Blocos de circuitos muito utilizados em eletrônica: amplificadores, osciladores, filtros e blocos com diodos.

A eletrônica analógica é formada por blocos de circuitos que servem de ponto de partida para vários projetos. Os sinais nas saídas destes circuitos modulares seguem padrões que ajudam na verificação de defeitos

É como um jogo em que temos disponíveis os blocos iniciais para montar. E depois vamos inserindo peças para interligar os blocos até atingir nosso objetivo.

Na imagem abaixo, os minúsculos blocos de circuitos de um CI. Mesmo que seja para funções digitais, é a eletrônica analógica e a física que estão nestes blocos.

Microeletrônica em blocos de circuitos que formam a eletrônica analógica
Microeletrônica – Blocos microscópicos de circuitos

Quando pegamos, por exemplo, um esquema ou manual de serviço de um aparelho que queremos consertar, podemos reconhecer blocos de circuitos.

Assim, podemos analisar grandezas elétricas, suas magnitudes e formas de ondas dos sinais que são conhecidos nas saídas e em vários pontos do bloco.

O artigo está apenas começando, mas se você já quiser compartilhar esta apresentação geral da eletrônica analógica é só clicar nos links seguintes:

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Circuitos comuns com diodos presentes na eletrônica analógica

Retificador em ponte (de onda completa), com filtro RC

Um retificador de onda completa é um circuito que transforma a corrente alternada (AC) em corrente contínua (DC). Uma das formas de construir é usar um transformador elétrico ou outro gerador de corrente alternada e dois diodos. Todavia, o sistema mais conhecido é o retificador em ponte, que utiliza quatro diodos. – Wikipédia

Simulação de circuitos-retificador em ponte

Na imagem acima, um bloco básico muito comum em fontes de alimentação. Na imagem abaixo, os sinais: sinal senoidal de entrada (laranja); carga e descarga do capacitor do filtro (azul).

Sinais de entrada e saída de uma fonte de alimentação comum da eletrônica analógica.

Circuito grampeador (clamper)

É um circuito que muda o nível DC sem afetar o aspecto da forma de onda. Assim, a forma de entrada que era mostrada em torno do valor zero (simétrica ao eixo horizontal), passa a ser exibida deslocada, para cima ou para baixo em relação ao eixo horizontal. A excursão do sinal, ou seja, o valor pico-a-pico, é mantida.

Simulação de circuitos-Grampeador

Sinal sobre o ramo de saída (D3 e V4):

Simulação de circuitos-sinal deslocado
Sinal deslocado para cima, com sua extensão pico-a-pico mantida.

Circuito ceifador (clipper)

Ceifador, numa definição bem direta, é o circuito que retira parte do sinal de entrada. Assim, por exemplo, ele pode retirar ruídos (baixos níveis de tensão) que estão em torno do nível zero e deixar passar só o sinal de entrada.

Simulação de circuitos-Ceifador
O sinal de entrada é uma onda quadrada (pulso) com +5 V de máximo e -5 V de mínimo.

Sinal na saída

Simulação de circuitos-sinal ceifador
A parte negativa do sinal foi “cortada”. Só aparece o ciclo positivo (+5 Volts).

Blocos de amplificadores que são referência na eletrônica analógica

amplificador-marcas

As configurações abaixo são as mais básicas encontradas na eletrônica analógica. A partir delas, incluímos outros elementos para variar o ganho de tensão (ou corrente), variar a forma do sinal na saída etc.

amplificador-sinal amplificado


Configurações básicas com transistor:

Emissor comum

O termo “emissor comum” se refere ao fato de que o terminal do emissor do transistor (indicado por um símbolo de flecha) é conectado a uma ligação “comum”, tipicamente a referência de 0 Volt ou ao Terra. O terminal do coletor é conectado à carga da saída, e o terminal da base atua como a entrada de sinal.

amplificador-emissor comum

Amplificador-Sinal de entrada e saída-Emissor comum
Sinal de saída (o maior) invertido.

Base comum

A base é conectada ao ponto comum do circuito.

