Electrónica

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Para os dispositivos electrónicos de uso pessoal, veja-se electrónica de consumo.

Circuito electrónico sobre uma placa para protótipos

A electrónica é o ramo da física e especialização da engenharia, que estuda e emprega sistemas cujo funcionamento se baseia na condução e o controle do fluxo microscópico dos elétrons ou outras partículas carregadas electricamente.

Utiliza uma grande variedade de conhecimentos, materiais e dispositivos, desde os semiconductores até as válvulas termoiónicas. O desenho e a construção de circuitos electrónicos para resolver problemas práticos faz parte da electrónica e dos campos da engenharia electrónica, electromecânica e a informática no desenho de software para seu controle. O estudo de novos dispositivos semiconductores e sua tecnologia costuma-se considerar um ramo da física, mais concretamente no ramo de engenharia de materiais.

História

Considera-se que a electrónica começou com o diodo de vazio inventado por John Ambrose Fleming em 1904 . O funcionamento deste dispositivo está baseado no efeito Edison. Edison foi o primeiro que observou em 1883 a emissão termoiónica, ao colocar uma lâmina dentro de uma bombilla para evitar o ennegrecimiento que produzia na ampolla de vidro o filamento de carvão. Quando se polarizaba positivamente a lâmina metálica com respeito ao filamento, se produzia uma pequena corrente entre o filamento e a lâmina. Este facto produzia-se porque os elétrons dos átomos do filamento, ao receber uma grande quantidade de energia em forma de calor, escapavam da atração do núcleo (emissão termoiónica) e, atravessando o espaço vazio dentro da bombilla, eram atraídos pela polaridad positiva da lâmina.

O outro grande passo deu-o Lê De Forest quando inventou o triodo em 1906 . Este dispositivo é basicamente como o diodo de vazio, mas se lhe acrescentou uma grade de controle situada entre o cátodo e a placa, com o objecto de modificar a nuvem electrónica do cátodo, variando assim a corrente de placa. Leste foi um passo muito importante para a fabricação dos primeiros amplificadores de som, receptores de rádio, televisores, etc.

Conforme passava o tempo, as válvulas de vazio foram-se perfeccionando e melhorando, aparecendo outros tipos, como os tetrodos (válvulas de quatro eléctrodos), os pentodos (cinco eléctrodos), outras válvulas para aplicações de alta potência, etc. Dentro dos perfeccionamientos das válvulas encontrava-se sua miniaturización.

Mas foi definitivamente com o transistor, aparecido da mão de Bardeen e Brattain, da Bell Telephone, em 1948 , quando se permitiu ainda uma maior miniaturización de aparelhos tais como as rádios. O transistor de união apareceu algo mais tarde, em 1949 . Este é o dispositivo utilizado actualmente para a maioria das aplicações da electrónica. Suas vantagens com respeito às válvulas são entre outras: menor tamanho e fragilidad, maior rendimento energético, menores tensões de alimentação, etc. O transistor não funciona em vazio como as válvulas, senão em um estado sólido semiconductor (silício), razão pela que não precisa centenas de volts de tensão para funcionar.

Apesar da expansão dos semiconductores, ainda se seguem utilizando as válvulas em pequenos círculos audiófilos, porque constituem um de seus mitos^[1] mais estendidos.

O transistor tem três terminais (o emissor, a base e o colector) e assemelha-se a um triodo: a base seria a grade de controle, o emissor o cátodo, e o colector a placa. Polarizando adequadamente estes três terminais consegue-se controlar uma grande corrente de colector a partir de uma pequena corrente de base.

Em 1958 desenvolveu-se o primeiro circuito integrado, que alojaba seis transistores em um único chip. Em 1970 desenvolveu-se o primeiro microprocesador, Intel 4004. Na actualidade, os campos de desenvolvimento da electrónica são tão vastos que se dividiu em várias disciplinas especializadas. A maior divisão é a que distingue a electrónica analógica da electrónica digital.

A electrónica é, por tanto, uma dos ramos da engenharia com maior projecção no futuro, junto com a informática.

