Eletrônica - Ideias iniciais

Eletrônica – Como ela transformou o mundo e sua vida

Introdução
Imagine acordar sem despertador e esperar horas por uma carta em vez de uma mensagem no celular. Parece impossível? Tudo isso mudou graças à eletrônica – a ciência que controla a energia elétrica para criar dispositivos incríveis. Neste post, vamos viajar no tempo para entender como surgiu essa área e por que ela é tão essencial hoje.

1. O que é Eletrônica?

Eletrônica é o ramo da tecnologia que estuda o controle dos elétrons (partículas minúsculas que carregam energia) para construir circuitos úteis. Ela permite desde coisas simples (como acender uma lâmpada) até sistemas complexos (como robôs e foguetes).

Diferença entre Eletricidade e Eletrônica:
- Eletricidade: energia "bruta" (ex.: ligar um ventilador).
- Eletrônica: energia "inteligente" (ex.: um termostato que regula a temperatura sozinho).

2. Uma Breve História

Os Primeiros Passos (Século XIX)

• 1827: Georg Ohm descobre a relação entre corrente, tensão e resistência (a famosa Lei de Ohm).
• 1874: Ferdinand Braun inventa o diodo (primeiro componente eletrônico).

A Revolução das Válvulas (1900–1940)

Válvulas termiônicas permitiram os primeiros rádios e TVs – eram grandes e esquentavam muito!

A Era do Transistor (1947)

Bell Labs cria o transistor, um componente minúsculo que substituiu as válvulas. Isso tornou os dispositivos menores, mais baratos e eficientes.

Circuitos Integrados e a Explosão Digital (Anos 1960 em diante)

Surgem os chips, que agrupam milhões de transistores em um espaço minúsculo. Graças a eles, temos computadores, celulares e... o Arduino!

3. Eletrônica no Cotidiano

Ela está em tudo ao seu redor! Exemplos:

• Em casa: Geladeiras, máquinas de lavar, controles remotos.
• Na cidade: Semáforos, caixas eletrônicos, sensores de estacionamento.
• Na saúde: Marcapassos, aparelhos de ultrassom.

Curiosidade: Um smartphone tem mais eletrônica que toda a nave Apollo 11 que levou o homem à Lua!

4. Por que Aprender Eletrônica Hoje?

• Criar soluções: Consertar um brinquedo, automatizar uma plantinha.
• Entender o mundo: Saber como as coisas funcionam por trás dos botões.
• Preparar para o futuro: Profissões como robótica, IoT e energia limpa dependem disso!

Próximo Passo: Resistores!

No próximo post, vamos conhecer o componente mais simples e útil da eletrônica: o resistor. Você vai aprender como ele controla a corrente e como usá-lo em projetos com LEDs.

Dica: Experimente simular um circuito simples no Tinkercad enquanto espera!

Montando um circuito eletrônico no Tinkercad

Leitura de corrente elétrica

O Tinkercad permite que façamos leituras de tensão, corrente e resistência elétrica. No exemplo a seguir, mostro como a medida é realizada e qual a precisão da leitura em função do uso de componentes reais.

Para a montagem teste, utilizaremos o circuito virtual abaixo:

E a leitura real faremos no circuito real abaixo:

Para realizarmos a leitura da corrente elétrica, devemos interromper o circuito. Vale lembrar que a leitura de corrente elétrica deve sempre ser feita em série com o circuito. Nas imagens a seguir, podemos acompanhar como o circuito será interrompido para realizamos a leitura desejada:

Para realizar a leitura da corrente, devemos selecionar o componente multímetro no Tinkercad. Para ter acesso ao componente é importante lembrar que na opção componentes devemos escolher "Todos". A ligação das pontas de prova do aparelho virtual pode ser feita sem critério. A única consideração a ser feita é a de que se a leitura for negativa, o posicionamento das ponteiras de prova está invertida. 

Realizando a inclusão do multímetro e selecionando o botão "Iniciar simulação", teremos:

Como podemos observar, a leitura da corrente elétrica no circuito é de 13,5 mA. 

Conectando agora as pontas de prova do multímetro real no circuito com componentes físicos, temos:

Observamos que a leitura da corrente elétrica nos mesmo pontos é de 13,58 mA. Observa-se portanto que a leitura real e virtual são muito próximas, o que valida, de forma bem simples, as leituras a serem realizadas pelo simulador.

Nas próximas montagens faremos novas leituras reais e virtuais para continuarmos o processo de checagem.

Abraços.

Circuito 0

Circuito 0

Nesta montagem inicial, conectamos apenas um led e um resistor a um conjunto de pilhas. Esta configuração indicada é a que permite que o led acenda e fique trabalhando dentro de uma faixa segura de fornecimento de corrente e de tensão.