Amplificador base comum-Circuito.

Amplificador base comum-Sinais de entrada e saída

Coletor comum

Possui ganho de tensão muito próximo de 1, o que faz o sinal de saída praticamente a mesma amplitude do sinal de entrada.

É comumente utilizada nos estágios de saída dos amplificadores Classe B e Classe AB. No modo classe A, muitas vezes uma fonte de corrente ativa é utilizada no lugar de RE para melhorar a linearidade ou eficiência.

Amplificador coletor comum-circuito

Amplificador coletor comum-Sinais de entrada e saída

Amplificador diferencial

Um amplificador diferencial é um tipo de eletrônico que multiplica a diferença entre duas entradas por um valor constante (o ganho diferencial). Um amplificador diferencial é o estágio de entrada da maioria dos amplificadores operacionais.

Amplificador diferencial-Circuito

Amplificador operacional

Amp-Op quer dizer amplificador operacional. Ele é um circuito integrado, ou seja, seus blocos de circuitos estão encapsulados.

É um amplificador muito estável e com simples mudanças de componentes externos, como resistores, capacitores e diodos, podemos implementar várias operações lineares. Entenda elemento externo como o componente que conectamos ao terminal (pino) do Amp-Op.

Amplificador Inversor

O sinal de saída aparece invertido em relação à entrada, o que significa dizer que a saída está defasada da entrada em 180° (graus). Sinal de entrada no terminal (-).

Amplificador operacional inversor

Amplificador operacional inversor-Sinais

Amplificador Não-inversor

O sinal de saída está em fase com a entrada, idealmente cortando o eixo “x” nos mesmos “zeros”. Sinal de entrada no terminal (+).

Amplificador operacional não inversor-Circuito

Amplificador não inversor-Sinais


Amplificador Diferencial

Produz uma tensão de saída proporcional à diferença entre as duas tensões de entrada.

ampificador diferencial-circuito

Amplificador Somador

Nesse amplificador podemos conectar vários sinais de entrada. A tensão de saída será proporcional à soma linear dessas tensões.

Amplificador somador-Circuito

Amplificador somador-Sinais de entrada e saída

Amplificador de potência

O objetivo desse amplificador é fornecer uma potência significativa à carga, ao que ligamos nele. Queremos o mínimo de distorção e o máximo de rendimento.

O sinal na saída deve ser uma representação fiel do sinal de entrada. Temos várias classes de amplificadores de potência, como: A, B, AB e D.

Essa classificação em classes é feita em função da posição (no gráfico de excursão do sinal) do ponto de operação ou funcionamento do circuito. É a posição do ponto que vai determinar se o sinal vai sair cortado ou saturado.

Amplificador de potência-Excursão do sinal

Amplificador-Corte-Saturação

Filtros básicos na eletrônica analógica

Respostas real e ideal de filtro:simulação de circuitos-resposta ideal

Veja na imagem ao lado que ao alcançar a frequência de corte (fc) o ganho do sinal vai a zero em fc sem que nenhuma outra frequência apresente algum ganho. Esta é a situação ideal.

De cima para baixo na imagem ao lado, os filtros ideais classificam-se em:

  • Passa-baixa
  • Passa-alta
  • Passa-faixa
  • Rejeita-faixa

Fc é frequência de corte.

Na vida real, as frequências fora da faixa de corte do filtro ainda estão lá com algum valor de amplitude. Essas frequências podem exercer alguma influência na atuação do circuito.

Simulação de circuitos-passa baixa

Passa-baixa

 

Filtro passa-baixa: nesse filtro, como pode ser viso no gráfico acima, de resposta em frequência, considera-se que o sinal começa a receber uma atenuação a partir da chamada frequência de corte (cutoff), em 1 rad/s.


simulação de circuitos-passa alta

Filtro passa-alta: as frequências abaixo da frequência de corte são atenuadas  (amplitude reduzida). É o oposto do que ocorre no passa baixa. Os sinais de altas frequências são “liberados” para passar até a saída do circuito.

