Circuitos Eletrônicos – Polarização do LED

Após conhecer um pouco sobre componentes eletrônicos, já estamos aptos a analisar alguns circuitos.

Muitas vezes precisamos de uma luz indicadora, como em qualquer equipamento eletrônico. Isso é possível e simples.

Poderíamos utilizar uma lâmpada incandescente, como é o caso de equipamentos valvulados mais antigos, mas se a idéia é ter baixo consumo e menor aquecimento, temos uma solução melhor, o LED.

Algumas pessoas acham que LED é uma lâmpada, mas na realidade, o que há de comum entre uma lâmpada e o LED, é que os dois emitem luz.

Para uma lâmpada acender, precisamos saber qual a sua tensão de alimentação. Se utilizarmos uma tensão inferior, ela terá uma luz de menor intensidade. Isso acontece quando ligamos uma lâmpada incandescente fabricada para funcionar na tensão 220Volts em uma rede elétrica de tensão nominal 110Volts. A lâmpada emitirá uma luz mais fraca, mas funcionará. No caso do LED, as coisas acontecem de forma diferente. O LED possui uma tensão de trabalho muito crítica. Décimos de tensão a mais, podem queimar o LED. Décimos de tensão a menos, podem ser insuficientes para que ele acenda. Então, de que forma podemos acender um LED com segurança? Devemos alimentar um LED limitando sua corrente, mesmo porque, os LEDs possuem pequenas variações nas tensões de trabalho , mesmo que sejam do mesmo tipo. Vamos ver na prática como isso funciona.

Abaixo temos um circuito onde podemos ligar o LED com segurança.

Perceba que estamos utilizando um resistor para limitar a corrente do LED. Dessa forma, mesmo que haja uma pequena variação na tensão de alimentação da bateria, essa variação será consumida pelo resistor.

Agora vamos entender como calcular esse circuito.

Para calcular o resistor, temos que nos preocupar com a tensão da bateria e os dados técnicos do LED. Supondo nesse caso, uma bateria de tensão máxima de 9Volts e o LED seja um vermelho de baixa potência (tipo piloto de equipamento).

Dessa forma temos os seguintes parâmetros:

Bateria: 9Volts

LED: 2Volts e corrente máxima 30mA.

No circuito vamos usar uma corrente de LED de 10mA, normalmente usada para se obter uma margem de segurança e melhor rendimento. Quanto mais próximo do limite de corrente, pior será seu rendimento.

Para calcular a resistência do resistor, vamos usar a lei de ohm.

Onde R é o valor de resistência em ohm, o U é a tensão em cima do resistor e I é a corrente do circuito.

Para saber a tensão em cima do resistor, devemos diminuir a tensão do LED sobre a tensão da bateria.

U = U_BAT – U_LED

U = 9V – 2V

U = 7V

Portanto a tensão em cima do resistor é de 7V. Essa tensão deve ser consumida pelo resistor.

A corrente do circuito é uma só para todo circuito. 10mA

Na lei de ohm vamos calcular todos os valores na mesma escala, ou seja, 10mA é igual a 0,01A.

Agora vamos calcular a resistência.

R = 700Ω (ohms)

Na prática esse valor pode ser mudado para fins de valor comercial de resistor.

O valor mais próximo comercial é 680Ω. Portanto teremos um pequeno aumento da corrente do circuito.

I = 0,0103 ou 10,3mA

Na prática, nenhuma diferença!

Agora vamos ao segundo cálculo que determinará a potência que o resistor deve dissipar.

Precisamos então usar outra fórmula análoga a anterior, onde P é potência em watts.

P = I x U

P = 0,01 x 7

P = 0,07 W (watts)

Como metodologia de mercado, utilizamos o valor em fracionário.

Os valores fracionários comerciais são: 1/8W, 1/4W e 1/2W.

1/8 de Watt é o mesmo que 0,125 W, que é muito superior ao necessário, garantindo que irá suportar a energia imposta pelo circuito.

