saber eletrônica ano 41 nº 11

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o fim do silício na Eletrônica

está chegando segundo algunsespecialistas, e a lei de Moore estariaindicando isso. Partindo para ananotecnologia os cientistas da Intelestão contrariando essas opiniõescom dispositivos cada vez menores Hélio Fittipaldie mais eficientes - como o leitor

poderá ver no artigo da página 22.Nos últimos anos, o software Eletronics WorkBench

(EWB) fez muito sucesso entre os projetistas. Lançadono Brasil através da Saber Eletrônica, ainda no fim do

século passado, circulou na mão de muita gente, e hojecom a nova versão 8.0 pode ser aplicado em projetosprofissionais complexos. Recentemente, a NationalInstruments adquiriu o controle da empresa e estáinvestindo em seu desenvolvimento visando a satisfaçãodos usuários.

Um dos microcontroladores mais conhecidos em nosso

mercado é o PIC, da Microchip, que foi divulgado pornossa revista no princípio da década de 90. Agora aMicroship está lançando o dsPIC, um poderoso dispositivocom arquitetura Harward modificada, combinando asvantagens de um microcontrolador de 16 bits com umprocessado r digital de sinais e que serve muito bem tantopara projetos industriais como controle de motores,conversão de potência, processamento de sinais de áudioe voz, aplicações automotivas e outros.

A lAR Systems, agora com escritório no Brasil, possuiuma linha completa de ferramentas de desenvolvimentopara microcontroladores e DSPs de quase todos osfabricantes inclusive para o dsPIC, cujo demo encontra-seno CD.

EDITORIAL

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A EVOLUÇÃO DOS RELÉS

Existem componentes que aparecem, realizam suas funções por um

certo tempo, e depois desaparecem, sendo substituídos por componentes

equivalentes completamente diferentes. No caso do relê, isso não

ocorreu. Os relês apenas mudaram de tecnologia, passando da versão

eletromecânica para a de estado sólido, mas sua função básica permanece

a mesma até hoje. Veja, neste artigo, como ele evoluiu e como seus tipos

tomaram formas diferentes, segundo as aplicações.Newton C. Braga

Para muitos o relé é considerado

um componente superado. Mas issonão é verdade. A função básica dese controlar um circuito a partir deum sinal, através de uma chavecontrolada por tensão ou corrente,ainda é necessária numa infinidade

de aplicações.É claro que o relé na sua forma

tradicional pode, em muitos casos,ser substituído por versões de estadosólido, porém isso não é uma regra.O importante é lembrar que, apesarde tudo, ele ainda é um componenteindispensável.

É por esse motivo que, preocupados com isso, os fabricantes dessescomponentes vêm se aperfeiçoando,criando componentes cada vez maiseficientes, quer sejam eletromecânicos, quer sejam de estado sólido.

OS TIPOS

Hoje em dia podemos contar basicamente com dois tipos de relés. Oprimeiro deles é o relé eletromecânicotradicional, formado por uma bobinaonde é aplicado o sinal de controle eum conjunto de contatos que controlao circuito externo, conforme ilustraa figura 1.

Esse tipo de relé tem a vantagemde poder isolar completamente ocircuito de controle do circuito contro

lado, e além disso dirigir correntesnos dois sentidos, ou ainda realizarfunções complexas de comutação.

Armadura

/ ContatosNF (Normalmente

~ fechado)I~(Normalmente

aberto)Bobina

Terminais

de bobina

Figura 1

A desvantagem está na velocidadede operação (lenta), ruídos e arcosproduzidos ao se acionar os contatose confiabilidade (baixa) pois trata-sede um sistema eletromecânico.

Evidentemente, muitos relés eletromecânicos que ainda são usados,possuem projetos elaborados quemelhoram muito seu desempenho emrelação aos tipos antigos. O uso deímãs em conjunto com a bobina demodo a polarizar o circuito magnético,aumentando assim a sensibilidade e avelocidade de respostas, é um exemplo dos recursos que encontramosem relés eletromecânicos modernos.

O segundo tipo de relé é o PhotoMOS, formado basicamente por umLEO emissor de infravermelho e umsistema foto-sensor que controla umou mais transistores de efeito de

campo de potência (Power MOS),conforme mostra a figura 2.

A principal vantagem deste tipode relé é que ele não possui partes

+

Matriz

de fotodiodos

Figura 2

móveis e, portanto, é silencioso emuito mais confiável. A desvantagemé que os dispositivos semicondutoresutilizados no controle nem sempreapresentam uma resistência suficientemente baixa para o sinal como seriadesejado.

O que o leitor deve lembrar, entretanto, é que existem aplicações emque os relés eletromecânicos aindasão mais vantajosos que os relés deestado sólido mais modernos.

De qualquer maneira, ao analisar esses componentes, podemoscolocá-Ios numa ordem tal em quepercebamos a evolução que vemocorrendo ao longo do tempo.

Antes de passarmos a uma análise da evolução dos relés será interessante colocarmos numa tabela ascaracterísticas comparadas dos doistipos (veja na página seguinte).

RELÉS DE ESTADO SÓLIDO COMTRIACS E MOSFETS

Os relés comuns podem serusados para comutar diversos tipos

SABER ELETRÔNICA ESPECIAL NQ 11/SETEMBRO/2005 3

Vantagens DesvantagensRelés de Estado Sólido Relés Eletromecânicos Relés de Estado Sólido Relés Eletromecânicos

Confiabilidade na comutaçãoVida útil longaFreqüência de comutação elevada

Tensão de ruptura elevadaResistência a surtos e ruídos

Pode controlar qualquer intensidade de corrente

Muito sensível - aciona com baixas II Pode operar com correntescorrentes ~contínuas e alternadasOperação silenciosa Isolamento total da carga

Não apresenta arcos na comutaçãoll Não existem correntes de fugaResistência a quedas e impactos Não é sensível a EMI

Possuem corrente de fugaelevadaSensíveis a surtos etransientesSua resistência de condu

ção é elevadaCapacidade de controle dacarga limitada

São pesados, caros evolumosos

Precisam de muita potênciapara o acionamentoContatos sujeitos a repiquesOperação ruidosaProduzem arcos principalmente na comutação decargas indutivas

de cargas, que vão desde cargasde corrente contínua e sinais até

cargas de potência ligadas à redede energia.

Para os relés comuns não há muita

diferença quanto ao tipo de carga,havendo apenas algumas precauçõescom a geometria dos contatos.

No entanto, no caso dos relés

de estado sólido, o tipo de carga aser controlada divide-os em duas

categorias. Assim, temos os relésPhoto MOS, que têm a estrutura mostrada na figura 3 e que se baseiamem transistores de efeito de campo.

Por outro lado, os relés baseados

em TRIACs são indicados especial

mente para o controle de cargas decorrente alternada, tendo a estrutura

exibida na figura 4.Para o Photo MOS, o princípio de

funcionamento é bastante simples deentender. Na parte superior existe um

LED emissor que deve ser excitado

pelo circuito de controle. Quando issoocorre, ele emite radiação infraverme lha que é captada por um conjuntode células fotoelétricas colocadas

logo abaixo, observe a figura 5.

MOC3010/3020

:=f ~ff:Opto-DIAC

No entanto, é possível comutarcorrentes alternadas com o uso de

dois transistores ligados conformevemos na figura 6.

Para as duas configurações écomum o uso de transistores DMOS,com resistências entre o dreno e a

fonte no estado de condução muitobaixas.

A resistência dentre o dreno e

a fonte no estado de condução ou

Rds(on) é a característica mais importante deste tipo de relé, correspondendo à "resistência de contato"dos relés eletromecânicos. Essa

resistência não só indica a queda de

tensão que acontece quando o relé"fecha" seus contatos, mas também

a sua dissipação.

Multiplicando a Rds (on) pelo

quadrado da corrente conduzida,temos a potência que o dispositivo

vai dissipar quando acionado. Para

as cargas de alta potência, essagrandeza é fundamental no projeto.

Para os relés de estado sólido

baseados em TRIACs, o princípiode funcionamento é semelhante. Um

LED é o emissor, mas na recepçãoexiste um foto-diac ou foto-triac de

pequena potência, veja a figura 7.Esse fotodisparador tem correntes

típicas na faixa de 5 a 20 mA, o queé suficiente para disparar um TRIACde maior potência, em um controle

~[

LED infravermelho

~ ~~::~;::.::,Invólucro Dispositivo ~Terminal

opto-sensível

Figura 4

Opto-MOS

Figura 5

]J ~~m'DlAC

A distância de separação entre oemissor e o receptor de infravermelho

é tipicamente de 0,4 mm, o que

garante um isolamento bastantealto, da ordem de milhares de volts,

dependendo apenas do gás presenteno interior do dispositivo.

O conjunto de fotocélulas excita

então o dispositivo de potência utilizado no controle externo, normal

mente transistores de efeito de campo

MOS. Um único transistor pode comutar somente correntes contínuas, uma

vez que ele pode conduzir apenasem um sentido.

MOS

opto-sensíveis

ou

Figura 3 Figura 6 Figura 7

4 SABER ELETRÔNICA ESPECIAL Nº 11/SETEMBRO/2005

] i"O IMO:Oi~OTRIAC

atento para as vantagens e desvantagens de cada um, levando emconta que a evolução dos relés semicondutores tende a criar tipos quesejam cada vez mais indicados paraaplicações específicas.

Pode-se utilizar um relé de estado

sólido ou Photo MOS para um projeto,mas o projetista deve saber escolhero tipo ideal para essa aplicação.

Figura 8

1J

V

(tensão)

Carga }

Tipos econômicosde alta sensibilidade

Tipos econômicos

com baixa Rds(on)

1000

Relé de

potência PhotoMOS

(alta capacidade)

Figura 8

100

t Corrente de carga (A)I

10

0,1

0,01

CONCLUSÃO

Relés, tanto eletromecânicosquanto de estado sólido são componentes importantes de muitosprojetos. Há aplicações em que ostipos tradicionais eletromecânicospodem ser substituídos pelos relés deestado sólido ou Photo MOS.

Todavia, o projetista deve estar

ligado à rede de energia, observea figura 8.

A terminologia usada para diferenciar esses dois tipos de relés éimportante. Os relés de estado sólido(Solid State Relays) ou SSR, são osque fazem uso de TRIACs enquantoque os Photo MOS ou PMOS são osque empregam transistores de efeitode campo de potência.

As tabelas dadas abaixo fazem

uma comparação entre vantagens edesvantagens dos dois tipos.

Atualmente, o projetista podecontar com uma enorme gama detipos de relés de estado sólido PhotoMOS. Essa variedade dificulta em

alguns casos a seleção do tipo idealpara uma aplicação.

No gráfico da figura 9 apresentamos as diversas famílias de reléscom as tensões de trabalho e as

correntes que os principais tipospodem controlar.

Nesse gráfico observamos queas correntes podem ser tão baixascomo 50 mA para tipos de RF outão altas como 6 A para tipos depotência.

As tensões de trabalho ocupamigualmente uma ampla faixa de valores, indo dos 40 V aos 1.500 V.

Os fabricantes de relés de estado

sólido possuem informações maiscompletas sobre seus relés, na formade datasheets e até mesmo SelectionGuides.

Em especial recomendamosque o leitor visite o site daMetaltex (www.metaltex.com.br) quedistribui relés Photo MOS da Aromat

(www.aromat.com).A Metaltex também é um dos

mais tradicionais fabricantes derelés eletromecânicos de nosso país,com uma ampla linha de tipos cujascaracterísticas podem ser acessadasem seu site.

Vantagens Desvantagens

Photo MOSou PMOS Solid State Relays ou SSR Photo MOSou PMOS Solid State Relays ou SSRPodetrabalharcomsinais analógicosde baixa intensidadePossuembaixascorrentesdefugasOperamtanto comcargasACcomo DCPodemter contatosNA e NF

São melhoresnos controlesdecargas ligadasà redede energiaPodemcontrolarTRIACsde altapotênciaPossuemumavelocidadedecomutaçãomuitoalta

PequenacapacidadedepotênciaSensívela tran~ientesResistênciade contatoelevada(Rds(on))

Correntede fuga elevada

Precisade circuitode proteçãoPrecisade dissipadoremalgunscasos

SABER ELETRÔNICA ESPECIAL Nº 11/SETEMBRO/2005 5

® [?l]~ [ID®~D[]jf©D® m~[Lm®~D©ill~

Segundo a opinião de alguns especialistas, o silício estaria

chegando ao limite de "encolhimento" dos dispositivos onde pode

ser aplicado. A própria lei de Moore estaria indicando isso. No

entanto, não é isso o que pensam os cientistas da Intel que,

partindo para novas tecnologias, conseguem dispositivos cada

vez menores e mais eficientes. Veja neste artigo o que a Intel

apresenta sobre o assunto.Newton C. Braga

Moore deve ser revista. Assim sendo,no mundo da tecnologia deve-seconsiderar o silício como um materialsemicondutor ainda extremamenteeficiente.

De acordo com a Intel, o debatede que o silício estaria com os diascontados como material básico paraa fabricação de dispositivos semiconductores não passa de uma tempestade em copo d'água. Essa é a opiniãode Sunlin Chou, vice-presidente do

TechnologyandManufacturingGroup (TMG)da Intel, umhomem acos

tumado a pensar numa escala diferente.

Sunlin Chou - Vice Presidente

do Technology and ManufacturingGroup da Intel.

o que o faz acreditar nessa idéiajá parte do início da fabricação detransistores com um processo de50 nanômetros (50 bilionésimos demetro). Com esse processo, a comparação do tamanho dos dispositivossemicondutores com a espessura docabelo humano se torna obsoleta.

Para que o leitor tenha uma noção,mil desses transistores correspondemà espessura de um fio de cabelo!

NANOTECNOLOGIA EM AÇÃO

Quando tratamos de nanotecno

logia nos referimos aos processos,

materiais e estruturas usados paraconstruir transistores e outros ele

mentos de um circuito que sejammenores do que 100 nanômetros (nm).Menores do que um fio de cabelo,essas estruturas podem ser comparadas ao tamanho de um vírus, o menorde todos os microorganismos.

Com as tecnologias atuais é possível fabricar transistores que sejammenores do que um vírus, o que nosleva a tomar como padrão de medidapara eles as dimensões de um únicoátomo. Por exemplo, a camada deóxido da comporta (gate) de umtransistor, um material isolante tendoapenas 5 átomos de espessura, queresulta em alguma coisa mais do que1 nanômetro.

Mas, e o silício, onde que ele entranessa história?

Antigamente, a experiência dasindústrias parecia indicar que existiaum limite definido para o númerode componentes que poderiam serfabricados em um wafer de materialsemicondutor.

Isso poderia ser real com os métodos tradicionais. Mas, se nos aprofundarmos nos recursos da nanotec

nologia, as receitas para o trabalhocom materiais e processos estãopassando por uma transformação.

Com essas transformações, aslimitações até então respeitadaspela indústria não mais podem serconsideradas como absolutas. A lei de

O SILíCIO E OS NOVOSMATERIAIS

Quando se consegue diminuir otamanho de um dispositivo semicondutor, além da possibilidade de maiscomponentes por chip temos umaoutra vantagem a ser observada: oaumento da velocidade.

A Intel, por exemplo, desenvolveuum método que permite aumentar avelocidade de seus transistores de 50

nm, empregando silício tensionado(strained si/icon).

O que ela faz é colocar as moléculas de silício de modo que as mesmasformem uma grade. Tensionando eliberando essa estrutura, ela permiteque os elétrons passem com maisvelocidade e com menos resistência.Maior velocidade e menor resistência

levam a transistores mais rápidose, conseqüentemente, a chips maisrápidos.

A figura 1 mostra a estrutura deum transistor de três comportas (tri-

6 SABER ELETRÔNICA ESPECIAL NQ 11/SETEMBRO/2005

gafe), uma outra montagem desenvolvida pela Intel para aumentar orendimento desse tipo de dispositivosemicondutor.

Este transistor emprega umaestrutura de comporta tridimensional,que permite que a corrente flua pelaface superior do transistor e pelasparedes laterais, aumentando assimsua área efetiva.

Segundo a Intel, a própria tecnologia do silício deve ser renovadacom a introdução de novos materiais.Um exemplo disso é a substituição dafiação de alumínio por cobre. Outrainovação é a substituição do dielétricode dióxido de silício por um dielétricodenominado low-k (baixo-k).

A Intel inclusive está trabalhandoem um novo dielétrico denominado"high-k" que deve substituir o dióxidode silício nas estruturas de gafe dostransistores, reduzindo assim ascorrentes de fuga.

Outro ponto que ainda admiteum grande espaço de evolução denovas tecnologias (ainda baseadasno silício) é o relacionado com osnanofios e nanochips, estruturas quepodem ser integradas como novasformas de transistores e conectores.

CONClUSÃO

A pesquisa em nanotecnologiadeve continuar no sentido de fornecernovos materiais e dispositivos. Estesserão muito mais fáceis de fabricar e

vender do que criar uma nova tecnologia baseada em outros materiais.Enfim, ainda existe muito espaçopara a tecnologia do silício, quediferente do que a lei de Moore prevê,pode resultar em novos dispositivosmenores e mais rápidos.

O silício não acabou com material

básico da eletrônica e é isso o quea Intel revela, construindo novas

fábricas como, por exemplo, a novaem Chandler, Arizona, onde foraminvestidos 3 bilhões de dólares parafabricar chips em wafers de 300 mm.

Um wafer desse tamanho tem

225% mais área que os tradicionaisde 200 mm, sendo mais fácil deproduzir, além de outras vantagensque recompensam plenamente oinvestimento feito pela Intel.

Figura 2 - Wafer de 300 nm, fabricado

pela Intel.

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GERADOR DENTE-DE-SERRADE PRECISÃO

A Maxim (www.maxim-ic.com) sugere um circuito gerador

dente-de-serra que utiliza apenas dois componentes e apresenta

uma Iinearidade de aproximadamente 1% em toda a sua faixadinâmica de mais de 80 dB.

+ 5 VI

IC1MAX4162

(SOT23-5)

3Vc

(-5Va 1

+!,66V)

-5V

.I0'! flF

Figura 1

+5V

Newton C. Braga

Q22N3904

~Saída

retangular

o circuito é mostrado na figura 1,produzindo ao mesmo tempo um sinaldente-de-serra de alta precisão e umsinal retangular, em saídas diferentes.

A freqüência do sinal dependedas tensões de alimentação (5 V),tensão de controle (Vc) e de R, eC, no diagrama dado, conforme aseguinte fórmula:

f = [3(V + Vc)/5](1/R1C1)

Onde V é a tensão de alimentaçãode 5 V e Vc a tensão de controle na

faixa entre O e 1,66 V. A freqüênciaé obtida em hertz, quando C é dadoem farads e R em ohms.

Uma das aplicações importantesse dá em sistemas de aquisição dedados ou amostragem e retenção,na qual se necessita de um sinal devarredura linear, como o produzidopor este circuito.

Para um capacitar de 3,3 nF comoC, teremos um tempo de subida de150 ns.

Na saída de sinais retangulares ociclo ativo obtido é de 50%.

ATENUADOR DE ÁUDIO SIMPLES

Newton C. Braga

Utilizando as características de condução de diodos zener épossível elaborar um atenuador simples para sinais de áudio,

conforme sugerimos neste artigo.

de uso geral para sinais de áudio, elefunciona perfeitamente.

É bom lembrar que se trata de umatenuador para pequenos sinais. '

O diodo zener pode ser de qualquer tipo entre 2,1 V e 3,3 V, com umadissipação entre 400 mW e 1 W.

Na figura 1 temos essa configuração simples que emprega poucoscomponentes passivos.

A tensão de controle determina a

atenuação, a qual varia tipicamenteentre 5 e 58 dB, quando a tensão deentrada varia entre a tensão nominal

de um zener e o triplo da tensão dozener.

Para uma tensão de duas vezes

a dos zeners usados a atenuação

típica é de 30 dB. Essa atenuaçãodepende também das característicasespecíficas dos componentes colocados.

Veja que o resistor em série coma fonte é importante para limitar acorrente no zener. O valor desseresistor depende muito da dissipaçãodos zener usados, mas o que indicamos serve para os tipos dentro dafaixa de valores recomendada.

É importante notar que a linearidade desse atenuador não é dasmelhores, mas como uma aplicação

R14700

Vz = ver texto

C24,7 uF

~ída

Entrada

[}-cJ--oC3 2,2 kn

1 pF

Figura 1


MultisimAgora é National Instruments

o conhecido programa de projeto, simulação e elaboraçãode placas de circuito impresso passa a incluir novos recursos,

tornando-se uma ferramenta de uso profissional, capaz de

atender a todos que estavam acostumados com essa plataforma.

Adquirido pela National Instruments, o Multisim ou Electronics

Workbench (EWB) como também é conhecido, chega de uma

forma diferenciada ao nosso mercado. Veja neste artigo o queoferece a nova versão 8.0.

o conhecido MultiSim que tem noEWB (Electronics Workbench) umade suas ferramentas mais utilizadas,muda completamente ao passar a serum produto da National Instruments(www.ni.com).

