Implementar circuitos com componentes eletrónicos passivos

Apresentação

UC01992 (25h · 2,25 pts) do curso Técnico de Sistemas de Computação e Redes. Continuação prática da UC01988: identificar e caracterizar componentes passivos (resistências, condensadores, bobinas) e o díodo, e montar circuitos reais em protoboard, medindo e validando o comportamento.

Componentes ativos vs passivos

Esta UC concentra-se nos passivos e no díodo (semicondutor simples, porta de entrada para a eletrónica ativa).

Resistências

Função

Limitam a corrente e criam quedas de tensão (lei de Ohm, V = R·I — ver UC01988).

Código de cores (4 bandas)

2 dígitos significativos + multiplicador + tolerância.

Exemplo: Vermelho, Violeta, Castanho, Ouro → 2, 7, ×10, ±5% = 270 Ω ±5%.

Resistências de 5 bandas: 3 dígitos + multiplicador + tolerância (maior precisão). SMD: código numérico — "472" = 47 × 10² = 4,7 kΩ; "4R7" = 4,7 Ω.

Tipos e parâmetros

• Fixas: carbono (baratas, ±5%), filme metálico (precisas, ±1%).
• Variáveis: potenciómetro (3 terminais, divisor ajustável), reóstato, trimmer.
• Dependentes: LDR (varia com a luz), NTC/PTC (com a temperatura).

Parâmetros a escolher: valor (Ω), tolerância (%) e potência nominal (W) — P = R·I²; um resistor subdimensionado em potência aquece e queima. Escolher com margem (¼ W é comum em eletrónica de sinal).

Condensadores

Função

Armazena energia num campo elétrico entre duas placas. Capacidade em farad (F) — na prática µF (10⁻⁶), nF (10⁻⁹), pF (10⁻¹²).

Comportamento: - Bloqueia DC em regime permanente (carregado, não passa corrente contínua). - Deixa passar AC (carrega/descarrega ao ritmo do sinal). - Carrega e descarrega segundo a constante de tempo RC.

Constante de tempo RC

$$ \tau = R \times C $$

• Em ~1τ o condensador atinge ~63% da tensão final; em ~5τ considera-se "totalmente" carregado/descarregado.
• Base de temporizadores, debounce de botões, filtros (passa-baixo/passa-alto).

Tipos

• Cerâmico — pequeno, não polarizado, pF–µF, desacoplamento.
• Eletrolítico — grande capacidade (µF–mF), polarizado (marca o negativo); usado em filtragem de fontes.
• Tântalo — estável, polarizado, compacto.
• Filme/poliéster — não polarizado, áudio/precisão.

Condensadores eletrolíticos têm polaridade: ligados ao contrário podem inchar/explodir. Condensadores grandes guardam carga perigosa mesmo após desligar — descarregar antes de manusear (ex.: em fontes).

Associação

• Paralelo: capacidades somam-se (C_eq = C1 + C2 + ...).
• Série: 1/C_eq = 1/C1 + 1/C2 + ... (capacidade diminui) — o oposto das resistências.

Bobinas (indutores)

• Armazena energia num campo magnético quando percorrida por corrente. Indutância em henry (H) (mH, µH).
• Opõe-se à variação de corrente (atrasa subidas/descidas).
• Usos: filtros, sintonia (rádio), fontes comutadas (SMPS), relés/transformadores (princípio).
• Associação série: L_eq = L1 + L2 + ... (como resistências).

Díodos

Funcionamento

Semicondutor que conduz num só sentido: do ânodo para o cátodo (quando polarizado diretamente). No sentido inverso, bloqueia (até à tensão de rutura).

• Queda de tensão direta típica: ~0,7 V (silício), ~0,3 V (germânio), ~1,8–3 V (LED, conforme a cor).
• Cátodo identificado por uma faixa no corpo.

Tipos e usos

• Retificador (ex.: 1N4007) — converte AC em DC.
• LED — emite luz; precisa sempre de resistência em série para limitar a corrente.
• Zener — conduz em inverso a uma tensão definida; usado como referência/regulação de tensão.
• Schottky — queda baixa e comutação rápida (fontes).
• Proteção contra inversão de polaridade e contra picos (flyback em relés/bobinas).

Retificação

• Meia onda: 1 díodo — aproveita só metade do ciclo AC.
• Onda completa (ponte): 4 díodos — aproveita os dois semiciclos.
• • condensador de filtragem → alisa a ondulação (ripple), aproximando de DC.

Este é o princípio de uma fonte de alimentação linear: transformador → ponte retificadora → filtro → regulador.

Protoboard (breadboard)

Placa de montagem sem soldadura, para prototipagem rápida.

 +  · · · · · · · · · · ·   ← calha de alimentação (toda ligada)
    a b c d e | f g h i j
 1  ○ ○ ○ ○ ○ | ○ ○ ○ ○ ○
 2  ○ ○ ○ ○ ○ | ○ ○ ○ ○ ○   coluna a-e ligada entre si;
 …                            f-j ligada entre si;
 -  · · · · · · · · · · ·   ← calha de massa (GND)

• Em cada linha, os 5 furos a–e estão ligados entre si; os 5 furos f–j também (grupos independentes).
• O sulco central separa os dois lados — ideal para encaixar circuitos integrados (DIP).
• As calhas laterais (+ e −) percorrem toda a placa: usar para distribuir alimentação e GND.

Boas práticas de montagem

1. Esquema primeiro (papel ou simulador).
2. Levar + e GND às calhas laterais; ligar a placa a essas calhas.
3. Componentes bem assentes, pernas curtas, layout organizado (fácil de seguir e corrigir).
4. Respeitar polaridade — eletrolíticos, díodos, LEDs, CIs (entalhe/ponto = pino 1).
5. Resistência em série com cada LED — sempre (senão queima).
6. Verificar antes de ligar — não há curto entre + e −? Componentes no sítio certo?
7. Ligar, medir com multímetro e comparar com o esperado.

Diagnóstico de circuitos

Método: medir tensão de alimentação primeiro; depois seguir o sinal ponto a ponto; usar continuidade para confirmar ligações; comparar com o esquema.

Apêndices

A · Resumo de associações

Resistências   Série: R1+R2     Paralelo: 1/(1/R1+1/R2)
Condensadores  Série: 1/(1/C1+1/C2)   Paralelo: C1+C2
Bobinas        Série: L1+L2     Paralelo: 1/(1/L1+1/L2)
RC:  τ = R·C   (≈63% em 1τ, "cheio" em ~5τ)
Díodo Si: queda ~0,7 V   LED: ~2 V (+ R série)

B · Glossário

Ânodo/Cátodo. Terminais do díodo (+ / −, faixa = cátodo). Capacidade. Energia armazenável num condensador (F). Constante de tempo (τ). R×C — ritmo de carga/descarga. LDR/NTC. Resistências dependentes de luz/temperatura. Polarizado. Componente com sentido obrigatório (eletrolítico, díodo). Protoboard. Placa de prototipagem sem solda. Retificação. Conversão de AC em DC com díodos.

C · Recursos

• Tinkercad Circuits · simulação com protoboard e multímetro.
• Falstad · falstad.com/circuit.
• Calculadora de código de cores · digikey.pt/resistor-color-chart.
• All About Circuits · capítulos de componentes.