Os circuitos integrados, comumente chamados de CI, são componentes extremamente importantes usados em quase todos os equipamentos eletrônicos atuais. Basicamente, um circuito integrado é um circuito eletrônico funcional que integra miniaturas de vários componentes eletrônicos, como resistores, capacitores, diodos e transistores.
Um CI é capaz de realizar diversas ações e comandos com alto nível de complexidade, devido à quantidade de componentes que podem ser unidos em um, além de ser capaz de atuar em mais de uma função. Por esse motivo, os circuitos integrados possuem muitas aplicações nas indústrias, tanto nos próprios produtos eletrônicos de consumo quanto nos processos de produção.
Há duas principais vantagens em um circuito integrado, que é o custo e o desempenho. O custo é menor se comparado a outros componentes, devido ao fato de que é necessária uma quantidade inferior de materiais para construir os CIs. O desempenho dos circuitos integrados também é melhor, já que os seus componentes internos alternam rapidamente consumindo pouca energia.
Circuitos integrados mais usados
Amplificador Operacional
O amplificador operacional, ou Amp-Op é um CI capaz de amplificar um sinal de entrada, além de realizar operações matemáticas como soma, subtração, derivação, integração e multiplicação.
Sua estrutura consiste de dois terminais de entrada, o inversor, representado pelo sinal negativo(-) e o não inversor, representado pelo sinal positivo(+) e um terminal de saída. Ele também possui dois terminais destinados às alimentações positiva e negativa.
O amplificador operacional é um componente eletrônico compacto, que possui em sua composição interna resistores, capacitores e transistores. De forma bem simples, quando um sinal é aplicado à entrada não inversora, este sinal não é invertido, e sai amplificado, porém quando um determinado sinal é aplicado na entrada inversora, o sinal sai amplificado e invertido.
É importante destacar que a tensão de saída do amplificador operacional depende da diferença de potencial entre a entrada inversora e a não inversora, multiplicado pelo respectivo ganho em malha aberta do amplificador, de forma que a tensão máxima de saída será a tensão de alimentação do amplificador, sendo que o amplificador possui este valor em sua saída quando o amplificador operacional satura.
Outro detalhe que é importante ser destacado é o ganho do amplificador operacional, que pode ser controlado e que para ser encontrado basta encontrar a relação entre o valor obtido na saída pelo valor da entrada do amplificador operacional, ou seja, basta dividir o valor obtido na saída do amplificador pela sua respectiva entrada.
Regulador de Tensão
Os reguladores de tensão são componentes geralmente compostos por semicondutores, cuja finalidade é manter a tensão de saída do circuito. Seu objetivo é manter a tensão gerada na faixa exigida pela bateria ou pelo sistema de alimentação. Este CI é usado em circuitos onde é preciso assegurar uma tensão elétrica contínua ou até mesmo o controle de uma tensão menor em circuitos eletrônicos.
Esse componente é incapaz de gerar energia. A tensão de entrada deve ser sempre superior à sua tensão de regulagem nominal. Dependendo do projeto, ele pode ser usado para regular uma ou mais tensões, AC ou DC. O regulador de tensão mantém a tensão de saída constante mesmo havendo variações na tensão de entrada ou na corrente de saída.
Os reguladores de tensão são divididos em duas subcategorias, os reguladores por derivação (“shunt”) e os reguladores em série (“series”). O primeiro tipo é composto por um resistor em série com um diodo Zener polarizado inversamente, onde a tensão de saída é paralela aos terminais do diodo.
Note na imagem acima que o circuito é muito similar ao de um divisor de tensão, e que a tensão de saída do regulador é a tensão sobre o diodo Zener (tensão Zener), consequentemente a tensão de saída irá variar de acordo com o modelo de diodo utilizado. O resistor Rs do circuito é dimensionado levando em consideração a potência, corrente mínima e tensão Zener do diodo para que ele alcance a zona de ruptura.
Este tipo de regulador de tensão possui a desvantagem de apresentar ruídos na tensão de saída, quando o diodo Zener do conjunto dissipa muita energia. Isso não costuma ser um problema para a maioria das aplicações, mas o uso de capacitores de desacoplamentos sempre ajuda a amenizar esse problema. Além disso, este tipo de regulador costuma ser utilizado para cargas pequenas, pois ele é capaz de fornecer uma corrente muito baixa em sua saída, devido ao calor que é dissipado no circuito. Outro ponto importante é que este regulador é muito dependente de sua carga, já que a tensão Zener varia de acordo com a corrente do sistema.
