História da Eletrônica

A eletrônica (português brasileiro) ou electrónica (português europeu) (AO 1990: eletrônica ou eletrónica) é a ciência que estuda a forma de controlar a energia elétrica por meios elétricos nos quais os elétrons têm papel fundamental.

Divide-se em Analógica e Digital porque suas coordenadas de trabalho optam por obedecer estas duas formas de apresentação dos sinais elétricos a serem tratados.

Numa definição mais abrangente, podemos dizer que a Eletrônica é o ramo da ciência que estuda o uso de circuitos formados por componentes elétricos e eletrônicos, com o objetivo principal de representar, armazenar, transmitir ou processar informações além do controle de processos e servo mecanismos. Sob esta ótica, também se pode afirmar que os circuitos internos dos computadores (que armazenam e processam informações), os sistemas de telecomunicações (que transmitem informações), os diversos tipos de sensores e transdutores (que representam grandezas físicas – informações – sob forma de sinais elétricos) estão, todos, dentro da área de interesse da Eletrônica.

Complementar à definição acima, a Eletrotécnica é o ramo da ciência que estuda uso de circuitos formados por componentes elétricos e eletrônicos, com o objetivo principal de transformar, transmitir, processar e armazenar energia, utilizando a eletrônica de potência. Sob esta definição, as usinas hidrelétricas, termoelétricas e eólicas (que geram energia elétrica), as linhas de transmissão (que transmitem energia), os transformadores, retificadores e inversores (que processam energia) e as baterias (que armazenam energia) estão, todos, dentro da área de interesse da Eletrotécnica.

Entre os mais diversos ramos que a abrangem, estuda a transmissão da corrente elétrica no vácuo e nos semicondutores. Também é considerada um ramo da Eletricidade que, por sua vez, é um ramo da Física onde se estudam os fenômenos das cargas elétricas elementares, as propriedades e comportamento, do Elétron, Fótons, partículas elementares, ondas eletromagnéticas.

Transistores Bipolares – Usado em Eletrônica

Transistores Bipolares de porta isolada (IGBTs)

O transistor bipolar de porta isolada (IGBT) destaca-se pelas características de baixa queda de tensão no estado ligado do BJT com as excelentes características de chaveamento, que traz um circuito de acionamento da porta bem simplificado e com alta impedância de entrada do mosfet. Existem no mercado transistores IGBTs com os valores nominais de corrente e de tensão bem acima dos valores encontrados para Mosfets de potência.

Os IGBTs estão gradativamente substituindo os mosfets que se dizem em aplicações de alta tensão, onde as perdas na condução precisam ser mantidas em valores baixos. Mesmo as velocidades de chaveamento dos IGBTs sejam maiores (até 50 kHz) do que as do BJTs e as do mosfets.

Ao contrário do ocorrido no MOSFET, o IGBT não tem nenhum diodo reverso internamente, sendo assim este fator torna sua capacidade de bloqueio para tensões inversas muito baixa, podendo suportar uma tensão inversa máxima em menos de 10 volts.

Princípios de operação do IGBT

A operação do IGBT é muito similar à dos MOSFETs de potência. Para colocá-lo no estado ligado, basta polarizá-lo positivamente no terminal do coletor (C+) em relação ao terminal do emissor (E -). De igual maneira, uma tensão positiva VG aplicada na porta (G) fará o dispositivo passar para o estado ligado (ON), quando a tensão no gate (G) exceder a tensão de limiar. O IGBT passara para o estado desligado (OFF) quando houver o corte de tensão do terminal da porta (G).

Curva Característica de tensão-corrente do IGBT

A curva característica e uma plotagem da corrente de coletor (IC) x a tensão do coletor-emissão (VCE). Quando não houver a tensão aplicada na porta, o transmissor IGBT estará no estado desligado (OFF), onde a corrente (IC) é igual a zero (0) e a tensão que passa através da chave é igual a tensão da fonte.Se a tensão > VGE(th) for aplicada na porta, o dispositivo passará para o estado ligado e permitira a passagem da corrente IC. Essa corrente é limitada pela tensão da fonte e pela resistência de carga. No estado ligado, a tensão através da chave se define a zero.

