Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

62
Curso de Eletrônica Foco em Eletrônica digital para uso da Plataforma Arduino

description

Arquivo de um curso de eletrônica apresentado no Hackerspace de Uberlândia em Minas Gerais. Triângulo Hackerspace.

Transcript of Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

Page 1: Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

Curso de Eletrônica

Foco em Eletrônica digital para

uso da Plataforma Arduino

Page 2: Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

REPRESENTAÇÃO DE NÚMEROS EM POTENCIA DE DEZ

Massa de um elétron (Me)

Me=0,00000000000000000000000000091g !!!!!!!!!!!

Múltiplos de 10

10 101

100 102

1000 103

10000 104

100000 105

1000000 106

Sub Múltiplos de 10

1 100

0,1 1/10 1/101 10-1

0,01 1/100 1/102 10-2

0,001 1/1000 1/103 10-3

0,0001 1/10000 1/104 10-4

0,00001 1/100000 1/105 10-5

Números muito grandes ou números muito pequenos

Mt=6000000000000000000000000 Kg!!!!!!!

Massa da terra (Mt)

Page 3: Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

MULTIPLICAÇÃO E DIVISÃO

Exemplos

1000x10000=103x104=107

105 x10−2 x103

103 x103=

105+(−2 )+3

103+3=

106

106=106−6=100=1

Page 4: Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

OPERAÇÃO COM NUMEROS QUAISQUER

Exemplos

250.000 x 20.000 = 25 x104 x 2 x104 = 50x108

0,0093. 000

=9x10−3

3x103= 9

3x10−3 x 10−3=3x10−6

ou

5x109

Page 5: Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

PREFIXOS NUMÉRICOS

Tera (T) = 1012

Giga (G) = 109

Mega (M) = 106

Kilo (k) = 103

Mili (m) = 10-3

Micro (µ) = 10-6

Nano (n) = 10-9

Pico (p) = 10-12

Page 6: Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

Conceitos Básicos

ELETRICIDADE >> Tipo de energia que pode ser gerada em um lugar e usada em outro

Tipos de Geradores de Eletricidade

Eletromecânicos: Convertem a energia mecânica em energia elétrica. Ex: Dinamo

Eletroquímicos: convertem energia química em elétrica: Ex: bateria

Solar: converte energia solar em elétrica.Ex: célula solar

Page 7: Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

Baterias de Carro

Dínamo de Bicicleta

Símbolo Gerador de Tensão Continua

ExemplosBateria Portátil Pilha

Painel Solar

Page 8: Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

PARA ENERGIA ELÉTRICA FLUIR >>> CONDUTOR

Condutores: são substancias que permitem a passagem de uma corrente elétrica pois possuem portadores de cargas LIVRES.Ex: todos os metais, água +sal, gás no interior de lâmpada fluorescente, etc.

Corrente elétrica: movimentação ordenada de cargas elétricas.

Isolantes: não permitem a passagem de uma corrente elétrica pois não possuem portadores de cargas livres.Ex: Borrachas, madeira, fenolite,vidro, porcelana, papel, ar, agua (pura)

Page 9: Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

- Elétrons tem carga negativa (qe)

Prótons tem carga positiva( qp)

Nêutrons não tem carga elétrica

Átomos – Moléculas – Elétron

Page 10: Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

Cargas de tipos diferentes se atraemCargas de mesmo tipo se repelem

- - -

A unidade de carga elétrica é o Coulomb (C)

A carga de 1 elétron vale qe= -1,6.10-19C

A carga de 1 próton vale qp= +1,6.10-19C

qe+qp=0

Propriedades das Cargas Elétricas

Page 11: Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

Átomo neutro

Número de elétrons = Número de prótons

Átomo Ionizado Positivamente

Número de elétrons < Número de prótons

Número de elétrons > Número de prótons

Átomo Ionizado Negativamente

Page 12: Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

Carga Elétrica Elementar

qe= carga de um elétron

Corpo neutro

Adicionando 1 elétron

A carga do corpo é Q=qe=-1,6x10-19C

Adicionando 2 elétronCorpo neutro

A carga do corpo é Q=2.qe=-2x1,6x10-19C

Page 13: Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

Adicionando n elétrons

A carga do corpo é Q=n.qe

Neutro

E NEGATIVA !!!!!

