Introdução a Práticas de Laboratório em Eletricidade e Eletrônica

Prof. Hugo Vieira Neto, PhD

hvieir@gmail.com

Objetivos da Unidade Curricular

• Motivar os estudantes com aspectos práticos do curso de Engenharia de Computação.

• Prover fundamentos necessários para a interpretação de diagramas e montagem de circuitos eletrônicos.

• Prover fundamentos necessários para o uso adequado de fontes de alimentação e instrumentos de teste e medição (ex: multímetro e osciloscópio).

Dinâmica da Unidade Curricular

• Três aulas semanais – Uma aula teórica

– Duas aulas práticas

• Dez equipes com três estudantes cada

• Avaliação – 50% avaliação das atividades práticas (relatórios

simples)

– 50% avaliação dos conceitos teóricos (provas escritas)

Material Necessário

• Alicate de bico

Material Necessário

• Alicate de corte

Material Necessário

• Par de pontas de prova (verm./preto)

Material Necessário

• Par de cabos (verm./preto) banana-jacaré

Garra jacaré

Material Necessário

• Par de cabos (verm./preto) banana-banana

Pino (plugue) banana

Material Necessário

• Matriz de contatos (protoboard / breadboard)

Material Necessário

• Cabinho rígido ou jumper wire

Material Necessário

• Multímetro digital

Material Necessário

• Equipamento para soldagem e dessoldagem

Diagramas Esquemáticos

• Representam as conexões entre componentes

Condutor

Sem conexão

Conexões (nós)

Diagramas Esquemáticos

• Representam as conexões entre componentes

Diodo emissor de luz (LED)

Resistor

Capacitor

Transistor

Bateria

A

K

C

E

B

Diagramas Esquemáticos

• Descrevem identificadores e valores / modelos

?

2 LED: L1 e L2

4 resistores: R1 a R4

2 capacitores: C1 e C2

2 transistores: Q1 e Q2

1 bateria: (?)

Diagramas Esquemáticos

• Descrevem identificadores e valores / modelos

? ?

? ? L1 e L2: (?)

R1 e R4: 470Ω

C1 e C2: (?)

Q1 e Q2: BC548

Bateria: 9V

R2 e R3: 47kΩ

Ferramentas Computacionais (CAD)

• Electronics Design Automation (EDA)

– KiCAD

– LibrePCB

– TinyCAD

• Aplicativos destinados à diagramação esquemática de circuitos eletrônicos e respectivo projeto de placas de circuito impresso (PCI)

Placas de Circuito Impresso

• Representação gráfica X Implementação física

Placas de Circuito Impresso

Condutores e conexões

Prototipação Rápida

• Uso de matriz de contatos (protoboard)

Conexões do Protoboard

• Há trilhas pré-existentes para a alimentação e demais conexões. Trilhas adicionais podem ser feitas com cabinho rígido ou jumper wire.

Verificação na Prática

• Verificar as conexões existentes no protoboard com o auxílio de um multímetro digital na função de teste de continuidade.

Representações de Componentes

• Para cada componente existente no mundo real existe uma representação gráfica com a quantidade correspondente de terminais.

• Componentes passivos: resistores, capacitores, indutores.

• Componentes ativos: diodos, transistores, circuitos integrados.

Resistores

Componente físico Símbolo esquemático

Capacitores

• Não-polarizados:

– Capacitores cerâmicos

– Capacitores de poliéster

– Valores de 1pF a 1μF (típico 10pF a 470nF)

• Polarizados:

– Capacitores de tântalo

– Capacitores eletrolíticos

– Valores de 1μF e 10mF (típico 10μF a 4700μF)

Capacitores Não-polarizados

Componente físico Símbolo esquemático

Capacitores Polarizados

Componente físico Símbolo esquemático

Indutores

Componente físico Símbolo esquemático

Núcleo de ar

Núcleo de ferrite

Núcleo de ferro

Exercícios – Diagramas Esquemáticos

• Circuitos resistivos série, paralelo e misto

• Cálculos de tensão, corrente e potência

• Medições de tensão e corrente (uso do multímetro)

Uso do Multímetro

• Funções básicas: – Tensão contínua

– Tensão alternada

– Corrente contínua

– Resistência

• Funções adicionais: – Continuidade

– Capacitância

– Diodos / transistores

Especificações de Componentes

• Componentes reais devem ser especificados quanto às suas características físicas:

– Valor nominal

– Tolerância do valor nominal

– Tensão máxima de operação, se houver

– Potência máxima de operação, se houver

– Etc.

Resistores

• Especificados em resistência, potência, tolerância e tecnologia de fabricação

– Ex: 1kΩ x 1/8W, 5%

• Resistores de filme de carbono

– 1/8W, 1/4W, 1/2W, 1W, 2W

• Resistores de fio enrolado

– 5W, 10W, 20W

Resistores (Filme de Carbono)

Capacitores

• Especificados em capacitância, tensão máxima e tecnologia de fabricação (tolerância)

– Ex: 10nF x 100V, poliéster

– Ex: 1000μF x 25V, eletrolítico

• Infelizmente a identificação dos valores no corpo dos capacitores tem sido historicamente confusa...

Capacitores (Cer. / Pol.)

• Capacitância dada em pF

• 2 dígitos de valor, 1 dígito multiplicador (potência de dez): 103 → 10 × 103pF = 10nF

Valores Comerciais

1,0 1,1 1,2 1,3

1,5 1,6 1,8 2,0

2,2 2,4 2,7 3,0

3,3 3,6 3,9 4,3

4,7 5,1 5,6 6,2

6,8 7,5 8,2 9,1

Notação de Engenharia

103 = kilo (k) 10−3 = mili (m)

106 = mega (M) 10−6 = micro (μ)

109 = giga (G) 10−9 = nano (n)

1012 = tera (T) 10−12 = pico (p)

Revisão de Eletricidade Básica

• Resistência:

𝑅 =𝑉

𝐼∴ 𝑉 = 𝐼 × 𝑅 ∴ 𝐼 =

𝑉

𝑅

• Potência:

𝑃 = 𝑉 × 𝐼 ∴ 𝑃 = 𝐼2 × 𝑅 ∴ 𝑃 =𝑉2

𝑅

• Associação em série: 𝑅𝑆 = 𝑅1 + 𝑅2

• Associação em paralelo: 1

𝑅𝑃=

1

𝑅1+

1

𝑅2∴ 𝑅𝑃 =

𝑅1 × 𝑅2𝑅1 + 𝑅2

Revisão de Eletricidade Básica

• Capacitância:

𝑖(𝑡) = 𝐶 ×𝑑𝑣 𝑡

𝑑𝑡

• Associação em série: 1

𝐶𝑆=

1

𝐶1+

1

𝐶2∴ 𝐶𝑆 =

𝐶1 × 𝐶2𝐶1 + 𝐶2

• Associação em paralelo: 𝐶𝑃 = 𝐶1 + 𝐶2

Revisão de Eletricidade Básica

• Indutância:

𝑣(𝑡) = 𝐿 ×𝑑𝑖 𝑡

𝑑𝑡

• Associação em série: 𝐿𝑆 = 𝐿1 + 𝐿2

• Associação em paralelo: 1

𝐿𝑃=

1

𝐿1+

1

𝐿2∴ 𝐿𝑃 =

𝐿1 × 𝐿2𝐿1 + 𝐿2