Prototipagem de Circuitos
Prototipagem de Circuitos Eletrônicos
Um protótipo especifica um modelo, ou o primeiro exemplar de um objeto; designando assim um produto em fase de testes ou de projeto (INFORMAL, 2014). Desta forma a prototipagem está relacionada ao desenvolvimento de um protótipo.
Este pequeno roteiro trata da prototipagem de circuitos eletrônicos, onde a principal preocupação deve ser com o conhecimento da pinagem dos componente e/ou da sua apresentação física. Com a atual disseminação de fontes de conhecimento pela Web, esta tarefa ficou um pouco mais fácil, pois as informações aqui necessárias são encontradas nas datasheets (folhas de dados - contém as características elétricas e outras informações) dos componentes, que são normalmente disponibilizadas por seus fabricantes.
Em muitos casos, a prototipagem eletrônica normalmente é feita com os próprios componentes do circuito definitivo, conectados através de uma matriz de contatos, mais conhecida como protoboard. Assim como a maioria dos processos industriais, este também conta com uma diversidades de ferramentas de CAD e neste exemplo será usado o Fritzing, que mesmo não simulando a execução do circuito, tem como vantagens a sua usabilidade, além de sua rica e adaptável biblioteca de componentes.
O Circuito
Para exemplificar o processo de desenvolvimento de um protótipo, um circuito de chave de toque será usado. O circuito original contava com o acendimento de uma pequena lâmpada de corrente contínua (ELETROALERTA, 2014), a qual foi substituída por um LED e seu resistor limitador (R5), conforme apresentado na Figura 1.
Figura 1 - Diagrama Esquemático do Circuito de Chave de Toque.
Material Necessário
Como observado no diagrama anterior, apenas três tipos de componentes ativos são usados neste circuito, a saber: Transístores, resistores e um LED. Como os resistores e o LED são componentes de pinagem (número e disposição dos terminais) mais simples (Figura 2ab), nem sempre há necessidade de consulta aos seus datasheets. No entanto, para os transístores esta consulta foi necessária, para determinar a distribuição de sua pinagem, que é apresentada na Figura 2cd.
Figura 2 - Pinagem dos Componentes do Circuito.
Montagem e Uso
O resultado de um processo de prototipagem não é único para um mesmo circuito, podendo assim ter várias soluções válidas. Assim como as soluções, também são vários os procedimentos, onde a seguir será descrito um deles.
Inicialmente, pode-se selecionar os componentes mais complexos (com maior número de terminais). No circuito exemplo os transístores estão nesta categoria e como são vários, o processo pode ser iniciado pelo mais a esquerda. Sendo assim, o transistor Q1 deve ser selecionado e posicionado na protoboard. Em sequência a esta opção, segue-se duas alternativas possíveis:
Verificar se existe a possibilidade de ligação direta entre terminais dos componentes complexos. Opção menos comum, no entanto mais otimizada, quando possível. Quando não for possível, simplesmente disponha os componentes em sequência (Q1 a Q4), como mostrado na Figura 3.
Verificar se componentes mais simples podem facilmente conectar os terminais dos mais complexos. Neste exemplo alguns dos resistores podem fazer este trabalho (Figura 4).
Figura 3 - Componentes com maior complexidade.
Figura 4 - Componentes com menor complexidade.
Encerrada a fase anterior, devem ser inseridos os componentes que ainda estão a disposição. Neste caso: R1, R5 e LED (Figura 5).
Figura 5 - Inserção dos componentes ainda à disposição.
Para este exemplo em especial, dois atuadores externos devem ser inseridos no conjunto. A Figura 6 mostra uma sugestão de atuadores, observando-se que qualquer dupla de fios sem a proteção isolante devem servir para este fim.
Figura 6 - Inserção dos Atuadores.
Finalmente, inserir a fonte de alimentação e os fios destinados às conexões que ainda faltam ser concluídas (Figura 7).
Figura 7 - Inserção da fonte de alimentação e demais conexões.
A prototipagem usando ferramentas de CAD, como comentado no início deste tutorial, apresenta uma série de vantagens. No entanto, a prototipagem usando componentes reais é sempre mais desafiadora e motivadora. Sendo assim, o protótipo foi desenvolvido e testado, onde a Figura 8 mostra o resultado. Observa-se que algumas conexões foram alteradas e estas alterações foram motivadas, na maioria dos casos, pelo uso de materiais obtidos via metarreciclagem, que afinal é o foco principal deste Web Site. Pode ser destacada como alteração mais evidente, a substituição do resistor de 4M7 ohms por uma associação em série de três outros resistores, que podem ser observados logo a frente do conjunto.
Figura 8 - Protótipo com componentes reais.
Para Saber Mais
Fontes de Conhecimento
INFORMAL. Protótipo. Disponível em: <http://www.dicionarioinformal.com.br/protótipo/>. Acessado em 12 de julho de 2014.
ELETROALERTA. Liga e Desliga por Toque. Disponível em: <http://www.eletroalerta.com/montagensonline/montagensonline_008.htm>. Acessado em 20 de Setembro de 2014.