Com novos recursos em sua

versão 8.0, esse programa de projeto, simulação e elaboração deplacas de circuito impresso além deatender ao seu público tradicional,passa a ser uma ferramenta de usoprofissional. De fato, para os queaprenderam a usar esse programaquando eram estudantes, a possibilidade de continuar contando

com o mesmo quando se tornamprofissionais e precisam de uma ferramenta de trabalho mais poderosaé muito interessante.

Já familiarizados com seus recur

sos básicos, fica mais fácil aprendermais alguns recursos do mesmoprograma do que começar tudo denovo com outro software de interfacenem sempre tão amistosa.

Trata-se, portanto, da ferramentaideal para desenvolvedores e tambémpara escolas técnicas, uma vez queexiste (como apoio para o estudante),uma versão free que casa completamente com a versão profissionalcompleta 8.0. As escolas poderãoministrar seus cursos na versão com

pleta e cada aluno poderá elaborar

Newton C. Braga

suas tarefas, trabalhando em módulose usando a versão free.

Na versão 8.0 o MultiSim contacom os mesmos recursos das versõesanteriores e mais uma série de recursosadicionais que o tornam apropriadopara o trabalho em desenvolvimentode projetos mais avançados, de usoprofissional. Certamente, um dosdestaques desse programa é suapossibilidade de trabalharcom qualquermicroprocessador, fazendo projetos esimulações.

Além disso, ele "conversa" comoutras plataformas de desenvolvimento e simulação como o LabView,da National Instruments. Finalmente,é preciso ressaltar que o novo MultiSim possui recursos avançados quepermitem a realização de projetos naárea de Telecomunicações.

Novas ferramentas de simulaçãode projetos de altas freqüênciastornam possível o trabalho com oscircuitos mais críticos, o que nãoocorria com as versões anteriores etambém não acontece com muitos

outros programas de desenvolvimentoe simulação atuais.

Diversas são as vantagens parao leitor que pretenda investir numaferramenta de trabalho como esta:

- O MultiSim é fácil de usar, tendosido por esse motivo, o preferido pormuitos como o primeiro programa de

projeto, simulação e desenvolvimentode placas a ser utilizado. Partir parao uso profissional com mais recursosé muito mais fácil do que de umsoftware totalmente diferente.

- O MultiSim é uma ferramenta

de trabalho amplamente testada,que todos conhecem. Com novosalgo ritmos aperfeiçoados, muitoscircuitos são testados agora commuito mais facilidade e exatidão.

- A vasta instrumentação virtualdisponível permite trabalhar Comextrema facilidade nos circuitos simulados.

- Simula circuitos de altas freqüências com algo ritmos poderosos, aexemplo dos usados em telecomunicações.

- O software conta com instrumentos virtuais "reais" da Tektronics e

Agilent, permitindo assim que testesmuito mais completos sejam realizados e depois comprovados emum instrumento exatamente com asmesmas características, se assim oprojetista desejar.

- Possui uma integração diretacom os instrumentos do LabView, daNationallnstruments.

UM POUCO MAIS DE Multisim

A possibilidade de possuir umprograma capaz de fazer o projeto,simulação e elaboração da placa decircuito impresso pelo computador,é algo com que todo profissional deEletrônica sonha.

O MultiSim ou EWB (ElectronicsWorkbench) foi durante muito tempoo programa mais conhecido com


. PROJETOS

PEQUENAS DESVANTAGENS

Apesar de todas as vantagens quelevam o MultiSim a ser uma das maispoderosas ferramentas de projetocom que os leitores podem contaratualmente, existem alguns pontosobscuros que precisam ser ressalta-

de um osciloscópio de duplo traço, osimulador contém outros instrumentosde grande utilidade para os projetosatuais.

Um deles faz a análise do com

portamento de um circuito no domínio das freqüências, ferramenta deenorme importância no projeto de filtros. Podem-se aplicar sinais com umespectro estabelecido previamente everificar como o circuito responde aesses sinais, com grande precisão.

Outro recurso importante na instrumentação virtual é o da modelação do circuito no domínio do tempo.Essa simulação permite levantar umgráfico do comportamento do circuitoa partir do instante em que ele éligado até um determinado instanteprogramado.

- Windows NT/2000/XP- Pentium 3- 128MB de RAM

- 150MB de espaço no HD- unidade de CD-ROM- resolução do monitor: 800 x 600

Requisitos recomendáveis:

Requisitos mínimos:

Instalação do MultiSim

NOCD

No CD que acompanha estaedição, o leitor encontrará uma mídiacom o pacote de software "DesignSuite Freeware Edition 8.1", conjuntode ferramentas gratuitas em quetodos os recursos desse programapodem ser melhor vistos no seucomputador.

Informamos aos leitores que nosite da National Instruments podemser obtidas mais informações sobreo MultiSim: www.national.com.htt:/InLcom/Brasil ou para maisinformações, envie um e-mai! [email protected].

- Windows XP Profissonal- Pentium 4- 256MB de RAM

- 500MB de espaço de HD- unidade de CD-ROM

- resolução do monitor: 1024 x 768

dos e que, certamente, devem sermelhorados nas próximas versões:

Uma das queixas é o fundo pretoda tela do osciloscópio, que dificultasua impressão caso o projetistadeseje agregá-Ia a uma documentação impressa.

Observamos ainda em algunscomentários que o manual de usoapresenta diversos pontos de difícilentendimento. No momento em quepreparamos esta edição, não tínhamos ainda o manual em portuguêsque, esperamos, não apresente asmesmas dificuldades.

..--.

..--.

..--.

..--.

Análises

Traçador

de gráficos

Instrumentos

virtuais

Pós·processadores

•••

•••

.. Co-slmulação.• • ISPICE VHDL VERILOG

Projeto iniciaçãoVERILOG

1••

Síntese

FGPAI CPLO

ILayoutdePCI

••,~.

Captura de

•esquemas -••,

Versão Profissional do Multisim.

Projeto

iniciação VHOL

Editor de

símbolos

Modelação

Editor de

componentes

1••

Base de dados

de componentes I 4 •

que todos podiam contar. Com umainterface gráfica amigável, o programa dispunha de uma tela ondepodiam ser desenhados os circuitos,"arrastando-se" componentes deuma vasta biblioteca, que podia serampliada a qualquer momento.

Depois, era possível conectar aocircuito desenhado, diversos instrumentos virtuais como voltímetros,amperímetros, osciloscópios, geradores de função de modo a se fazer asimulação de seu funcionamento.

Finalmente, uma vez que se verificasse que na simulação o circuitofuncionava, era possível transferiras informações do diagrama paraum programa do mesmo conjuntocapaz de elaborar a placa de circuitoimpresso (U!tiRout ou UItiBoard).

O importante nesses passos parase partir do componente isolado echegar a uma placa com um circuitosimulado, é a perfeita integraçãoentre todos, não exigindo do projetistamais do que manusear o mousedo computador e eventualmente oteclado.

Na parte de instrumentação virtualé interessante ressaltar que, além


A NATIONAL INSTRUMENTS COMPANV

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ou entre em contato pelo telefone (11) 3262 -3599.

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:l C'

MICROCONTROLADORES /-----------_/

CONHEÇA O dsPICo dsPIC, um Controlador de Digital de Sinais (DSC) da

Microchip, consiste em um poderoso dispositivo de 16

bits com arquitetura Harvard modificada, que ao mesmo

tempo combina as vantagens de um microcontrolador

(MCU) de 16 bits com um Processador Digital de Sinais

(DSP) obtendo-se assim uma solução completa para

aplicações como controle de motores, conversão de

potência, sensores de alta velocidade, processamento de

sinais de áudio e voz, conectividade e modems, telecom,

encriptação e aplicações automotivas. Veja neste artigo

o que é o dsPIC e como você pode se beneficiar de suas

excepcionais características no desenvolvimento de seu

projeto industrial.Newton C. Braga

Os dsPICs da Microchip (www.microchip.com) podem alcançar velocidades de processamento de 30MIPS, podendo ser programados emlinguagem C, além de possuíremmemória flash interna de programa,EEPROM de dados, SRAM de dados,periféricos poderosos incluindo diversas bibliotecas de softwares quepermitem ao desenvolvedor criarsoluções embutidas com facilidade.

A memória flash tem tamanhos

entre 12 kbytes e 144 kbytes, encontrando-se disponíveis na famíliadsPIC30F 18 dispositivos diferentes,mas muitos outros deverão aparecercom o passar do tempo.

Na figura 1 temos um exemplo dedispositivo disponível desta família.

Dentre as vantagens apresentadas pelos dispositivos desta famíliaque podem ser aproveitadas pelosleitores já familiarizados com osdispositivos PIC da mesma empresa,destacamos:

MCU rápida e poderosa de 16 bitsde dados

Desempenho elevado para o setorDSP

Arquitetura de instruções baseadaem RISCMemória Flash

Figura 1

Barramentos separados de programa e dadosPeriféricos poderosos on-chíp

Características elétricas e derecursos:

Faixa de tensões de operação: 2,5a 5,5VFaixa de temperaturas de operação: -40°C a +125 °CFaixa de velocidades de operação:DC a 30 MIPS

Invólucros: de DIPs de 18 pinos aTFFPs de 80 pinosPower-on Reset programávelBrown-on Reset programávelDetecção de baixa tensão programável

Modos Idle e Sleep

Comutação entre fontes de clockem tempo realMemória flash programável - nocircuitoMemória EEPROM de dadosMemória SRAM de dados

Estrutura de interrupções flexívelCapacidade de conversão AIO dealta velocidade:

Periféricos On-Chip:Opções de clock cristal, ressona

dor, RC ou chíp RC

Módulos de comunicação:SPI, PC, UART, CAN 20B, Codec

Interface (PS&AC97)

Timers

Captura de entradaComparador de saídalPWMControle de motores PWM

Conversores A/O (+/-1 LSB deprecisão)

Taxa de conversão de dados de

10 bits de 1 Msp.Taxa de conversão de dados de

12 bits de 500 kbps

Mas, para que o leitor tenha umaidéia melhor do que um dsPIC podefazer e no que ele é melhor paramuitas aplicações do que um PIC

12 SABER ELETRÔNICA ESPECIAL NQ11/SETEMBRO/2005

~(ONTROlADORES

convencional, comecemos por umaanálise mais detalhada do que é umControlador Digital de Sinais.

o QUE É UM CONTROLADORDIGITAL DE SINAIS?

Um controlador digital de sinais(DSC = Digital Signal Contral/er)consiste em um dispositivo que temintegrado um microcontrolador (MCU)com recursos adicionais que permitem que ele opere como um processador digital de sinais (DSP).

O gráfico da figura 2 mostra comoesse dispositivo se situa quando ocomparamos a DSPs convencionaise MCUs de 32 bits.

O que acontece é que no processamento de sinais rápidos, comoo que ocorre com um controle demotor, no processamento de sinaisde sensores muito rápidos (como os

/, usados nas aplicações automotivas),no processamento da palavra, osDSPs são dispositivos muito maisapropriados do que os microcontroladores.

Os DSPs convertem os sinais

analógicos rapidamente para a formadigital, e após processá-Ios, os entregam quer seja na forma digital comoanalógica, ou ainda os utilizam parafazer o controle de dispositivos externos.

Os DSPs já possuem em seu interior um microcontrolador apropriadopara a tarefa que exercem. Assim, umdsPIC, reunindo as característicastanto dos DSPs como dos Microcon

troladores, consiste em um dispositivoespecialmente indicado para as aplicações em que DSPs convencionaissão recomendados.

Isso torna os microcontroladores

com DSPs adequados para qualqueraplicação que envolva o processamento de sinais em tempo real. Éo que ocorre justamente com osdsPICs que, conforme o nome indica,resultam em uma "mescla" de microcontroladores com DSPs num únicochip.

No entanto, a vantagem maiordo dsPIC está exatamente em sua

arquitetura e recursos que os tornammais fáceis de usar do que os DSPs

a>tocroEo~Ia..

dsPIC30F

1st Generation DSC

Price

Figura 2

convencionais, pois podem ser utilizados de forma simples, principalmentepor aqueles que já estão familiarizados com os PICs.

Além disso, eles são otimizadospara aplicações de controle em condições extremas como, por exemplo, asencontradas em aplicações embarcadas, em eletrodomésticos e nocontrole de motores ou inversores emambientes industriais. Tudo isso dota

os dsPICs de recursos específicosem determinadas aplicações ondeeles podem reunir os benefícios domelhor desempenho, maior facilidadede uso e menor custo.

COMPETITIVIDADE POR QUE DSPIC?

Um dos problemas dos microcontroladores que reuniam característicasde DSPs das primeiras gerações erasua performance, que deixava muitoa desejar quando comparada com ados DSPs convencionais.

Assim, os primeiros MCUs desenvolvidos apresentavam a limitaçãoda fronteira dos 64 kB ditados pelosMCUs de 8 bits. Por isso, altas velocidades não podiam ser alcançadaspelas primeiras arquiteturas.

Quando novas arquiteturas sefizeram necessárias, uma primeiradificuldade a ser enfrentada parase aumentar suas performances foi,justamente, a compatibilidade com asMCUs das gerações anteriores.

O dsPIC, por outro lado, foi desenvolvido a partir do zero, unindo asexigências dos 16 bits tradicionais.Sem sacrificar a performance, elecombina as performances das MCUsde 16 bits no cerne de uso geral comtodos os recursos necessários a umaoperação de DSP.

PROJETADOPARA CONTROLEEM TEMPO REAL

Diversas são as vantagens oferecidas pelo uso do dsPIC em controlesem tempo real, como apregoa aMicrochip. Dentre elas, destacam-sea confiabilidade, a robustez e custoreduzido do sistema. Ademais, outrosdetalhes devem ser observadoscomo.

a) O oscilador on-chip elimina aexigência de cristais, reduzindo assimo custo do projeto.

b) A temperatura máxima de operação é de 125°C, o que o tornaideal para aplicações em ambientesextremos como os encontrados nasaplicações industriais e automotivas.

c) Os pinos I/O podem excitarcargas de até 25 mA, o que significaa possibilidade de acionamento diretade LEDs, ou ainda a eliminação deMOSFETs externos como comutadores.

d) O monitor de clock é on-chip,o que agrega confiabilidade ao circuito.

e) Há diversos recursos para seotimizar o consumo. É possível alterara freqüência do oscilador on-chip ouainda dividir a freqüência do clockem períodos de inatividade. Tambémpode-se ir ao modo "power-down" demodo a cortar os clocks e reduzir acorrente a poucos microampêres.

f) O power-on Reset on-chip elimina a necessidade de circuitosexternos para essa finalidade.

Para as diversas aplicações existem recursos específicos, o queé muito importante quando sedeseja desenvolver um projeto completo. Alguns exemplos são dadosa seguir:


o(

:; MICROCONTROLADORES/, ---------------_--../

CONTROLE DE MOTORES

Mais recursos do que os obtidospor um simples microcontroladorpodem ser conseguidos com o uso deum dsPIC. Assim, é possível ter muitomelhor desempenho nas seguintesaplicações:

• Aquecimento, ventilação e sistemas de ar condicionado• Encoders e resolvers absolutos• Sistemas de controle industrial

• Equipamentos para exercíciosfísicos (academias)• Máquinas de lavar• Máquinas de costura• Bombas industriais

• Ferramentas de potência• Refrigeração• Máquinas impressoras

Para essas aplicações, os dispositivos da família dsPIC30F contamcom:

• 1 ou 2 pinos de detecção defalhas• Variantes de 28, 40 e 64 pinos• 6 ou 8 saídas de controle PWMde motor

• PWM complementar ou independente• PWM alinha nos extremos ou nocentro

• Amostragem AIO sincronizadapara o ciclo PWM• Conversor AIO de 10 bits, 1Msps• 2 ou 4 amostragens simultâneaspara o AIO• Operação de 5 V para ambientesruidosos• Algoritmo para controle de motor

CONECTIVIDADE

Para aplicações envolvendo conectividade, como por exemplo as ligadasà Internet, a família dsPIC30F oferecediversos campos de aplicação asaber:

• Diagnóstico remoto de equipamento industrial

• Equipamento médico remoto• Medidores remotos de água, luze gás• Sistemas de controle industrial• Monitoramento remoto• Máquinas de venda (vendingmachines)

• Modems através da rede de

energia• Sistemas de segurança• Set top boxes

Para essas aplicações, os destaques das características exigidassão:

• Interface UART• Software com biblioteca TCP/IP• Biblioteca para Soft Modem

(V3/.32bisN.22bis)• Bibliotecas de encriptação• Software para driver ethernet• RTOS para multiconsulta

CONTROLE DE SENSORES

O tamanho reduzido dos dispositivos de 18 e 28 pinos da série dsPICos tornam ideais para aplicações queenvolvem o controle avançado desensores.

A combinação com um conversorAIO de 12 bits, periféricos de comunicação, gerenciamento de energiae o desempenho de um DSP tornapossível o desenvolvimento de módulos de interface inteligentes parasensores.

Dentre as aplicações possíveis nocontrole de sensoriamento, lembramos as seguintes:

• Detecção avançada 2-D PIR• Sensores químicos e de gás• Detectores de quebra de vidros• Módulos giroscópicos• Detectores de batidas

• Sensores de vibração• Sensores de pressão• Sensores de torque• Receptores de moedas• Sensores magnéticos• Sensores ultra-sônicos

Para essa finalidade, as características do dsPIC que se destacamsão:

• EEPROM de dados

• Capacidade de DSP• Captura de entrada de alta velocidade• Conversor AIO de 12 bits, 200kbps• Ferramenta visual para projetode filtros digitais• A memória flash configurávelpode atualizar algoritmos

APLICAÇÕES AUTO MOTIVASComo fornecedor qualificado

ISO/TS 16949:2002 para fabricantesde veículos, a Microchip indica osdispositivos da família dsPIC30F nasseguintes aplicações:

• Direção hidráulica assistidaeletrônicamente

• Caixas de embreagem eletrônicas

• Pré-tensionadores para cintosde segurança• Cancelamento de ruído

• Monitores avançados de bateria• Controlador de airbag• Controladores de ignição• Sensores

• Controles de pressão de combustível

Para tais finalidades, as características exigidas, encontradas nosdispositivos dsPIC, são:

• Capacidade de DSP• Cerne MCU poderoso• Biblioteca para rede CAN eOSEK• Um ou dois módulos CAN 2.0B

• Temperatura de operação extendida• Faixa de tensões de +2,5 V a5,5 Vdc• Suporte L1N através de UARTe software

• Modos de operação segura• Alta confiabilidade

PROCESSAMENTO DA PALAVRA

Tanto o processamento da palavracomo aplicações de áudio com baixafidelidade utilizam um DSP e umaMCU para controle. Com o uso dodsPIC é possível reduzir o número decomponentes para diversas aplicações que envolvem o processamentode sinais de áudio, tais como:

• Sistema de intercomunicadores

• Playback de palavra de altaqualidade• Redes de distribuição para altofalantes• Efeitos em instrumentos musicais• Microfones ativados pela voz emicrofones sem fio

• Equipamentos de teleconferência


~I(RO(ONTROLADORES

• Reconhecimento da palavra• Fones de ouvido• Secretárias eletrônicas

• Rádios digitais de duas vias• Gravadores de voz

Para essa finalidade, os pontoscríticos das características que devemser observados são:

• Interface Codec: AC97 e 12S• Conversor AIO de 12 bits, 200kbps• Ferramenta para projeto de filtrodigital• Biblioteca DSP pronta para uso• Biblioteca para supressão deruído

• Biblioteca para cancelamento deeco acústico

• Biblioteca para codificação edecodificação da palavra• Biblioteca para aplicações emreconhecimento da palavra

I " ~ A

CONVERSAO DE POTENCIAE MONITORAMENTO

Nessa aplicações incluímos osNo-Breaks, inversores, unidades degerenciamento de energia que podem

estar embutidas em equipamentosde diversos graus de complexidade.As principais aplicações sugeridassão:

• Monitoramento de energia emservidores

• Monitoramento de energia emequipamentos diversos• Interruptores de segurança emcircuitos

• Detecção de arcos• Unidades de potência auxiliares• Veículos elétricos• Conversores AC/DC• Conversores DC/DC

• Correção de fator de potência• Inversores• No-Breaks online

As características principais exigi-das para essas aplicações são:

• Conversor A/O de 10 bits, 1Msps• 2 ou 4 amostragens simultâneaspara o AIO• Amostragem A/O sincronizadacom o ciclo PWM• 6 ou 8 saídas PWM

• PWM complementares ou independentes

• 1 ou dois pinos de falha• Freqüência PWM de 58,6 kHzcom 10 bits de resolução• Operação de 5 V para ambientesruidosos

FERRAMENTAS DEDESENVOLVIMENTO

DE PROJETOS

Diversas ferramentas para o desenvolvimento de projetos estão disponíveis para os leitores que desejaremcriar novos projetos com o dsPIC.(Veja o CD que acompanha estarevista para mais informações).

Na figura 3 o leitor tem um diagrama de blocos com as funçõesincluídas no dsPIC.

