Eletrônicos

A eletrônica é o estudo de como controlar o fluxo de elétrons. Trata de circuitos compostos de componentes que controlam o fluxo de eletricidade. A eletrônica é uma parte da física e da engenharia elétrica.

Componentes elétricos como transistores e relés podem atuar como interruptores. Isto nos permite utilizar circuitos elétricos para processar informações e transmitir informações através de longas distâncias. Os circuitos também podem pegar um sinal fraco (como um sussurro) e amplificá-lo (torná-lo mais alto).

A maioria dos sistemas eletrônicos se enquadra em duas categorias:

  • Processamento e distribuição de informações. Estes são chamados de sistemas de comunicação.
  • Conversão e distribuição de energia. Estes são chamados de sistemas de controle.

Uma maneira de olhar para um sistema eletrônico é separá-lo em três partes:

  1. Entradas - Sensores elétricos ou mecânicos, que captam sinais do mundo físico (na forma de temperatura, pressão, etc.) e os convertem em sinais elétricos de corrente e tensão.
  2. Circuitos de processamento de sinais - Estes consistem em componentes eletrônicos conectados entre si para manipular, interpretar e transformar as informações contidas nos sinais.
  3. Saídas - Atuadores ou outros dispositivos que transformam sinais de corrente e tensão de volta em informações legíveis para humanos.

Um aparelho de televisão, por exemplo, tem como entrada um sinal de transmissão recebido de uma antena, ou para a televisão a cabo, um cabo.

Os circuitos de processamento de sinais dentro do aparelho de televisão utilizam o brilho, a cor e as informações sonoras contidas no sinal recebido para controlar os dispositivos de saída do aparelho de televisão. O dispositivo de saída do display pode ser um tubo de raios catódicos (CRT) ou uma tela de exibição de plasma ou cristal líquido. O dispositivo de saída de áudio pode ser um alto-falante de áudio acionado magneticamente. Os dispositivos de saída do monitor convertem o brilho dos circuitos de processamento de sinal e as informações de cor na imagem visível exibida em uma tela. O dispositivo de saída de áudio converte as informações sonoras processadas em sons que podem ser ouvidos pelos ouvintes.

A análise de um circuito/rede envolve conhecer a entrada e o circuito de processamento de sinal, e descobrir a saída. Conhecer a entrada e a saída e descobrir ou projetar a parte de processamento de sinal é chamado de síntese.

Uma placa de circuito impresso.Zoom
Uma placa de circuito impresso.

História

As pessoas começaram a fazer experiências com eletricidade já em 600 A.C.E., quando Thales of Miletus descobriu que esfregar o pêlo no âmbar faria com que eles se atraíssem uns aos outros.

A partir do século XIX, os dispositivos usavam tubos de vidro ou metal a vácuo para controlar o fluxo de eletricidade. Com estes componentes, uma baixa tensão de energia pode ser usada para mudar outra. Isto revolucionou o rádio, e permitiu outras invenções.

Nos anos 60 e início dos anos 70, os transistores e semicondutores começaram a substituir os tubos de vácuo. Os transístores podem ser feitos muito menores que os tubos de vácuo e podem trabalhar usando menos energia.

Ao mesmo tempo, circuitos integrados (circuitos que têm um grande número de transístores muito pequenos colocados em fatias muito finas de silício) tornaram-se comumente usados. Os circuitos integrados tornaram possível reduzir o número de peças necessárias para fazer produtos eletrônicos e tornaram os produtos muito mais baratos em geral.

Circuitos analógicos

Circuitos analógicos são usados para sinais que têm uma gama de amplitudes. Em geral, os circuitos analógicos medem ou controlam a amplitude dos sinais. Nos primeiros tempos da eletrônica, todos os dispositivos eletrônicos usavam circuitos analógicos. A freqüência do circuito analógico é freqüentemente medida ou controlada no processamento de sinais analógicos. Mesmo que mais circuitos digitais sejam feitos, circuitos analógicos serão sempre necessários, já que o mundo e seu pessoal trabalham de forma analógica.

Circuitos de pulso

Os circuitos de pulso são usados para sinais que requerem pulsos rápidos de energia. Por exemplo, aeronaves e equipamentos de radar no solo funcionam usando circuitos de pulso para criar e enviar descargas de energia de rádio de transmissores de radar de alta potência. Antenas especiais (chamadas antenas "beam" ou "dish" devido à sua forma) são usadas para enviar ("transmitir") as rajadas de alta potência na direção em que o feixe ou antena parabólica é apontado.

