Entendendo os circuitos...(Layouts)

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Para o iniciante em eletrônica, muitas vezes torna-se difícil entender certos aspectos relacionados a leitura e interpretação de circuitos, e, quando se depara com alguns diagramas esquemáticos complexos, a "coisa" parece não ter "pé nem cabeça"... Se você é um deles, acalme-se ... Nós, vamos ensinar as técnicas do desenho em circuito impresso "tim-tim por tim-tim", pois a perfeita compreensão dos diagramas dos circuitos eletrônicos para o circuito impresso, é de suma importância, tanto para o aprendizado, quanto para a idealização de novos projetos. ( Além de facilitar nosso trabalho, pois hoje em dia, com o tempo correndo contra o nosso favor, criar layouts de circuitos impressos não é tarefa rápida. )

( Clique aqui caso já entenda um pouco de circuitos e deseja ir diretamente para a prática ) 

 Primeiros passos...

   Primeiramente, vamos assumir que você já conhece um pouquinho de componentes eletrônicos e sua respectiva aparência, ( caso contrário, clique aqui para conhece-los ) para então, podermos seguirmos adiante... 
   Em seguida, devemos ter em mente o quê exatamente queremos desenhar; por ex.: - um circuito de pisca-pisca, além de facilmente conhecido por muitos, também aproveitamos o uso de um Circuito integrado de nossa coletânea, em nosso exemplo abaixo -; porque garantimos a você que será muito difícil, sendo um principiante, reconhecer um circuito só pelo diagrama, algo que futuramente será "moleza"!

    Justamente por esta razão, é que vamos iniciar este tutorial com a análise "circuital" deste pisca-pisca, para que os novatos possam acompanhar com clareza todos os aspectos relacionados a confecção de layouts...   

Observe atentamente ambos circuitos esquemáticos do Pisca-pisca logo abaixo:

    Para facilitar seu entendimento, fizemos convenientemente a divisão do circuito em blocos, comumente chamada também de diagrama de blocos! ( Procure sempre realizar esta divisão mentalmente em circuitos por você analisados, e verá que aos poucos tudo se "encaixará" mais facilmente )

    Temos então no circuito, 4 blocos, sendo : bloco 1 - Alimentação, bloco 2 - Astável, bloco 3 - Inversor, bloco 4 - Driver . ( ... Normalmente nos diagramas de blocos, não nos é apresentado o circuito em si, mas uma idéia de como funciona o circuito... Nosso exemplo foge a regra para melhor compreensão do iniciante, na futura explanação do circuito passo-a-passo! )

    Note primeiramente que temos a alimentação do circuito ( traçado em vermelho - bloco 1- no canto inferior esquerdo ), ou seja, sua fonte de energia recebida, pois sem essa energia, nenhum circuito eletrônico funcionará. Cada circuito possui sua própria alimentação, ou ela é adaptada externamente através de "Fontes de energia", cada qual, com sua voltagem e corrente específica. No nosso caso, visando facilitar a montagem, e também sua segurança ( Circuitos ligados a energia elétrica residencial - 110V, 127V, 220V ou 230V. - devem ser evitados por leigos, pelo menos no início, pois qualquer erro ou distração pode ser fatal! ), optamos pelo uso de pilhas, totalizando 6 Volts ( 4 pilhas pequenas em um suporte adequado )

Suporte de 4 pilhas com suas respectivas pilhas:

    A certa altura de nosso Curso passo-a-passo de Eletrônica, um tema relevante, será sem dúvida, Técnicas Digitais, que fazem parte do bloco 2, 3 e 4 ( Em verde, marrom e azul respectivamente ) do nosso circuito astável, mas infelizmente, no momento, nos limitaremos somente a abordar superficialmente o funcionamento do C.I. (Circuito Integrado) digital Cmos 4093 que é o "coração" de nosso circuito...!

" Raio X " de um circuito integrado Cmos 4093 

    Podemos dizer, em resumidas palavras, que a diferença básica entre C.I.s Lineares e Digitais, é que os lineares reagem proporcionalmente aos níveis aplicados a suas entradas, enquanto que os digitais, somente " lêem" o nível presente em suas respectivas entradas, colocando em suas saídas o "estado" que determina sua Tabela verdade!

Tabela verdade de uma porta Nand (Nand Gate)

    Na eletrônica digital, convencionou-se a interpretação dos estados dos níveis elétricos presentes em suas entradas ou saídas, dos blocos digitais da seguinte maneira:

Ligado      =   Alto    =   1
 Desligado =   Baixo  =  0 

       Sendo que - Alto significa tensão positiva da alimentação, ou pelo menos 2/3 dela ( 4 Volts mínimo, no nosso circuito ), e Baixo significa Negativo ( 0 Volts ), ou no máximo 1/3 da tensão de alimentação. Veja o gráfico abaixo:

 Os valores máximos e mínimos dos níveis lógicos nos Circuitos Integrados Cmos, variam conforme sua tensão de alimentação.

