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Os diferentes componentes da eletrónica

Os diferentes componentes da eletrónica

Este artigo apresenta um resumo dos componentes utilizados na eletrónica analógica. Os componentes electrónicos são ligados entre si para formar um circuito eletrónico com o objetivo de desempenhar uma determinada função.

Existem duas famílias principais de componentes: componentes passivos e componentes activos. Os componentes activos requerem energia eléctrica e podem amplificar um sinal de tensão ou de corrente.

Componentes passivos

Resistência

Uma resistência é um componente passivo feito de carbono ou metal, normalmente utilizado em eletrónica. A sua função principal é limitar a corrente num circuito elétrico. Por conseguinte, pode proteger outros componentes.

Exemplo de função e utilização

  • Limita a corrente eléctrica (controlo ou proteção da luminosidade)
  • Divide a tensão (ponte divisora de tensão)
  • Estabiliza a corrente eléctrica (filtragem do sinal)

Condensador

Um condensador é utilizado para armazenar cargas eléctricas. É constituído por duas placas condutoras separadas por um material dielétrico. É utilizado para estabilizar uma fonte de alimentação, filtrar sinais e separar a corrente alternada da corrente contínua.

Exemplo de função e utilização

  • Armazena e liberta energia eléctrica
  • Suaviza as variações de tensão
  • Passa sinais AC, bloqueia sinais DC

Indutância

Os indutores são utilizados para armazenar energia magnética, captar ondas ou criar um impulso, para filtragem e para as suas propriedades electromagnéticas. São também conhecidos como bobinas ou solenóides.

Exemplo de função e utilização

  • Armazena energia magnética
  • Filtra sinais por frequência
  • Produz campos magnéticos

Componentes activos

Díodo

A caraterística especial de um díodo é que só permite que a corrente flua num sentido. É utilizado, por exemplo, para proteger uma fonte de alimentação ou para converter uma corrente alternada numa corrente unidirecional.

Exemplo de função e utilização

  • Permite que a corrente flua apenas numa direção
  • Converte CA em CC (retificação)
  • Emite luz em díodos emissores de luz (LED)

Regulador de tensão

Os reguladores de tensão são utilizados, como o seu nome indica, para modificar o nível de tensão eléctrica. São utilizados para alimentar componentes que requerem uma tensão nominal inferior à tensão de alimentação.

Transístor

Um transístor é um semicondutor que modula a corrente ou a tensão no seu elétrodo de saída (coletor ou dreno) através de um sinal no seu elétrodo de controlo (base ou porta). Actua como um amplificador ou interrutor controlado.

Exemplo de função e utilização

  • Amplificação do sinal elétrico
  • Comutação de circuitos
  • Controlo de potência

Tiristor e triac

O tiristor funciona segundo o mesmo princípio que o transístor, exceto que actua como um interrutor para altas tensões. Os tiristores são combinados para produzir diac ou triac.

Circuitos integrados

Multiplexador

O multiplexador é utilizado para transmitir sinais diferentes através do mesmo meio, seleccionando uma entrada de cada vez.

Registo de deslocação

O registo de deslocamento é um circuito integrado constituído por registos de memória que armazenam um estado alto ou baixo e comutam o pino de saída correspondente para o estado alto (5V) ou baixo (0V). É frequentemente utilizado para aumentar o número de entradas e saídas de um microcontrolador.

Ponte de díodos

Uma ponte de díodos é um conjunto de díodos utilizado para retificar uma corrente de onda completa. Isto significa passar a corrente positiva e inverter o sinal da corrente negativa.

Componentes de interface

Botão de pressão

O botão de pressão é o elemento básico para enviar informações a partir de uma interface. Quando premido ou libertado, envia informações para um microcontrolador.

LED

O LED (díodo emissor de luz) é um componente bem conhecido utilizado para receber informações de uma interface. Este componente existe em diferentes formas, como o LED de 5 mm ou a fita de LEDs composta por LEDs endereçáveis.

Ecrã

Os ecrãs de sete segmentos, os ecrãs LCD, os ecrãs OLED ou os ecrãs TFT são ideais para apresentar informações completas e criar interfaces.