ACCA<40>

ACCB<40>

DSP Engine .

16-bitALU

Legend- MCU/DSP X-Data Path

- DSP V-Data Patch

- Address Patch

Figura 3

SABER ELETRÔNICA ESPECIAL Nº 11/SETEMBRO/2005

X-Data Bus<16-bit>

V-Data Bus< 16-bit>

IPrego Flash

and Data EE

Data Access

Data

SRAM

upto

8Kbytes

Data

EEPROM

upto4K bytes

Flash

pregram

Memory

upto

144Kbytes

X-Data Bus<16-bit>

l/O Ports A-G

Input Capture (8 ch)

Compare/Std PWM(8ch)

5 Timers 16-bit

SPIThl1

SPI™2

UART 1

UART2

I2C™

Codec Interfacef2S/AC97

CAN 1

CAN2

Motor Control PWM

I Quad Enc Interface II 12-bit AIO I

10-bit AIO

15

MICROCONTROLADORES /----.----/

_ 5 )(

A ferramenta também traz o

recurso do C-SPY Debugger. Comesta opção é possível "debugar" umprograma desenvolvido na "linguagem C" ou assembler lAR de maneirafácil e bastante eficiente. Um outro

detalhe importante da ferramenta é oBacktracíng, que auxilia no desenvolvimento de soluções em C/EC++.

O uso desta ferramenta é reco

mendado a profissionais da área eempresas que necessitem de umaferramenta confiável, com excelentesuporte técnico. Dizemos isso, poismuitas são as empresas que iniciamseu desenvolvimento baseadas em

aplicativos "livres" e outros. Todavia,no futuro os problemas começarão asurgir. O principal deles é a totalfalta de suporte e responsabilidadepor parte dos desenvolvedores. Ésempre recomendável que empresas

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Márcio José Soares

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i Figura 1 - lAR Embedded Workbench IDE

Um recurso bastante simples, masmuito importante e que não poderiadeixar de estar presente na IDE é orealce de "texto e cores". Durante a

montagem de um programa qualquera ferramenta utiliza o recurso "estilode texto e cores", permitindo umainteração maior entre o programador eo aplicativo, pois todos os comandos,variáveis, textos, ete., são realçadoscom cores e fontes diferentes.

A FERRAMENTA

o emprego de um DSP nos mais variados segmentos do

mercado, hoje, é uma realidade. As vantagens da aplicação

de um DSP em um determinado projeto são muitas, porém, o

sucesso desta aplicação depende não somente da escolha corretado DSP a ser utilizado, mas principalmente da ferramenta de

desenvolvimento empregada. Neste artigo, abordaremos um

pouco a ferramenta de desenvolvimento da lAR para dsPIC, o

DSP Microchip.

~[PD© D&mEmbedded Workbench IDE

Ferramenta de desenvolvimento lAR para dsPICI

I

A ferramenta lAR Embedded

Workbench IDEpara dsPIC Microchip(figura 1) é um item poderoso. As diferenças desta IDE para a IDE MPLAB(uma outra ferramenta, também utilizada por desenvolvedores dsPIC)não são muito grandes, Estão presentes os mesmos recursos paraadministração de um projeto, porémcom todas as vantagens oferecidaspelos pacotes lAR. Ela permiteainda que o usuário crie um projetoutilizando as linguagens C/EC++e - ou ASM (lAR dsPIC assemblerlanguage).

Veja na figura 1. Apesar da aparente simplicidade, a ferramenta ébastante poderosa. Sua simplicidadeem tela é algo muito desejável, umavez que uma ferramenta com umainfinidade de "botões" e menus poderia criar o que chamamos de "pânicopré-adaptação". A idéia da lAR étrazer uma ferramenta bastante sim

ples, com todos os recursos montadosde forma automática, permitindo umamaior velocidade na adaptação porparte dos novos usuários e uma maiorsimplicidade na operação dos seusrecursos por parte do já "experimentado desenvolvedor".


êlARSYSTEMS

Ferramentas para o dsPICA lAR Systems oferece um conjunto de ferramentas gráficas

para projeto, programação e implementação eficientes para osmicrocontroladores PIC e dsPIC da Microchip. Elas permitirãoeconomizar horas valiosas de trabalho e vão ajudá-Io a criar

um produto da mais alta qualidade.

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VSdsPICvisualSTATE para controladores dsPIC:

Sofisticado Ambiente de Projeto que permite representarsua especificação e requisitos através de modelos de

maquina de estados, debugar, simular, documentar eainda sintetiza o código ANSI C para o seu MCU dsPIC.

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DongleChave HW

Para instalação da mesma licença em maisde uma máquina

EWdsPICC Compiler kit para controladores dsPIC:

o "Embedded Workbench" da lAR é um conjunto deferramentas de desenvolvimento altamente sofisticadas e

fáceis de usar para aplicações "embedded". Integra ocompilador lAR C/C++, o assembler, o linker, a biblioteca,

o editor de texto, o gerente de projeto e o debugger C-SPYem um ambiente integrado de desenvolvimento (IDE).

Com seu optimizador chip-específico interno, lAR"Embedded Worbench" gera o código de maneira muito

eficiente e confiável para a FLASH/PROMable do dsPIC.Além da tecnologia sólida, os sistemas da lAR fornecem

também o suporte técnico profissional em todo o mundo.

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MI(RO(ONTROLADORE~

e profissionais da área busquemferramentas que Ihes permitam nãosomente o desenvolvimento, mastambém que Ihes ofereçam o suporteadequado, quando necessário.

Para nosso leitor estudante o uso

e compreensão da ferramenta aquidemonstrada poderá ajudar no futuro,quando o mesmo se deparar comoutras IDEs da lAR, pois seja qualfor o microcontrolador, o ambientese aproxima bastante. Desta forma,ficará bem fácil "passar" em um testeexigido para uma possível vaga deemprego.

O estudo do manual EWDSPIC_userguide.pdf poderá trazer maisinformações aos leitores interessadosem conhecer e se aprofundar nalAR Embedded Workbench IDE paradsPICs.

INSTALAÇÃO

A instalação da ferramenta é muitosimples. Para instalá-Ia em seu PC,siga os seguintes passos:

3. Preencha os campos e envieos dados;

4. Uma outra página será mostrada onde existem dois números: umé o número da licença, que deveráser colocado na primeira tela dainstalação e o segundo é o OuickStartkey, que habilita o software para usodemonstrativo;

5. Volte na apresentação multimídia, mas não feche a página quecontém os números de licença, eclique em lAR Embedded Workbenchfor dsPIC para abrir a tela de instalação;

6. Copie o número da licença ecole no campo da tela de instalação dolAR, clique em next para continuar;

7. Em outro momento o instalador

irá pedir uma senha para iniciar ainstalação;

8. Volte à página da lAR (registro),copie o OuickStart e cole-o na telade instalação;

10. Em seguida será solicitado otipo de instalação: "Full" ou "Personalizada". Recomendamos a opção "Full"para os usuários sem experiênciacom as ferramentas lAR. Clique em"next" para continuar;

11. A próxima tela configura aspastas no menu "Iniciar". Clique em"next" para continuar;

12. Em seguida são demonstradasas opções selecionadas de instalação.Clique em "next" para continuar.

Passadas estas etapas, o programa será instalado e uma pastaserá adicionada no menu Iniciar. Para

executar o aplicativo, clique em "Iniciar-> lAR System -> lAR EmbeddedWorkbench for dsPIC evaluation version -> lAR Embedded Workbench".

No CD também inserimos uma

cópia do lAR Visual State 5.1 (figura2). A instalação desta ferramentatambém é recomendada. Ela auxiliará

na criação e documentação de umprojeto.

.l.6lo c :2 •• Ii!,rDl3~

• 1<'

As ferramentas de desenvolvi

mento, hoje, trazem uma sériede recursos e facilidades aos

desenvolvedores. Aproveitar essesrecursos pode significar um ganhode "horas técnicas" durante o

desenvolvimento de um produto, eeste ganho em horas no laboratório será refletido nos custos

finais do produto e também notempo para inserção do mesmo nomercado. Estas variáveis podemrepresentar uma economia significativa para a empresa.

Para o desenvolvedor, as facilidades e recursos permitirão aaplicação da mesma em mais deum projeto num mesmo período,demonstrando assim maior efici

ência ao seu empregador. Sejaqual for a sua "posição nestejogo", garanta o máximo de recursos para ser um vencedor! Bonstestes!!!

CONClUSÃO9. A próxima tela a ser demons

trada permitirá que você escolha osubdiretório onde o aplicativo seráinstalado. O uso do "default" é recomendável. Clique em "next" paracontinuar;

r.;;; OpenMostRecerl:tiUsedProieclr-~-

~De.ateaNewProjecl ..

.éi Open«lE~Prq,ecL

-- --- --- - - - ,lAR VlsuaISTAT[ lksigll<'" [Demo) l8J

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El

~S}_\~I'lFie\\o:',Y

1. Antes de instalar o lAR, é necessário obter o número da licença, paraisso, é necessário ter uma conexãocom a Internet;

2. Clique em Página de Registropara ir ao site da lAR;


CIRCUITOS PRÁTICOS

-~~ ~<)

::.lf~ 411~::. ®úill)®~. fÃlliYl][P[bD~rn ~®® WJW

Figura 2

8-PinMSOP

SHON 1~8 V02

VREF 2 TC4864 7 GNOIN+ 3 EUA 6 VOOIN- 4 5 V01

RL80

Vo115

Vo218

Newton C. Braga

6

Voo

MSOP de 8 pinos conforme mostraa figura 2.

De acordo com essa figura, ocircuito conta com uma entrada shut

downque, levada ao nível alto, colocao circuito numa condição de baixoconsumo. Nessas condições, a corrente drenada para o circuito cai para0,11JA (tip).

A corrente quiescente é de 4,1mA (tip), com uma faixa passante de100 Hz a 20 kHz (+/- 0,25 dB).

A impedância de entrada é de 20kohms e a sensibilidade de entrada

para plena potência de saída é de1 Vrms.

311N+

411N-

Figura 1

Cs

0,1 ~lF:r:

21VREF

CB

OFF 1,O uF ..,.

~ .~Controle

shutdown

RF20 kO

o circuito apresentado vem da própria Microchip, como

aplicação direta do circuito integrado TC4864, um amplificador

de 300 mW para baixa tensão com modo Shutdown. Trata-se

de um circuito ideal para aplicações portáteis com alimentaçãode 2,7 V a 5,5 V.

Entrada

de áudío

CfT-Ics10,;9~lF

o circuito apresentado na figura1 é sugerido pela própria Microchip,consistindo em um amplificador de300 mW para cargas de 8 ohms.

Conforme podemos ver, trata-sede uma configuração em ponte quepode ser alimentada diretamente poruma tensão de 5 V para fornecer apotência indicada.

A distorção harmônica é deapenas 1%, e a principal característica deste circuito é o reduzido

número de componentes externosrequeridos.

O circuito integrado da MicrochipTC4864 é formecido em invólucro


DESENVOLVIMENTO

----50%-Em edições anteriores levamos aos leitores seleções de

circuitos de divisores de freqüência TIL e CMOS, com aplicações

envolvendo números pares e ímpares. No entanto, ficou claro que

na maioria dos casos, as divisões, principalmente por números

ímpares, não resultavam em sinais com 50% de ciclo ativo. A

forma de obter-se divisão por números ímpares com 50% de ciclo

ativo é o assunto deste artigo.

As formas de onda obtidas são

dadas junto ao diagrama básico,observando-se que, realmente, nãotemos um ciclo ativo de 50% mas

menor (33%).Colocando um f1ip-f1op a mais e

duas portas (ANO e NOR), podemosfacilmente alterar o circuito originale com isso obter um sinal com 50%de ciclo ativo, conforme ilustra afigura 2.

Evidentemente, a freqüênciamáxima de clock deve ser calculada

em função do tempo de trânsito dosinal pelos três fip-flops.

b)Divisor por 6Acrescentando um flip-flop J-K

podemos fazer uma divisão adicionalpor 2, veja a figura 3.

No entanto, para manter o cicloativo de 50% é preciso contar com

o

Q~D lrT Q~ Saida

CIcio ativoA B C 50%O--

C O OC C

Newton C. Braga

usando como base flip-flops do tipo

O (tanto TIL como CMOS), divisorescom sinais quadrados (50% de cicloativo).

a) Divisor por 3Na figura 1 mostramos a configu

ração típica de um divisor por 3, feitoda forma tradicional com dois f1ip

flops e uma porta ANO.

O" ,1/2

Orn°

A B

Ô Õ

o

A utilização de f1ip-f1ops e algunselementos adicionais permite a divisão de freqüência de sinais retangulares por qualquer número inteiro comfacilidade. Entretanto, as configurações mais conhecidas não fornecemsinais com 50% de ciclo ativo, ouseja, o tempo no nível alto não é igualao tempo no nível baixo.

Em muitos casos, isso não é umfato relevante, todavia, existem aplicações sensíveis a isso e a necessidadede um circuito com ciclo ativo de

50% pode ser absoluta. Vejamoscomo implementar de forma simples,

O

Figura 1 Figura 2


DESENVOLVIMENTO

portas adicionais conforme mostra amesma figura. Nela, temos as formasde onda obtidas nos diversos pontos,observando-se os pontos em queos sinais não têm os ciclos ativosde 50%.

c) Divisar por 9A divisão por 9 com um ciclo ativo

para o sinal de saída de 50% exigeum circuito mais complexo. Essecircuito é apresentado na figura 4.

Veja, então, que são necessáriosflip-flops do tipo O e também flip-flopsdo tipo F. As formas de onda dosdiversos pontos, inclusive aquelesem que o ciclo ativo não é 50%, sãomostradas na mesma figura.

Figura 3

d) Divisar por 12A divisão por 12 pode ser imple

mentada com o uso de 4 flip-flops tipoJ-K e algumas portas ANO adicionais,conforme exibe a figura 5.

E

c

DQ

c

o

Q

c

Q

B

c

Q

A

D

Figura 4


DESENVOLVIMENTO

As formas de onda obtidas nos

diversos pontos do circuito são ilustradas na mesma figura. Observeque existem diversos pontos em queos ciclos ativos são bem diferentesdos 50%.

nicas de projetos digitais, principalmente o manuseio dos Mapasde Karnaugh, poderá implementar

facilmente divisores para outrasfreqüências, com ciclos ativos de 50%para os sinais de saída.

Figura 5

Saída

50%

ô

J

O

cr---c

I

J O Jo~IJ

HII

A B

K

Ô KÔ

C

C

CLK CLKAO

-BoJ

CoSaídaOs circuitos básicos aqui apresentados se aplicam às tecnologias TILe CMOS, bastando levar em conta ascaracterísticas de cada um.

Em especial devem ser observadas as velocidades máximas

de operação, que irão determinarjustamente a freqüência máximado sinal de entrada. Para os circuitos CMOS, essa velocidade estáintimamente ligada à tensão dealimentação e no caso dos TTL,o leitor que precisar de velocidades maiores poderá contar com asdiversas subfamílias.

Considerando o modo como os

f1ip-f1ops e demais funções sãousadas, o leitor que domine as téc-

CONCLUSÃO

OSCILADORES SENOIDAIS

Os resistores dessa rede podemficar entre 6,8 k ohms e 15 k ohms,tipicamente, e os capacitores vãodeterminar a freqüência. +

I-os~a10 "F

Transistores equivalentes aosindicados podem ser usados, e oresisto r de emissor deve ser ajustadopara se obter o mínimo de distorçãodo sinal de saída.

. Observamos que se trata de circuito algo crítico e que, eventualmente, alterações dos componentespodem ser necessárias para se obterseu correto funcionamento.

Figura 1

Newton C. Braga

47nF 47nF 47nF

~~

Osciladores de baixa freqüência que produzam sinais senoidais

são necessários em muitas aplicações. No entanto, conseguir

um bom circuito que gere um sinal de baixa distorção não émuito fácil. Apresentamos um exemplar que pode ser de grande

utilidade para os leitores.

O circuito apresentado na figura1 gera um sinal de aproximadamente300 Hz, quando alimentado por tensões na faixa de 6 a 15 V.

A configuração é bem conhecida.Trata-se de um oscilador por deslocamento de fase, onde a rede formadapelos resistores e capacitores entreo coletor e o emissor do transistor

proporciona uma defasagem de 180graus no sinal. Essa defasagem éfundamental para se obter uma realimentação positiva que mantenha asoscilações.


Relé programável SMART. Com o Smart você poderá montar quadros de comando onde normalmente ainda eram utilizados relés, ea utilização de um CLP era lnviável devido ao custo. Modelos com 6 entradas e 4 saldas ou 12 entradas e 8 sardas. Alimentação e

entradas em 24VCC ou 110/220VCA e as saldas do tipo relé 10A/250VCA ou transistor PNP O,3A/24VCC. Modelos analógicostambém disponrveis. Todos com 20 blocos de funções e com memória de 127 blocos, relógio e calendário em tempo real e porta de

comunicação. Modelos AF-1 OMR e AF-20MR disponlveis com ou sem teclados. Saiba muito mais ligando para a Metaltex.

ENERGIA

PROTETORES DE SURTOS DETENSÃO (TVSS)

Funcionamento dos principais tipos e aplicações

Com o aumento constante da escala de integração dos circuitos há,

também, um aumento nos cuidados a serem tomados quanto ao pico de

tensão. Esse fenômeno pode ser originado por várias causas, e seus efeitos,

na maioria das vezes, são catastróficos à integridade dos equipamentos.

Neste artigo vamos estudar um pouco sobre a tecnologia e cuidados na

aplicação dos dispositivos de proteção contra surtos de tensão. Alexandre Capelli

SURTOS DE TENSÃO

Os surtos de tensão podem terduas origens distintas: interna ouexterna. Os surtos de tensão inter

nos, geralmente têm as seguintescausas:

• Comutação de cargas indutivas;• Faiscamento ("Flashover");• Interferências causadas por

acoplamentos capacitivos ou indutivoscom outros componentes (porexemplo, comutação de banco decapacitores para correção do fatorde potência);

• Descargas eletrostáticas (ESD).

Já as causas externas para surtossão:

• Acoplamento elétrico a potenciais mais altos;

• Comutações na rede de alimentação;

• Descargas atmosféricas;• Interferência indutiva (se um

curto-circuito ocorrer numa linha de

força particularmente onde o neutro éaterrado, tensões muito altas podemser induzidas em linhas adjacentes);

• Interferência causada por campomagnético interno (provocada, porexemplo, pela queda de um raio emárea próxima ao equipamento).

A magnitude de um raio podechegar a 400 kV,valor alto o suficientepara danificar até mesmo uma linha

de alta tensão (13,8 kV). Sua curvatípica pode ser vista na figura 1.Notem que o pico máximo ocorreno intervalo de 10 IJs, com duraçãolevemente superior a 40 IJs.Reparemque trata-se de um fenômeno bemmais lento que uma descarga eletrostática, cuja duração é da ordem denanossegundos (figura 2).

% do valor de pico

10 20 30 40TempoÚls)

Figura 1

Corrente

I aI 30 nsl:uuu-..'I at 60 ns --~~~~---~------~10 % I 60nS-..Tempo (duração do pulso)

Figura 2

TVSS (TRANSIENT VOLTAGESURGE SUPRESSOR)

Os protetores de surto têm o nomegenérico de TVSS (Transient VoltageSurge Supressor) e podem ser devários tipos (varistores, contelhadoresa gás, diodos supressores e circuitoscombinados).

VARISTORES

Os varistores são resistências não

lineares dependentes da tensão, comcaracterísticas logarítmicas definidasde tensão e corrente, conforme podeser observado na figura 3. A elevação de tensão reduz a resistênciae, conseqüentemente, aumenta acorrente.

O varistor é um dispositivo paraproteger contra transientes quese comporta como dois diodoszener conectados "back-to-back"

(figura 4).Na ausência de sobretensão, a

resistência do varistor é bastanteelevada, como um circuito aberto.Entretanto, na ocorrência de umtransiente, sua resistência cai drasticamente (Z < 1 O), mantendo atensão entre os terminais em valores baixos. O "excesso" de tensãoé dissipado em forma de calor(figura 5).

A curva característica de um varis-


ENERGIA

V

3,5 vf-- ~I~

Figura 9

Figura 7

Capa Eletrodo Disco

.d'~âmi'_Terminal

grande variação no valor da correnteprovocará uma pequena variação novalor da tensão. Para varistores de

carbeto de silício, ~ está em torno de0,17 e 0,4 e para varistores de óxidode zinco, de 0,03 a 0,1. O tempo deresposta dos varistores de óxido dezinco é bem pequeno e com uma altacapacidade de absorção de energia.

A identificação das característicasdo varistor em seu invólucro varia deacordo com o fabricante. Na figura

10 temos um exemplo da EPC08.Notem que a designação 820 pode

-Eletrodo

~d d = largura da cerâmica

t

Trajetória da corrente

(mA)9 108

correntel

76

Microestrutura e ConduçãoO varistor é constituído de uma

pastilha cerâmica ligada através dedois eletrodos de prata (figura 7). Afigura 8 ilustra sua microestrutura.Há, basicamente, dois tipos de varistores no que se refere à composição:varistores de óxido de zinco, e carbeto de silício. Conforme podemosnotar através da figura 9, há umasensível diferença de performanceentre ambos.

