Bloco 1 · Conceito

Analógica vs digital

Analógica — sinais com valores contínuos numa gama (ex.: tensão de 0 a 5 V em qualquer valor intermédio: 1,23 V, 3,7 V…).

Digital — sinais com valores discretos (tipicamente 0 ou 1; LOW ou HIGH).

Mundo físico (temperatura, pressão, som) é analógico. Computadores são digitais. Electrónica analógica faz a interface entre os dois.

Aplicações

• Amplificação de sinais fracos (microfone, sensor).
• Filtragem (eliminar ruído, separar bandas).
• Conversão AC DC (fontes de alimentação).
• Reguladores de tensão.
• Sensores condicionados (termopar, fotodiodo).
• Controlo de motores (drivers).

Bloco 2 · Díodos

Função

Permite passar corrente num só sentido (do ânodo para cátodo). No sentido inverso, bloqueia (até tensão de rotura).

Símbolo:       ─►├─
              ânodo  cátodo

Tipos:

• Rectificador (1N4007, etc.) — converter AC→DC.
• Schottky — queda baixa (~0,3 V), rápido.
• Zener — usa tensão inversa de rotura para regular.
• LED — emite luz quando conduz.
• Foto-díodo — gera corrente com luz.

Curva I-V

        I
        │      ╱
        │    ╱
        │  ╱  (condução, ≥ 0,7 V em Si)
 ───────●─────── V
   bloqueia      0,7 V
   ────│
       │ rotura (Zener)

Queda directa Si: ~0,7 V. Germânio: 0,3 V. Schottky: 0,3 V.

Rectificação

Meia onda (1 díodo): só passa metade da sinusoide. Eficiência baixa.

Onda completa em ponte (4 díodos): converte toda a sinusoide; usa-se em fontes.

AC ──┬─►├─┬── DC+
     │    │
     ├─◄│─┤
     │    │
   ──┴─►├─┴── DC−
       ◄│─

Com condensador filtro suaviza para DC quase constante.

Bloco 3 · Transistor bipolar (BJT)

Anatomia

3 terminais: Base (B), Colector (C), Emissor (E).

Tipos:

• NPN — mais comum. Corrente B→E controla C→E.
• PNP — invertido.

NPN:   C    Símbolo:     C
       │                  │
       │                  │
   B───┤                B──┤
       │                  ╲↓
       │                  E
       E

Funcionamento

3 zonas de operação:

• Corte: I_B = 0 → I_C = 0 (interruptor aberto).
• Saturação: I_B grande → I_C limitado pela carga; V_CE ≈ 0,2 V (interruptor fechado).
• Activa: I_C = β × I_B (amplificação; β = ganho ~ 100-500).

I_C = β × I_B

Aplicações típicas

• Interruptor electrónico — controlar carga grande com sinal pequeno.
• Amplificador de áudio, RF.
• Driver de motor pequeno (com resistor de protecção na base).
• Andares de saída lineares (push-pull NPN+PNP).

Exemplo: relé controlado por Arduino → pino digital → resistor 1k → base BJT → relé entre colector e +12V.

Bloco 4 · MOSFET

Diferenças do BJT

3 terminais: Gate (G), Drain (D), Source (S).

• Controlado por tensão V_GS (não por corrente).
• Impedância de entrada infinita (não puxa corrente da fonte do sinal).
• Tipos N (mais comum) e P.
• Sub-tipos: enhancement (off por defeito) e depletion (on por defeito).

Aplicações

• Comutação rápida de cargas (motores, LEDs de potência) — drivers PWM.
• Reguladores switching (fontes modernas).
• Andares de potência em amplificadores classe D.
• Lógica digital (todos os chips digitais usam CMOS = pares MOSFET).

Para usar como interruptor:

• V_GS > V_threshold (~ 2-4 V) → fortemente conduz.
• V_GS = 0 → corta.

Logic-level MOSFETs (IRLZ44N, IRLB3034) ligam directamente a Arduino (5 V chega).

Bloco 5 · AOP

Amplificador Operacional

Chip integrado com 8 pinos (LM358, TL072, LM741):

• 2 entradas: inversora (−) e não-inversora (+).
• 1 saída.
• 2 alimentações (V+ e V−, ou apenas + e GND).

        ┌──────┐
   V+ ──┤+     │
        │      ├── Vout
   V− ──┤−     │
        └──────┘

Ganho enorme em laço aberto (10⁵). Usa-se sempre com realimentação para definir ganho preciso.

Configurações típicas

Não-inversor (amplifica sem inverter):

Vout = Vin × (1 + R2/R1)

Inversor (amplifica e inverte sinal):

Vout = − Vin × (R2/R1)

Seguidor (buffer, ganho = 1, alta impedância de entrada):

Vout = Vin

Comparador (sem realimentação):

• Vout = V_alta se V+ > V−.
• Vout = V_baixa caso contrário.

Aplicações

• Condicionamento de sensores (termopar → ampliar a níveis utilizáveis).
• Filtros activos (combinar AOP + R + C).
• Buffers (separar etapas sem perda de sinal).
• Comparadores (decisões on/off a partir de sinais analógicos).
• Geradores de sinais (oscilador, gerador rampa).

Bloco 6 · Filtros RC

Passa-baixo (LPF)

Vin ──[R]──┬── Vout
           │
          [C]
           │
          GND

Frequência de corte: fc = 1 / (2π·R·C)

Acima de fc: atenuação 20 dB/década.

Aplicação: remover ruído de alta frequência.

Passa-alto (HPF)

Vin ──[C]──┬── Vout
           │
          [R]
           │
          GND

Aplicação: desacoplar componente DC dum sinal AC (em áudio, etc.).

Exemplo de cálculo

R = 10 kΩ, C = 1 µF, passa-baixo.

• fc = 1 / (2π × 10 000 × 1e-6) = 1 / 0,0628 = 15,9 Hz.

Aplicação: filtrar ruído > 16 Hz de um sensor lento (ex.: temperatura).

Bloco 7 · Fontes lineares

Estrutura

AC 230V → Transformador 24V → Ponte rectificadora → 
       Condensador filtro → Regulador linear → DC estável

Reguladores 78xx (positivo) / 79xx (negativo):

• 7805 → +5 V.
• 7812 → +12 V.
• 7905 → −5 V.

Características:

• Simples e fiável.
• Ineficiente (dissipa calor; eficiência 30-60%).
• Pouco ruído na saída → bom para áudio.

Linear vs switching

Bloco 8 · Diagnóstico

Multímetro em díodos

Modo díodo: aplica ~0,7 V e mede.

• Sentido directo: mostra ~0,7 V (Si conduzir).
• Sentido inverso: OL (não conduzir).

Se mostra 0 V em ambos sentidos: curto-circuito (díodo queimado).
Se mostra OL em ambos: aberto (também queimado).

Transistor BJT com multímetro

Modo díodo:

• B-E: deve mostrar 0,7 V num sentido, OL no outro (díodo BE).
• B-C: idem (díodo BC).
• C-E: OL em ambos (isolado em corte).

Se qualquer destes mostra 0 V (curto) ou OL nos 2 sentidos onde devia conduzir: transistor queimado.

Falha comum

• Condensador electrolítico inchado → substituir.
• Resistor queimado (cor escura, cheiro a queimado).
• Soldadura fria (junta baça, intermitente).
• MOSFET queimado em curto (G-D-S todos ligados).
• Regulador 78xx com saída errada — queimado.