 


simulação de circuitos-passa faixaFiltro passa-faixa: existem duas frequências de corte que vão determinar o intervalo de frequências em que o sinal vai “passar”. Na situação ideal, frequências fora desse intervalo seriam totalmente eliminadas.


simulação de circuitos-rejeita faixaFiltro rejeita-faixa: ocorre o oposto do anterior: só vão ter caminho aberto até a saída as frequências que estiverem fora do intervalo citado antes.

 


Alguns dos principais osciladores da eletrônica analógica

amplificador-oscilador-crista de quartzo
Cristal de quartzo utilizado em osciladores.

Sempre que precisarmos de uma forma de onda determinada, numa certa frequência, podemos usar um oscilador para gerar a onda desejada.

Existem muitas configurações de osciladores. Ele pode receber o nome de seu criador ou ter seu nome de acordo com a arquitetura do circuito.

São elementos críticos em um projeto, porque podem produzir sinais com diversas frequências e formas de onda.

 


Oscilador de relaxação: para frequências baixas, a forma de onda é a “dente de serra”, como mostrado abaixo. Nesse exemplo da lâmpada neon, a frequência fica em algumas dezenas de quilohertz.

Oscilador Hartley: o sinal é senoidal. Tem sua frequência de operação variando de algumas dezenas a mais de 30 MHz (mega Hertz).


Oscilador Colpitts: o sinal também é senoidal e a faixa de variação de frequência fica entre algumas centenas de Hertz até mais de 30 MHz.


Oscilador por Ponte de Wien: gera sinais senoidais de baixas frequências (alguns megahertz).


Oscilador por deslocamento de fase: usado em geração de sinais de áudio e geração de efeitos em pedais e sirenes, por exemplo. Os sinais gerados são senóides e a frequência varia de alguns hertz a dezenas de quilohertz


Multivibrador astável: gera sinais retangulares e assim é largamente utilizado em aplicações de eletrônica digital.


Simulação de circuitos

Simular um circuito é uma etapa obrigatória em qualquer projeto, seja da eletrônica analógica, digital ou industrial. Assim, evitamos perder tempo montando e desmontando circuitos.

Além do tempo, podemos modificar componentes eletrônicos em função do quanto queremos investir em dinheiro. Desta forma, testamos diversas configurações de circuitos enquanto olhamos os preços nas lojas online, tudo ao mesmo momento.

Atualmente temos alguns programas muito bons, mesmo nas versões de demonstração. Isso facilita bastante e transforma a simulação de circuitos em um hobby. Então porquê não fazer algo tão legal, que ainda vai ajudar a economizar tempo e dinheiro?!Simulação de circuitos

Aproximar simulação e realidade

Nos melhores simuladores você encontra opções de configuração de parâmetros para tornar o comportamento do componente mais próximo do seu comportamento real. Veja esses exemplos para o resistor:

Amplificador-tolerância-resistor
Escolher a tolerância do resistor.
Amplificador-temperatura
Ajustes de temperatura.
Amplificador-falha-simulação
Opções para simular falha no componente, como curto-circuito (short), aberto (open), alteração no valor (leakage).

Mesmo assim, é importante destacar que por mais próximo que você consiga deixar sua simulação da vida real, com todas as configurações, ela não substitui o funcionamento em condições reais do ambiente em que o circuito será usado.

Conclusão: você pode saber a base da eletrônica analógica ao dominar estes blocos.

amplificador-sala-estúdio de música

Foram apresentados alguns conceitos, sinais e blocos de circuitos muito utilizados na eletrônica analógica. Especificamente sobre amplificador, oscilador, filtros e diodos, mas um indutor também poderá ser utilizado.

Com essas ideias iniciais dá para começar a entender vários conceitos de circuitos bem elaborados e até dos mais complexos. A partir dessas informações você poderá pesquisar mais e aprofundar seus estudos.

Um projetista pode calcular e otimizar um projeto para adaptar qualquer circuito que vimos para a aplicação que desejar. Unir esta otimização à versatilidade do arduíno pode dar grandes resultados práticos.