Selecionando Componentes com Simulador

Visão Geral

De acordo com a sua finalidade, um software simulador de circuitos eletrônicos permite ao seu usuário a construção e execução destes circuitos de forma virtual, normalmente com o auxílio do computador. Dentre as muitas facilidades destaca-se a possibilidade da experimentação sem os custos com materiais e sem as dificuldades relacionadas as falhas decorridas pelos cálculos incorretos quanto às características de componentes (MEHL, 1999).

As falhas citadas no parágrafo anterior também podem ser reduzidas pois o software, na simulação da execução, possibilita a visualização das principais grandezas elétricas, como: a tensão, a corrente e a resistência. Este é o fator que norteou a ideia geral desta portagem, pois o conhecimento facilmente obtido através da verificação destas grandezas, permite até ao iniciante a possibilidade de fazer pequenas alterações em circuitos, ou até mesmo planejar os seus próprios.

Desta forma, esta postagem pretende demonstrar como um simulador de circuitos eletrônicos pode auxiliar na seleção de componentes, demonstrando ainda que é possível, de forma simples, determinar as características elétricas de componentes a serem adquiridos para a implementação real de um produto de hardware, como descrito nos tópicos a seguir.

O Circuito

O exemplo usado nesta postagem tem como base o circuito do Interruptor Óptico (ELETROALERTA, 2014), o qual permite ligar um aparelho qualquer quando da iluminação de um sensor. O circuito usado pode ser visualizado na Figura 1, a qual foi obtida através da simulação deste pelo software Circuit Simulator. O software, mesmo tendo algumas dificuldades quanto a usabilidade, foi selecionado para a tarefa pois permite que algumas grandezas elétricas, em um ponto qualquer do circuito, possam ser observadas apenas pelo simples posicionamento do mouse no ponto desejado.

Ressalta-se que a figura anterior não é totalmente fiel ao projeto original, já que o resistor variável usado para ajuste fino foi substituído por um resistor de 5KΩ , assim como o resistor sensível à luminosidade, foi substituído por um resistor variável de 10KΩ que sempre ativará o relé quando seu ajuste (no canto inferior esquerdo da Figura) ultrapassar a metade do permitido, sendo assim usado para simulação do processo de "iluminação".

Ainda na Figura 1, pode ser também observada a exibição das grandezas no segmento (em azul), a qual permite a leitura da corrente elétrica em 43,42mA, sempre que o relé estiver ativado. Esta leitura será muito importante no tópico a seguir.

A Modificação Desejada

O principal fator motivacional para esta postagem foi a necessidade de substituição do conjunto relé e diodo, por um LED e seu resistor limitador. Isto se deu para facilitar o processo de prototipagem e teste real, pois o relé, além de ser mais difícil de ser encontrado via metarreciclagem, iria também necessitar de um circuito alvo para a efetiva demonstração de uso. Desta forma o circuito a ser implementado é apresentado na Figura 2. Mas a principal pergunta neste momento é: Qual a resistência necessária ao resistor limitador?

Para responder esta pergunta foram observadas, no parte azul da simulação, as grandezas no segmento onde se quer inserir o LED. As grandezas apontam para uma tensão de 9V e uma corrente de 43,42mA. Lendo o datasheet do LED de uso geral (FAIRCHILD, 2001) observa-se que a corrente de trabalho do mesmo está por volta de 30mA, e os 43,42mA naquele ponto do circuito, ocasionalmente iria danificar o componente. Neste caso, usando a Lei de Ohm, pode ser calculada a resistência limitadora mínima, para que o LED não danifique.

Observa-se também no datasheet que a corrente de teste do LED é de 20mA e assim sendo, será usada para este cálculo a média, que é de 25mA (Figura 3). Como o cálculo usou a corrente média e 360Ω equivale em valor a um resistor comercial, este será usado.

Montagem e Uso

Com a execução das simulações o cálculo do resistor limitador é facilitado, o que permite uma prototipagem mais segura. No entanto, simulações da prototipagem também estão disponíveis, onde um bem simulador é o TinkerCAD, que mesmo com um número limitado de componentes, permite que simulações bem realísticas sejam executadas, como observado na Simulação a seguir. A simulação possibilita a calibragem do nível de luminosidade via potenciômetro, assim como a efetiva definição do nível de luminosidade via LDR.

Mesmo a simulação da prototipagem sendo bem interessante, obviamente a prototipagem usando componentes reais (Figura 5) é bem mais gratificante. Mas antes de terminar observa-se que alguns componentes foram substituídos, pois no momento da prototipagem estes não foram encontrados em estoque. Desta forma, os resistores de 33KΩ foram substituídos por de 27KΩ, assim como o resistor de 360Ω foi substituído por um de 470Ω. Nenhuma substituição ocasionou problemas, principalmente por serem devidamente testadas no simulador, antes a prototipagem propriamente dita. Observa-se também que a prototipagem real usou de disposição diferente da prototipagem em simulador, mas poderia ter usado a mesma disposição.

Para Fazer e Saber Mais

• Aprendendo Eletrônica com Simuladores.

• Corrente, tensão e potência - Entendendo as unidades elétricas.

• Using Falstad's Circuit Simulator.

• Componentes eletrônicos e unidades de medida, conceitos básicos.

Fontes de Conhecimento

• ELETROALERTA. Interruptor Óptico. Disponível em: <http://eletroalerta.com/circuitos_s_placa_2/>. Acessado em 12 de Novembro de 2014.

• FAIRCHILD. Solid State Lamps. Datasheet. Fairchild Semiconductor Corporation, 2001.

• MEHL, Ewaldo L. de M. Simulação de Circuitos Eletrônicos em Computadores. Universidade Federal de Paraná, 1999.

Atualizado em 20/12/2021 (Cássio D. B. Pinheiro).