Capacitores

     O capacitor é um componente eletrônico capaz de armazenar e fornecer cargas elétricas. Ele é formado por duas placas paralelas, separadas por um material isolante, chamado dielétrico. Quando o ligamos a uma tensão fixa, momentaneamente passa por ele uma pequena corrente, até que suas placas paralelas fiquem carregadas. Uma fica com cargas negativas (elétrons) e outra com cargas positivas (falta de elétrons).

     Existem vários tipos de capacitores, e as principais diferenças estão nos valores e nas tensões elétricas suportadas. Um capacitor que vai ser ligado a uma tensão de 50 volts deve ser maior que outro de mesmo valor mas que vai ser ligado a uma tensão de apenas 10 volts. Um capacitor sofre ruptura do dielétrico quando é ligado a uma tensão mais elevada que a especificada. Em outras palavras, ele explode!

Capacitores de desacoplamento, um ao
lado de cada chip.

     O valor de um capacitor é chamado de capacitância. A grandeza usada para medi-la é o faraday, cujo símbolo é F. O faraday é uma unidade muito grande para medir os capacitores da vida real. Um capacitor de 1F seria imenso. Encontramos na prática capacitores medindo algo da ordem de milésimos ou milionésimos do faraday. Por isso é mais comum usar o microfaraday para medir os capacitores. Um capacitor de 4700 F, por exemplo, é considerado de tamanho relativamente grande para um circuito eletrônico. Ainda assim existem os chamados supercapacitores, que possuem capacitâncias da ordem de alguns faradays, entretanto não são empregados em circuitos eletrônicos devido ao seu grande tamanho.
     Os capacitores têm várias aplicações nos circuitos eletrônicos. Um das principais é a filtragem. Eles podem acumular uma razoável quantidade de cargas quando estão ligados a uma tensão. Quando esta tensão é desligada, o capacitor é capaz de continuar fornecendo esta mesma tensão durante um pequeno período de tempo, funcionando portanto como uma espécie de bateria de curta duração.

     Em qualquer placa de circuito, encontramos pequenos capacitores ao lado de cada chip. São chamados de capacitores de desacoplamento. Uma das caracteríticas elétricas dos chips é que de um instante para outro podem aumentar substancialmente a quantidade de corrente consumida. A fonte de alimentação nem sempre tem condições de responder ao fornecimento de corrente com a rapidez necessária (em geral em bilionésimos de segundo), e o resultado é uma pequena queda de tensão próxima ao chip que está solicitando este aumento de corrente. O capacitor de desacoplamento tem condições de fornecer rapidamente a corrente elevada que o chip exige, dando tempo à fonte para se adaptar ao novo patamar de corrente. Os capacitores de desacoplamento funcionam portanto como pequenas baterias axiliares, ajudando a fonte de alimentação no fornecimento de corrente para os chips.
     Um capacitor não precisa necessariamente ter placas paralelas e um dielétrico. Qualquer objeto possui uma capacitância. O corpo humano, por exemplo, pode funcionar como um capacitor de baixo valor, mas ainda assim capaz de armazenar cargas elétricas. É o que chamamos de eletricidade estática.
     Capacitores também têm grandes aplicações em circuitos de rádio. Eles não permitem a passagem da corrente contínua, já que seu dielétrico é um isolante, mas permitem a passagem de tensões alternadas. Como a corrente alternada trafega ora no sentido direto, ora no sentido inverso, um capacitor pode ora se carregar positivamente, ora negativamente, deixando que a corrente alternada o “atravesse”. Quanto mais alta é a freqüência da corrente alternada, mais facilmente ela atravessa o capacitor. Eles podem assim ser usados como filtros, barrando as freqüências baixas e deixando passar as freqüências altas.