Na montagem 1, colocamos um resistor de 1 k ohms (1000 ohms). Com ele é possível observar um brilho "tímido" no led.

Para aumentarmos o brilho do led se faz necessário diminuirmos o valor da resistência que o acompanha. Nesta segunda montagem colocamos um resistor de 220 ohms. Observe a diferença no brilho do led:

De modo seguro, no Arduino Uno podemos utilizar resistores de 220 ohms acompanhando os leds do projeto.

Abaixo segue o esquema elétrico do circuito:

Abraços!

 

Simulador de circuitos eletrônicos - Tinkercad

O Tinkercad é uma plataforma online de design 3D e eletrônica que permite criar e simular circuitos de forma virtual. Aqui está um guia básico para começar:

Passo 1: Acesso ao Tinkercad

1. Acesse o site do Tinkercad: https://www.tinkercad.com

2. Se você já possui uma conta, faça login. Caso contrário, crie uma conta. O uso da plataforma é totalmente gratuito, basta que você possua mais de 13 anos de idade e uma conta de e-mail válida.

Passo 2: Acesso à Biblioteca de Componentes

1. Após fazer login, você será direcionado para o painel de controle do Tinkercad.

2. Clique em "Projetos" no canto esquerdo. Na tela que surgir, clique em "Criar" e depois clique em "Circuitos" para acessar a área de simulação de eletrônicos.

Passo 3: Montar o Circuito

1. Na biblioteca de componentes que fica no lado direito da tela, você encontrará diversos componentes eletrônicos, como resistores, LEDs, transistores, microcontroladores, entre outros.

2. Arraste os componentes desejados para a área de trabalho. Conecte-os arrastando fios do terminal de um componente para outro.

3. Use a ferramenta de "Fios" para criar as conexões elétricas entre os componentes.

Passo 4: Configurar Componentes e Medir

1. Clique nos componentes para configurar suas propriedades, como resistência de um resistor ou frequência de um gerador de sinais.

2. Use os instrumentos de medição, como multímetro, osciloscópio e gerador de funções, para medir e visualizar sinais elétricos no circuito.

Passo 5: Simular e Testar

1. Após montar o circuito, clique no botão de "Iniciar simulação" na parte superior da tela para iniciar a simulação.

2. A simulação mostrará como o circuito se comporta com base nas configurações e conexões feitas.

3. Você pode ajustar parâmetros e testar diferentes cenários para observar o efeito nas simulações.

As alterações no circuito são feitas e salvas em tempo real. Você não tem o botão "Salvar" na tela. Todos os projetos são salvos na sua conta do Tinkercad e podem ser acessados novamente em qualquer dispositivo, bastando para isso realizar o acesso à sua conta.

Vale lembrar que o Tinkercad é uma ótima ferramenta para aprender e experimentar com circuitos eletrônicos, mas não é tão avançado quanto softwares de simulação eletrônica profissionais. No entanto, ele é ideal para iniciantes e para criação rápida de protótipos virtuais.

Componentes eletrônicos - Básico

LED (Diodo Emissor de Luz): 

- A sigla LED é formada pela abreviação das palavras inglesas Light Emitting Diode,  cuja tradução é Diodo Emissor de Luz. 

- O LED é uma fonte de luz "fria" (não se aquece como uma pequena lâmpada  incandescente comum), baseado em princípios semicondutores.  

- Basicamente, o LED é um caminho de mão única para a corrente elétrica (ver figura  abaixo). Quando polarizado em sentido direto (a corrente "passa"), e submetido a uma  diferença de potencial (voltagem) compatível com as características do componente,  ele emite luz. Quando polarizado em sentido inverso a corrente "não passa", o  dispositivo não emite luz. 

- A luz emitida pelo LED pode ser de várias cores (vermelha, amarela, âmbar, verde  etc.) dependendo do material semicondutor empregado no componente e,  principalmente, dependendo da cor do seu encapsulamento de acrílico.  

- O encapsulamento do LED funciona, ao mesmo tempo, como: protetor "físico" para  o componente, difusor da luz emitida e determinador da cor da luz.  

- A figura abaixo mostra o encapsulamento mais comum nos LEDs (redondo):

- O LED é um componente incluído na categoria dos dispositivos opto eletrônicos, ou  seja: que aliam funções ópticas e eletrônicas, manifestando, simultaneamente,  fenômenos luminosos e elétricos e/ou sendo influenciados, no seu comportamento,  por esses dois tipos de fenômenos. 

- A maioria dos LEDs não é facilmente danificada, porém eles têm uma resistência  muito baixa. É fundamental que você utilize um resistor associado a um LED para  garantir que o componente não se danifique. Nas nossas montagens, sempre  utilizaremos um resistor de 220 ohms associado ao LED (independentemente da cor  escolhida para o LED).

