Construção de protótipos de circuitos electrónicos

Dep. Engª Electrotécnica

Escola Superior de Tecnologia de Viseu

Miguel Lima

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Objectivos

• Montagem de circuitos electrónicos em placas brancas (Breadboards )

• Prática com a tecnologia wire wrapping

• Soldadura (e desoldadura) de componentes

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Placas brancas

• A montagem dos circuitos electrónicos em placas brancas (breadboards , placa universal no Brasil) permite criar um protótipo de um circuito electrónico

• Normalmente os orifícios das placas têm uma numeração para facilitar a sua referência

• Os componentes montam-se sem recorrer a soldaduras

Exemplo de placa

Linhas de alimentação

Área para colocação dos componentes

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Placas brancas

• Alguns fabricantes possuem placas com terminais de alimentação incorporados

• As placas podem estar montadas em suportes

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Placas brancas

Conjunto de fios necessário para a interligação dos

componentes

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Exemplos de montagens em placas brancas

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f

LED

I

VVR

• VLED tipicamente 1.8 - 3.3 V (depende da cor do LED, e aumenta com o espectro da cor: 1.8=vermelho, 3.3=azul)

• If é uma característica fornecida pelo fabricante (correntes de 2 a 20 mA são comuns)

Placas brancas: montagem de um circuitoExemplo 1 Exemplo 2

9V

4.5V?

• Após conceber e montar o circuito, caso a tensão de saída não seja exactamente 4.5V, qual a explicação que dá para tal facto?

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http://www.robotroom.com/Pumpkin2.html

Placas brancas: montagem de um circuito (cont.)

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Placas brancas: o que não se deve fazer

Exemplo 1

Exemplo2: Circuito complexo com potenciais problemas nas ligações

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Breadboard_complex.jpg

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Placas brancas: Limitações• Elevadas capacidades parasitas ( cerca de 2-25pF por ponto de

contacto)

• Elevada inductâncias de algumas ligações

• Devido às limitações anteriores, normalmente as placas brancas são utilizadas em circuitos que operam em baixas frequências, tipicamente abaixo de 10 Mhz

• A resistência de contacto relativamnte elevada pode também ser um problema para circuitos a DC (corrente continua) e a operarem a baixas frequências

• Estão limitadas a niveis de tensão e correntes relativamente pequenas

• Normalmente, não suportam a tecnologia SMD ( Surface Mount Technology) ou componentes com afastamento de pinos diferentes de 0.1" (2.54 mm). Por vezes, utilizam-se pequenos adaptadores em placas de circuito impresso para montar este tipo de componentes

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Placas brancas: Alternativas

• Placas de pistas paralelas (stripboard)

• Placas perfuradas (perfboard)

• Tecnologia wire wrapping

• Placas de circuito impresso

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Placas brancas: Tecnologia antiga

http://tangentsoft.net/elec/breadboard.html

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Stripboards

• A Stripboard é uma placa que possui pistas paralelas de cobre num dos lados

• As pistas estão separadas de 0.1" (2.54mm) e nelas existem furos espaçados de 0.1" (2.54mm)

• As Stripboard permitem realizar circuitos permanentes utilizando soldadura.

• São úteis para fabricar pequenos circuitos com um ou dois circuitos integrados

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Placa perfurada

• Trata-se de uma placa perfurada com espaçamentos de 0.1" (2.54mm)

• Podem usar-se para protótipos com componentes soldados

http://www.driveev.com/jeepev/convpgs/ledlighting.php

Lado das soldaduras Lado dos componentes

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Wire wrapping

• Esta tecnologia foi inventada em 1952

• Utiliza-se placas perfuradas

• Os terminais onde o fio é enrolado devem possuir arestas

• Os componentes electrónicos são colocados normalmente em suportes com terminais maquinados

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Wire wrapping: ferramentas

Ferramenta manual para wire wrapping (enrolar o fio), para descarnar o fio e para desfazer ligações (desenrolar o fio).

http://en.wikipedia.org/wiki/Wire_wrap

Pistola

Ferramenta para descarnar o fio

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Wrapping End Unwrapping End

Hole for Wire

Hole for Pin

Slot for Wire

Wire Stripper

Wire wrapping: ferramentas manual

•A ferramenta possui num dos extremos dois orifícios. Num orifício insere-se o fio descarnado. O outro orifício central serve para inserir a ferramenta no terminal.