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Como usar um multímetro

    Existem vários tipos de multímetro, digital e analógico, mas os mais usados hoje em dia são os digitais. Para cada grandeza elétrica existem várias escalas. Por exemplo, entre as várias posições da chave rotativa, podem existir algumas específicas para as seguintes faixas de voltagem: 200 mV, 2 V, 20 V, 200 V e 2000 V.
     Se você pretende medir a tensão da bateria (em torno de 3 volts), não use a escala de 2V, pois tensões acima de 2V serão indicadas como 1,9999 V. Escolha então a escala de 20V, pois terá condições de fazer a medida esperada. Da mesma forma, para medir a tensão de uma rede elétrica de 220 volts (use AC, pois trata-se de tensão alternada), não escolha a escala de 200 volts, pois a máxima tensão medida será de 199,99 volts. Escolha então a escala de 2.000 volts ou outra para tensões elevadas. Como regra geral, sempre que a leitura indicada tem valor máximo ou outra indicação que esteja fora da escala, devemos utilizar uma escala maior.

Multímetro digital

     Quando não temos idéia aproximada da tensão que vamos medir, devemos começar com a escala de maior valor possível, pois se medirmos uma tensão muito elevada usando uma escala baixa, podemos danificar o aparelho.

     A medição de resistência também possui várias escalas, e você deve escolher uma escala que comporte a medida a ser realizada. Se você não tem idéia da escala a ser usada, escolha a maior delas. Por exemplo, se medir um resistor de cerca de 150 ohms em uma escala de 20.000, será apresentado o valor 150. Se quiser maior precisão pode usar escalas menores. Por exemplo, na escala de 2000 ohms, o valor medido poderá ser 150,3 e na escala de 200
poderá ser 150,37. 

     Note que não podemos medir o valor de um resistor quando ele está em um circuito. O valor medido será influenciado pelos demais componentes do circuito ligados ao resistor. A medida correta é feita quando o resistor está desacoplado do circuito.

     Podemos usar o multímetro na escala de resistência para verificar se um cabo está partido ou se um fusível está queimado. Quando um fio ou fusível está em perfeitas condições, sua resistência é bem baixa, em geral inferior a 1 ohm. Colocamos então o multímetro na escala mais baixa de resistência e fazemos a medida. Quando o cabo está partido ou o fusível está queimado, a resistência é muito alta, e quando está bom é baixa. Note que para fazer essas medidas é preciso que o circuito esteja desligado.
     Muitos multímetros possuem ao lado da escala de resistência, uma escala que emite um beep através de um pequeno alto falante em caso de resistência baixa. Desta forma é possível medir as ligações sem ter que olhar para o display do multímetro. Prestamos atenção apenas nas conexões que estão sendo medidas e no som emitido. Na gíria de eletrônica isto é chamado de “bipar o circuito”.

     A medição de corrente é feita de forma um pouco diferente. Precisamos
escolher a escala mais adequada, assim como nas medidas de tensão e
resistência, mas as pontas de prova devem ser colocadas em série com o fio
por onde passa a corrente a ser medida. Em muitos casos é preciso cortar e
desencapar o fio para fazer a medida, e soldar e isolar o corte
posteriormente. Como é uma operação trabalhosa, devemos fazê-la apenas
em caso de necessidade. Para medição de corrente alternada usa -se o alicate amperímetro.

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Como remover um chip

     O extrator de chips é uma pinça especial que permite a fácil remoção de chips de encapsulamento DIP dos seus soquetes. Esses chips podem também ser retirados com o auxílio de uma chave de fenda, mas com o extrator é menor o risco do usuário tocar com as mãos os pinos do chip, o que poderia danificá-los com eletricidade estática. O extrator de chips pode ser adquirido em lojas de material eletrônico.

     Encaixamos o extrator por baixo do chip, em suas duas extremidades. Uma vez encaixado, levantamos de um lado e de outro, aos poucos e com cuidado, até que o chip é totalmente removido. O chip não deve ser puxado de uma vez, pois pode causar dano no soquete ou na placa de circuito impresso.