    Observando atentamente o desenho do circuito integrado acima, podemos claramente notar que ele é composto internamente de 4 Portas - ou Gates, como é originalmente chamado em inglês - NAND ( que significa No And - ou "aportuguesando" Não E ), de 2 entradas cada, que podem funcionar de modo totalmente independente uma das outras, ou seja, se você quiser usar somente uma das portas, pode utiliza-las sem problemas, desde que; suas outras entradas sejam "negativadas" ou "positivadas", pois os circuitos integrados digitais em geral não admitem que suas entradas fiquem "no ar", pois podem comprometer seriamente sua estabilidade de funcionamento! 

    Por que é chamada Não E ...? Simples ... Se você observar com atenção novamente a tabela verdade, verá que somente quando as 2 entradas estiverem com níveis digitais iguais, ou seja, Porta A E Porta B com tensões iguais ou níveis próximos de tensão, é que na sua saída J será colocado o estado que determina sua lógica na tabela verdade, enquanto que o NÃO, determina que o nível de sua saída deve ser o inverso do que apresenta em suas entradas, exemplificando, - se nas duas entradas da porta lógica NAND estiverem presente nível alto (1), em sua respectiva saída deve haver nível baixo (0), e vice-versa ... Fácil, não...? ( Ah... Sabe aquela "bolinha" que existe no final da porta lógica...? - Ela nos serve para identificar graficamente que a porta lógica em questão é inversora, facilitando a leitura "esquemática"...)

    Outra "coisa" que você talvez notou no circuito integrado Cmos 4093 foi algo parecido com um "S" desenhado bem no meio da porta lógica, que no momento, podemos dizer tratar-se de um sinal que denomina que esta porta é do tipo "Schmitt Trigger" ou - Gatilho de Schmitt - que significa somente uma característica especial inerente a alguns tipos de Portas lógicas, que "interpretam mudanças no sinal de suas entradas de modo ultra-rápido e seguro, sem ficar "indeciso" quando existirem níveis intermediários em suas entradas, que não sejam absolutamente 6 ou 0 Volts, ou bem próximos disto...

    Baseado no que escrevemos linhas atrás a respeito do significado da palavra NAND, podemos então realizar um "arranjo circuital" em alguns tipos de portas lógicas, que nos faz possível obtermos somente inversões em seus respectivos níveis de saída, quando não queremos "obedecer" sua tabela verdade. Se por um motivo qualquer, a certa altura do circuito eletrônico, necessitamos inverter o nível que aparece na entrada de nossa porta lógica Nand, só o que temos a fazer, é interligar as suas 2 entradas, como no desenho abaixo; e assim, o sinal que  aparecer na entrada da porta automaticamente se inverterá em sua saída:
                                      

Exemplo de "inversor NAND"e sua respectiva tabela verdade

 Mais algumas considerações a respeito dos Circuitos integrados Cmos:

    * Tensão de alimentação - 3 a 15Volts DC, nos pinos 14 ( positivo ) e 7 (negativo ) nesse integrado ( 4093), sendo que todas as 4 portas lógicas contidas internamente nele são alimentadas por estes pinos...
    *  A contagem inicial dos pinos ( Também chamados de Leads ), segue sempre tendo o chanfro ou furo como referencia para o pino 1.
    *  A corrente necessária ao funcionamento dos integrados Cmos é extremamente baixa ( Diferentemente da família dos integrados TTL, com consumo na casa das dezenas de miliampéres ), permitindo o funcionamento através de pilhas ou baterias por longos períodos...
    *  Devido a altíssima impedância de entrada dos integrados Cmos, seu FAN-OUT é muito grande. ( FAN-OUT é a capacidade que cada saída de porta tem de alimentar entradas de outras portas da mesma família )

Vamos analisar agora, passo-a-passo como funciona este circuito astável:

    1 - Partindo da alimentação de 6 Volts, que no nosso caso vem de 4 pilhas pequenas em um apropriado suporte, existe em seu "caminho" positivo, um Interruptor... Este interruptor serve para ligar ou desligar o circuito, no intuito de economizar pilhas, quando não em uso, caso contrário, o circuito permaneceria sempre ligado, e, para desliga-lo então, seria necessário retirar as pilhas do suporte...
    Vemos em seguida, 2 Capacitores, sendo um de 10uF e outro de 100K ( ou 0.1uF ), servindo diferentes funções, e em posições também diferentes. O primeiro ( 10uF ), alocado próximo a alimentação, atua como filtro, suprimindo interferências e oscilações indesejáveis que possam aparecer na alimentação. O segundo capacitor, de 100K, tem função específica de desacoplamento, e praticamente fica "colado" ao pinos de alimentação ( 14 e 7 ) do Circuito integrado 4093, pois evita flutuações instantâneas de energia ao circuito integrado, devido principalmente ao consumo instável, criado pelo próprio circuito integrado, ou circuitos a ele interligados...
    

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