Projecto · Conceber e fabricar uma PCB simples
Contexto
Cada grupo (2–3 alunos) percorre o ciclo completo de desenvolvimento de uma PCB: da ideia à placa física (ou ao pedido de orçamento a um fabricante online). O circuito alvo é uma fonte de alimentação DC 5V simples com rectificação, filtragem e regulação — circuito dos conteúdos da UC01995, agora implementado numa PCB real em vez de breadboard.
Produto final: projecto KiCad completo (esquema + PCB), Gerbers exportados e validados, BOM, orçamento de fabricação, relatório técnico e — se possível — placa fabricada e montada.
Especificações da PCB a projectar
| Parâmetro | Valor |
|---|---|
| Circuito | Fonte de alimentação 5V / 500 mA |
| Dimensões máximas | 60 × 50 mm |
| Camadas | 2 (double-sided) |
| Componentes | Mistos THT (capacidades, conector) + possível SMD (resistências) |
| Corrente máxima de saída | 500 mA |
| Tensão de entrada | 9 V AC (secundário de transformador) |
| Tensão de saída | 5,0 V DC ±5% |
| DRC | 0 erros, 0 avisos críticos |
| Fabricante alvo | JLCPCB (orçamento) |
Componentes do circuito (ponto de partida)
O aluno pode simplificar ou expandir, mas o circuito base inclui:
| Ref | Componente | Especificação | Footprint sugerido |
|---|---|---|---|
| J1 | Conector de entrada AC | 2 pinos, 2,54 mm | Connector_PinHeader_2.54mm:PinHeader_1x02 |
| D1–D4 | Díodo 1N4007 | THT, DO-41 | Diode_THT:D_DO-41_SOD81_P10.16mm |
| C1 | Condensador electrolítico | 4700 µF / 25V, Ø12 mm | Capacitor_THT:CP_Radial_D12.5mm_P5.00mm |
| C2 | Condensador cerâmico | 100 nF / 50V, disco | Capacitor_THT:C_Disc_D5.0mm_W2.5mm_P5.00mm |
| U1 | Regulador LM7805 | TO-220, 5V, 1,5A | Package_TO_SOT_THT:TO-220-3_Vertical |
| C3 | Condensador electrolítico | 10 µF / 16V | Capacitor_THT:CP_Radial_D5.0mm_P2.50mm |
| LED1 | LED vermelho | 5 mm, Vf = 2V | LED_THT:LED_D5.0mm |
| R1 | Resistência | 150 Ω / 1/4W | Resistor_THT:R_Axial_DIN0207_L6.3mm_D2.5mm_P10.16mm |
| J2 | Conector saída DC | 2 pinos 2,54 mm | Connector_PinHeader_2.54mm:PinHeader_1x02 |
| H1–H4 | Furos de montagem | M3 | MountingHole:MountingHole_3.2mm_M3_ISO7380 |
Fases
Fase 1 · 2h
Esquema eléctrico no KiCad (Eeschema)
- Criar novo projecto KiCad
- Desenhar o esquema completo: entrada AC → ponte de Graetz (4 díodos) → C1+C2 → U1 (7805) → C3 → LED1+R1 → saída J2
- Atribuir valores correctos a todos os componentes
- Atribuir footprints (usar a tabela de componentes acima)
- Correr ERC (Electrical Rules Checker) → zero erros
Ficheiro .kicad_sch sem erros ERC; screenshot do esquema.
Fase 2 · 2h
Layout PCB no KiCad (Pcbnew)
- Importar netlista (Update PCB from Schematic)
- Definir o Board Outline (Edge.Cuts): rectângulo ≤ 60 × 50 mm
- Posicionar os componentes de forma lógica:
- Ordem do sinal: J1 → díodos → C1/C2 → U1 → C3 → J2
- LED e R1 na borda da placa (visível quando montada)
- 4 furos de montagem M3 nos cantos
- Rotear todas as trilhas:
- Alimentação: largura ≥ 0,5 mm
- Sinal (LED): 0,25 mm
- GND: plano de cobre (ground fill) na camada B.Cu
- Adicionar silkscreen (referências e polaridades dos componentes sensíveis)
- Correr DRC → zero erros, zero unconnected
Ficheiro .kicad_pcb sem erros DRC; screenshot do layout (top + 3D view).
Fase 3 · 1,5h
Exportar Gerbers e verificar
- File → Plot → seleccionar todas as layers → Plot (Gerber format)
- Gerar drill file (Excellon)
- Comprimir em ZIP
- Verificar com KiCad Gerber Viewer ou upload no JLCPCB (preview online)
- Confirmar que todas as camadas aparecem correctas
Ficheiro ZIP com Gerbers; screenshots do Gerber viewer (pelo menos F.Cu e B.Cu).
Fase 4 · 1,5h
Orçamento de fabricação e BOM
- Aceder ao JLCPCB (https://jlcpcb.com) e fazer upload do ZIP
- Configurar: 2 layers, 50×60 mm, FR4, 1,6 mm, HASL, verde, 5 peças
- Registar o preço de fabricação (PCB + envio)
- Elaborar a BOM completa com preços por componente (Farnell, Mouser, RS, ou LCSC para componentes simples)
- Calcular custo total de 1 unidade (PCB + componentes + mão-de-obra estimada)
Screenshot do orçamento JLCPCB; BOM com preços; custo estimado total por unidade.
Fase 5 · 2h
Montagem e teste (se possível)
Apenas se a PCB for fabricada (artesanalmente ou encomendada).
Se PCB artesanal (processo UV): - Preparar a placa sensível; expor UV a partir dos Gerbers impressos - Revelar, gravar, perfurar - Montar os componentes na ordem: U1 → díodos → C1 → C2/C3 → LED/R1 → conectores - Testar com multímetro e fonte de bancada
Se PCB encomenada (JLCPCB): - Montar os componentes ao receber a placa - Testar
Medições obrigatórias: Vout em vazio, Vout com carga 50 mA, Vout com carga 500 mA, ripple.
Fotos da placa montada; tabela de medições (se fabricada).
Fase 6 · 1h
Relatório e apresentação
- Relatório (máx. 4 páginas): processo de design, decisões de layout, dificuldades encontradas, orçamento, análise funcional
- Apresentação de 5 min: mostrar o projecto KiCad, o preview Gerber e a placa (se fabricada)
Relatório final; apresentação ao vivo.
Critérios de avaliação
| Item | Peso | Descritores |
|---|---|---|
| Esquema KiCad (Fase 1) | 20% | Circuito completo e correcto, ERC sem erros, footprints atribuídos |
| Layout PCB (Fase 2) | 30% | Componentes bem posicionados, trilhas correctas, DRC sem erros, plano GND |
| Gerbers e verificação (Fase 3) | 15% | Gerbers correctos e verificados, ZIP completo |
| BOM e orçamento (Fase 4) | 15% | BOM completa com preços, orçamento JLCPCB documentado |
| Montagem e teste (Fase 5) | 10% | Placa funcional (se fabricada) ou justificação de não-fabricação |
| Relatório e apresentação (Fase 6) | 10% | Clareza, análise de decisões, apresentação do projecto KiCad |