     Mesmo a extração sendo feita por um técnico experiente, algum chip pode eventualmente ficar com as pernas amassadas ou dobradas. Nesse caso devemos usar um alicate de ponta e cuidadosamente recolocar as pernas dos chips de volta na sua posição original, alinhando-os novamente.
     Esta operação deve ser feita com muitíssima calma e cuidado, pois a perna de um chip pode partir se for dobrada e desdobrada várias vezes.

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Como retirar um componente de uma placa eletrônica

     Na postagem anterior descrevi o porcesso de como soldar um componente eletrônico, agora vai uma dica de como retirar um componente de uma placa eletrônica atravéz da dessoldagem que é um pouco mais fácil no caso de resistores, capacitores, diodos e transistores. No caso de chips é mais difícil devido ao grande número de terminais. O sugador de solda possui um êmbolo de pressão que remove a solda derretida dos circuitos. Primeiro pressione o seu êmbolo, depois aproxime o seu bico da solda derretida e pressione o botão para que o bico sugue a solda. O sugador puxará a solda derretida para o seu interior. Aperte novamente o êmbolo para que possa expelir a solda retirada, já no estado sólido.

    

     Arme o sugador de solda pressionando o êmbolo para baixo e deixando-o pronto para sugar. Encoste o ferro de solda quente no ponto de solda que você quer remover. A solda deverá derreter. Se estiver difícil de derreter, coloque um pingo de solda nova na ponta do ferro de soldar para facilitar a condução térmica, derretendo mais facilmente a solda da junção a ser desfeita. Sem tirar a ponta do ferro de soldar, encoste o bico do sugador na solda derretida e dispare. Se o componente não ficar totalmente solto, encaixe uma chave de fenda e puxe-o levemente, usando a chave como alavanca. Encoste agora o ferro de soldar novamente no terminal e o componente sairá com facilidade.

     Mas atenção é desaconselhável a dessoldagem de chips por principiantes. Além de ser uma operação muito mais difícil, os chips são extremamente sensíveis à temperatura. Sua soldagem e dessoldagem deve ser feita apenas em laboratórios especializados, equipados com uma estação de soldagem profissional.

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Como soldar componentes eletrônicos

     Aqui vai mais uma dica para que quer a prender a soldar com estanho, é simples e fácil:

     Ligue o ferro de soldar e espere cerca de 1 minuto até que esteja na temperatura ideal. Para verificar se a temperatura está boa, encoste a ponta do fio de solda na ponta do ferro de soldar. A solda deverá derreter com facilidade. Vamos começar soldando um resistor. Coloque o resistor encaixado em dois furos da placa universal de circuito impresso. Feito isso, aqueça com a ponta do ferro de soldar o terminal do resistor e o cobre da placa de circuito impresso . Ambos devem ser aquecidos para que a solda possa derreter facilmente. Encoste agora a ponta do fio de solda na junção aquecida entre a placa e o terminal do resistor. Mantenha o tempo todo a ponta do ferro de soldar também encostando nessa junção. A solda deverá derreter uniformemente. Afaste o fio de solda e depois o ferro de soldar. Dentro de aproximadamente dois ou três segundos a solda estará sólida. Use o alicate de corte para retirar o excesso do terminal do resistor que sobrou.

     Treine a soldagem com os resistores e com os capacitores. Não exagere na quantidade de solda. Deve ficar uma quantidade semelhante à que você observa nas placas do computador. Não sopre a solda para que esfrie. Espere três segundos e a solda esfriará sozinha. Não mova o componente enquanto a solda ainda não estiver solidificada. Na soldagem de transistores você deverá tomar um pouco mais de cuidado, pois são muito sensíveis ao calor. Se o ferro de soldar ficar encostado em seus terminais por mais de cinco segundos poderá danificá-lo. Para reduzir o calor no transistor (o objetivo é esquentar apenas a parte que será soldada) prenda uma garra jacaré no terminal do transistor que estiver sendo soldado, do outro lado da placa. 