Quanto menor o valor de ~ (fatorde mérito que pode ser determinadopela inclinação da curva V x I dovaristor), melhor será o desempenhodo componente, isto porque uma

5

v

BISIC

0.=5

43

200 400 600 800

·05 :.1,0:

.1,5: Tensão

·2 o:'-máxima de, I, operação

Figura 3

2

CorrenteCurva característica Vx I de um varistor de ZnO

Circuito

equivalente dovaristor

Limite I Cargade a ser

tensão protegida

Figura 4

./

/

I

I

Varistor

210

1\ t~nergia dissipadarr--rr em calor

170

190

130

150

Figura 5

Curva de

não linearidade

de um varistor

Símbolo

tor, bem como seu símbolo, podemser vistos na figura 6.

Figura 6 Figura 8


ENERGIA

Para atender às exigências dosavanços tecnológicos, foram desenvolvidos dispositivos de silício paraproteção que apresentam rapidezde resposta e características decomportamento bastante definidas.Um desses dispositivos é o DiodoZener. Ele é um elemento de duplacamada que, quando polarizadodiretamente, funciona como um diodocomum. Entretanto, quando polarizado reversamente, este diodoapresenta um "joelho", ou seja, umamudança repentina em sua característica V x I. Isso ocorre em um determinado valor de tensão conhecidocomo "tensão zener".

Daí, a tensão através do diodo semantém essencialmente constante

para qualquer aumento da correntereversa até um limite de dissipação.A figura 14 ilustra as característicasdireta e reversa de um diodo zener

projetado para atuar em 6 V. Estafigura mostra que, para diodos comtensão zener acima de 40 V,à medidaque a corrente através do dispositivovaria, a curva de tensão torna-semais resistiva. Assim, para um bomdesempenho, os diodos zener estãorestritos a baixas tensões.

Estes diodos não são capazes dedissipar altas energias e necessitamde um resistor em série para limitação

DlODOS SUPRESSORES DETRANSIENTES

interno do tubo. Estes dispositivospodem manejar correntes transientesbastante elevadas (até 60 kA) devidoàs características de descarga emmeio aquoso.

Quando atuam, provocam no sistema oscilações de alta freqüência.Além disso, a sua atuação é seguidamuitas vezes da condução da correntede carga à terra, denominada corrente subseqüente, provocando umcurto-circuito monopolar que deveser extinto por uma proteção deretaguarda. Uma das vantagens doscentelhadores a gás é sua baixacapacitância, o que não interfere nofuncionamento dos equipamentosquando são atravessados por correntes de alta freqüência.

Vqueima

V(ignição)

(ionização do gás)

Figura 13

TempoCurva característica do centelhador

disruptiva característica de um centelhador depende do meio ambienteno interior dos eletrodos. Se o interior

do invólucro é preenchido com gás,a tensão disruptiva é função de suapressão. Se o centelhador é do tipoaberto (ar), a tensão disruptiva podevariar com a umidade e com grau depoluentes no local de instalação.

Os centelhadores a gás consistemde um tubo contendo gás inerte,o qual sob condições normais deoperação apresenta característicasde um circuito aberto. Contudo, naocorrência de um transiente, o gásse ioniza permitindo a passagem decorrente. O gás permanece ionizadoaté que a corrente caia a um valordenominado "holding currenf' especificado para cada tipo de centelhador.A figura 13 mostra a curva característica de operação do centelhador.

Devido à sua característica de

operação, os centelhadores sãoextensivamente usados nas redestelefônicas para proteção contradescargas atmosféricas. Eles nãonecessitam de manutenções e possuem um tempo de vida útil em tornode 30 anos. Se comparados a outrosdispositivos, os centelhadores sãoum tanto insensíveis, já que sãonecessários aproximadamente 700V para provocar a ionização do gás

PEN

R

T

S

Figura 12

Carga

Figura 10

vir sozinha, com um traço abaixo ecom um traço acima. Isso significa,respectivamente, versão Standard,série avançada, ou superior "R".

A letra K antes do número (querepresenta a tensão nominal do componente, no exemplo 275 Volts) é atolerância. Nesse caso temos: K = ±10%; L = ± 15%; M = ± 20%.

Os números abaixo do traço(0009) representam a data de fabricação. Os dois primeiros o ano (00 =2000) e os dois últimos a semana (09= nona semana do ano 2000).

InstalaçãoO varistor deve ser instalado em

paralelo com a carga a ser protegida.Para redes monofásicas o processoé muito simples (figura 11). Quandolidamos com redes trifásicas, porém,tanto a sobretensão entre fases,como a sobretensão entre fase e terra/ neutro devem ser contempladas(figura 12).

StandarD AdvanceD SuperiorR

Figura 11

Centelhadores a GásSão dispositivos formados por

dois ou três eletrodos internalizadosem um tubo de cerâmica ou vidro

e separados por uma distânciapré-determinada. Os centelhadorespodem conduzir correntes de fuga,cjependendo da tecnologia que ofabricante usa na manufatura doinvólucro. Além do mais, a tensão


ENERGIA

Curva característica do díodo zener

Figura 14

1000

Uas--- IT-------

_l!q

,/

Uag

------ --

UB

- -

,

,,,

,"

200

800

u(V)

r 600400

Regiãonormal

diodo

*0,7 + VV ,--r

J '

f ff I

J IJ f

/ IJ I

J IfI

Região do zener

*- 40V - 6V

1,20,80,60,40,2 1,0

• t(ps)

Comportamento de resposta de um circuito em paralelo direto quando este

limita uma onda de choque de tensão

oda corrente. Além disso, não possuemuma característica simétrica, ou seja,se conectados de forma errada não

protegem o circuito.Figura 15

..

8 ps

Figura 16

o

Associação série varistor-centelhador

Figura 17

Figura 18

2 4 6

Centelhador operando individualmante

Operando em conjunto (série) com centelhador/varistor

tr

V .,.u

800 I_~_a_~600400200

VI IIIIO tr2 468~lS

V ••. U

800

600 I.~ªê

400

do centelhador aplicada a uma redede baixa resistência. Devido à quedade tensão nos varistores ser quaseconstante, a tensão resultante nocentelhador chega a ser inferior asua tensão de arco. Com isso, estágarantida a extensão do centelhador.

Podemos ver através das figuras17 e 18, o comportamento do cente-

Circuito Paralelo Direto:Centelhador Varistor

CIRCUITOS COMBINADOS

A figura 15 apresenta o comportamento da resposta de um circuitoem paralelo direto quando este limitauma onda de choque de tensão de1 kV / 1 ~s de amplitude 3 kV (quedade um raio). A sobretensão alcançao valor Ud (varistor) de 450 V e semo varistor, o surto se elevaria até750 V. Com a ionização do gás docentelhador, obtemos uma tensãode 15 V.

O centelhador se encarrega, portanto, da proteção. Os centelhadoresa gás não devem ser utilizados comum nível de proteção inferior a 70 Vpor motivos baseados na física dosgases. Não se deve utilizar portanto,um varistor para um circuito em paralelo direto com um nível de proteçãoinferior a 100 V, caso contrário nãose alcançaria a tensão de centelhado centelhador. O circuito protegidopossui uma tensão contínua de 225V. O centelhador possui uma tensãocontínua de 225 V. O centelhador

possui Vg = 350 V e Vas = 750 V. Ovaristor é o S07K175.

Circuito em Série: CentelhadorVaristor

A figura 16 exibe um circuitoapropriado para assegurar a extensão


ENERGIA //

Figura 19

Figura 21

aqui explorados, uma falha ou defeitopode ocorrer. A intenção é reduzir significativamente as chances. Enviem

suas críticas e sugestões sobre estamatéria para nossa Redação.

Influência de um raio em cabo telemático protegido pelo conjuntocentelhador -varistor -diodo

Sem filtrot0----0Surto

o.ctl0----0 rJJ

aplicadoc

~

CJ Tempo-.

tCapacitartTensão

Formac>0----;:;-0inicial

~o

.ctlrJJC~Tempo -.

~Tempo-'

Varistor

t b Te,,'o

I j __[O varis~:rlTempo-.

V600 V600 V12 ,'1 kV/flS600

10

1 500 500500

8400400400

6

300300300

4

200200200

2

100100100

oo Ioo

o2040 60 flS o 12 flS o12 flS o12 flS

o i~íoUB 24 V-

LL• 1

Conclusão

Nenhuma proteção pode garantir100% de confiabilidade. Portanto,mesmo com as técnicas e circuitos

Ihador sozinho e com um varistor

em série. Observe que a tensãodesce somente até o nível de proteção (aproximadamente 400 V) dovaristor.

Podemos concluir que: "em associações paralelas (varistor x centeIhador), o varistor por sua maiorvelocidade de reação, fica a cargoda proteção fina, e o centelhador,por sua maior capacidade de carga,da proteção grossa. Em associaçõesséries (varistor x centelhador), éo centelhador que determina aspropriedades elétricas de um circuitocombinado em condições normais.No caso de sobretensão, o varistordeterminará essas propriedades".(Coei ma, 1988:26)

Apresentaremos a seguir, nafigura 19, um protetor híbrido típico,contendo um centelhador no primeiroestágio, varistor no segundo e odiodo zener no terceiro. O centelha

dor, mais lento, porém com maiorcapacidade de absorver energia,faz o primeiro corte em aproximadamente 600 V.A seguir o varistor atuareduzindo para 150 V de tensãomáxima, que ainda é um valor muitoalto para a carga a ser protegida.Então o diodo atua reduzindo o

transiente para cerca de 30 V, o qualpode ser absorvido pelo circuitosem danos.

Na figura 20 podemos ver um"filtro de linha" equipado com umvaristor e um indutor. Porém, énecessário que se tenha cuidado aoutilizar apenas capacitores como umprotetor de surto. A figura 21 ilustrao que ocorre em três situaçõesdistintas: ausência de proteção,proteção com simples capacito r eproteção a varistor.

Figura 20


ENERGIA

M[Kl~m~ m[LWO©®Normas NBR 5410 e NBR 5419, técnicas,

e segurança

Como é feita uma norma técnica?

Penso que a resposta dessa pergunta nem sempre é clara no dia-a-dia do profissional de Eletro

eletrônica. Genericamente "falando", uma norma contempla a segurança do ambiente onde um

dispositivo, sistema, equipamento, ou máquina, está instalado. A NBR 5410, por exemplo, é uma norma

que dita boas práticas das instalações elétricas em baixa tensão sob o aspecto de segurança do

indivíduo e da planta da instalação. Claro que assim, todo o ambiente torna-se mais seguro para os

circuitos instalados. Essa, porém, não é a prioridade. Neste artigo vamos entender melhor isso, e fazer

uma análise sobre os principais tópicos do aterramento elétrico, e SPDA.Alexandre Capelli

Figura 1

kV a 750 kV para a transmissão.Quando as linhas chegam próximasas áreas de consumo, um segundotransformador, agora redutor, abaixaa tensão do que chamamos rede primária (que vai até 750 kV) para a redesecundária da distribuição (geralmente13,8 kV). Então, os transformadoresdos postes abaixam a tensão maisuma vez para amplitude comercial(440 VCA, 380 VCA, ou 220 VCA), emredes trifásicas ou monofásicas.

Quanto ao aterramento elétrico,a NBR 5410, norma que regula asinstalações elétricas de baixa tensão,permite quatro arquiteturas possíveis.

1 - TIPOS DE ATERRAMENTOSEGUNDO A NBR 5410,

E SEGURANÇA

A Redação da Revista Saber Eletrônica ficou surpresa com os dadosrecolhidos sobre segurança nasinstalações elétricas. Eis os mais"impactantes":

- Entre 2002 (abril) e 2003 houveum crescimento de quase 1,4 milhãode novas ligações elétricas só naregião nordeste do Brasil.

- Em Pernambuco, segundoestudo feito pelo NSHT (Núcleo deSegurança e Higiene do Trabalho),ocorre uma morte por choque elétricoa cada três dias. O período de análiseaconteceu entre 1996 a 2003, efoi coletado no banco de dados deregistro de óbitos desse Estado.

- 82% dos usuários de energiaelétrica, entretanto, julgam ter conhecimento suficiente sobre segurança,o que contrasta muito com a realidade.

- 49% das 217 residências pesquisadas, e que utilizam acessórioscomo derivadores ("benjamins") nãotraziam sequer gravado a potêncianominal. Isso também foi constatadonas chamadas "extensões".

-Apenas 8% das residências possuem disjuntores residuais (DR),exigência da NBR 5410 desde 1997.

- Quanto ao aterramento, menosda metade está em conformidade coma norma, e 77% dos entrevistados(simples usuários, e profissionais daárea) manifesta. desconhecimentodo assunto.

Um cenário interessante, e quearrisco dizer que é o mesmo norestante do país.

Antes de tratarmos do aterramentoelétrico em si, vamos observar umasíntese do sistema de geração, transmissão e distribuição da energiaelétrica (figura 1).

Depois de gerada, a tensão éelevada a níveis que variam de 13,8

Fase

Neutro 127V

Média

tensão

13,8 kV


ENERGIA

PE

2 - HASTES E CÁLCULO DOVALOR DO ATERRAMENTO

"é O que isso significa na prática?"

"Grosseiramente", que é melhorum médico levar um choque elétricodo que um disjuntor desligar umaparelho de respiração artificial.

Para auxiliar o leitor na interpretação das siglas dos sistemas deaterramento elétrico, a seguir temosum glossário:

T - Indica que a fonte tem uma oumais partes diretamente aterradas,isto é, aterradas diretamente noeletrodo de terra.

l-Indica que a fonte está aterradavia impedância ou que não estáaterrada.

A segunda letra indica o arranjode terra na carga.

N - Toda parte metálica é conectada diretamente ao neutro, o terrada carga é ligado ao eletrodo de terrado neutro.

A terceira e a quarta letras indicamo sistema de aterramento da carga:

S- Condutores neutro e terra são

separados;C - Um único condutor para neutro

e terra.

Outras simbologias:PE - protectíve earth, condutor

terra ou condutor de proteção.PEN - protective earth and neutro,

condutor terra ou de proteção juntamente com o neutro e terra.

Sistema IT

Figura 5

Basicamente, podemos provero aterramento elétrico através de

hastes, de malha, ou ferragens daestrutura e fundação da planta.

- Vantagens: Não há interferênciaentre equipamentos, pois cada umtem seu próprio terra. Há, dependendo da planta, maior facilidade deimplementação.

- Desvantagem: A principal desvantagem desse sistema é a susceptibilidade ao surgimento de d.d.pem níveis perigosos entre a fontee o equipamento no instante dedescarga atmosférica devido ao loopde corrente. Uma forma de contornar

essa desvantagem é utilizar dispositivos de proteção contra descargas(supressores de transientes) entreneutro e terra.

Figura 4

- Aterramento IT

O sistema IT (figura 5) é de usobem restrito, e se trata do aterramento através de uma impedância,geralmente, proporcionada por umindutor. Essa técnica é utilizada com

freqüência na área da Saúde (salascirúrgicas, UTI, etc.) onde o fornecimento de energia elétrica tem prioridade sob qualquer outro parâmetro.

Sistema TT

- Aterramento TTO sistema TI, também conhecido

como terra independente, possui duashastes distintas, uma pÇlraaterrar oneutro, e outra para servir de fio terra(figura 4).

mesmo condutor, agora chamadoPEN, que se separa em terra e neutroapenas próximo à carga. Isso é feitopor razões de facilidade de implementação, uma vez que não sãoprecisos dois cabos distintos desdea origem.

As vantagens e desvantagens doTN-C são as mesmas do TN-S.

PE

Sistema TN-S

- Aterramento TN-C

O sistema TN-C (figura 3) assemelha-se ao TN-S. A diferença é queterra e neutro seguem através do

Figura 2

PEN

Sistema TN-C

Figura 3

"Qual a diferença entre o Pé eo neutro, se ambos têm a mesmaorigem?"

A diferença entre o PE e o neutroé que pelo terra não circula corrente,e pelo neutro sim (a corrente de"retorno").

- Vantagem desse sistema: Devidoà equipotencialização (terrae neutro naorigem), no instante de uma descargaatmosférica, não haverá o surgimentode d.d.p. entre a rede e o dispositivodevido ao loop de corrente.

- Desvantagem: Por ter a mesmaorigem, um equipamento pode interferir no outro através do PE (por exemplo,uma máquina de solda elétrica).

- Aterramento TN-S

No sistema TN-S (figura 2) as trêsfases e o neutro seguem para a carga,e um condutor separado, tambémconectado à haste de aterramento,denominado PE (proteção elétrica)é o fio terra.

30 SABER ELETR6NICA ESPECIAL Nº 11/SETEMBRO/2005

~ENERGIA

R = --Illi- (In (2h/a) + h/d) O41th

Para várias hastes; o valor podeser calculado através da fórmula:

Figura 9

(TI), onde múltiplos pontos de terrasão usados (malha, viga de aço, eferragem de concreto armado). Essatécnica reduz bastante a resistênciade aterramento, e mantém o sistema

~

Figura 8

r--""f"U-.I I II I :tu-t---.I I II I I.-n4---4

"E .o que fazer quando a resistência continua alta mesmo comvárias hastes?"

A solução é fazer o tratamentoquímico do solo.Trata-se de um gel decomposição salina, de boa condutividade, e que fica aglutinado ao redorda haste reduzindo significativamentea resistência do aterramento elétrico.

A figura 9 ilustra a seqüência dospassos para executar o tratamentodo solo. Cabe lembrar que, emboraeficiente, essa técnica exige ummonitoramento constante através

de medições regulares, pois a terrapode absorver o produto ao longo dotempo, fazendo com que a resistênciavolte a aumentar.

A figura 7 mostra a forma triangular, e a figura 8 a quadrada.

3 - TRATAMENTOQUíMICO DO SOLO

4 - MALHA DEATERRAMENTO E TI

"O tratamento químico do soloé a única forma de reduzir a resistência?"

Não. Existe a possibilidade de seutilizar a malha de terra (figura 10).Conforme podemos observar, é umconjunto de condutores (geralmentede cobre) entrelaçados na forma deuma rede. Ela deve ser colocadasob o solo na camada de mais baixaresistividade. Geralmente, a malhaocupa grande parte do subsolo daplanta, e não raro todo ele.

Essa solução, entretanto, só éviável se já contemplada na construção do imóvel.

Na figura 11 podemos ver comoela pode ser utilizada nos equipamentos de tecnologia da informação

d d--

~I \I \l \I \I \I \.----e----.

d-Figura 6

Figura 7

Hastes em linha

Ar

m

R = ~ In (2h/a) [0121th

Caso o solo tenha uma condutivi

dade ruim, mais de uma haste podese fazer necessária. Uma técnica éligá-Ias em linha (figura 6).

Para uma única haste, a resistência pode ser calculada através dafórmula:

Onde; h = profundidade da hasteem metros, e a = raio da haste emmeM"os.

Vamos a um exemplo prático:Qual a resistência de uma haste

de comprimento 2,40 m e raio de0,50 cm em um solo arenoso seco deresistividade igual a 1000 O.m?

Resposta:pa = 1000 O.mh = 2,40 ma = 0,005 m

R = 1000/2x3, 14 x 2,40 In (2x2,40/0,005) = 455,4 O

Onde; d = distâncias entre barras,em metros.

Caso a· resistividade do solo sejaalta, uma técnica para conseguir umbom valor de terra (R < 10 O) é agrupar as barras formando polígonos.

SABER ELETRÔNICA ESPECIAL NQ11/SETEMBRO/2005 31

ENERGIA //

SPOA

10 kAa 100 kA

O primeiro aspecto da norma é oquadro de entrada da energia elétrica.Conforme podemos observar pelafigura 14, a cabine de entrada temseu terra equipotencializado com oquadro de distribuição e pára-raios.Esse, por sua vez, é equipado comprotetores de surto.

800 A

Figura 13

Impulsos

Tempo

..•.•. 0,25s::;t::;1s ..•.

1 ms

•. ::;500 ms

SPOA

Figura 11

1,2 ps

10 kAa 200 kA

Antes, porém, vamos tratar umpouco sobre o raio.A figura 13 mostraos picos de corrente ao longo dotempo de uma descarga atmosféricatípica. Podemos reparar que a amplitude chega à incrível magnitude de200.000A.

Figura 10

5 - SISTEMA DE PROTEÇÃOCONTRA DESCARGAS

ATMOSFÉRICAS E NBR 5419

Para considerarmos uma instala

ção segura além da NBR 5410, temosde observar a norma que rege osistema de proteção contra descargasatmosféricas, também conhecidocomo SPDA, a NBR 5419.

"Como devo conectar oponto deterra no meu quadro de entrada?"