GENERICAMENTE

Se ao invés de adicionar elétrons ao corpo neutro, elétrons são retiradosO corpo fica POSITIVO

Page 14: Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

Corpo neutro

Retirando 1 elétron

A carga do corpo é Q=qp

Retirando 2 elétronsCorpo neutro

A carga do corpo é Q=2.qp

CORPO NEGATIVO

Page 15: Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

Retirando n elétrons

A carga do corpo é Q=n.qp

Neutro

E POSITIVA !!!!!

GENERICAMENTE

Page 16: Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

POTENCIAL ELETRICO

CORPO CARREGADO >>>>> POTENCIAL ELETRICO>>Energia Armazenada

CORPO A

POTENCIAL VA (POSITIVO)

POTENCIAL VB (NEGATIVO)

CORPO B

UNIDADE: VOLT (V)

Page 17: Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

DIFERENÇA DE POTENCIAL ELETRICO D.D.P OU TENSÃO ELETRICA

A B

VA=+20V VB=-10V

D.D.P=VA-VB=20 – (-10)=30V

VA=20V

VB=-10V

0V 0V

Page 18: Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

Se existe D.D.P entre dois pontos >>>>>> fluxo de elétrons (corrente elétrica)

A B

VA’>VB

VA>VB

VA=VB=0

VA’>VB

Page 19: Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

Tensão Elétrica – Analogia Hidráulica

O desnível causa a corrente de água, na eletricidade o desnível elétrico ou tensão elétrica ou Diferença de Potencial (DDP) causa a corrente elétrica

Page 20: Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

NOVAMENTE !!!

A unidade de tensão elétrica (diferença de potencial) é chamada de VOLT(V)

Para a existir corrente elétrica entre dois pontos deve existir entre esses dois pontos TENSÃO ELETRICA OU DIFERENÇA DE POTENCIAL ELETRICO (DDP)

E o instrumento usado para medir tensão elétrica é chamado de VOLTIMETRO

O dispositivo que gera DDP entre dois pontos é chamado de gerador de tensão. Ex: Bateria, pilha

Page 21: Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

Submúltiplo

1milivolt=10-3V=1mV

1microvolt=10-6V=1uV

1nanovolt=10-9V=1nV

Multiplos e Submúltiplos do Volt

Desta forma escrevemos que a tensão vale:

U=0,005V ou U=5mV

U=1200V ou U=1,2kVU=12V ou V=12V

Múltiplo

1Kilovolt=103V=1kV

1Megavolt=106V=1MV

1Gigavolt=109V=1GV

Page 22: Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

Condutores Metálicos

Elétron Livre>> Elétrons da última camada não estão presos ao núcleo

Nuvem eletrônica

Page 23: Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

Movimento desordenado dos elétrons livres devido agitação térmica (não é corrente

elétrica)

Movimento ordenado de elétrons livres (corrente elétrica)

-

-

-

-

-

-

+

+

+

+

+

+

Tensão aplicada ao condutor

Page 24: Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

Isolantes

Ex: borracha, vidro, papel, água pura, plásticos em geral, fenolite, porcelana.......

São usados para controlar o fluxo de energia elétrica e isolar

Chave Aberta Chave Fechada

não tem portadores de carga livre

Os isolantes não deixam passar uma corrente elétrica

Page 25: Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

DDP Aplicada a um Condutor Metálico

Íon positivo

(fixo)

Condutor metálico que liga

pólo positivo ao pólo negativo

Elétrons se movimentando

do pólo negativo para o

positivo

Bateria que gera a

DDP

Page 26: Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

Intensidade de Corrente

Sentido convencional

Sentido Real

I

I= Intensidade Média de corrente elétrica= Q

t

Q= quantidade de carga em Coulombs (C)

t = tempo (s) para que passe ΔQ Coulombs

A unidade de intensidade de corrente elétrica é o.....................

Page 27: Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

O INSTRUMENTO USADO PARA MEDIR INTENSIDADE DE

CORRENTE ELÉTRICA É O......................