O resistor foi finalmente definido como: 680Ω 1/8W (1/8 de Watt).

A energia do resistor é considerada pura perda de energia em calor.

A energia aproveitada para o LED é:

P = I x U_LED

P = 0,01 x 2

P = 0,02 W

Portanto, a energia total de consumo do circuito é:

P = I x U_BAT

P = 0,01 x 9

P = 0,09 W

Claro que o consumo total do circuito é a soma da potência dissipada pelo resistor e a potência de consumo do LED.

Vejam que mesmo com uma enorme perda com o resistor, temos um baixo consumo no circuito. Se utilizássemos uma lâmpada convencional, teríamos um consumo de energia pelo menos 10 vezes superior.

O LED também pode acender com correntes inferiores a 10mA, que é o caso dos LEDs de alto brilho, em que basta apenas 1mA para se obter luz.

Componentes Eletrônicos – Circuito Integrado

Circuito Integrado ou também conhecido por suas iniciais, CI.

O Circuito Integrado, como o próprio nome diz é um componente composto por outros componentes, sejam transistores, capacitores, resistores, etc.

O primeiro circuito integrado, foi criado em 1958 por Jack Kilby, mas apenas a partir do final dos anos 60 que sua comercialização se popularizou.

Qualquer pessoa pode montar seu próprio Circuito Integrado, bastando para isso, confeccionar uma placa de circuito impresso com componentes discretos e adicionar terminais para a conexão em uma outra placa de circuito. A esse tipo de Circuito Integrado denominamos, Circuito Hibrido.

Muitos fabricantes utilizam os Circuitos Híbridos por várias razões.

-Utilização específica, na qual se faça necessário manter estoque abaixo da escala industrial.

-Manter segredo de funcionamento do equipamento, selando o circuito com resina epóxi.

-Circuitos críticos, em que se deseje um isolamento maior contra energias eletromagnéticas ou estáticas, introduzindo invólucro metálico.

Os primeiros Circuitos Integrados, eram muito vulneráveis à queima e variações comportamentais devido à mudança de temperatura e energia aplicada. Com o passar do tempo foram solucionados esses problemas com adição de componentes de proteção e compensação.

Os Circuitos Integrados foram criados na intenção de miniaturizar o equipamento e de tornar sua montagem mais simples. Era visto que ao invés de montar milhares de placas idênticas e complexas, podiam montar os circuitos repetitivos em um único componente, economizando muito dinheiro.

Hoje temos uma variedade muito grande de Circuitos Integrados e isso promove ao engenheiro ou técnico o abandono parcial da teoria da eletrônica. Por outro lado, temos a facilidade de montar circuitos complexos, apenas com a informação do fabricante dos Circuitos Integrados. Normalmente, é indicado no datasheet (folha de dados) do fabricante do Circuito Integrado, a melhor forma para ser utilizado.

É possível montarmos um amplificador de áudio, com problemas de polarização e estabilidade térmica resolvidos, portando um Circuito Integrado e alguns componentes adjacentes indicados pelo fabricante do mesmo. É claro que dessa forma, estamos condicionados a aceitar a opção de circuito imposta pelo fabricante do CI.

Um dos Circuitos Integrados mais usados é o amplificador operacional.

O amplificador operacional tem uma vasta gama de utilidades e é alvo de atenção por entusiastas musicais determinando uns melhores e outros piores, mas o fato é que cada tipo possui vantagens e desvantagens para aplicações diversas, portanto devemos entender o funcionamento e a característica de cada modelo antes de afirmar o melhor. Muitos amplificadores operacionais são intercambiáveis tendo seus pinos com as mesmas funções, porém nem sempre suportam a mesma alimentação.

A diferença entre os amplificadores operacionais é proporcionada pelo conjunto hibrido de componentes idealizado em sua confecção. Antes de se fabricar um amplificador operacional, sua montagem é estudada em um circuito hibrido que normalmente é mostrada no datasheet do fabricante.