Potenciómetro

Um potenciómetro é uma resistência variável. Esta envia informação de acordo com a posição do botão.

Codificador rotativo

Um codificador rotativo envia informações sobre o ângulo e a direção. Está normalmente equipado com um botão de pressão, o que o torna ideal para navegar num menu.

Actuadores

Relé

Um relé é um interrutor controlável que abre ou fecha um contacto em função do estado do seu pino de controlo. Este componente tem a particularidade de isolar galvanicamente a parte de controlo da parte de potência. Por conseguinte, é frequentemente utilizado para controlar circuitos de potência ou de corrente alternada.

Eletroíman

Um eletroíman é constituído por uma bobina e um núcleo de ferro, que transforma a energia eléctrica em movimento linear.

Motores

Os motores eléctricos são componentes que convertem a energia eléctrica em movimento. Existem diferentes tipos: Motor de corrente contínua, motor de passo, motor sem escovas, etc.

Componentes digitais

Microcontrolador

O microcontrolador é a base de um computador: é composto por um processador, uma interface de entrada/saída e uma memória.

Microprocessador

O microprocessador é o componente que executa o programa de computador.

Quartzo

O quartzo é um componente que oscila a uma frequência estável quando alimentado. Isto torna-o um componente importante para criar o relógio na eletrónica digital.

Memória

A memória é um componente eletrónico digital utilizado para armazenar dados.

Gerir botões e LEDs com um registo de deslocamento

Gerir botões e LEDs com um registo de deslocamento

Neste projeto, vamos utilizar botões iluminados e gerir botões e LEDs utilizando o registo de deslocamento. Para o efeito, vamos utilizar um módulo que desenvolvemos, o módulo AC SR Breakout Board. Este módulo é uma placa de extensão compatível com vários microcontroladores, constituída por dois shift registers e pinos para ligação de componentes.

Hardware

  • Microcontrolador Arduino
  • Botão de pressão iluminado x5 (ou botões + LEDs)
  • Módulo de registo de deslocação AC SR Breakout Board

Princípio

O módulo AC SR Breakout Board consiste em dois registos de deslocamento que utilizaremos para controlar um grupo de LEDs e um grupo de botões. As saídas do primeiro registo de deslocamento serão ligadas aos botões, enquanto as do segundo serão ligadas aos LEDs. Vários módulos podem ser ligados em série para aumentar o número de entradas e saídas.

Esquema elétrico

N.B.: Para facilitar a leitura, apenas um LED e um botão são apresentados no esquema elétrico.

Código

Vimos em tutoriais anteriores como utilizar registos de deslocamento:

  • o código básico para ligar e desligar LEDs
  • O código básico para ler vários botões utilizando registos de deslocamento

Combinaremos estes dois códigos para acender o LED correspondente ao botão premido. Isto é particularmente útil quando se trabalha com botões iluminados. Neste projeto, vamos utilizar os botões luminosos como interruptores para ligar e desligar os seus próprios LEDs.

/ Constants
#define number_of_74hc595s 2
#define numOfRegisterPins number_of_74hc595s * 8
#define SER_Pin 2
#define RCLK_Pin 3
#define SRCLK_Pin 4

//Parameters
const int grpBtnPin = A0;

//Variables
boolean registers[numOfRegisterPins];
boolean grpBtnState[numOfRegisterPins];
boolean grpLedState[numOfRegisterPins];

boolean oldGrpBtnState[numOfRegisterPins];
int grpBtnVal[numOfRegisterPins];

void setup() {
  //Init Serial USB
  Serial.begin(9600);
  Serial.println(F("Initialize System"));
  //Init register
  pinMode(SER_Pin, OUTPUT);
  pinMode(RCLK_Pin, OUTPUT);
  pinMode(SRCLK_Pin, OUTPUT);
  pinMode(grpBtnPin, INPUT_PULLUP);
}

void loop() {
  readGrpBtn();
}

void clearRegisters() { /* function clearRegisters */
  //// Clear registers variables
  for (int i = numOfRegisterPins - 1; i >=  0; i--) {
    registers[i] = LOW;
  }
}