1A = 1C/s = 6,25.1018 elétrons/s então......... 2C/s = 2A

Page 28: Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

Amperímetro

Um amperímetro deve ser ligado em

SERIE com o circuito

Multímetro usado como

AMPERIMETRO

Page 29: Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

Submúltiplo Múltiplo

1miliampere=10-3A=1mA 1Kiloampere=103A=1kA

1microampere=10-6A=1A 1Megaampere=106A=1MA

1nanoampere=10-9A=1nA 1Gigaampere=109A=1GA

Multiplos e Submultiplos do Ampere

Desta forma escrevemos que a corrente vale:

I=0,005A ou I=5mA

I=1200A ou I=1,2kA

I=2A

Page 30: Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

CIRCUITO DESENERGIZADO CIRCUITO ENERGIZADO

CIRCUITO ELÉTRICO

É o caminho percorrido pelos elétrons

Page 31: Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

Corrente Elétrica – Sentido Real

Page 32: Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

Corrente Elétrica – Sentido Convencional

Page 33: Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

GERADORFIO CONDUTOR

AMPERIMETRO

RECEPTOR

VOLTIMETRO

Page 34: Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

Bipolos – Convenção de Polaridade

Bipolo: Dispositivo elétrico com dois terminais acessiveis

Bipolo Gerador: Converte algum tipo de energia em energia elétrica

Energia

Não

Elétrica

Energia

Elétrica

Ex: Bateria

Bipolo Receptor: Converte energia elétrica em outro tipo de energia

Energia

Elétrica

Energia

Não

Elétrica

Ex: Lâmpada

I

U

+

-

U

I +

-

Page 35: Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

CIRCUITO ELÉTRICO

I

U

+

-

U

I

+

-

No mínimo: 1 gerador e 1 receptor eventualmente elemento controlador (Chave)

Page 36: Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

Primeira Lei de OHM

I=1A

U=5V

I=2A

U=10V

I=3A

U=15V

5V

1A

=5V/A

10V

2A

=5V/A

15V

3A

=5V/A

Conclusão Importante..............................

Page 37: Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

U

I

=constante=R

R é a resistência elétrica do condutor

E a sua unidade é o Ohm(Ω)

Desta forma escrevemos que a resistencia de um condutor vale....

R=5V/A ou R=5Ω

U=R.I I=

U

R

Page 38: Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

Condutância Elétrica (G)

G=

1

R

A unidade de condutância é o Siemens (S)

Desta forma se R=5Ω G= 1

5

= 0,2 S

Page 39: Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

Resistores

São componentes que apresentam um valor padronizado de resistência

Material Usado: Carvão e Metal que são materiais ohmicos

1º Algarismo Significativo (A)

2º Algarismo Significativo (B)

Multiplicador (C)

Tolerância (D)

Simbologia

ABNT

Alternativo

Base de porcelana

Page 40: Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

Resistor de película de carbono

Este componente é fabricado pela deposição em vácuo de uma fina película de

carbono cristalino e puro sobre um bastão cerâmico, para resistores de valor

elevado , o valor é ajustado pela abertura de um suco espiralado sobre sua superfície.

Page 41: Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

Tabela de Código de Cores

Código de Cores

Cor 1ºA.S(A) 2ºA.S(B) Multiplicador (C) Tolerância (D)

nenhuma - - - 20%

Prata - - 10-2 10%

Ouro - - 10-1 5%

Preto - 0 100

Marrom 1 1 101 1%

Vermelho 2 2 102 2%

Laranja 3 3 103

Amarelo 4 4 104

Verde 5 5 105

Azul 6 6 106

Violeta 7 7 107

Cinza 8 8 108

Branco 9 9 109

Page 42: Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

Exemplo

A=2 B=2C=2 D=± 10%

2200Ω1980Ω 2420Ω

Valor Nominal = 2200Ω ou 2k2

R= 2 2 00 ± 10%

Valor Nominal Tolerância

Page 43: Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

R=10x103Ω R=10k

R=47x100Ω R=47Ω

R=39x10-2Ω R=0,39Ω

R=27x101Ω R=270Ω

Page 44: Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

L2

S

L1

S

R1>R2

R~K1.L

A RESISTÊNCIA DE UM CONDUTOR DEPENDE DAS SUAS DIMENSÕES E DO MATERIAL DE QUE É

FEITO

Segunda Lei de OHM

Page 45: Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

Segunda Lei de OHM

L

S2

R1<R2

L

S1

R~K2

S

Page 46: Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

Segunda Lei de OHM

RPRATA

< RFERRO

R~ depende do material

L

Sprata

L

Sferro

Page 47: Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

L

s

R = ρ.L

S

ρ é a resistividade do material expressa em:

Ω.m Ω.mm2

m

ou

L é o comprimento em metros (m)

S é a area da secção transversal em m2 ou mm2

Segunda Lei de OHM - Generalizando

ρ = Rô

Page 48: Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

Exemplo

R: São dados L=300m, D=2mm portanto o raio R=1mm e a área da secção poderá ser calculada

Um condutor de alumínio tem 300m de comprimento e 2mm de diâmetro. Calcule a sua resistência elétrica.