O regulador de tensão em série deve ser o modelo mais comum e usado, além de ser muito semelhante com o regulador de tensão de derivação. Ele também é composto de um circuito com um resistor em série com um diodo Zener, porém ao invés de utilizar a tensão do diodo como saída, esta tensão é utilizada como referência para a base de um transistor, como na imagem abaixo.
Note na imagem acima que a tensão de saída (“Vout”) é composta por duas tensões, a tensão Zener (“Vz”) e a tensão entre a base e o emissor do transistor (“Vbe”). Deste modo, a tensão de saída é igual à diferença das duas tensões, como na seguinte fórmula:
Devido a essas características, este tipo de regulador apresenta diversos problemas de instabilidade na tensão de saída. Essa variação é causada por qualquer alteração na carga do sistema, o que faz com que a calibração do sistema seja perdida, aumentando ou diminuindo a tensão de saída. Esse tipo de problema costuma ser corrigido através de um circuito de resposta, que pode ser criado por meio de um segundo transistor, como na imagem abaixo.
Podemos ver na imagem acima que os elementos principais do regulador ainda estão presentes no circuito (“R4”, “Dz1” e “Tr1”), porém foi adicionado um segundo transistor entre o diodo Zener e o primeiro transistor, que é responsável por comparar a tensão de saída (“Vout”) com a tensão de resposta (“Vf”), que por sua vez é fornecida pelo divisor entre os resistores da saída (“R1” e “R2”). O divisor de tensão da saída é controlado por um resistor variável (potenciômetro), para definir a tensão de resposta e ajustar a tensão de saída.
Nesta configuração, a tensão de saída é representada pela soma entre a diferença da tensão de saída e a tensão de resposta, e a soma da tensão do diodo Zener com a tensão entre a base e o emissor do transistor de resposta, como na próxima fórmula:
Deste modo, é possível observar como a tensão de saída é comparada com a tensão de resposta e como a alteração do valor de resposta é capaz de ajustar a tensão de saída. Quando o potenciômetro tem o eixo movido, a tensão de resposta é alterada, fazendo com que a tensão de saída seja ajustada.
CI 555
O circuito CI 555 é um Circuito Integrado que foi desenvolvido originalmente para servir como um oscilador e timer com um uso geral. Devido à grande versatilidade deste componente, foram e ainda são criadas incontáveis aplicações para ele, por exemplo:
- Modulador por largura de pulso
- Oscilador Intermitente
- Inversor
- Sensor Foto-Elétrico
- Metrônomo/Pisca-Pisca
- Divisor de Frequência
- Oscilador de Áudio Básico
- Temporizador Duplo
- Oscilador Modulado em Frequência
- Detector de Ausência de Pulso
- Gerador/Emissor de pulso e outros
O Circuito Integrado CI 555 possui três modos de operação, que são: Biestável, Monoestável e Astável:
Biestável
Como o próprio nome indica, existem dois estados estáveis. Essa configuração faz com que ao receber um sinal de disparo em sua entrada, ele gera um sinal de resposta em sua saída, obtendo um resultado com nível lógico baixo ou alto na saída.
Por exemplo, quando a entrada (TRIGGER) estiver em estado baixo, a resposta na saída será um nível lógico alto. Porém, o RESET faz que o estado da saída reverta para o estado baixo.
Essa configuração é usada quando é preciso inverter um sinal após o acionamento, fazendo com que o biestável reinicie quando for necessário.
Monoestável
Como o próprio nome também indica, existe apenas um estado estável. Esta configuração também faz com que ao receber um sinal de disparo em sua entrada, seja gerado um sinal de resposta em sua saída.
Porém, o estado estável dessa configuração é a saída desligada, ou seja, enquanto não houver um sinal da sua entrada ele permanece num nível lógico baixo. Quando tem um sinal de disparo na entrada, a saída reverte para o nível lógico alto durante um tempo, voltando para o zero quando esse tempo acabar.
Esta configuração tem um uso muito bem exemplificado em um circuito de acendimento e desligamento automático de lâmpadas, com um certo tempo de consideração.
Astável
O significado de astável é não possuir um estado estável. Essa configuração gera uma onda quadrada, pois a saída fica alternando o estado entre alto e baixo repetidamente, sem que o usuário precise intervir.
Esta configuração é usada quando é necessária uma alternância entre o estado ligado e desligado. Piscar LEDs ou lâmpadas é um bom exemplo do seu uso.
Sem dúvidas, os circuitos integrados são extremamente úteis no mundo da eletrônica devido suas diversas aplicações, caso queira saber mais sobre como utilizá-los em projetos, acesse o blog da MakerHero para ver as sugestões que temos para você.
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