Duas formas são possíveis. Afigura 12 exibe a conexão para osistema estrela e para o delta. Notemque há uma barra para o neutro eoutra para o terra no sistema estrela.

equipotencializado, evitando tensõesperigosas em descargas atmosféricaspor loop de corrente.

a

~440 Vc

a480 V

Estrutura

Malha de terra

T T T T

.T__ T __ T __ T __ T __ T __ T

13,8 kV

GGElI&dI I bc

.T__ T __ T __ T-

Fases

Barrade terra

c

Figura 12 Figura 14

32 SABER ELETRÔNICA ESPECIAL NQ11/SETEMBRO/2005

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l~tI.II~r..m~

H:lr.í[eor.l ••••

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ENERGIA

Po=PxAxBxCxDxE

Figura 15

"Como é possível saber a obrigatoriedade (ou não) do uso de umpára-raios?"

Através de um cálculo de probabilidade, denominado "Po", e que éfunção de 6 fatores (A,S,C,D,E,e P).Assim:

.'

~

Efícíêncía98%95%90%80%

Figura 17

Figura 16

~

Nível de proteçãoI

rI

111

IV

Níve/IH <20m<30m<45m<60mI

25°..·II

35°25°.·III

45°35°25°·IV

55°45°35°25°

Tabela 2------.---

O tipo de pára-raios considerado éo eletromagnético, também conhecidocomo pára-raios de Franklin. Suasprincipais partes são:

- Captor- Espaçadores- Cabo de descida- Conector

- Tubo de proteção- Hastes de aterramento

Conforme podemos observar nafigura 18.

- Sistema de Captores - Recebeos raios, reduzindo ao mínimo aprobabilidade da estrutura receberdiretamente o raio. Deve ter capaci-

mais alto o pára-raios, menor oângulo, e, conseqüentemente, tantomaior o nível de proteção (figura 16).O volume sólido da região protegidapor dois pára-raios pode ser visto nafigura 17.

Fator

0,4

1,0

2,0

Fator

0,3

0,8

1,0

1,3

1,7

Fator

0,2

0,4

0,81,0

1,4

1,7

2,0

Fator A

0,3

0,7

1,0

1,2

1,3

1,7

c;onteúdo

Comum, sem valor

Sensível a danos

Subestação, gás, Telecom.

Museu e monumentos

Escolas e hospitais

L.ocalizaçãoRodeado por árvores ou estruturas

Semi-isolada

Isolada

Marenal de construçãoMetal revestido. náo metálico

Concreto cob. não metálico

Metal ou concreto cob. metálica

Alvenaria

Madeira

Alvenaria ou madeira clcob.metálica

Cobertura de palha

Tipo de ocupaçãoCasas

Casas com antenas externas

Fábricas e laboratórios

Escritórios, hotéis, apartamentos

Shoppmg, estádios, exposições

Escolas e hospitais

Tabela 1

"Como vou saber a área protegida efetivamente pelo SPDA ?"

Através do ângulo formado pelalinha vertical da altura do pára-raiose o círculo projetado no solo. Quanto

A eficiência de cada nível de

proteção pode ser vista na tabela 2.

Topografía FatorPlanície 0,3

Colina 1,0

Montanha, 300 a 900 m. 1,3

Montanha acima de 900 m. 1,7

Fatores A,B,C,D,E de atração de raios.

údo. Ex: Museus, escolas, ginásiosesportivos, estádios de futebol, entreoutros.

o Nível 11I - Destinado às estruturas de uso comum, como residências,escritórios, fábricas sem risco deexplosão.

o Nível IV - Destinados às estruturas construídas de material nãoinflamável, com pouco acesso depessoas. Ex: depósitos em concreto,e com conteúdo não inflamável, estoque de produtos agrícolas, etc.

• Edificação

DÁrea de proteção

_thc.J

Onde P = probabilidade de quedade raios na região, e pode ser obtidoem qualquer órgão da região (SIVAM,ISGE, entre outros).

Os fatores A,S,C,D, e E dependemda ocupação da região. A tabela 1mostra os respectivos valores paracada situação.

Se Po < 0,00001 o pára-raios édesnecessário. Se Po for maior queesse valor, deve ser instalado umsistema de pára- raio.

A NSR 5419 relaciona 4 níveis

de proteção relacionados com asestruturas como relacionado abaixo:

o Nível 1-Destinado às estruturas

nas quais uma falha do sistema deproteção pode causar danos às estruturas vizinhas ou ao meio ambiente.

Ex: depósitos de explosivos, materiaissujeitos à explosão, material tóxicoao meio ambiente, etc.

o Nível 11- Destinado às estruturas

cujos danos em caso de falha serãoelevados ou haverá destruição debens insubstituíveis el ou de valor

histórico, mas em qualquer caso serestringirão à estrutura e seu conte-

Quanto ao pára-raios, o maisimportante é compreender que suainstalação não é facultativa. Elapode ser obrigatória em função dascaracterísticas da região, e é deorigem legal.

Geralmente, a área a ser protegidaconta com um fator de segurança,correspondente a, no mínimo, trêsvezes mais a altura do imóvel (h)(figura 15).


ENERGIA

dade térmica e mecânica suficiente

para suportar o calor gerado no pontode impacto, bem como os esforçoseletromecânicos resultantes. Além

disso o ataque por poluentes deveser levado em conta na hora de seudimensionamento;

Conector·

de proteção de qualquer norma ligadaàs instalações elétricas teremos:

1° lugar - Proteger os seresvivos;

2° lugar - Proteger o patrimônio(incêndios, explosões, etc.);

3° lugar - Proteger a instalaçãoelétrica e mecânica.

Último lugar - Proteger os dispositivos ligados na rede elétrica.

Isso significa que o bom produtotem proteções internas que possamgarantir a integridade dos circuitos.

Um sistema só é confiável seestiver de acordo com as normastécnicas das instalações (NBR 5410,NBR 5419, entre outras), bem comoser concebido através das boas

práticas de construção.Enviem suas críticas e sugestões

sobre esta matéria para nossa Redação, destacando, se possível, seela agregou (ou não) valor às suasatividades. Sua opinião é muito importante.

6 - CONClUSÃO

- Sistema de Descida - Conduz

a corrente de descarga do raio recebido pelo captor até o sistema deaterramento, reduzindo ao máximo aincidência de descargas laterais e decampos eletromagnéticos no interiordo volume protegido. Deve ainda tera capacidade térmica e mecânicasuficiente para suportar o calor geradopela passagem da corrente, e boasuportabilidade à corrosão .

- Sistema de Aterramento - Dis

persa no solo a corrente recebidapelos captores e conduzidas peloscondutores até o solo, reduzindoao mínimo o risco de ocorrência

de tensões de passo e de toque.Deve resistir ao calor gerado e aoataque corrosivo dos diversos tiposde solos.

Se colocarmos em ordem decres

cente de importância os parâmetros

(t)-o'uUlQ)-oQ)-oo

..Q(t)ÜTubo de proteção

(tip diam 4" x 2m)

Figura 17

Aterramento

-+ Espaçadores

Captor

Prédio

Solo

REPORTAGEM

esta nao Futur

A capacidade humana demanipular matérias até os limites do átomo e criar novos mate

riais abre novas e promissorasperspectivas ao mundo. A criaçãode materiais mais leves e resis

tentes do que metais e plásticos, amplia a possibilidadede produzir equipamentos dealtíssima tecnologia, além deaumentar a capacidade dearmazenamento e processamentode dados.

No ano de 2005 o tema "nanotec

nologia" ganhou ainda mais forçano Brasil. Aqueles que acreditaramna idéia - grupos e redes de pesquisa, Universidades, empresas,entre outros - hoje começam a colheros primeiros resultados.

O Brasil não está tão aquém dosprimeiros países do mundo na área.Em 2001 o Ministério da Ciência e

Tecnologia mapeou as competênciasbrasileiras e por meio de um editaldo CNPq selecionou quatro redestemáticas complementares, que passariam a cobrir as grandes áreas dananotecnologia.

Foi assim que surgiu a redeRenami de Nanotecnologia Moleculare Interfaces, coordenada em Recife ecom cerca de 20 instituições espalhadas pelo país. Em seguida, surgiramoutras três redes: Nanobiotecnologia,Semicondutores e Materiais Nanoes

trurados. Todas já passaram pelasfases de estruturação (2001-2003)e consolidação (2003-2005). Agora,

atravessammais uma etapa,a de integração, onde serão feitasalgumas mudanças e poderão surgirnovas redes. A fase de integraçãodeve incentivar ainda uma aproximação entre a área acadêmica e o setorindustrial. "No Brasil, hoje, graças aeste modelo de organização em rede,foi possível utilizar a infra-estruturapré-existente nas Universidades ecentros de pesquisa", destaca ocoordenador de Inovação da rede,professor Petrus d'Amorim SantaCruz Oliveira.

Dentre as redes, a Renami éa única que inclui nanotecnologiamolecular. "Essa é a área mais promissora da nanotecnologia, pordesenvolver dispositivos por processos chamados "bottom-up" ou"de baixo para cima", diz. Nela, osátomos e moléculas são manipulados para desempenharem funçõesespecíficas e as estruturas "crescem" por processos, incluindo osde "automontagem" para garantir a

Viviane Bulbow

viabilidade prática da produção dedispositivos em escala".

"A eletrônica não será mais vistada mesma forma. Nos acostumamos com a eletrônica convencio

nal, em que tudo se miniaturizavacom a evolução. Era o processo "top

down", ou "de cima para baixo", quelevou os computadores, que ocupavamum andar inteiro de um prédio, à palmada mão", ressalta Petrus. "Com a nano

tecnologia a lógica é outra. Tratam-sede processos inversos.

Na escala nanométrica (um metrocontém um bilhão de nanômetros) aspropriedades dos materiais não sãoas mesmas, portanto, as aplicaçõestambém são novas. Se olharmos só

para o efeito da dimensão, simplesmente por uma partícula estar naescala nano (nanopartícula) suaspropriedades - inclusive a cor podem ser alteradas, porque suasuperfície passa a ser mais importante do que o volume, e os elétronsestão confinados de tal forma quea partícula pode ser vista como umátomo artificial.

Para o professor, este é o futuroda tecnologia. Muitos produtos eprocessos já começaram a surgire, aos poucos, devem substituir osconvencionais. "Esta é uma enorme

chance para países como o nosso,que têm uma comunidade científicade destaque, mas nenhuma competitividade em tecnologia convencional",diz. "Hoje, não é mais necessáriodizer o que pode ser feito com a


REPORTAGEM

Nanotecnologia

nanotecnologia, mas o que já estásendo feito no Brasil com reconhecimento internacional", ressalta.

Na eletrônica molecular um moni

tor de TV, por exemplo, pode ser"enrolado" e colocado no bolso; ojornal passa a ser diariamente atualizado por rede sem fio, e memóriaspassam a ter capacidade da ordemde terabytes, podendo conter numminúsculo cubo molecular toda a

informação acumulada desde a préhistória até os nossos dias. Isso a

custos reduzidos, uma vez que seutiliza o princípio básico da químicaverde, de "economia do átomo",intrínseco aos processos "bottom-up".De acordo com Petrus, transistoresbaseados em nanotubos de carbonofuncionalizados e estruturas envol

vendo nanobiotecnologia para eletrônica, em breve, serão utilizadosem produtos finais.

Toda esta tecnologia tambémestá sendo mostrada lá fora. NaConferência NanoEurope, realizadarecentemente na Suíça, o Brasil- através da Renami - apresentou oprimeiro Dosímetro de UV para controle de câncer de pele, baseado emeletrônica molecular. Neste mesmo

mês, a rede realizou uma exposiçãona EuroNanoForum 2005, na Escócia, de patentes de nanotecnologiabrasileira nas áreas de Saúde e

Meio Ambiente - com sistemas paradetecção de poluentes em águaspotáveis, implantes inteligentes emarcadores luminescentes para análises clínicas, por exemplo.

De acordo com o professor Petrus,"o Brasil não tem tradição em microeletrônica, mas poderá ter em nanotecnologia e, portanto, em eletrônicamolecular".

No mundo hoje, existem grandes

empresas investindo na área, entreelas a Kodak (com destaque para osOLEDs - LEDs orgânicos muito maiseficientes, econômicos e versáteis);a Sony; CDT (Cambridge DisplayTechnology); Sanyo; Pioneer; Motorola; Philips; entre outras.

"Muitas empresas nacionais estãose interessando pela nanotecnologia,como a Embraco (compressores pararefrigeração)", cita. Além de novasempresas como a Eletrocell, paracélulas a combustível, e a Bluecare,que também se interessam em novasaplicações e materiais. Segundo oprofessor, a área de fármacos seráoutra revolução: da vetorização defármacos, que se dirigem ao órgãodoente, até nanoestruturas que digerem antígenos reduzindo-os emaminoácidos.

IncentivosOs incentivos por parte do

Governo são feitos na forma de editaispúblicos, tanto para Redes quantopara jovens pesquisadores. Comoexemplo, recentemente, cerca de 200propost?-s foram apresentadas pornovos doutores na área de Nanoci

ência e Nanotecnologia (N&N). "Osrecursos são muito modestos se

comparados com os de países queestão antecipando a tendência einvestindo muito na área", diz.

De acordo com o professor, háum grande interesse tanto do setorindustrial quanto empresarial pela


REPORTAGEM

nanotecnologia. "Provavelmente eles perceberam que esta mudança de tendênciasserá radical e que quem não investir naárea estará, muito em breve, com seusprodutos e processos obsoletos".

ProgramaNacional

Em 2000, o CNPq elaborou oPrograma Nacional de Nanociênciase Nanotecnologia (N&N), que contouinicialmente com o auxílio de 32

pesquisadores. O programa deuorigem a um "mapa" de cientistasque já atuavam na área de N&N:99 trabalhavam com Física, 51 comengenharia, 16 com Química, 14 comBiologia e 9 com Farmácia.

A intenção era traçar um planode ação para definir os rumos da tecnologia no país. Foi realizada, então,uma divisão pof áreas que deveriamser consideradas prioritárias, o queresultou em seis segmentos: o primeiro composto por Nanodispositivos,Nano-sensores e Nanoeletrônica (25grupos); Materiais Nanoestruturados(39 grupos); Nanobiotecnologia eNanoquímica (15 grupos); Proces-

Profº Petrus, da Renami:

"A eletrônicanão será mais

vista damesma forma".

Desvantagens"Não há desvantagens na

Nanotecnologia, mas é necessário ter um controle - como

em tudo o que é radicalmentenovo", enfatiza. Visto que emescala nano as propriedades

são outras, os cuidadostambém devem ser

outros.

sos em Nanoescala com Impactoe Aplicações em Meio-Ambiente eAgricultura (7 grupos); Energia (2grupos) e, por fim, o da Nanometrologia (1 grupo).

A partir disso, em fevereiro de2002 foram criadas as quatro redes:Nanobiotecnologia, NanotecnologiaMolecular e lnterfaces, Semicondutores e Materiais Nanoestrurados.

O projeto para início da etapa 111

da Renami foi um dos 17 seleciona

dos na fase I do Edital MCT/CNPq29/2005. Ainda dentro da fase 11,

que já teve encerrada a data limitepara apresentação das propostas,no máximo 10 das 17 redes devem

Como exemplo podemos citarum material em escala "macro",inofensivo, como o carbono - que ébiocompatível em escala nano. "Osnanotubos de carbono, tão interessantes para a área de eletrônicapelas suas propriedades elétricasexcepcionais, podem se tornarperigosos se chegarem ao cérebroe induzir conexões indesejáveisentre neurônios, por exemplo. Masisto é válido para qualquer área daciência. Até a água pode ser nociva,quando totalmente pura, alguémque beber constantemente águadestilada pode morrer", explica oprofessor.

Para ele, devemos criar situações para viabilizar o uso dananotecnologia - tão útil para reduziro impacto ambiental das tecnologiasconvencionais - já que opera nosprincípios da química verde. "Senão investirmos agora, teremos quecomprar essa tecnologia de paísesque hoje já nos vendem tecnologiaconvencional" .

ser selecionadas. Os resultados

devem ser divulgados ainda emsetembro.

A proposta conta com a participação de 115 pesquisadores, soba coordenação geral do Prof. OscarMalta, da UFPE; a vice-coordenaçãodo Prof. Henrique Toma, da USP,e a coordenação de inovação doProf. Petrus Santa-Cruz, também daUFPE.

O objetivo geral da Rede é justamente estabelecer uma cooperaçãoefetiva entre grupos de pesquisa noBrasil que dominam o conhecimentode técnicas complementares, experimentais e teóricas, formando recursoshumanos altamente qualificados paraa investigação e preparação de materiais avançados, além de dar apoioa empresas de base tecnológica,por meio de oferta de pessoal de altonível, consultoria, projetos de pesquisa e desenvolvimento em parceriae transferência de tecnologia.

REPORTAGEM

Alta tecnologiano laboratório

o Laboratório de NanodispositivosFotônicos, unidade LANDfoton/DQFUFPE completa 10 anos neste mês desetembro. Atualmente ele conta com

a empresa incubada Ponto QuânticoNanodispositivos, instalada na incubadora Positiva da UFPE. O objetivoda empresa é chegar a produtosfinais a partir de pesquisas em N&N,com foco na formação de recursoshumanos no próprio laboratório.

"Quando uma tese chega a umponto em que há potencial aplicação,o produto final passa a ser desenvolvido na Ponto Quântico, que funcionacomo uma "empresa-vitrine", ondeuma planta piloto de produção émontada para mostrar a viabilidadede produção de um nanoproduto- tanto para licenciamento comopara produção em escala por outrasempresas", ressalta o professorPetrus.

Somente em 2004, foram depositadas no LANDfoton seis patentes,algumas estão em fase de licenciamento - como a do Nanodosímetro

Molecular para Dosimetria Pessoalde UV, podendo ser utilizado por trabalhadores como EPI (Equipamentode Proteção Individual). A empresaBluecare, do grupo Balaska, estaráprovavelmente produzindo este nanoEPI.

Segundo ele, o LANDfoton/DQFUFPE foi o primeiro laboratório atransmitir desde 2001 via câmera IP

on-line e, durante 24 horas por dia,o que se passa nos experimentos."Hoje, câmeras IP Wi-Fi permitemmobilidade e conexão com som,através de associação das câmerasao VoIP", conta. O foco principal dolaboratório está em nanodispositivosfotônicos para as áreas de Saúde eMeio Ambiente.

EquipamentosEntre os principais equipamentos

utilizados para ver e manipular amatéria em escala atômica estão omicroscópio de força atômica (AFM) -

para análise de superfícies em geral,e o Microscópio de Tunelamento(STM) - para amostras condutoras ousemicondutoras. "São equipamentoscompatíveis com os custos de outrosutilizados para pesquisa científica.Alguns são destinados também paraa indústria", diz.

No Laboratório de Nanodispositivos Fotônicos existem dois micros

cópios de força atômica e um detunelamento. Outros equipamentospara manipulação da matéria emescala atômica são realmente caros,principalmente pelo ambiente exigidocom controle de limpeza dos laboratórios.

"O aproveitamento da infra-estrutura pré-existente em laboratóriosde instituições de ensino superiore pesquisa é a solução mais lógicae viável para a nossa realidade.Aproveitando ao mesmo tempo, ascompetências locais, que são indispensáveis na área, além da formação

de recursos humanos - também descentralizada", enfatiza.

Nanotecnologiatambém dentro

do ProgramaInstitutos do Milênio

Uma outra vertente que abriuespaço para a nanotecnologia estádentro do Programa de Apoio aoDesenvolvimento Científico e Tecno

lógico (PADCT), criado pelo governobrasileiro em 1984, para complementar a política de fomento à Ciênciae Tecnologia.

Dentro do PADCT 111, estão osInstitutos do Milênio, programas doMinistério da Ciência e Tecnologiacujo objetivo é patrocinar pesquisascientíficas de excelência em áreas

estratégicas para o desenvolvimento


REPORTAGEM

do país. Eles integram grupos depesquisa em redes, potencializam abase nacional instalada de laboratórios e favorecem a integração comcentros internacionais de pesquisa.

Dentre as redes, baseado sob otema nanotecnologia, há o Instituto10- Instituto de Nanociências, quecongrega 66 pesquisadores devárias especialidades e de 21instituições brasileiras. Esta redeinvestiga vários sistemas nanoestruturados, reconhecidos comoprioritários para o desenvolvimentotecnológico em microeletrônica,optoeletrônica, fotônica, telecomunicações e bioengenharia.

Ainda em nanotecnologia existeo Instituto 15 - Rede de Pesquisaem Sistema em Chip, Micro-sistemase Nanoeletrônica, que tem comoproposta de pesquisa integraros grupos da área de microeletrônica existentes nas Universi

dades e as empresas ligadasao setor.