void writeRegisters() { /* function writeRegisters */
  //// Write register after being set
  digitalWrite(RCLK_Pin, LOW);
  for (int i = numOfRegisterPins - 1; i >=  0; i--) {
    digitalWrite(SRCLK_Pin, LOW); int val = registers[i];
    digitalWrite(SER_Pin, val);
    digitalWrite(SRCLK_Pin, HIGH);
  }
  digitalWrite(RCLK_Pin, HIGH);
}

void setRegisterPin(int index, int value) { /* function setRegisterPin */
  ////Set register variable to HIGH or LOW
  registers[index] = value;
}

void readGrpBtn() { /* function readGrpBtn */
  //// Read each btn
  for (int i = numOfRegisterPins - 1; i >=  0; i--) {
    if (i < 16 && i >= 8) {
      grpBtnState[i] = false;
      setRegisterPin(i, HIGH);
      writeRegisters();
      delay(20);
      grpBtnVal[i] = analogRead(grpBtnPin);
      setRegisterPin(i, LOW);
      writeRegisters();
      Serial.println(grpBtnVal[i]);
      if (grpBtnVal[i] > 500) {
        grpBtnState[i] = true;
        if (oldGrpBtnState[i] != grpBtnState[i]) {
          grpLedState[i - 8] = !grpLedState[i - 8];
          Serial.print(F("Btn "));
          Serial.print(i);
          Serial.print(F(" detected -> State =  "));
          Serial.println(grpBtnVal[i]);
        }
      }

    } else { // i<8 && i>=0
      Serial.print("Set LED"); Serial.print(i); Serial.print(" to "); Serial.println(grpLedState[i]);
      setRegisterPin(i, grpLedState[i]);
      writeRegisters();
    }
  }
}

Resultados

Depois de premir alguns botões, pode ver no monitor de série que os estados dos LEDs correspondentes mudaram.

Não hesite em deixar-nos um comentário para nos dar a sua opinião, feedback e sugestões de melhoria para este tutorial.

Aplicação

  • Construir uma consola MIDI
  • Criar uma consola HID interactiva

Fontes

Filtros de medição com Arduino

Filtros de medição com Arduino

Em eletrónica, quando se trabalha com sinais eléctricos, tais como medições de sensores ou um sinal de áudio, é prática comum utilizar filtros. Estes filtros são utilizados para modificar estes sinais com vista a corrigi-los, analisá-los ou utilizá-los corretamente. A isto chama-se processamento de sinais.

Definição de sinal eletrónico

Um sinal é a representação da informação que passa através de um sistema. Um sinal eletrónico está fisicamente limitado em termos de precisão, velocidade e alcance. Pode também ser modificado por perturbações externas. Por exemplo, uma medição efectuada por um sensor contém geralmente uma perturbação que faz com que o valor do sensor varie em torno do valor medido. Esta perturbação é designada por ruído de medição e pode ter origem em campos electromagnéticos e na sensibilidade do sensor. Este ruído de medição deve ser negligenciado ou eliminado utilizando um filtro para obter um valor correto.

En noir, le signal. En rouge, le signal bruité

Em teoria, um sinal pode ter uma representação matemática simples como uma função sinusoidal com uma frequência e amplitude fixas. Na prática, um sinal pode ser descrito como uma sobreposição de sinais com diferentes frequências e amplitudes. Estes são os componentes espectrais.

Definição de filtro eletrónico

Em eletrónica, um filtro é um elemento que modifica os componentes espectrais de um sinal de entrada. Existem três famílias principais de filtros:

  • filtros analógicos passivos que utilizam componentes electrónicos passivos (resistências, condensadores, indutores)
  • filtros analógicos activos que utilizam componentes electrónicos passivos e activos (transístor, amplificador operacional, circuito integrado)

Com sinais analógicos, como a medição de um sensor ou um sinal de áudio, é comum encontrar filtros analógicos passivos ou activos. Passivos para filtrar o ruído da medição; activos para amplificar o sinal. Uma vez montado o circuito que efectua a filtragem, a função de filtragem não pode ser modificada.