Aplicações da electrónica

A electrónica desenvolve na actualidade uma grande variedade de tarefas. Os principais usos dos circuitos electrónicos são o controle, o processado, a distribuição de informação, a conversão e a distribuição da energia eléctrica. Estes dois usos implicam a criação ou a detecção de campos electromagnéticos e correntes eléctricas. Então pode-se dizer que a electrónica abarca em general as seguintes áreas de aplicação:

Sistemas electrónicos

Um sistema electrónico é um conjunto de circuitos que interactúan entre si para obter um resultado. Uma forma de entender os sistemas electrónicos consiste em dividí-los nas seguintes partes:

Entradas ou Inputs – Sensores (ou transductores) electrónicos ou mecânicos que tomam os sinais (em forma de temperatura, pressão, etc.) do mundo físico e convertem-nas em sinais de corrente ou voltaje. Exemplo: O termopar, a foto resistência para medir a intensidade da luz, etc.
Circuitos de processamento de sinais – Consistem em peças electrónicas conectadas juntas para manipular, interpretar e transformar os sinais de voltaje e corrente provenientes dos transductores.
Saídas ou Outputs – Actuadores ou outros dispositivos (também transductores) que convertem os sinais de corrente ou voltaje em sinais fisicamente úteis. Por exemplo: um display que nos registe a temperatura, um foco ou sistema de luzes que se acenda automaticamente quando este obscureciendo.

Arquivo:Sistemaselectronics.JPG

Basicamente são três etapas: A primeira (transductor), a segunda (circuito processador) e a terça (circuito actuador).

Como exemplo suponhamos um televisor. Sua entrada é um sinal de difusão recebida por uma antena ou por um cabo. Os circuitos de processado de sinais do interior do televisor extraem a informação sobre o brilho, a cor e o som deste sinal. Os dispositivos de saída são um cano de raios catódicos que converte os sinais electrónicos em imagens visíveis em um ecrã e uns altavoces. Outro exemplo pode ser o de um circuito que ponha de manifesto a temperatura de um processo, o transductor pode ser um termocouple, o circuito de processamento se encarrega de converter o sinal primeiramente em um nível de voltaje (comparador de voltaje ou de janela) em um nível apropriado e mandar a informação decodificándola a um display onde nos dê a temperatura real e se esta excede um limite preprogramado activar um sistema de alarme (circuito actuador) para tomar a medida apropriadas.

Sinais electrónicos

É a representação de um fenómeno físico ou estado material através de uma relação estabelecida; as entradas e saídas de um sistema electrónico serão sinais variáveis.

Em electrónica trabalha-se com variáveis que tomam a forma de Tensão ou corrente estas se podem denominar comummente sinais.Os sinais primordialmente podem ser de dois tipos:

Variável analógica–São aquelas que podem tomar um número infinito de valores compreendidos entre dois limites. A maioria dos fenómenos da vida real dão sinais deste tipo. (pressão, temperatura, etc.)
Variável digital– Também telefonemas variáveis discretas, se entendendo por estas, as variáveis que podem tomar um número finito de valores. Por ser de fácil realização os componentes físicos com dois estados diferenciados, é este o número de valores utilizado para ditas variáveis, que portanto são binárias. Sendo estas variáveis mais fáceis de tratar (em lógica seriam os valores V e F) são os que geralmente se utilizam para relacionar várias variáveis entre si e com seus estados anteriores.

Tensão

É a diferença de potencial gerada entre os extremos de um componente ou dispositivo eléctrico. Também podemos dizer que é a energia capaz de pôr em movimento os elétrons livres de um condutor ou semiconductor. A unidade deste parámetro é o volt (V). Existem dois tipos de tensão: a contínua e a alternada.

Tensão contínua (VDC) –É aquela que tem uma polaridad definida, como a que proporcionam as pilhas, baterías e fontes de alimentação.
Tensão Alternada (VAC) .- –É aquela cuja polaridad vai mudando ou alternando com o transcurso do tempo. As fontes de tensão alternada mais comuns são os geradores e as redes de energia doméstica.

Corrente

Também denominada intensidade, é o fluxo de elétrons livres através de um condutor ou semiconductor em um sentido. A unidade de medida deste parámetro é o amperio (A). Ao igual que existem tensões contínuas ou alternadas, as intensidades também podem ser contínuas ou alternadas, dependendo do tipo de tensão que se utiliza para gerar estes fluxos de corrente.