300m 2mm

Material .m) mm2/m)

Alumínio 2,8x10-8 2,8x10-2

Cobre 1,7x10-8 1,7x10-2

Prata 1,6x10-8 1,6x10-2

S = π.R2 = 3,14.(1mm)2 = 3,14 mm2 = 3,14.10-6 m2

Page 49: Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

1. Considerando a resistividade expressa em (Ω.m)

Soluções

2. Considerando a resistividade expressa

em (Ω.mm2)/m)

Atenção para não misturar unidades!!

R=2,8. 10−8%OMEGA .m . 300m3,14 . 10−6m2

=2,67%OMEGA

R=2,8. 10−2%OMEGA .mm2

m.300 m

3,14 mm2=2,67%OMEGA

Page 50: Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

Condutividade (σ)

É o inverso da resistividade:

σ=1ρ

Unidade:

[σ ]=(%OMEGA . m )−1

σ=sigma

Page 51: Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

Variação da Resistência com a Temperatura

A resistência varia com a temperatura

Rf é a resistência do condutor na temperatura θF

(final)

Ri é a resistência do condutor na temperatura θi (inicial)

pois a resistividade varia com a temperatura

Os metais seguem aproximadamente a lei

Δθ = θF - θi é a variação da temperatura

α coeficiente de temperatura

Se α>0 Aumentando temperatura

R DiminuiSe α<0 Aumentando temperatura

R Aumenta

θ = Teta

Page 52: Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

Resistores Especiais

Potenciômetros: São resistores cuja resistência pode variar

Simbologia

ABNT alternativo

Principio Funcionamento

RAB

é fixa RAC

é variável RCB

é variável

RAC

+ RCB

= RAB

A

C

B

Terminal fixo

Terminal fixo

Cursor

LAB

é fixo LAC

é variável LCB

é variável

R=ρ.LS

Page 53: Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

Termistores: São resistores usados como sensores de temperatura.

Resistores Especiais

Se α > 0 → PTC (Positive Temperature Coefficient )

Se α < 0 → NTC (Negative Temperature Coefficient )

+t-t

Fonte:http://www.pel-ltd.co.uk/

PTC NTC

Page 54: Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

LDR (Light Dependent Resistor): resistores onde a resistência varia com a luz

Resistores Especiais

Símbolo Resposta espectralAspecto Fisico

http://en.wikipedia.org/wiki/Light-dependent_resistor

http://www.doctronics.co.uk/ldr_sensors.htm

Escuro: R é muito alta Claro: resistência é baixa

Page 55: Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

Curva Característica de Bipolos

Dado um Bipolo Gerador...... Ou um Bipolo Receptor.........

A relação matemática entre a corrente e a tensão é

dada por uma equação

U=f(I) ou I=f(U)

Chamada de Equação Característica

Bipolo Não Linear: A relação entre corrente e tensão é não LINEAR

Ex: Diodo

Bipolo Linear: A relação entre corrente e tensão é LINEAR

Ex: Resistor

Page 56: Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

Exemplos:

R=200Ω

U= 100 . Iou

I=U

100

TensãoResistência (R)

100 200

U(V) I(mA) I(mA)

0 0 0

2 20 10

4 40 20

6 60 30

8 80 40

10 100 50

R=100Ω

U= 200 . II=U

200

Desenhar as duas curvas no mesmo gráfico

Page 57: Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

Gráfico com Escalas

Page 58: Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

Desenhando a Curva Característica do Resistor de 100 Ohms

Page 59: Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

Desenhando a Curva Característica do Resistor de 200 Ohms

Page 60: Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

R=200Ω

R=100Ω

TensãoResistência (R)

100 200

U(V) I(mA) I(mA)

0 0 0

2 20 10

4 40 20

6 60 30

8 80 40

10 100 50

Page 61: Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

Exemplo de Bipolo Não Linear: Diodo

Page 62: Curso de eletrônica apresentado no Hackerspace Uberlândia - MG

Referência:

http://www.eletronica24h.com.br