Esta rede é formada hoje por10 grupos e sete universidades,além da Embrapa de São Carlos, etrabalha com uma linha de pesquisadirecionada a Dispositivos Semicondutores, Novos Materiais, Projetode Circuitos Integrados, Tecnologiade Microeletrônica e Fotônica e jádesenvolveu pesquisas como processos de litografia por feixe de elétronse corrosão por plasma; processos deobtenção de nanotubos de carbono;dielétricos ultra-finos (1,5 nm); projetos de circuitos com transistoresmono-elétron; sensores; entre outros.De acordo com o Professor Dr. Jacobus Willibrordus Swart, coordenadorda rede, um outro projeto foi submetido ao novo editallnstitutos de Milênio(que deve ser publicado no início dopróximo ano), propondo a ampliaçãodo número de instituições. "É eleque vai permitir que consigamos darcontinuidade aos trabalhos com aampliação dos grupos", ressalta. "NoBrasil, falta foco, objetividade e açõesquando a assunto é nanotecnologia.No início do governo atual (2003),foi proposto no Plano Pluri Anual(PPA) um plano de ação em temasespecíficos e a criação de um novo

centro de nanotecnologiabaseado em tecnologia de

Sistemas Integrados: eletrônica e MEMS (Micro-Electro

Mechanical Systems), o quefoi totalmente abandonado",

lembra o professor, que tambémparticipa do Departamento de

Semicondutores, Instrumentos eFotônica (DSIF), um dos onze departamentos da Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação daUnicamp.

Projetos de Micro e Nanoeletrônicareceberão apoio da Finep

Em janeiro deste ano, a Finep(vinculada ao Ministério da Ciênciase Tecnologia) lançou uma SeleçãoPública de Propostas para ApoioFinanceiro a Projetos em Micro eNanoeletrônica. O objetivo da Chamada Pública foi selecionar propostaspara concessão de apoio financeiroa projetos de Micro e Nanoeletrônica,de acordo com o interesse da indústria no Brasil.

Outro objetivo era incentivar novasaplicações em dispositivos eletrônicos e a capacitação tecnológica daindústria de hardware para as tecnologias de informação, comunicação,eletroeletrônica, automação entreoutras.

Com a Chamada Pública, o MCTbusca estimular empresas brasileiraspara execução de projetos que foca-

Iizem tecnologias comoa concepção, projeto,fabricação e teste decircuitos integrados;de sistemas embar-

cados, integrando;concepção de micro

sistemas, nanosistemas e de dispositivos eletrônicos e optoeletrônicos discretos; hardwares e compo-

. nentes de software embarcados

em chip; além do desenvolvimentode arquiteturas e sistemas de hardware dedicados em FPGAs e cir

cuitos integrados para aplicaçõesespecíficas.

Em julho, a Finep aprovou novepropostas. No total, estes projetosreceberão cerca de R$ 8 milhõesprovenientes do FNDCT (FundoNacional de Desenvolvimento Cien

tífico e Tecnológico), sendo que ovalor máximo de recursos para apoioa cada projeto fica limitado a R$ 700mil. Do montante de R$ 8 milhõ'es,cerca de R$ 4 milhões devem serdesembolsados ainda em 2005 e orestante em 2006.

Entre os critérios de avaliaçãodas propostas enviadas à Finepestavam: o impacto sócio-econômicoe potencial exportador; a viabilidadede introdução do produto no mercado;o grau de relevância do mercadodo produto final beneficiado pelodesenvolvimento da proposta; a qualificação, experiência e adequação daequipe executora às necessidades egrau de complexidade da proposta;e o montante de contrapartida financeira e de outros aportes do projeto.


AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL

~

MOVITOOLS

Módulos Aplicativos

Ambiente para o desenvolvimentoautomático de rotinas em IPOSPlus

para aplicações específicas.

CAM Editor

Ambiente para o desenvolvimentode curvas e rotinas em IPOSPluspara aoperação na função CAME eletrônico.

gada a se baseia na estrutura emdiagrama de blocos de função.

E-SYNC

Ambiente para o desenvolvimentode curvas e rotinas em IPOSPlusparaa operação na função interna desincronismo eletrônico.

Bus Monitor

Programa para monitoração eoperação de conversores de freqüência em redes de comunicação fieldbus.

AppBuilderAmbiente para o desenvolvimento

de programas para computador emlinguagem voltada para objeto para acomunicação serial com os conversores de freqüência SEW-EURODRIVE.

60. 6.Z1 liMlcy O'U!:pllt. 000l rtr.llJ1.T

60 ue hMr-y O\It.pUt DOClO l'pJ.YJ P"1t.tAstl:.'"""

- ':. ~tMK8 ••••••.L"o..~v~.- 'ii:J StUorl#iIIIOOI!'lft!> "z.Cortr~~-"ft ••·iI',MtXO!"~

.1i 11 .• '..dllf~wr.Jh7''ils,~~lho~1II4..10:0__,,*,~·.' .• COr(,C4f~

t1la..lht.f~'PjI?lP05Dar4nltltf11I-

DC Iink, etc.) que auxiliam na monitoração do comportamento do acionamento.

IPOSPlus Compiler

Dedicado a programação dosconversores de freqüência SEWEURODRIVE que possuam internamente o sistema de controle deposicionamento e controle seqüencialIPOSPlus.A linguagem de programação utilizada se baseia na estruturada linguagem C.

IPOSPlus Assembler

Dedicado a programação dosconversores de freqüência SEWEURODRIVE que possuam internamente o sistema de controle deposicionamento e controle seqüencialIPOSPlus.A linguagem de programa- .ção usada da se baseia na estruturada linguagem assembler.

LOGODrive

Dedicado a programação conversores de freqüência SEW-EURODRIVE que possuam internamenteo sistema de controle de posicionamento e controle seqüenciallPOPlus.A linguagem de programação empre-

o MOVITOOLS® 4.20 é uma fer

ramenta de software amigável paraacesso às séries de conversores defreqüência SEW-EURODRIVE.

Composto por um pacote de softwares para configuração, programação e diagnóstico de conversoresde freqüência SEW-EURODRIVE, oMOVITOOLS pode ser configuradopara os seguintes conversores:

- A linha MOVIDRIVE MDX60/618;

- A linha MOVIDRIVE MD_60A;- A linha MOVIDRIVE compact

MC_40/41/42A;- A linha MOVITRAC 07.

o MOVITOOLS versão 4.20 podeser executado nos ambientes Windows 95, Windows 98, Windows NT,Windows 2000 e Windows XP. Alémde ser uma ferramenta disponívelgratuitamente, é de fácil e rápidomanuseio.

O software MOVITOOLS 4.20 écapaz de se comunicar com os equipamentos SEW-EURODRIVE atravésdas interfaces de comunicação RS232/RS-485 , Profibus, Interbus, CANou Ethernet.

O ambiente de trabalho do MOVI

TOOLS é composto pelos seguintesprogramas principais:

SHELL

Programa dedicado para a colocação e parametrização dos conversores de freqüência SEW-EURODRIVE. Através dele também é possível salvar todos os dados armaze

nados no conversor de freqüênciaem forma de arquivo eletrônico paracomputador.

SCOPE

Programa através do qual é possível traçar gráficos em tempo realdas principais características operacionais de acionamen tos ligados aconversores de freqüência (corrente,rotação, freqüência, torque, tensão


DESENVOLVIMENTO

GERADOR DE

00 [UJ[ rnJ[m [B5 00& ~ [g[OJo ruído branco pode ser usado como sinal de teste para diversos tipos

de equipamentos. Sistemas de telecomunicações, equipamentos de áudioe linhas de transmissão podem ser testados usando-se esse tipo de sinal.

Neste artigo ensinamos como montar um simples gerador de ruído brancoutilizando um diodo como fonte geradora.

Newton C. Braga

Figura 1

o ruído branco caracteriza-se porter uma intensidade média constante

ao longo de seu espectro. Em outraspalavras, os sinais se distribuemaleatoriamente no espectro, comintensidade constante.

Podemos gerar ruído branco aproveitando o ruído térmico da junçãode um diodo comum polarizado nosentido inverso. É justamente esse oprincípio de funcionamento do circuitomostrado na figura 1.

Dentre as aplicações possíveis,está o teste de equipamentos detelecomunicações, equipamentosde áudio e mesmo em laboratóriosde Psicologia Experimental onde orelaxamento pode ser obtido com suaamplificação e reprodução.

O circuito deve ser alimentadocom uma tensão contínua muitobem filtrada na faixa de 9 a 15 V.Uma bateria de 9 V é uma soluçãomais apropriada, pois permite que oaparelho seja totalmente portátil.

Para reprodução em um altofalante, ou obtenção do sinal commaior intensidade, um amplificadorexterno deve ser utilizado.

P1 ajusta o nível de ruído e transistores equivalentes ao BC548 podemser empregados. O diodo pode serde qualquer tipo de uso geral desilício.

Na figura 2 temos uma sugestãode placa de circuito impresso para arealização da montagem.

Observamos que o cabo de saídapara o amplificador deve ser blindadopara que o ronco da rede de energiade 60 Hz não se sobreponha ao ruídobranco gerado.

~

~-iI•....•.,

Figura 2

Lista de Materias

01 - BC548 ou equivalente - transistorNPN de uso geralD1 - 1N4148 ou qualquer outro diodoR1 - 470 k Q x 1/8 W - resistoramarelo, violeta, amareloR2 - 100 k Q x 1/8 W - resistor marrom, preto, amareloR3 - 4,7 k Q x 1/8 W - resistoramarelo, violeta, vermelhoR4 - 220 Q x 1/8 W - resistor - vermelho, vermelho, marrom

+9 a 15 V

C2100 nF

1---0 Saida

R3

Q ~ ij -+9VD1 R1

-Saída01

à g 002

P1~ ~R2 ~R4_0V'-

P1 - 2,2 M Q - trimpotC1 - 4,7 nF - capacitar cerâmica oupoliésterC2 - 100 nF - capacitar cerâmica oupoliéster

Diversos: placa de circuito impresso,caixa para montagem, fonte de alimentação, fios, solda, etc.


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INSTRUMENTAÇÁO

CONHEÇA ASPONTES

As pontes de medida consistem em um recurso importante com que o

profissional de Eletrônica conta para a determinação de diversas grandezas nolaboratório ou bancada de desenvolvimento de projetos. Embora possamos

dispor de instrumentos precisos para as medidas de resistências, indutâncias,

capacitâncias e freqüências, existem casos onde as propriedades das pontesde medidas as tornam mais apropriadas para um trabalho. Neste artigo

abordaremos algumas das principais pontes de medida.

Newton C. Braga

+-':'vRx

A Ponte de Sauty tem seu circuitoilustrado na figura 3 e serve para amedida de capacitâncias.

PONTE DE SAUTV

Figura 2

A resistência Ro é fixa e tem um

valor que deve ser aproximadamenteigual ao valor da resistência que seespera medir (Rx).

As resistências R2 e R4 são conjugadas, ou seja variam ao mesmotempo por um eixo único.

Nestas condições, o nulo da ponteserá obtido quando as resistênciasdo circuito satisfizerem a seguinteigualdade:

Rx = Ro (R4/R3)

A principal vantagem no uso destetipo de ponte é que a influência daresistência dos fios que fazem aligação a Rx pode ser eliminada, oque é importante quando são medidasresistências muito baixas.

R1 = R3R2 = R4

PONTE DE THOMSON

Fonte desinal outensão

Figura 1

Detectar

Ponte h;..J de nulo

Componente em teste

variável de uma escala de tal forma

que nos permita determinar o valor docomponente desconhecido, quandofor alcançado o equilíbrio.

Conforme os componentes usadose o tipo de grandeza que vai sermedida, as pontes recebem diversasdenominações que passaremosagora a analisar.

Esta é uma ponte muito interessante destinada à medida deresistências muito baixas, menoresdo que 1 ohm. Esta ponte recebeo nome de seu descobridor que adesenvolveu em 1862, tendo o circuitobásico mostrado na figura 2.

As resistências do circuito devem

manter inicialmente as seguintesrelações de valores:

o QUE É UMA PONTE?

Uma ponte nada mais é do queum circuito de medida que faz usode uma fonte de sinal (ou de tensãocontínua) e um detecto r de nuloque pode ser um fone de ouvido,um indicador de bobina móvel ou

qualquer outro conforme o tipo deaplicação exigida, como visto nafigura 1.

Quando os componentes destaponte apresentam uma determinadarelação de valores, não há sinal ounão circula corrente pelo detector denulo. Diz-se, nestas condições, que aponte se encontra em equilíbrio.

Se tivermos um componente devalor desconhecido, e também umcomponente variável que compenseseu valor, poderemos sempre obtero equilíbrio da ponte ajustando ocomponente variável. Isso significaque podemos dotar o componente

A maioria dos nossos leitores

conhece a ponte de Wheatstone,usada na medida de resistências eque serve de ponto de partida paramuitos estudos de laboratório de

Instrumentação.No entanto, para esta mesma

maioria, há muitas outras pontesque são desconhecidas, mas cujaimportância não é menor do que a daprópria Ponte de Wheatstone.

É dessas outras pontes de medidaque vamos tratar neste artigo.


~ ..~.~.p,.~~.~.:m.~.;.~.>..~ ..~ ....~.~.~.~= .?J~?S18Ut:t~NIAÇAO ,?~

Figura 4

C1

Uma característica importantedas pontes que vimos até agora éque o seu equilíbrio independe dafreqüência do sinal de entrada.

Para a medida de sinais de áudio,uma ponte interessante que na verdade foi a que deu origem à pontede Schering, é a chamada ponte deWien, apresentada na figura 6.

Esta ponte equilibra-se quandoum capacitor Cx adquire um valortal que:

Cx = 1/(R1.R2.C1.ro)Onde: ro = 2 . n. f, sendo f a freqü

ência do sinal.

Se o capacitor utilizado é variável,previamente ajustado em função dosdemais elementos, pode-se determinar a freqüência do sinal.

Fazendo-se com que:R3 = 2.R4C1 = C2

Figura 6

Onde Cx é a capacitância docapacito r em teste e Rx a resistênciade fuga.

PONTE DE WIEN

'"

Cx = C1 (R1/R2)Rx = R1 (C2/C1)

O equilíbrio da ponte será obtidoquando:

f = 1/(2.n.Cx.R2)

Veja o leitor que esta configuraçãoé a mesma utilizada nos denominados

osciladores por ponte de Wien, cujocircuito básico do elo de realimentação que determina a freqüência émostrado na figura 7.

C1

Na figura 5 temos o diagramabásico de uma Ponte de Schering,que é usada na medida de capacitâncias com excelente precisão.

Uma característica desta ponteé que ela possibilita a medida decapacitores mesmo que apresentemfugas, pois ela pode ser equilibradaem função da resistência paralelaao capacitor.

A fonte de sinal dependerá dosvalores a serem medidos, bem comoo detector de nulo.

Para capacitores comuns na faixade 1 nF a 1 I-lF pode-se usar umgerador de sinais de 1 kHz e umfone de ouvido como elementos da

ponte.O equilíbrio desta ponte ocorre

quando as seguintes relações entreos componentes forem satisfeitas:

gam elementos como uma fonte depolarização contínua para este componente, indutâncias e capacitâncias com a finalidade de filtrar correntes contínuas e sinais usados nostestes.

'"

Figura 5

PONTE DE SCHERING

ca

J5~ R1{

R2{

C1

(Xc)

C2

(Xo)

Trabalhando-se com um fone de

ouvido de alta impedância e comsinais na faixa de 1 kHz a 5 kHz, adetecção de nulo será feita no pontoem que o som desaparecer.

Para capacitâncias muito pequenas podem-se usar sinais de freqüências mais altas e como detector de

nulo um osciloscópio.Um problema que pode ocorrer

neste tipo de ponte vem do fato deo capacitor medido não apresentaruma capacitância pura. Lembramosque um capacitor real tem uma certaresistência parasita em série a serconsiderada.

Um resistor variável pode seragregado em série com o capacito rde referência para compensar estaresistência parasita. Nesse caso, oequilíbrio (ao ser conseguido), levatanto à determinação da capacitânciaCx como à resistência parasita ligadaem série, conforme exibe a figura 4.

Variações da ponte de Sauty existem para a medição de capacitoreseletrolíticos, caso em que se agre-

Figura 3

o que se faz nesta ponte é trocarum dos resistores da ponte de Wheatstone por um capacitor e, alémdisso, aplica-se na alimentação umsinal de freqüência de acordo com oscapacitores a serem medidos. Destaforma, as reatâncias capacitivasdo capacito r a ser medido e de umcapacitor de referência são as usadasno equilíbrio da ponte.

Chamando-se de Xc a reatância

do capacito r a ser medido e de Xo a, reatância do capacitor de referência,, o equilíbrio da ponte será conseguido

quando a seguinte relação de valoresentre todos os elementos da pontefor satisfeita:

R1/R2 = Xc/Xo


INSTRUMENTAÇÃO 7

R1

Vcc

C3

~

~ Rv

R1

Rx

Lx

Figura 11

Lx = Rv· R 1 . CpC

Rx=L.R1Cv

PONTE DE OWEN

CONCLUSÃO

As pontes são de grande importância nos laboratórios de medidas

eletrônicas. Neste artigo demos umapequena noção sobre seus tipos eutilidades. No entanto, os circuitosindicados, quando levados a equipamentos profissionais podem receber recursos adicionais importantescomo, por exemplo, controles desensibilidade, seleção de faixas devalores medidos, além de detectoresde nulo com diversos níveis de sensibilidade e outros.

Na figura 11 temos o diagramabásico de uma ponte de Owen, que édestinada à medição de indutâncias.

Esta ponte tem por característicaimportante o fato de seu funcionamento não depender da freqüênciado sinal.

Junto ao diagrama vemos a relação de valores de componentes quedeve ser satisfeita para que ela fiqueem equilíbrio.

librar com sua reatância, a reatânciaapresentada por um indutor, que estásendo medido.

O equilibrio desta ponte seráconseguido quando a relação devalores de componentes mostradaem seu diagrama for alcançada.

R2

Lx

Rx

Figura 10

'V

Figura 9

Esta ponte, cujo diagrama básicoé exibido na figura 10, também sedestina à medida de indutâncias.

O princípio de funcionamentoé o mesmo da ponte de Maxwell,utilizando-se um capacitor para equi-

Lx = R1 . R2· cp

Rx = Rv· R1 .R2 (WCp)

PONTE DE HAV

ôhmica do enrolamento da bobina quese soma à sua indutância. Lembramosque a bobina equivale, em seu circuitoreal, a uma indutância ligada em sériecom uma resistência.

Veja que o equilíbrio desta ponteé feito por meio de dois ajustes e umponto importante é que, através damedição tanto da indutância quantoda resistência associada, pode-se teruma idéia também de seu fator de

qualidade (fator Q).

Figura 7

PONTE DE MAXWELL

Lx = R1 . R2 . cp

Figura 8

Esta ponte, cujo diagrama básicoé visto na figura 8, é utilizada para amedida de indutâncias.

A idéia básica é fazer a comparação de uma indutância com umacapacitância, com base em suasreatâncias, isso porque é mais difícilobter-se um padrão de indutâncias doque de capacitâncias. Assim, quandoesta ponte está em equilíbrio temos arelação dada no próprio diagrama.

O equilíbrio acontece quando asreatâncias (da bobina e do capacitorde referência) adquirem valores quemantêm uma proporção que dependedos valores dos resistores dos outros

braços.A freqüência do sinal usado

dependerá da ordem de grandeza daindutância que se pretenda medir.

Um aperfeiçoamento desta ponteé apresentado na figura 9 onde seacrescenta ao circuito também umresistor variável.

Este componente é necessáriopara se equilibrar a ponte, levando-seem conta também a resistência


Multisim 8""-.7 NATIONAL"'NSTRUMENTS

Development Suitepara Mlcrochip dsPIC

@)IARSYSTEMS

Para iniciar a multimídia, simplesmente coloque oCD no drive, espere um pouco e a tela principalsurgirá automaticamente. Como este recurso nãoé apresentado por todos os drives de CD-ROM,caso não aconteça nada, siga as seguintes instruções:- Clique no botão Start (Iniciar) e então selecionea opção Run (Executar);- Surgirá uma caixa de diálogo, a seguir, digiteD:\saber11.exe (o D representa a letra do seudrive de CD-ROM);- Aperte a tecla Enter. Depois de alguns segundos, aparecerá no monitor do seu computador atela principal da multimídia.

Multisim 8

Após a instalação e o preenchimento de umformulário, o programa devese conectar à Internet para oenvio dos dados e para baixare instalar os upgrades. A partirda data de instalação, o usuário terá 45 dias para a utilizar normalmente o programa,após esta data, o programa se restringe a utilização paraesquemas e layout, utilização de 50 componentes ou 750pinos e apenas dois layers.

lAR Development Suite forMicrochip dsPICAmbos os programas têm limitação de utilização para 30dias. O lAR Embedded Workbench for dsPIC requer o usode uma licença para uso, para isso é necessário fazer umcadastro, que pode ser acessado através da própria multimídia. O lAR visualSTATE for dsPIC não requer licença, mastrata-se apenas de uma versão de demonstração.

Inglês para Eletrônica, Artigos completos e Mini-cursode Linguagem C para eletrônicaTodos os arquivos estão no formato PDF (Portable Document Format), e para isso é preciso ter instalado no computador o Acrobat Reader. Caso o leitor não o tenha instalado,o CD que acompanha este revista possui uma versão. Parainstalar, basta clicar no botão que se encontra no rodapé damultimídia com o logotipo da Adobe PDF.