Eletrônica Digital

Na eletrônica digital este controle se faz digitalizando o sinal de controle no seu estágio de geração para evitar as variações térmicas ou de envelhecimento a que todo material está sujeito(desde o sensor até o relê final de um sistema analógico); no mais, o sinal digitalizado pode ter a forma de uma corrente pulsante cuja frequência de pulsação represente fielmente o sinal “variação de resistência por efeito da temperatura”. O efeito da variação de parâmetros (e aumento do erro de medição) por termo-agitação e envelhecimento é cumulativo nos sistemas analógicos pois as variações de parâmetros devidas ao aumento da temperatura no forno (a medir) são produzidas pelo mesmo processo interno atômico que origina a “deriva”, “agitação indesejável” “movimento eletrônico caótico” e se tornam parte das variações espúria que mascaram a medição, e ainda mais serão amplificadas por componentes que têm sua própria agitação térmica que se tornam cumulativos. Exemplo de alguns osciloscópios de laboratório que devem permanecer ligados por longos períodos de tempo antes de realizar medições com eles, mesmo assim, antes de fazer as medições deverão ser aferidos para rever qual é o valor ou se não mostram sinais de derivas.(o mais normal é que apresentem variações de posicionamento na vertical do traço horizontal com níveis de entrada “zero”).

Componentes da Eletrônica – Eletrônicos

Considera-se o primeiro componente eletrônico puro a célula fotovoltaica (1839) seguida pela válvula termoiônica (Ver Efeito Édison), ou termiônica e alguns diodos à base de Selênio (Se).

A válvula termiônica, também chamada de válvula eletrônica, é um dispositivo que controla a passagem da corrente elétrica através do vácuo (ver John Ambrose Fleming), dentro de um bulbo de vidro, sendo utilizada em larga escala até meados da década de 1960. Aos poucos, foi substituída pelos transístores.

Um transístor é um dispositivo que controla a passagem da corrente elétrica através de materiais semi condutores inteiramente sólidos. Assim, por definição, ambos são componentes eletrônicos que servem para executar trabalhos idênticos, o segundo porém mais moderno que o primeiro.

A eletrônica, ao passar do tempo, acabou por desenvolver e estudar novos circuitos eletrônicos além de transístores, diodos, fotocélulas, capacitores, indutores, resistores, etc.

A tecnologia de miniaturização desenvolveu os circuito integrados, os microcircuitos, as memória eletrônicas, os microprocessadores, além de miniaturizar os capacitores, indutores, resistores, entre outros.

Atuação da Eletrônica

Quando se tem qualquer tipo de dispositivo onde haja a atuação de um determinado fenômeno físico em correlação com outro, interagindo, modificando, medindo, aí está a eletrônica. Um exemplo seria a conversão de onda sonora para onda eletromagnética, da emissão eletromagnética através do espaço físico, para em seguida a captação desta, sua recepção e reconversão para onda eletromagnética, assim novamente para onda sonora. Sem a eletrônica, isto seria impossível de se conseguir, pois o ato de se transmitir uma onda de radiofrequência e sua posterior recepção necessita de dispositivos eletrônicos que transformarão as manifestações físicas de um determinado tipo de energia que será convertido em outro. Por exemplo: onda sonora em onda elétrica, onda luminosa para onda sonora e vice versa.

Dispositivos Eletrônicos

Circuito hipotético representando diversos componentes em montagem repetitiva
Os dispositivos eletrônicos são combinações onde se usa o circuito básico repetitivamente e seus componentes que, uma vez agrupados de forma organizada formam blocos. Estes interligados formam circuitos mais complexos, e assim sucessivamente fazem funcionar os mais diversos equipamentos.