- O “lado” onde o resistor será montado é indiferente. Você pode montar o resistor do  lado positivo do LED (anodo) ou do lado negativo (catodo) do LED. O efeito limitador  de corrente será o mesmo, pois os componentes estão montados em série.

Componentes eletrônicos – Básico

Resistores: 

Todos os materiais condutores ou isolantes oferecem alguma oposição à passagem  de corrente, a esta propriedade chamamos de resistência. A facilidade de movimento  dos elétrons em um material depende do tipo de átomo que o compõe. Assim, os  corpos isolantes são pobres em elétrons livres, enquanto os materiais condutores são  ricos em elétrons livres. Diz-se então que os isoladores têm uma resistência muito alta  e os condutores uma resistência muito baixa. Portanto, não há condutor ou isolador  perfeito, pois todos os materiais têm resistência. De modo geral, a resistência é definida  como o grau de oposição que um material oferece à passagem da corrente elétrica. A  resistência é representada pelos símbolos mostrados na figura abaixo: 

Os componentes reais são apresentados a seguir:

Como podemos perceber, os resistores reais apresentam pequenas faixas em seu  corpo. Cada uma dessas faixas representa um código que deve ser interpretado  seguindo-se a tabela de cores abaixo:

Na coluna de multiplicadores, podemos perceber que temos duas abreviações:

- K (“kilo”): que significa x 1 000; 

- M (mega): que significa x 1 000 000. 

Robótica na Escola

Robótica Educacional

Consiste em um objeto virtual ou concreto que pode ser montado e/ou programado para executar funções diversas, de modo a proporcionar, não apenas o aprendizado da programação, mas também de outras áreas do conhecimento. 

Modelos de desenvolvimento

a) Robótica virtual: abrange o desenvolvimento de jogos, simulações (Tinkercad) e atividades gamificadas.

b) Robótica física: abrange kits como Lego, Modelix e plataformas como Arduino.

Robótica na escola

A robótica na escola pode ser utilizada com diferentes objetivos, sempre "conversando" com a proposta pedagógica da escola.

O desenvolvimento de projetos através da robótica permite:

- Criar nos estudantes o senso de trabalho em equipe;

- Trabalhamos o princípio básico de solução de problemas (análise de dados, processamento e resultados);

- Trabalhamos o procedimento de teste de hipóteses, uma das bases do método científico.

A Robótica pode ser conduzida de duas formas distintas na escola:

a) Robótica como fim: insere a tecnologia como uma ciência (componente) a ser ensinada para aprender robótica. Não há necessidade de contextualizar com as outras disciplinas do currículo.

b) Robótica como meio: proposta interdisciplinar. Consegue-se compreender conteúdos de matemática, ciências, geografia, história etc. A robótica para a ser uma ferramenta de ensino (recurso pedagógico).

Pilares da robótica

a) Mecânica;

b) Elétrica;

c) Computação.

Quatro passos para uma aula com robótica

a) Definir o tema a ser trabalhado;

b) Definir o material necessário;

c) Definir os objetivos (o que você quer que o aluno alcance);

d) Dividir e desenvolver as etapas da aula (documentação).

O programa para criar códigos no Arduino

Para criar seus códigos (programação) e colocar seu Arduino para funcionar, é necessário utilizarmos um programa. Este programa chama-se IDE(Integrated Development Environment ou Ambiente de Desenvolvimento Integrado). A IDE permite que você crie seus código livremente em modo de texto e realize a transferência deste código para a placa do Arduíno através de um cabo USB.

A IDE do arduíno é um programa totalmente gratuíto. Para baixá-lo você deve fazer o acesso ao seguinte link:

https://www.arduino.cc/en/software

Basta então clicar na versão desejada e fazer o download.

Importante: frequentemente a versão da IDE é atualizada. Novos recursos são adicionados e alguns erros são corrigidos. O ideal é que você tenha sempre a última versão disponível para uso.

A seguir apresento dois vídeos que tratam do download e da instalação da IDE.

Vamos em frente. Abraços!

Explicando a base de montagem eletrônica - Protoboard

 A protoboard é uma base de montagem para circuitos eletrônicos. Nela encontramos furos que serão preenchidos pelos terminais dos componentes. Observando um esquema elétrico é possível realizar uma montagem eletrônica com componentes reais e realizar testes de funcionamento nos projetos.

O uso de uma protoboard permite a reutilização total dos componentes, ou seja, montamos um projeto, testamos e na sequência desmontamos sem prejuízo de qualquer componente.

A montagem com a protoboard permite que não se utilize solda para interligação dos componentes.

No vídeo a seguir mostro como as conexões elétricas são realizadas na protoboard.