Códigos-FonteA utilização dos Códigos-Fonte necessita de um bom conhecimento por parte do leitor, que poderá acessar os códigosdiretamente na pasta download que está no CD, porém épossível visualizar alguns códigos através da multimídia.

~ARENlS

Thank you for registering.

Oe"lf User.

MoviTools e QuickllAmbos os programas não possuem restrições, porém o seufuncionamento se dá em con

junto com os respectivos equipamentos externos, mas o leitorpoderá ver como é a programação e comunicação destesprogramas.

MoviTools 4.20

SEWEURODRIVE

Quickll for Smart

METALTE~

T11<lnk YOll for registerill!J YOIII- EWdsPIC eVflhliltion l>roduct.Please use the followillU Iicensillg lIumher nnd keyto installYO\lr EWdsPIC softw;are:

Ucetlse liumher: 9999-999-999-9999

OUickSla'tkey: 9999999999999995

Ifyou have any problem please email [email protected]

Página de registro da lAR

NUV rlJ1\U~;;J

TEC_NOLÓGIÇAS

Newton C. Braga

mrm®illM~As dimensões dos componentes integrados num chip estão

se tornando cada vez menores. Com a aproximação dessas

dimensões dos comprimentos de onda da luz infravermelha ou

mesmo visível, essas radiações podem ser tratadas de uma forma

diferenciada: irradiadas e recebidas por antenas exatamente como

as ondas eletromagnéticas de maior comprimento (usadas em

telecomunicações). Essa possibilidade abre campos inteiramente

novos para a opto-eletrônica.

o reduzido comprimento de ondadas radiações infravermelha, visívelou mesmo ultravioleta impede queelas recebam o mesmo tratamento

dado às ondas eletromagnéticasde maior comprimento usadas emtelecomunicações.

Essas ondas são tratadas com

"recursos ópticos" diferentes, osquais incluem as lentes, espelhos erefletores parabólicos. No entanto, ananotecnologia, conseguindo levaros dispositivos integrados em umchip às mesmas dimensões dasondas luminosas, abre a possibilidadedessas ondas serem tratadas damesma forma que as ondas de maiorcomprimento.

Integrando antenas que tenhama mesma ordem de grandeza dasondas luminosas é possível fazer suaemissão (ou recepção) de forma eficiente, com a concentração da energia na direção desejada e tambémcom a sua polarização, sem a necessidade de filtros.

Conforme mostra a figura 1, épossível integrar antenas com barrasde ouro de apenas alguns nanômetrosde comprimento, as quais atuam

oBarras

I [I ["'ÃJ2

Comprimento de onda

Figura 1

~I\Refletor

como antenas, focalizando a radiaçãoemitida sem a necessidade de lentes.

Essas antenas funcionam exatamente como uma antena convencional de rádio, concentrando sinais coma obtenção de um ganho em determinada direção. A grande diferençaé que elas podem trabalhar com luzinfravermelha e visível, consistindoportanto num meio ideal de se fazero interfaceamento entre dispositivosópticos e eletrônicos.

Os dispositivos desenvolvidos porcientistas da Universidade de Basel,na Suiça, consistem em tiras deouro de apenas 45 nanômetros delargura e de 200 a 400 nanômetrosde comprimento, tendo entre elasespaços de 20 nanômetros.

Essas antenas, conforme ilustraa figura 2, fazem com que a luz sejairradiada pela parte central sendo queas partes extremas da antena atuamcomo elementos focalizadores.

A grande vantagem dessas antenas é a sua resolução, a qual chega aser 50 vezes melhor do que uma lente

Feixe de

luz irradiado

Figura 2

comum. Uma aplicação interessantedisso é na microscopia convencional.

Uma lente comum não conseguefocalizar um objeto que seja muitomenor do que o comprimento da luzusada. Por exemplo, para a luz visívelde 400 nanômetros a 800 nanôme

tros, o menor objeto focalizado tem200 nanômetros. Com as nanoante

nas isso muda, pois sua resoluçãochega a permitir que objetos menoresdo que 5 nanômetros sejam resolvidos.

Anteriormente, para a observaçãode objetos dessas dimensões eranecessário usar radiações de menorcomprimento de onda, como o casodo microscópio eletrônico ou de raiosX, veja a figura 3. Nessa foto damosuma idéia da complexidade de ummicroscópio eletrônico, que temum custo muito elevado. Com as

nanoantenas, microscópios ópticossimples teriam a mesma capacidadede ampliação.

O caráter ondulatório dos elétrons

emitidos permite a observação de


objetos muito pequenos, assim comoo comprimento de onda dos raios X.Entretanto, essas radiações impedema observação de amostras vivas, poiselas as matam.

Com a possibilidade de se usar luzvisível para a observação de corposdessas dimensões, um microscópioóptico comum traz para o campo devisão humano até mesmo moléculasmaiores, como as que correspondemàs proteínas.

Mas, não é apenas na elaboraçãode microscópios e outros dispositivosópticos que as nanoantenas encontram aplicação.

APLICAÇÕES

Atuando como receptores sintonizados (no comprimento de ondaque devem receber), essas antenaspodem ser usadas na elaboração desensores extremamente sensíveis.

Esses sensores poderiam sintonizar uma radiação única em uma faixaextremamente estreita, detectando,por exemplo, o espectro de emissãode uma única molécula numa estrutura viva. Seria possível elaborarum sensor capaz de identificar umsimples vírus pela radiação emitidaao ser excitado.

Na eletrônica, essas nanoantenaspoderiam ser utilizadas na construçãode LEOs e sensores usados emCOs, CO-ROMs e OVOs muito maiseficientes. Não seria preciso usarcomprimentos de ondas menores,como no caso em que se passado infravermelho para o visível (doCO-ROM para o OVO), de modo a sepoder trabalhar com pits menores.

Pits até 50 vezes menores do queos existentes atualmente poderiamser detectados com o uso de dispo-

Figura 4

sitivos focalizados com nanoantenas,aumentando assim em 50 vezes a

capacidade de armazenamento damídia, conforme exibe a figura 4.

Tudo isso seria possível sem anecessidade de se trabalhar com

a emissão de luz de menor comprimento de onda.

Ainda na eletrônica, essas antenas aumentariam a resolução dosdispositivos empregados na litografiaóptica, possibilitando a fabricação deestururas semicondutoras em chípsainda menores.

Finalmente, chegaríamos ao limitecom a possibilidade e construir dispositivos capazes de emitir um únicofóton.

Esses dispositivos poderiam serusados em computadores seguros,permitindo um processo de criptografia praticamente indecifrável, uma vezque não dependeria da geração denúmeros aleatórios, como fazem ossistemas atuais.

Esses números (chaves) podemser usados para decodificar a mensagem. Com emissores capazesde emitir um fóton isoladamente, aemissão seria totalmente segura,justamente devido a princípio damecânica quântica que afirma que"um fóton não pode ser observadosem que ele seja alterado".

Em suma, se alguém tentar observar o fóton que transporta o bit demensagem ele será alterado, e issoserá detectado.

CONCLUSÃO

As nanoantenas representam umgrande passo em direção à totalintegração dos dispositivos ópticoscom os dispositivos eletrônicos.

Embora ainda seja cedo 'paraprever que dispositivos serão fabricados e aplicados nos próximosanos usando essa tecnologia, aspossibilidade que analisamos sãofantásticas.

Segundo as previsões teremosainda de esperar de 5 a 10 anos paraque essas nanoantenas passem aincorporar algum dispositivo de usoprático.

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ADSL

ASYMMETRIC DIGITAL

SUBSCRIBER LINE

As novas tecnologias de telecomunicações

visam levar as informações com velocidade

cada vez maior, uma exigência da Internet.

No entanto, a rapidez com que essas novas

tecnologias são desenvolvidas faz com que os

leitores da área técnica nem sempre consigam

fazer seu acompanhamento, obrigando-os a sair

em busca de informações sobre seu princípio

de funcionamento, tecnologia empregada e

aplicações. Nem sempre essas informações são

acessíveis ou fáceis de entender, e o leitor que

precisa estar em dia com o que há de novo sevê em dificuldades.

A tecnologia ADSL é um desses casos e, neste

artigo, procuramos explicar aos nossos leitores

exatamente o que ela significa.

Newton C. Braga


A tecnologia comum usada paraas comunicações telefônicas utilizando sinais analógicos, não é a maisapropriada para as necessidadescrescentes do transporte de umvolume enorme de informações. Cadavez mais pessoas estão ligadas àInternet e uma velocidade cada vezmaior na transmissão dos dados éexigida.

Para que o leitor tenha uma idéiade como são lentas as linhas telefônicas comuns, basta dizer que usandoum modem de 28,8 kbps precisamosde 25 minutos para transmitir umarquivo de 10 megabytes.

O problema da ocupação daslinhas telefônicas por longos intervalos não está apenas na conta queprecisamos pagar. As linhas telefônicas são projetadas para manusear"pacotes" de chamadas de 3 minutos,e nos horários de pico os pacotesmáximos previstos são de 9 minutos.A ocupação da linha por mais de 10minutos seguidos é algo que trazproblemas inclusive para as empresasde telefonia.

Com a finalidade de adequar aslinhas telefônicas tradicionais demodo que elas possam manusearinformações transmitindo-as commuito maior velocidade foi criada a

tecnologia ADSL (Asymmetric DigitalSubscriber Une) ou Linha de Assinante Assimétrica Digital.

o QUE É

A TECNOLOGIA ADSL?

ADSL é uma tecnologia de processamento de sinais digitais paracomutação e roteamento através delinhas telefônicas com alta velocidade.

O ponto principal dessa tecnologiaé proporcionar faixa passante maislarga para os sinais que possamatender às exigências de demandada Internet.

Originalmente, a tecnologia ADSLfoi criada em 1994 para proporcionara possibilidade de se usar as linhastelefônicas para jogos interativos,multímidia e teleconferência.

Em 1997, um estudo feito peloNOP Reserach Group mostrou quemais de 250.000 ingleses compravamalguma coisa pelo sistema on-lineem cada mês.

Este mesmo estudo revelou que10% das mais de 4,5 milhões depessoas na Inglaterra que estariamplugadas na Internet eram mulheres,e estariam fazendo compras por estesistema. Tudo isso exigia a criação deum sistema mais rápido de transferirdados pelas linhas telefônicas.

A tecnologia ADSL pode transferirdados pela linha telefônica em umavelocidade perto de 200 vezes maiordo que as linhas comuns, e mais de90 vezes mais rapidamente que aslinhas ISDN.

Basicamente, a tecnologia ADSLoferece as seguintes vantagens:

• É mais rápida. Um arquivo de10 Mbps pode ser transferido emapenas 10 segundos, empregandoum modem ADSL. Modems superrápidos ADSL podem transmitir dadosnuma velocidade de 8 megabits porsegundo.

• É fácil de instalar. As linhas depares trançados podem ser usadaspara transmissão dos dados ADSLnão havendo necessidade de novasinstalações.

• É barata.

Esta "última milha", na verdade,pode chegar até a 6 quilômetros emalguns casos, dependendo da "qualidade" das conexões e de algumasoutras condições locais.

O par trançado que é utilizadoneste caso (ou fio comum) apresentaindutâncias e capacitâncias quereduzem a banda passante e queoferecem uma séria dificuldade paraa transmissão de dados de alta

velocidade, conforme sugere afigura 1.

L

C

L

Figura 1

De acordo com a figura 2 a faixapassante da maioria das linhas telefônicas não vai além de 4 kHz, o quepermite o uso (e sofrível) apenas davoz para as comunicações .

Na verdade, quando o telefonefoi inventado ninguém poderia imaginar que ele poderia ser usado paratransmitir algo mais que não fossea voz.

Os modems modernos manuseando a fase, nível dos sinais eoutras características conseguemmilagres, aumentando a capacidadede transmissão de uma linha telefô

nica para até 56 kbps, sendo esteo limite.

A idéia básica do ADSL é usaruma técnica sofisticada de processamento de sinais através de modems

COMO FUNCIONA

Modelo fabricado pela SMC

O ponto crítico das instalações telefônicas é a chamada "Iast mile" ou últimamilha, que corresponde aopedaço de fio que vai da casado assinante até o cabo mais

próximo de sinais.

Faixa passantede uma

linha telefônica

comum (p/ a voz)

kHz3,5

Figura 2


O SISTEMA NA PRÁTICA

Na figura 4 temos o modo comofunciona um sistema usando modemsADSL.

Os modems ADSL são ligadosao computador, vídeo e também aotelefone comum, conectando-o comroteadores para Internet e tambémpara sistemas que transferem a vozpara os telefones chamados.

Na casa do assinante fica um dos

modems, enquanto que na empresatelefônica ficam os conjuntos demodems em racks.

Os modems da empresa telefônicaseparam o que é voz do que é dado,enviando-os aos circuitos apropriados.

As chamadas de voz são enviadas

à rede telefônica comum ao passoque os dados são enviados via umaEthernet e roteador, eventualmenteuma linha de alta velocidade OC-3 de155 Mbps ao provedor local de acessoà Internet.

Por conta isso, a tecnologia ADSLdisponibiliza uma velocidade maiorpara o downstream do que para oupstream.

Assim, para movimentar dadospara a casa do assinante temos umavelocidade de 8 Mbps, enquanto queda casa do assinante para a rede avelocidade é de apenas 640 kbps, nomáximo.

PSTN

Escrhório central

velocidade bidirecional (downstream/upstream) e um canal convencionalde voz.

Disponibilizando os três canaispode-se simultaneamente, porexemplo, utilizar o canal de altavelocidade para se fazer o downloadde um filme, o canal de velocidademédia para ler ou enviar um e-maile o canal de voz para manter umaconversação comum. Veja que agrande vantagem deste sistema épreservar o sistema convencional dascomunicações de voz, simplesmenteacrescentando novas possibilidadesà mesma linha.

Com a utilização da capacidadecompleta do canal pode-se ir além,trabalhando-se com quatro canaisMPEG de vídeo comprimido seminterrupção nos serviços normais detelefonia.

A assimetria vem do fato de queao usar a Internet, as pessoas tendema movimentar dados em maior quantidade numa direção do que em outra.De fato, passamos a maior parte dotempo recebendo mais dados do queenviando.

ASSIMETRIAOTIMIZANDO O SISTEMA

POTS RackSplitter de modem!

ADSL

POTS

Splitter

~ ---.'?Ç..'~ 1_.,'~'~?:;;~i:;~!i~:'

PC ..,da rede

Figura 3 - A distribuição doscanais no ADSL: freqüências mais

altas são usadas por um canal"downstream" de alta velocidade;as freqüências mais baixas são

usadas ara a voz.

Voz

f(Hz)

1.104k k k k

Canal downstream (download)

especiais que possibilitem a utilizaçãodos fios comuns telefônicos sem

precisar de uma faixa passante maislarga que a existente, e mesmo assimtransmitindo uma quantidade muitomaior de dados.

Com a tecnologia ADSL é possívelestender a faixa passante para 1 MHzem linhas comuns e, manuseando osdados dentro desta faixa, conseguirvelocidades de até 8 Mbps. Para isso,a informação dentro da faixa é divididaem três canais, conforme mostra afigura 3.

Um canal para baixar informações(downstream) de alta velocidade écolocado na faixa mais alta de freqüências, um canal intermediário de alta

Figura 4 - Os elementos do sistema ADSL.

Servidor de

vídeoconferência

t

I Servidor

devídeo

Servidor

WWW

Backbone

de internet

EthernetFrame

Relay,ATM

CONCLUSÃO

Apesar do acesso via modemADSL ser dos mais comuns em nossos

dias, muitas alternativas aparecempara atender os que desejam outrasformas de acesso à Internet.

Assim sendo, temos muitas empresas de TV a cabo que oferecem acessorápido e barato, além de outras que ofazem por links sem fio.


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Newton C. Braga

COMO FUNCIONAM OSSISTEMAS ELETRÔNICOS DO

AUTOMÓVELOs automóveis estão se tornando cada vez mais complexos, graças a uma eletrônica avançada que

tende a controlar todos os seus elementos. Ignição eletrônica, injeção eletrônica, ABS, sistemas de

conforto, segurança e som são apenas alguns exemplos de onde a eletrônica está presente.

Conhecer o princípio de funcionamento desses sistemas não é apenas algo que o profissional da

área precisa, mas também de todos os que desejam saber mais para usar melhor e mesmo para

aqueles que gostam de consertar seus próprios carros. Veja neste artigo especial uma introdução ao

funcionamento de alguns sistemas eletrônicos automotivos.

SistemaCentralPainel deFreiosLimpadorSensores

de alarmede travasinstrum.ABSde vidros~

Chavede ignição

Interruptor

marcha-à-ré

Velocidade

do veículo

Rotação

do motor

Alerta de

porta aberta

O software é o "programa" quecontrola o funcionamento do veículo,enquanto o hardware consiste nos

o termo "eletrônica embarcada" é

comumente utilizado para designar oconjunto dos equipamentos usadosem automóveis. No entanto, muitomais do que isso, o termo tambémpode ser estendido a outros tiposde veículos, tais como barcos e atémesmo aeronaves.

A eletrônica embarcada visa forne

cer um sistema inteligente que possainteragir com dispositivos capazes derealizar alguma ação em um veículo,com sensores que informem quandoessas ações precisam ser executadasou quando não podem.

Na figura 1 temos um exemplo deinteração entre alguns sistemas desensores e efetores usados em umautomóvel comum.

Note que alguns tipos de sinaispodem interferir em diversos sistemas como, por exemplo, a Chave deIgnição.

O modo como todas as funçõessão controladas em um veículo obe

dece, basicamente, a dois tipos dearquiteturas.

AROUITETURAS DE SISTEMAS

O modo como os sinais são ana

lisados, processados, e a partir daígerados os comandos de ações

podem ter arquiteturas centralizadasou distribuídas.

a) Arquitetura CentralizadaNa arquitetura centralizada temos

uma ECU central que recebe asinformações de sensores e comandose as processa, fornecendo saídasconforme mostra a figura 2.

A ECU contém o hardware e o

software para a leitura das entradas,processamento e fornecimento dossinais de saída.

Figura 1

}s,,,",

Figura 2

u


ELETRONICA EMBARCADA

Bus, onde cada unidade de comandoligada à rede deve suprir suas necessidades em função do uso de cadaunidade de processamento.

Dessa forma, a unidade de gerenciamento do motor recebe o sinal daposição da borboleta e utiliza essesdados para comandar a transmissãoautomática, a unidade do ABS, ocontrole de potência, etc.

OS PROTOCOLOS

Na rede CAN temos um protocoloonde os bits são organizados deforma que as unidades se comuniquem sem problemas. Esse protocoloconsta de sete partes com as seguintes funções:

Começo - Esse campo utilizaum bit para marcar o começo datransmissão ou recepção de dados.

Estado - Esse campo utiliza 11bits para a definição da prioridadedo protocolo.

Controle - São 6 bits que definema quantidade de informações que vaiser recebida ou enviada.

Dados - São as informaçõestransmitidas ou recebidas propriamente ditas.

Verificação - Este campo é composto por 16 bits que são utilizadospara detectar falhas na transmissãodos dados.

Conformação - São dois bitsusados para indicar que os dadosforam recebidos corretamente.

Fim - Esse campo tem 7 bits quesão utilizados para indicar o fim datransmissão do "pacote" de dados.

A figura 6 exibe a organizaçãodesse datagrama.

Cada pacote de dados ou datagrama é transmitido em tempos quevariam entre 0,25 a 20 milissegundos, dependendo da unidade e dafunção.

Um ponto importante para o eletricista de automóveis é que o diagnóstico de problemas de funcionamentoem veículos que utilizam esse sistemapode ser feito pelo rastreamento dossinais. Através de um único conectorODB II é possível rastrear todos ossistemas. Na figura 7 mostramosesse conector.

IIIIIII

Discreta:I1---.:

IIIIIIII

é responsável pelo interfaceamentreo rádio e o IPC, operando em médiavelocidade. Finalmente, temos a Rede3 onde acontece o interfaceamentoentre os BCMs 1 e 2 e o IPC, trabalhando em baixa velocidade.

Observe que nesta arquitetura,um sinal recebido por uma das ECUspode ser enviado para qualquer outraatravés das redes de comunicação.Um exemplo de funcionamento desseprocesso pode ser dado por umsensor de velocidade na roda dian

teira que envia o sinal para o BCM1,por estar mais próximo, e que depoiso retransmite para o IPC pela rede 3,havendo sua indicação no painel.