     Quando for realizar uma soldagem "pra valer", lembre-se que a maioria dos componentes possuem polaridade, ou seja, uma posição correta para encaixe. Normalmente existe alguma indicação da posição correta na placa de circuito impresso. Se não existir tal indicação anote a posição correta antes de retirar o componente defeituoso, para que o novo componente seja posicionado com a polaridade correta. Alguns componentes simplesmente não funcionam se forem soldados de forma invertida (Ex.: diodos, leds).
      Outros podem ser permanentemente danificados pela inversão (transistores, capacitores eletrolíticos, chips).

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Microeletrônica

      A microeletrônica consiste em projetar e produzir circuitos utilizando componentes de tamanho microscópico. Usando materias e técnicas apropriadas, é possível construir transistores, resistores, capacitores, diodos e indutores, cada um deles com tamanhos menores que 1 milésimo de milímetro. Os componentes tradicionais, comprados em forma avulsa no comércio e usados nos circuitos de som, rádio e TV, são chamados de componentes discretos. Um circuito integrado ou chip é um circuito complexo porém de tamanho reduzido. É equivalente ao circuito de uma placa com componentes discretos, mas pelo fato de utilizar componentes integrados microscópicos, seu tamanho total é da ordem de 1 centímetro quadrado, ou mesmo menor.

parte de um chip ampliada em um microscópio

     Os componentes de um chip são como se fossem “pintados” na sua minúscula base, chamada substrato. O seu processo de fabricação é entretanto bem mais complexo que uma simples pintura. Trata-se de um processo um pouco químico, um pouco fotográfico, uma difusão de moléculas dentro da base de silício, formando camadas que compõem os
circuitos.
     A maioria dos materiais são divididos em duas categorias: condutores e isolantes. O condutor é um material que tem facilidade em conduzir corrente elétrica. Todos os metais são condutores. Já os isolantes são materiais que dificultam a passagem da corrente elétrica. A borracha é um exemplo típico de isolante, assim como o vidro, madeira, plásticos em geral, etc. Existem entretanto alguns materiais que ora se comportam como condutores, ora como isolantes. São os chamados semicondutores, e os principais deles são o silício e o germânio.   A maioria dos transistores e chips utilizam o silício em sua fabricação. O germânio é utilizado em alguns componentes especiais, como transistores para altas freqüências.
     Para que os semicondutores possam variar sua resistividade, é preciso que lhe sejam adicionados materiais especiais, chamados de dopagem. Existem dopagens tipos N e P (negativa e positiva), e a sua combinação é usada na formação dos transistores, diodos e demais circuitos no interior de um chip.

     Um chip é formado por sucessivas camadas de materiais diferentes. A base na qual um chip é construído (substrato) é feita de silício puro, ou seja, sem dopagem. Sobre esta base são aplicadas dopagens sucessivas, formando trechos tipos N e P. Eventuais ligações são feitas com camadas de alumínio ou cobre. Em certos trechos também são usadas camadas de óxidos como isolantes.

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Regulador de Tensão

     Todos os circuitos eletrônicos necessitam, para que funcionem corretamente, do fornecimento de corrente vinda de uma bateria ou fonte de alimentação com valor constante. Por exemplo, se um circuito foi projetado para funcionar com 5 volts, talvez possa funcionar com tensões um pouco maiores ou um pouco menores, como 5,5 V ou 4,5 V, mas provavelmente não funcionará corretamente com valores muito mais altos ou muito mais baixos, como 6 V ou 4 V. Uma fonte de alimentação precisa portanto gerar uma tensão constante, independente de flutuações na rede elétrica e independente da quantidade de corrente que os circuitos exigem. Por isso todas as fontes de boa qualidade utilizam circuitos reguladores de voltagem. 