Resistência

É a propriedade física mediante a qual todos os materiais tendem a opor ao fluxo da corrente. A unidade deste parámetro é o Ohmio (Ω). Não deve confundir com o componente resistor

Circuitos electrónicos

Denomina-se circuito electrónico a uma série de elementos ou componentes eléctricos (tais como resistências, inductancias, condensadores e fontes) ou electrónicos, ligados electricamente entre si com o propósito de gerar, transportar ou modificar sinais electrónicas. Os circuitos electrónicos ou eléctricos podem-se classificar de várias maneiras:

Pelo tipo de informação	Pelo tipo de regime	Pelo tipo de sinal	Por sua configuração
Analógicos Digitais Mistos	Jornal Transitório Permanente	De corrente contínua De corrente alternada Mistos	Série Paralelo Mistos

Componentes

Para a síntese de circuitos electrónicos utilizam-se componentes electrónicos e instrumentos electrónicos. A seguir apresenta-se uma lista dos componentes e instrumentos mais importantes na electrónica, seguidos de seu uso mais comum:

Altavoz: reprodução de som.
Cabo: condução da electricidade.
Interruptor: reencaminar uma entrada a uma saída eleita entre duas ou mais.
Interruptor: abertura ou fechamento de circuitos, manualmente.
Pilha: gerador de energia eléctrica.
Transductor: transformação de uma magnitude física em uma eléctrica (ver enlace).
Visualizador: mostra de dados ou imagens.

Dispositivos analógicos (alguns exemplos)

Amplificador operacional: amplificación, regulação, conversão de sinal, conmutación.
Capacitor: armazenamento de energia, filtrado, adaptação impedancias.
Diodo: rectificação de sinais, regulação, multiplicador de tensão.
Diodo Zener: regulação de tensões.
Inductor: adaptação de impedancias.
Potenciómetro: variação da corrente eléctrica ou a tensão.
Relé: abertura ou fechamento de circuitos mediante sinais de controle.
Resistor ou Resistência: divisão de intensidade ou tensão, limitação de intensidade.
Transistor: amplificación, conmutación.

Dispositivos digitais

Biestable: controle de sistemas sequenciais.
Memória: armazenamento digital de dados.
Microcontrolador: controle de sistemas digitais.
Porta lógica: controle de sistemas combinacionales.

Dispositivos de potência

DIAC: controle de potência.
Fusible: protecção contra sobre-intensidades.
Tiristor: controle de potência.
Transformador: elevar ou diminuir tensões, intensidades, e impedancia aparente.
Triac: controle de potência.
Varistor: protecção contra sobre-tensões.

Equipas de medida

As equipas de medida de electrónica utilizam-se para criar estímulos e medir o comportamento dos Dispositivos Baixo Prova (DUT por suas siglas em inglês). A seguir apresentamos uma lista das mais equipas de medida mais importantes:

Galvanómetro: mede a mudança de uma determinada magnitude, como a intensidade de corrente ou tensão (ou voltaje). Utiliza-se na construção de Amperímetros e Voltímetros analógicos.
Amperímetro e pinza amperimétrica: medem a intensidade de corrente eléctrica.
Óhmetro ou ponte de Wheatstone: medem a resistência eléctrica. Quando a resistência eléctrica é muito alta (sobre os 1 M-ohm) se utiliza um megóhmetro ou medidor de isolamento.
Voltímetro: mede a tensão.
Multímetro ou polímetro: mede as três magnitudes citadas acima, além de continuidade eléctrica e o valor B dos transistores (tanto PNP como NPN).
Vatímetro: mede a potência eléctrica. Está composto de um amperímetro e um voltímetro. Dependendo da configuração de conexão pode entregar diferentes medidas de potência eléctrica, como a potência activa ou a potência reactiva.
Osciloscopio: medem a mudança da corrente e o voltaje com respeito ao tempo.
Analizador lógico: prova circuitos digitais.
Analizador de espectro: mede a energia espectral dos sinais.
Analizador vectorial de sinais: como o analizador espectral mas com mais funções de demodulación digital.
Electrómetro: mede o ónus eléctrico.
Frecuencímetro ou contador de frequência: mede a frequência.
Reflectómetro de domínio de tempo (TDR): prova a integridade de cabos longos.
Capacímetro: mede a capacidade eléctrica ou capacitancia.
Contador eléctrico: mede a energia eléctrica. Ao igual que o vatímetro, pode cofigurarse para medir energia activa (consumida) ou energia reactiva.