Esse mesmo sinal também podeser usado por outro bloco. Esse éo princípio da rede CAN ou CAB-

(Campo d! verificação) i(campo de16 bits (máx) finalização) 7 bits

Figura 6

Motwr Módulo deo. controle dos vidrosIpWLI \ PWL Lanterna

(Campo de dados) (Campo de confirmação)64 bits (máx) . 2 bits

+

Figura 5

~ ((~Il~~ o

Motor

I

*-RedeI2

ORádiO

~---------L---------iIIIIII

Discreta---.:1 :

IIIIIIII

Olnstrumentos : l:rn=l--_::_~J ~~~~_~:::::::::~::::::------I

Sit

sem.uso

t tCampo de (Campo de

estado 11 bits controle) 6 bits

M6dulo decontrole da carroceria

desliga, enquanto que o IPC recebeo sinal do sensor de velocidade

passando a indicação ao indicador nopainel. Note que não há necessidadede protocolos de comunicação paraesse funcionamento conjunto, pois aECU tem entradas e saídas discretas

que operam com os sinais, além deum algoritmo de controle.

Para o caso da Arquitetura ElétricaDistribuída, temos como exemplo oveículo da figura 5.

Neste caso, há três ECUs conectadas por três redes internas decomunicação de dados.

A primeira rede (Rede 1) é responsável pela troca de dados entreo ECM e o BCM1 trabalhando comuma taxa de transmissão de dados de

alta velocidade. A segunda (Rede 2)


Sem travar

F1 máx

F1 > F2

Deslizando

'/Travado--------+

peda,J

os sensores detectam o travamento

da roda, enviam o sinal ao microprocessado r e recebem instruções que"aliviam" a pressão do fluido liberandoa roda, como ilustrado na figura 10.

Evidentemente, a presença doABS melhora a eficiência dos freiospela redução da distância de parada.Mais do que isso, quando as rodastravam e o carro desliza, a dirigibilidade é perdida.

O processado r do ABS recebe asinformações dos sensores, fazendoa sua comparação com o programa

F2

Figura 9

•• Apply

~ BrakesDisco de freios

Veremos ago~a alguma coisasobre alguns sistemas específicosencontrados nos automóveis, comuma breve análise de seu princípiode funcionamento.

Figura 10

OABS

o coeficiente de atrito dinâmico

(quando as rodas deslizam) é menordo que o coeficiente de atrito estático(quando as rodas estão em aderênciacom o solo). Isso significa que, numafrenagem, o espaço exigido para aparada é menor quando as rodas nãodeslizam.

Assim, a freada mais eficiente éaquela em que se aplica a maior forçade parada possível à roda, mas semdeixá-Ia deslizar, conforme mostra afigura 9.

A finalidade do ABS (Antí-LockBreak System) é justamente aplicaro máximo de força de frenagempossível à roda, mas sem deixá-Iatravar (escorregar). Para conseguirisso o sistema conta com sensoreseletrônicos de rotação nas rodas,um microprocessador central e ummodulador hidráulico.

Esse modulador consiste em um

conjunto de válvulas que, quando

o10000000089000000001

Figura 7 - Conector 00811

Figura 8 - Rhaster RX da Tecnomotor.

Diversas empresas fornecem aparelhos de diagnósticos que, conectados em um veículo, localizam falhasde funcionamento.

Na figura 8, por exemplo, temos oRhaster RX da Tecnomotor, um equipamento que permite comunicar comas centrais eletrônicas dos veículos e,conseqüentemente, acessar qualquerinformação disponível.

Esse aparelho também pode serconectado a um computador parauma análise detalhada das informa

ções obtidas.Conforme vimos, os diversos dis

positivos elétricos e eletrônicos de umveículo são interligados para haver controle inteligente. A maneira como essacomunicação é feita e as ferramentaspara o diagnóstico de problemas foramabordadas nesta introdução.

Além da Tecnomotor (www.tecnomotor.com.br), o leitor tambémpode consultar ainda o síte da Alfatest(www.alfatest.com.br) .


ELETRÔNICA EMBARCADA

Figura 12

que consta de sua memória. Essedispositivo conta com recursos que;em caso de falha, suspendem suaação.

Quando o contato da ignição éligado temos uma primeira verificaçãodo ABS, caso em que a lâmpadaindicadora permanece acesa de 3 a8 segundos.

Quando o veículo entra em movimento o sistema é novamente testadoe, em caso de falha, é acionadauma lâmpada indicadora. Quandoisso ocorre, o veículo não ficará semfreio, pois o modo tradicional serámantido.

TCS (TRACTION CONTROlSYSTEM)

No Brasil, o sistema passou aser utilizado no Vectra em 1996 eatualmente também é encontrado

no Fiat Stilo. O controle de traçãoconsiste em um sistema onde um

processador central monitora a aderência dos pneus.

Esse sistema usa sensores insta

lados nas rodas, que verificam seexiste perigo dos pneus girarem emfalso. Quando isso ocorre, os freiossão acionados momentaneamente,apenas na roda que patina, evitandoa perda de controle do veículo. Paradetectar se a roda gira em falso, oprocessador compara (a partir dossinais dos sensores) a velocidadedas rodas dianteiras com as rodastraseiras.

O sistema envia os sinais para osistema de injeção de tal forma que,em caso de derrapagem, é enviadoum comando para que o motor reduzaa quantidade de giros, o que podeevitar a derrapagem.

ESP (ELETRONIC STABILlITYPROGRAM)

Um outro sistema interessante

que equipa alguns veículos é o programa eletrônico de estabilidade. Suafinalidade é corrigir eventuais falhasde pilotagem, evitando que o veículoderrape mantendo uma trajetóriasegura.

Trata-se de um sistema quereúne em um ún(co módulo as

funções ABS, TCS e EBD (E/ectroníc Brake Force Distríbutíon

Distribuição Eletrônica de Forçade Frenagem).

Esse último sistema, EBD,calcula a pressão máxima dofreio que pode ser aplicada semo perigo de travamento do eixotraseiro, tendo por base as variações da carga no veículo. Nessesistema, existem diversos sensores sofisticados. Nas rodas há

sensores de velocidade que informamdo perigo de travamento ou giro emfalso.

No centro do veículo existe um

sensor de aceleração lateral etambém de sua rotação em torno deseu próprio eixo vertical (YAW).Alémdisso, há um sensor no volante queindica a intenção de manobra domotorista. A imagem da Bosch mostrada na figura 11 dá uma idéia doselementos desse sistema.

O sistema compara as diversasinformações enviadas pelos sensores e atua na mudança do torqueou ainda aplica o freio em uma oumais rodas para estabilizar o veículoem caso de perda de controle porderrapagem.

AIRBAG

Eis um outro dispositivo complementar de segurança importante nos

~teral30~

Frontaldescentralizado

Figura 11

veículos atuais. Esse dispositivo,aliado ao cinto de segurança, protegeo motorista e eventual passageirocontra os efeitos de um impactofrontal no veículo.

O sistema não é ativado em caso

de impactos laterais ou traseiros, ouainda em caso de capotamento. Nafigura 12 ilustramos que o ativamentodo ABS ocorre somente se o impactoocorrer dentro de um ângulo máximode 30 graus em relação ao movimentofrontal.

Os sensores que determinam oinstante do disparo de um aírbag sãoincorporados à unidade de comandodo sistema.

Em carros como a Blazer e a S1O,

os sensores frontais estão localizadosna parte inferior do painel do frontalexistindo ainda um sensor central natravessa central do chassi.

O princípio de funcionamento dosistema é simples de entender:

A bolsa contém um gás geradorquímico em estado sólido. Esses



Figura 15

CONFORTO E CONVENIÊNCIA

Esse sistema controla o acionamento elétrico dos vidros, as travas e oalarme. Normalmente, inclui recursospara o uso do controle remoto.

Na figura 15 temos a disposiçãodos elementos que formam esse setorde controle do automóvel.

São as seguintes funções controladas:

• Travamento central e diferen

ciado das portas• Bloqueio e desbloqueio do veí

culo• Acionamento elétrico dos vidros• Monitoramento do movimento

dos vidros (sistema antiesmagamento)

• Abertura do porta-malas porcontrole remoto

Além disso, é possível personalizaro sistema com o acréscimo de algumas funções programadas como:

• Travamento automático das

portas com o veículo em movimento• Destravamento das portas ao

remover a chave do contato

• Inibição do sinal sonoro ouluminoso ao desativar o sistema dealarme

Em veículos como o Polo, Golf ePassat, existe uma unidade eletrônicaem cada porta, além da unidadecentral.

Travamento das portas!acionamento dos vidros

Bloqueio!

desbloqueio

Travamento das portas!acionamento dos vidros

Figura 14

se"'o~~~,o'"Ações

O circuito possui um microprocessador, no qual um programa determina as ações que devem ser tomadas para manter o ambiente dentrodas condições desejadas.

O monitoramento das temperaturas externa e interna é feito porsensores, localizados em pontosapropriados do veículo internamentee externamente.

Normalmente, para a temperaturaexterna são usados dois sensoresque tomam medidas em dois pontosdiferentes. A unidade de comando

considera a temperatura mais baixa(normalmente a do ar de entrada).

Em caso de falha dos sensores, odispositivo assume uma temperaturafixa pré-determinada para as açõesa serem realizadas, geralmente de10° C.

gases ficam armazenados numacâmara de metal dentro do módulo doAirbag. As bolsas são lacradas.

Quando a unidade de comandorecebe o sinal de impacto do veículo,uma corrente elétrica é aplicada àbolsa provocando a ignição do gásgerador.

Esse gás queima rapidamente nacâmara de metal fazendo com queseja produzida uma certa quantidadede nitrogênio e dióxido de carbono,que se expandem enchendo a bolsa.O processo de expansão do gás eenchimento da bolsa faz com que acobertura da tampa de acabamentose rompa.

PRÉ-TENSIONADORES

CLlMATIZAÇÁO

Figura 13

Um recurso de segurança encontrado em alguns carros modernos éo pré-tensionador. Ele é um sistemaacoplado ao cinto de segurança dianteiro que elimina a folga do cinto nomomento de uma colisão, prendendoassim a pessoa firmemente ao banco,conforme exibe a figura 13.

Esse sistema conta com um limita

dor de força para não apertar demaisa pessoa no banco.

A finalidade desse sistema é

manter agradável o ambiente dentrodo carro, independentemente dascondições externas.

Esse sistema conta com um

comando eletrônico que recebe emonitora informações vindas dediversos sensores, conforme mostraa figura 14.

SABER ELETRÔNICA ESPECIAL NQ11!SETEMBRO!2005 59


UNIDADE DE INSTRUMENTAÇÃOCOMBINADA

Essa unidade tem por finalidadeavisar o condutor do veículo sobre

qualquer anormalidade que ocorranos sistemas, além de fornecer infor

mações importantes sobre o veículo

tais como velocidade, rotação domotor, distância percorrida, etc.

O dispositivo, denominado Ins

trumento Combinado, é ligado à rede

CAN-Bus de dados em alguns veícu

los, o que permite a realização dediagnósticos através de um scanner.

Se a unidade precisar ser substituída, será possível registrar na nova

unidade a quilometragem original.Da mesma forma, revisões e trocas

de óleo podem ser programadas de

modo a serem indicadas no painel.Essa unidade controla as seguin

tes funções:

• Velocímetro

• Tacômetro• Combustível

• Temperatura do motor• Luzes de controle

• Odômetro e relógio.

SENSORES ESPECIAIS

Diversos tipos de sensores podemser encontrados em alguns veículos.

Eles fornecem indicações sobredeterminadas grandezas físicas,havendo uma ação para obter maior

segurança ou conforto.Vejamos alguns desses sensores:

a) Sensor de ChuvaAlguns veículos nacionais como

o Peugeot 206 Techno, Golf e Fiat

Stilo possuem um sensor que faz oacionamento automático do limpador

de pára-brisas quando começa achover.

Diferentemente dos tipos antigos

que se baseavam na condutividadede um sensor em presença da água,

os tipos modernos avaliam a refraçãoda luz através do vidro, a qual muda

quando em presença da água, conforme ilustra a figura 16.

Existe um LED e um sensor que

recebem a luz quando o índice de

Figura 16

refração do vidro molhado aumenta,

conforme mostrado na figura.Esse sensor é localizado na haste

de fixação do espelho retrovisor

interno, juntamente com outro tipo desenso r que é o senso r crepuscular(quando existir).

b) Sensor CrepuscularEncontrado nos mesmos veículos

que o sensor de chuva, este sensordetecta a luminosidade do ambiente

através do qual o veículo transita.Em função do nível de luz senso

riado, o dispositivo atua no sentidode controlar os faróis e luzes de

posicionamento.Esse sensor é um LDR comum,

localizado também na haste de fixa

ção do espelho retrovisor.

c) Sensor de EstacionamentoEsse sensor é encontrado em

alguns veículos nacionais como oStilo da Fiat, consistindo em um

dispositivo que informa a proximidadede obstáculos quando a marcha-a-ré

é engatada, veja a figura 17.O sistema opera como um sonar,

emitindo ultra-sons que são refleti

dos nos obstáculos que devem serdetectados.

A freqüência de operação estáem torno de 30 kHz, sendo enviados

Figura 17

pulsos com um ciclo ativo da ordemde 50%.

São usados quatro sensores loca

lizados no pára-choque traseiro,conectados a uma central que processa seus sinais. Essa central é

interligada com outros elementos docircuito através de rede B-CAN.

Quando o pára-choque detecta

um obstáculo, ele passa a emitir umtom intermitente constante. Quando

a distância cai abaixo de 25 em, o

som tem sua freqüência aumentada

tornando-se mais agudo.Afastando-se do obstáculo, a

emissão de som pára depois de 3segundos de desengatada a marchaa-ré.

Em caso de falha, o sistema é

automaticamente desativado até queum diagnóstico revele sua causa.

CONCLUSÃO

Este artigo apresentou uma breve

idéia de como pode ser complexa aeletrônica do automóvel em nossos

dias, exigindo assim um preparoespecial do profissional.

Além do conhecimento específicodos princípios de funcionamento dos

sistemas, que podem apresentarvariações segundo os modelos dos

veículos, o profissional precisa contarcom instrumentos específicos (scanners) para o diagnóstico.

O leitor que desejar conhecer

mais os dispositivos eletrônicos queequipam os automóveis modernos

terá outras informações nas ediçõesmensais da Revista Saber Eletrônica.

Nela serão publicados artigos específicos sobre os sistemas eletrônicos,e também casos encontrados em

diversas marcas de veículos nacionais.


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COMPONENTES

a

Conversores analógicos-digitais (ADCs) são

empregados numa infinidade de aplicações

práticas. Sensoriamento remoto de sinais

analógicos e interfaceamento são exemplos

imediatos dessas aplicações. Neste artigofocalizamos a nova linha de ADCs da National

Semiconductor (www.national.com) que conta

com 36 novos produtos com velocidades de

50 ksps a 1 Msps.

Newton C. Braga

A nova linha de conversores ana

lógicos-digitais (ADC) conta com 12tipos de baixa potência de 1° e 12 bitscom três faixas de velocidade entre50 kbps e 1 Mbps e, em seguida, deverá lançar mais 24 tipos adicionaisde uso geral com um a oito canaisde 8 bits.

Os novos conversores permitem amigração imediata de configuraçõesde 8 bits para 12 bits com três faixas velocidades sem a necessidade

de modificar as placas de circuitoimpresso, pois os novos componentessão totalmente compatíveis com asversões anteriores.

Cada ADC tem uma performancesuperior com baixa tensão de alimentação. Na tabela abaixo temos ascaracterísticas dos tipos disponíveis.

Para que o leitor tenha uma idéiado desempenho desses novos conversores tomamos como exemplo oADC121S101 (de 12 bits com taxade amostragem de 1 Mbps).

Suas principais característicassão:

• Garantia de nenhum códigoausente: para 12 bits

• ONL: + 0,5 LSB, - 0.3 LSB (tip),+ 1 LSB, -0,9 LSB (máx)

• INL: ± 0,4 LSB (tip), ± 1 LSB(máx)

• SNR: 72,5 dB (tip), 70,8 dB(min)

• SINAO: 72 dB (tip), 70,0 dB(min)

• THO: - 80 dB (tip)• SFOR: 82 dB (tip)• Offset Errar: ± 0,1 LSB (tip), ±

1,2 LSB (máx)• Gain Errar: ± 0,2 LSB (tip),

±1,2 LSB (máx)• Potência típica: 16 mW máx

(VDD = 5V), 4,5 mW máx (VDD= 3V)

t.PC1Q2S0§1ÃOC1 Ó2'S 101ADC124S021ADC124S051ADC124S101ADC104S021ADC104S051ADC104S101

10-bit

1Q-bit12-bit12-bit12-bit1Q-bit1Q-bit1Q-bit

224

4444

4

-200 to 500 KSPS

______ ..ó."- -"-_ •...•• _ ~

gOO ~SPSto:rMSPS50 to"200 KSPS200 to 500 KSPS500 KSPS to 1 MSPS50 to 200 KSPS200 to 500 KSPS500 KSPS to 1 MSPS

~SPE'~8MSOf-8MSOP-10MSOP-10MSOP-10MSOP-10MSOP-10MSOP-10

Na foto abaixo um mapa para aescolha dos conversores analógicosdigitais disponíveis da National Semiconductor.


-.

COMPONENTES

o circuito integrado IRMCK201 dalnternational Rectifier (www.irf.com)consiste em um controlado r de servomotores para corrente alternada, comrecursos para simplificar o algoritmode controle de motores AC de induçãode ímãs permanentes.

o IRMCK201 possui um elo derealimentação de corrente em circuitofechado para encoder que permite ocontrole de velocidade de aplicaçõesque usem servos.

Ele pode ser usado com o circuitointegrado IR2175, um sensor linearde corrente, e com o IR2136, umdriverde inversor trifásico. Na figura 1temos um circuito típico de aplicaçãodesse componente.

A freqüência de operação de saídaé de 130 kHz para se obter umaaceleração rápida.

A IRF disponibiliza uma plataformade avaliação e projeto para circuitosque utilizem esse componente. Essaplataforma, denominada IRMCK2011,contém todo o hardware para o projeto, além do software ServoDesigner

(tm) da empresa.Dentre as vantagens do uso deste

circuito integrado nos projetos decontrole de servos, destacamos:

• Arquitetura configurável quepermite controlar motores AC de ímãpermanente ou indução

• Controle em elo aberto oufechado

• Opera com padrões comuns decomunicações como RS-232, RS-422e RS-485.

Dentre as aplicações sugeridastemos o controle de motores de alta

.performance para processos industriais e automação, ferramentas paradentistas, máquinas de fixação decomponentes, máquinas de controlenumérico e máquinas rápidas deetiquetagem.

IPMIIRAMX16UP60A

'-------------------------------------:III

i 1

'TI I IR2175J ~

IBarramento :

,IIIIII,

Proteçãocontra sobrecorrente

Resistor extern~

de frenegem t .•.a

<0<0coat-I<OCLI

~w<t:a

10U~1~C')cbfases Ponte ou 230 VAC

~-J-

COMUNICAÇÃO CENTRAL

(RS232C/RS422/SPI)

Micro·controlador

genérico EEPROM }+--+

IRMCK201

Figura 1


COMPONENTES

POUT~HOLO

:t:1 /lFIOUT=

16 mA máx.

0116 AJ'J'4,C1+

VIN=2.7V - 5.5 V

~VINCIN

:t:1 pF LM2793

C11 ~lF,

Figura 1~~--

0217GND/9

8IS0-BRGT

O circuito integrado LM2793 consiste numa fonte de corrente constante de baixo ruído para LEDs brancos, contendo uma função dupla decontrole de brilho.

Este circuito integrado pode seralimentado com tensões de 2,7 Va 5,5 V e fornece uma alimentaçãoPWM de 18 mA (máx) para cada LEDligado em sua saída.

Na figura 1 temos o circuito típicode aplicação deste circuito integrado,apresentado em invólucro LLP-1O de10 pinos.

As correntes nos LEDs podem serajustadas de forma independente poruma entrada analógica ou ainda umsinal modulado retangular.

A freqüência de operação é fixadaem 500 kHz e o circuito tem uma alta

eficiência na regulagem da alimentação dos LEDs.

A corrente no modo shutdown é

de apenas 3 ~A. Mais informaçõespodem ser obtidas no site daNational Semiuconductor emwww.national.com.

VDD

-

a faixa de tensões de operação vaide 2,4 V a 5,5 V.

Na figura 1 temos o modo deaplicação deste circuito, que exigemuito pouco em matéria de compo

.nentes externos.Essas características tornam

esse circuito ideal para aplicaçõesmóveis.

A taxa de distorção harmônica émenor que 1% e o mais importanteé que ele não necessita 'de filtrosexternos, apesar de operar como umamplificador PWM.

O ganho do LM4671 é configuradoexternamente.

Controlede

Shutdown

2-+

Cs1 pF

Figura 1

o circuito integrado LM4671 daNational Semiconductor consiste em

um amplificador de áudio de altaeficiência, que não precisa de filtro,podendo fornecer uma potência desaída de 2,5 W.

O circuito opera com fonte simplese tem uma eficiência de 80% com

alimentação de 3,6 V e 100 mW desaída em alto-falante de 8 ohms.

Essa eficiências sobe para 88% comalto-falante de 8 ohms e saída de400 mW.

A corrente quiescente é de 2,5mA com alimentação de 3,6 V (tip) e


saber eletrônica ano 41 nº 11

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