  • filtros digitais produzidos através de um processador e de um programa informático

Os filtros digitais são geridos por um código informático, pelo que não são fixos. São frequentemente utilizados para tratar e analisar dados, a fim de realçar determinadas características (cores numa imagem, frequência dominante de um sinal, etc.).

Tipos de filtros

Dissemos que um filtro modifica os componentes espectrais de um sinal. Por outras palavras, amplifica, suprime ou atenua um sinal numa determinada frequência. Os filtros podem ser de diferentes tipos, consoante a sua função:

  • passa-baixo: para atenuar as frequências altas
  • passa-alto: para eliminar as frequências baixas
  • passa-banda: para passar uma gama de frequências
  • notch: para atenuar uma gama de frequências

Função de filtro

Os filtros electrónicos são utilizados em muitos sistemas electrónicos e são frequentemente necessários para que o sistema funcione corretamente. Um filtro permite:

  • limpar para obter uma melhor leitura do sinal
  • remover um componente numa frequência indesejável porque é parasita ou interfere com o sistema
  • corrigir para obter um sinal coerente

Exemplo de filtros analógicos

Os filtros analógicos encontram-se frequentemente em sistemas electrónicos audiovisuais. Imagine um rádio em que pode aumentar os agudos ou os graves.

Exemplo de filtros digitais com Arduino

Depois destas definições, eis alguns exemplos comuns de processamento de sinais com o Arduino

Este filtro é utilizado para suprimir o ruído de transição num sinal digital, como a deteção da pressão de um botão de pressão.

O algoritmo de média deslizante é uma forma fácil de criar um filtro passa-baixo e eliminar o ruído.

Fontes

Utilização de um módulo transístor com Arduino

Utilização de um módulo transístor com Arduino

O módulo transístor é composto por um componente electrónico, que pode ser visto como um interruptor controlável, que permite o fluxo de uma corrente proporcional à tensão nos seus terminais quando esta excede um determinado limiar. Permite, com um sinal de potência muito baixa, fornecer um módulo que requer uma potência mais elevada.

Em particular, permite que um sinal PWM de um microcontrolador (geralmente 3 ou 5V) seja convertido num sinal PWM para um dispositivo de maior potência.

Material

  • Computador
  • Arduino UNO
  • Módulo transístor

Como funciona

O transístor é um dispositivo semicondutor baseado em duas junções PN. A junção PN, em física de semicondutores, é utilizada na maioria dos díodos. Numa junção PN, o material torna-se condutivo quando a tensão através dele é suficientemente alta.

Antes de escolher o seu transístor ou Mosfet, verifique se a tensão e a corrente nominal são compatíveis com o que pretende alimentar.

Esquema

O transístor assume frequentemente a forma de um dispositivo de 3 pernas, o comum, o colector (dreno) e a base (portão). O comum está ligado à terra, a base ao controlo do PWM e o colector à fonte actual. A colocação do dispositivo, para ser alimentado pelo transistor, depende do tipo de transistor PNP ou NPN.

O transístor deve ser visto como um amplificador de sinal PWM entre a base e o colector. Note que é necessário utilizar uma saída PWM do microcontrolador como o pino 3 do Arduino UNO.

Cuidado: Ao utilizar um transístor para conduzir uma carga indutiva, tal como um motor eléctrico ou solenóide, é aconselhável colocar um díodo de roda livre na saída para proteger o transístor.

Código

O transistor é movido por um sinal PWM. Por conseguinte, utilizaremos a função analogWrite() para variar a tensão nos seus terminais.

//Parameters
const int pwmPin = 3;

void setup() {
  //Init Serial USB
  Serial.begin(9600);
  Serial.println(F("Initialize System"));
  //Init pwm output
  pinMode(pwmPin, OUTPUT);
}

void loop() {
  for (int i = 0; i < 250; i++) {
    analogWrite(pwmPin, i);
    delay(50);
  }
  for (int i = 250; i >= 0; i--) {
    analogWrite(pwmPin, i);
    delay(50);
  }
}

Resultado

Quando a tensão nos terminais comuns e de base está acima de um certo limiar, o transístor liga-se e a corrente flui através do circuito. Preste muita atenção ao nível de voltagem e corrente atraídas ao seleccionar o transístor. Pode ser danificado se for subdimensionado.