Unidades Internacional de Eletrônica

São as seguintes as unidades do Sistema Internacional de Unidades:

  • V = volt = medida de tensão elétrica ou diferença de potencial
  • A = ampère = medida de corrente elétricaC = coulomb = medida de carga elétrica
  • s = segundo = medida de tempo
  • Ω = ohm = medida de resistência elétrica
  • S = siemens = medida de condutividade elétrica
  • J = joule = medida de Trabalho
  • W = watt = medida de potência
  • Hz = hertz = medida de frequência
  • F = farad = medida de capacitância
  • H = henry = medida de indutância
  • Wb = Weber = medida de fluxo magnético
  • T = Tesla = medida de densidade de fluxo magnético

As unidades abaixo ainda são utilizadas, embora não façam parte do Sistema Internacional

  • hp = horse power (cavalo de força) = medida de potência Obs: 1 hp = 746 W
  • cv = cavalo vapor = medida de potência. Obs: 1 cv = 736 W

Dispositivos – Equipamentos usado em Eletrônica

Os equipamentos e circuitos eletrônicos moldam, configuram e mensuram grandezas físicas de diversas naturezas. Algumas são variáveis, outra fixas, exemplo disso são as variáveis elétricas que transportam informação, os sinais.

Para o transporte de informação, foi necessário a codificação de uma linguagem.Um exemplo é a extinta telegrafia que era usada para enviar informações através do código morse, onde sinais intermitentes transportam informação codificada de tal forma, que decodificada forma letras e palavras. Estas, interpretadas nada mais são do que informação, logo podemos definir que codificação é a informação introduzida num determinado sinal. E decodificação é a extração desta informação deste mesmo sinal.
Voltímetro analógico utilizado em painéis elétricos

Podemos definir três grupos distintos de sinais em eletrônica: Sinal analógico, é todo aquele que varia continuamente em função do tempo, ou seja: pode ser representado por uma função matemática contínua.

* Um velocímetro analógico.
* Um termômetro analógico.
* Uma balança analógica.
* Um voltímetro analógico.

São exemplos de sinais lidos de forma direta sem passar por qualquer codificação, decodificação complexa. As variáveis são observadas diretamente. O instrumento analógico consiste num painel com uma escala e um ponteiro que desliza de forma a se verificar a posição deste sobre aquela, um galvanômetro, ou o ecrã de um osciloscópio.

Sinais e medidas analógicas e digitais

Sinal periódico consiste de “pacotes” de informação que são levados de forma direta, as ondas de rádio por exemplo, onde a codificação e decodificação é executada de forma direta, um exemplo é a Amplitude Modulada, onde temos uma onda portadora de freqüência fixa modulada em amplitude variável, a decodificação na recepção se dá de forma direta por supressão da portadora, retificação em meia onda do sinal resultante, e amplificação do resultado de forma a termos um sinal em forma de música, por exemplo.

Sinal digital é formado por códigos de linguagem matemática, um exemplo disto é a linguagem binária, ou sistema binário, (álgebra booleana), onde se usa um código binário de transporte de informação, a leitura é indireta, depende de sistemas de interpretação e leitura, pois esta não é direta, é digitalizada, é formada por componentes que digitalizam a informação, isto é, convertem o sistema decimal para sistema binário, ou para o sistema hexadecimal e vice-versa, digitalizar é manipular, converter a informação processá-la e reconvertê-la de forma que seja entendida.

O Futuro e a Eletrônica

A eletrônica é a base da moderna tecnologia, da cibernética, da ciência da computação, da informática, entre outros. Sem ela os sistemas de controle do mundo moderno não funcionam.
Com a eletrônica fundindo-se com a micro-mecânica, pneumática, hidráulica e informática, temos a mecatrônica, a biomecatrônica, a robotização biológica e a robótica. Esses compõem os sistemas de analogia eletrônica, prevista para o nosso futuro

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