" é necessário utilizar osciloscópio.

O assunto principal da parte 3 de eletrônica básica é a prototipagem. Porém, a partir desse ponto do estudo, vou aplicar as três abordagens de análise de circuitos eletrônicos: modelos matemáticos, simulação e a prototipagem (montagem e medições de circuito com componentes eletrônicos reais).

Apresentada a seguir, tabela comparativa de valores relativos ao circuito acima: calculado por modelo matemático (na calculadora), planilha com modelo matemático um pouco diferente, simulação computacional em Circuit Maker Student 6, e circuito real montado em protoboard e suas medições.

Tirando algumas conclusões e fazendo cometários gerais sobre esse circuito:

• É apenas um circuito de teste, entrega potência muito pequena, (360 mW) apenas. Não foram computadas as potências dissipadas nos diodos retificadores, capacitor filtro, nem perdas no transformador.
• Há algumas diferenças de valores entre os modelos matemáticos (calculadora, planilha). Na planilha o modo de considerar o diodo LED azul 5mm (que é "extremamente não-linear") foi através da resistência equivalente, considerando tensão 2,85V (de um gráfico) e corrente nominal de apenas 10mA, resultando em 285Ω. Com outras fórmulas e calculadora, a resistência do LED foi retirada de outro gráfico diretamente em ohms (300Ω), e foi calculada a resistência equivalente de todas as cargas (632Ω).
• O percentual de tensão de ondulação ("ripple") de 6% é relativamente baixo e aceitável; abaixo de 10%.
• Na prática, ao montar o circuito, é inadequado (insuficiente) utilizar resistores de 1/8W (0,125W) para R₁ e R₃, veja tabela acima; deve-se utilizar resistores de potências nominais iguais ou superiores a 1/4W (0,250W).

Os arquivos de planilha e texto com fórmulas de cálculos de modelos matemáticos podem ser baixados a seguir: texto, planilha. Na planilha há possibilidade de mudar valores de tensão do transformador e outros parâmetros (de entrada), assim a planilha recalcula os valores automaticamente.