•No centro da ferramenta situa-se o descarnador

•O outro extremo permite desfazer as ligações (desenrolar o fio)

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Wire wrapping: exemplos

Esta tecnologia utiliza-se também nos serviços telefónicos e na aviação

Exemplo de placa electrónica que utiliza a tecnologia wire wrapping (lado oposto aos componentes)

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Wire wrapping: passos para realizar as ligações

Inserir o fio descarnado no orifício da ferramenta

Prender o fio na ferramenta

Inserir o orifício central da ferramenta no terminal e rodar a ferramenta suavemente de modo que o fio se enrole no terminal. Deve ser mantida uma tensão mecânica do fio durante esta operação

Ligação resultante

2020

Fio descarnado

Inserção do fio descarnado na ferramenta

Wire wrapping: passos para realizar as ligações (cont.)

http://blog.makezine.com/archive/2009/07/lost_knowledge_wire_wrapping.html

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Ligação wire wrapping resultante

•7 a 9 voltas de fio descarnado em torno do terminal

•Um terminal permite até 3 ligações wire wrapping

Colocação da ferramenta com o fio descarnado na placa

•A ferramenta é rodada suavemente de modo que o fio se enrole no terminal

Wire wrapping: passos para realizar as ligações (cont.)

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Wire wrapping: tipos de ligações

Ligação wire wrapping normal

Ligação wire wrapping modificada

•A primeira volta e meia adicional faz-se com o fio isolado, permitindo que a ligação responda melhor às vibrações mecânicas e reduza a possibilidade do fio se partir

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Wire wrapping: escolha dos terminais

Selecção dos terminais

•O terminal deve ter pelo menos duas arestas, como se mostra na figura

•Podem, por isso, utilizar-se suportes de circuitos integrados e réguas com terminais maquinados

Efeito da aresta na ligação

•O fio ao curvar junto da aresta do terminal faz com que a oxidação do fio e do terminal “estale” e se faça um contacto entre metais livre de oxidações.

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Wire wrapping: problemas comuns

Se ao rodar a ferramenta esta for demasiado pressionada resulta uma ligação sobreposta

A colocação de pouco fio descarnado no orifício da ferramenta resulta numa ligação com um número insuficiente de voltas

A remoção rápida da ferramenta resulta em ligações em “espiral” ou num número insuficiente de voltas

A secção do fio, do terminal e da ferramenta devem ser adequadas, caso contrário pode resultar numa ligação defeituosa. De modo a garantir uma boa ligação entre o fio e o terminal , as voltas do fio não devem ser circulares

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Wire wrapping: Ligações múltiplas

As ligações múltiplas podem fazer-se de acordo com a figura A ou B. No entanto, em caso de engano, é preferível a situação B, pois têm que se desfazer um número menor de ligações.

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Wire wrapping versus placa de circuito impresso (PCI)

• A tecnologia wire wrapping utiliza fios enrolados nos terminais dos suportes dos componentes

• Nas PCIs os componentes são soldados às pistas de cobre

• As PCIs requerem tempo apreciável de preparação e montagem

• Wire wrapping é adequado para a produção rápida de protótipos que são facilmente alteráveis

• As PCIs são uma alternativa para a produção de pequenas séries ou a produção em série

• Na tecnologia wire wrapping, os terminais funcionam como antenas que transmitem e recebem sinais que podem interferir com o funcionamento do circuito especialmente quando se utilizam frequências elevadas