Os pulsos do transmissor de radar ou as explosões de energia de rádio atingem e ricocheteiam (são "refletidos") de objetos duros e metálicos. Objetos duros são coisas como edifícios, colinas e montanhas. Objetos metálicos são qualquer coisa feita de metal, como aeronaves, pontes, ou mesmo objetos no espaço, como satélites. A energia refletida do radar é detectada por receptores de pulso de radar que usam circuitos de pulso e digitais juntos. Os circuitos de pulso e digitais nos receptores de pulso de radar são usados para mostrar a localização e distância de objetos que refletiram os pulsos de alta potência do transmissor de radar.

Controlando com que freqüência os pulsos rápidos de energia de radar são enviados por um transmissor de radar (chamado de "tempo de pulso" do transmissor), e quanto tempo leva para que a energia de pulso refletida volte ao receptor de radar, pode-se dizer não apenas onde os objetos estão, mas também a que distância eles estão. Circuitos digitais em um receptor de radar calculam a distância até um objeto, conhecendo o intervalo de tempo entre os pulsos de energia. Os circuitos digitais do receptor de radar contam quanto tempo leva entre pulsos para que a energia refletida de um objeto seja detectada pelo receptor do radar. Como os pulsos do radar são enviados e recebidos aproximadamente à velocidade da luz, a distância até um objeto pode ser facilmente calculada. Isto é feito em circuitos digitais multiplicando a velocidade da luz pelo tempo que leva para receber a energia de radar refletida de volta de um objeto.

O tempo entre pulsos (freqüentemente chamado de "tempo de freqüência de pulso", ou PRT) estabelece o limite de distância a que um objeto pode ser detectado. Essa distância é chamada de "alcance" de um transmissor e receptor de radar. Os transmissores e receptores de radar usam PRT's longos para encontrar a distância a objetos que estão distantes. Os PRT's longos permitem determinar com precisão a distância até a lua, por exemplo. Os PRT's rápidos são usados para detectar objetos que estão muito mais próximos, como navios no mar, aeronaves de alto vôo, ou para determinar a velocidade de automóveis de movimento rápido em rodovias.

Circuitos digitais

Os circuitos digitais são usados para sinais que só ligam e desligam, em vez de trabalhar freqüentemente em níveis entre ligado e desligado. Os componentes ativos nos circuitos digitais normalmente têm um nível de sinal quando ligados, e outro nível de sinal quando desligados. Em geral, nos circuitos digitais, um componente só é ligado e desligado.

Computadores e relógios eletrônicos são exemplos de dispositivos eletrônicos que são compostos, em sua maioria, por circuitos digitais.

Blocos básicos:

Dispositivos complexos:

Diagrama de uma meia víbora, um circuito digitalZoom
Diagrama de uma meia víbora, um circuito digital

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Perguntas e Respostas

P: O que é eletrônica?


R: Eletrônica é o estudo da eletricidade (o fluxo de elétrons) e como usá-la para construir coisas como computadores. Ele usa circuitos feitos com componentes e fios de conexão para fazer coisas úteis.

P: Que ciência está por trás da eletrônica?


R: A ciência por trás da eletrônica vem do estudo da física e é aplicada de maneira real através do campo da engenharia elétrica.

P: Quais são alguns exemplos de componentes eletrônicos?


R: Exemplos de componentes eletrônicos incluem transistores, fusíveis, disjuntores, baterias, motores, transformadores, LEDs e lâmpadas.

P: Como um sistema eletrônico pode ser decomposto em peças?


R: Um sistema eletrônico pode ser decomposto em três partes - entradas, circuitos de processamento de sinais e saídas. As entradas são sensores elétricos ou mecânicos que recebem sinais do mundo físico e os convertem em sinais elétricos de corrente e tensão. Os circuitos de processamento de sinais consistem em componentes eletrônicos conectados entre si para manipular, interpretar e transformar as informações contidas nos sinais. As saídas são atuadores ou outros dispositivos que transformam sinais de corrente e voltagem em informação legível para o ser humano.

P: Como funciona um aparelho de televisão?


R: Um aparelho de televisão tem como entrada um sinal de transmissão recebido de uma antena ou cabo para televisão a cabo. Circuitos de processamento de sinais dentro do aparelho de televisão usam o brilho, cor e informação sonora contida no sinal recebido para controlar seus dispositivos de saída tais como um tubo de raios catódicos (CRT), tela de plasma ou cristal líquido para dispositivo de saída de tela; alto-falante de áudio acionado magneticamente para dispositivo de saída de áudio; etc., que convertem esses sinais em imagens visíveis exibidas em uma tela ou sons ouvidos pelos ouvintes, respectivamente.

P: O que é análise de um circuito/rede?


R: A análise de um circuito/rede envolve conhecer tanto seu circuito de entrada quanto seu circuito de processamento de sinais, a fim de descobrir qual será sua saída.

P: O que é síntese quando se trata de eletrônica?


R: Síntese envolve conhecer tanto a entrada quanto a saída e depois descobrir ou projetar que tipo de peça de processamento de sinal será necessária para que tudo funcione corretamente em conjunto.

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