     É possível criar um regulador de voltagem utilizando alguns transistores, resitores e um componente especial chamado diodo Zener, capaz de gerar uma tensão fixa de referência a ser “imitada” pela fonte. Os fabricantes construíram esses circuitos de forma integrada, semelhante a um chip, usando uma única base de silício. Os reguladores mais simples têm um encapsulamento parecido com o de um transistor de potência, com três terminais. Um dos terminais é o terra, que deve ser ligado ao terminal negativo da fonte. O outro terminal é a entrada, onde deve ser aplicada a tensão bruta, não regulada. O terceiro terminal é a saída, por onde é fornecida a tensão regulada. A tensão de entrada deve ser superior à tensão que vai ser gerada. O regulador “corta” uma parte desta tensão de modo a manter na saída uma tensão fixa. Por exemplo, para alimentar um regulador de +5 Volts, podemos aplicar na entrada uma tensão não regulada de +8 Volts, podendo variar entre +6 e +10. A saída fornecerá +5 V, e o restante será desprezado.

     Muitos reguladores produzem tensões fixas, mas existem modelos que podem ser ligados a uma tensão de referência que pode ser programada. Nas placas de CPU existe um circuito responsável por gerar as tensões exigidas pelo processador. A maioria dos processadores modernos requer uma fonte de +3,3 V para operações externas, e uma fonte de valor menor para as operações internas. Dependendo do processador, esta tensão pode ser de +1,3 V, +1,6V, +1,7V, +2,1V ou praticamente qualquer valor entre 1 V e 3,5 V. Nos processadores mais novos, esses valores tendem a ser menores, em geral inferiores a 2 V. O circuito gerador de voltagem da placa de CPU toma como base a tensão de +3,3 V fornecida pela fonte de alimentação do computador, e em função do valor indicado pelo processador, gera a tensão necessária. Trata-se de um regulador de tensão variável e programável.

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Transistores, um dos mais importantes componente eletrônico já criado

     Falando um pouco mais sobre transistores, este é sem dúvida o mais importante componente eletrônico já criado. Ele deu origem aos chips que temos hoje nos computadores. Um processador, por exemplo, tem no seu interior, vários milhões de microscópicos transistores. Inventado nos laboratórios Bell nos anos 40, o transistor é um substituto das velhas válvulas eletrônicas, com grandes vantagens: tamanho minúsculo e pequeno consumo de energia. Quanto ao sentido da corrente elétrica, os transistores são classificados como NPN e PNP.

     Os transistores realizam inúmeras funções, sendo que as mais importantes são como amplificadores de tensão e amplificadores de corrente. Por exemplo, o sinal elétrico gerado por um microfone é tão fraco que não tem condições de gerar som quando é aplicado a um alto falante. Usamos então um transistor para elevar a tensão do sinal sonoro, de alguns milésimos de volts até alguns volts. Seria tensão suficiente para alimentar um alto falante, mas ainda sem condições de fornecer a potência adequada (a tensão está correta mas a corrente é baixa). Usamos então um segundo transistor atuando como amplificador de corrente. Teremos então a tensão igual à gerada pelo primeiro transistor, mas com maior capacidade de fornecer corrente.
     Os aumentos de tensão e de corrente são no fundo, aumentos de energia. Esta energia não é gerada a partir do nada. O transistor retira a energia necessária a partir de uma bateria ou fonte de alimentação. A figura mostra o diagrama do circuito simples, com dois transistores, para amplificar o sinal gerado por um microfone para que seja aplicado em um alto falante. Note que os transistores não trabalham sozinhos. Eles precisam ser acompanhados de resistores, capacitores, e dependendo do circuito, outros componentes, para realizar suas funções.

     Existem transitores de baixa, média e alta potência. Quanto maior é a potência, maior é o seu tamanho. Os transistores de alta potência em geral precisam ser montados sobre dissipadores de calor (coolers). Existem transitores especializados em operar com freqüências de áudio e outros especializados em altas freqüências, usados em circuitos de rádio e TV.
      Existem transistores especializados em chaveamento, indicados para operar em circuitos digitais. Existem fototransistores, que amplificam o sinal gerado pelo seu sensor ótico. Enfim, existem milhares de tipos de transistores, para as mais variadas aplicações.

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