Aplicações

  • Varia o brilho de um LED 3W

Fontes

Medição de brilho com um fotorresistor

Medição de brilho com um fotorresistor

Um fotorresistor é um componente eletrônico que permite medir a luminosidade ambiente. Ele é útil em projetos como um painel solar que segue a luz, ou, na automação doméstica, para criar uma lâmpada inteligente que só acende no escuro ou instalar um alarme com um díodo laser.

Pré-requisito: sensores para dar sentidos ao seu robô

Material

  • Computador
  • Arduino
  • Cabo USB
  • 1 resistência de 10kOhm
  • 1 fotorresistor

Esquema

O fotorresisistor, ou, em inglês, Light Dependent Resistor (LDR), é um componente passivo. Para medir uma mudança de resistência, precisamos enviar uma corrente no componente entre dois potenciais. Criamos então uma ponte divisora de tensão, com o fotorresistor e uma resistência de 10kOhm.

photoresistor scheme

Código

Para exibir o valor físico do sensor, precisamos conhecer a regra de conversão, que muitas vezes será linear como y= a*x+b. Para ter um código limpo e legível, é preferível inseri-lo numa subfunção. Assim, criamos uma função que lê o valor do sensor e converte-o num valor físico.

/* Photocell reading program */
// Constants
#define DELAY 500 // Delay between two measurements in ms
#define VIN 5 // V power voltage
#define R 10000 //ohm resistance value

// Parameters
const int sensorPin = A0; // Pin connected to sensor

//Variables
int sensorVal; // Analog value from the sensor
int lux; //Lux value

void setup(void) {
  Serial.begin(9600);
}

void loop(void) {
  sensorVal = analogRead(sensorPin);
  lux=sensorRawToPhys(sensorVal);
  Serial.print(F("Raw value from sensor= "));
  Serial.println(sensorVal); // the analog reading
  Serial.print(F("Physical value from sensor = "));
  Serial.print(lux); // the analog reading
  Serial.println(F(" lumen")); // the analog reading
  delay(DELAY);
}

int sensorRawToPhys(int raw){
  // Conversion rule
  float Vout = float(raw) * (VIN / float(1024));// Conversion analog to voltage
  float RLDR = (R * (VIN - Vout))/Vout; // Conversion voltage to resistance
  int phys=500/(RLDR/1000); // Conversion resitance to lumen
  return phys;
}

Aplicação

Uma aplicação possível para um fotorresistor é o controle de uma lâmpada LED conforme a luminosidade ambiente. Para isso, não é necessário converter o sinal do sensor num valor físico, mas simplesmente convertê-lo num valor de controle para o LED.

wiring photoresistor and led
/* Photocell controlling lamp program */
// Constants
#define DELAY 200 // Delay between two measurements in ms
#define MIN_RAW 0 // Analog minimum value
#define MAX_RAW 500 // Analog maximum value
#define MIN_CMD 0 // Digital minimum value
#define MAX_CMD 255 // Digital maximum value

// Parameters
const int sensorPin = A0; // Pin connected to sensor
const int ledPin = 3; // Pin connected to sensor

//Variables
int sensorVal; // Analog value from the sensor
int cmd; //Led command value

//Main
void setup(void) {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(ledPin,OUTPUT);
}

void loop(void) {
  sensorVal = analogRead(sensorPin);
  cmd=sensorToLed(sensorVal);
  analogWrite(ledPin,cmd);
  delay(DELAY);
  Serial.print("Sensor : ");
  Serial.println(sensorVal);
  Serial.print("Command : ");
  Serial.println(cmd);
}

//Functions
int sensorToLed(int raw){
  // The LED shine when the room is dark
  int val = map(sensorVal, 0, 500, 255, 0);
  val=max(val,MIN_CMD);
  val=min(val,MAX_CMD);
  return val;
}

Referências

Retrouvez nos tutoriels et d’autres exemples dans notre générateur automatique de code
La Programmerie