Introdução
Você já deve ter visto uma placa eletrônica e se perguntado o que seria cada componente naquela placa! Além de resistores, capacitores e LEDs, geralmente temos os circuitos integrados, também conhecidos como CIs.
Se você quer aprender tudo sobre circuitos integrados e sanar a dúvida do que cada componente faz numa determinada placa, acompanhe este artigo e você conhecerá tudo sobre estes componentes!
O que são circuitos integrados?
Podemos dizer que circuitos integrados na eletrônica é um conjunto de circuitos eletrônicos concatenados em um só componente. Geralmente, estes componentes são construídos através de materiais semicondutores como o germânio e, principalmente, o silício.
Estes componentes são colocados dentro de encapsulamentos e ligados através de fios condutores muito finos até os pads de conexão, assim como visto na figura abaixo:
Atualmente, quase todos os dispositivos do nosso dia-a-dia, como ar-condicionado, robôs aspiradores, máquinas de lavar e secar, etc possuem vários circuitos integrados em sua composição.
Esses componentes podem ser digitais como microcontroladores, sensores digitais e portas lógicas, bem como podem ser componentes analógicos como amplificadores operacionais e sensores analógicos, por exemplo.
Evolução do circuitos integrados
O avanço da tecnologia está presente cada vez mais em nossas vidas, principalmente com o avanço da Internet das coisas (IoT). Podemos verificar esta evolução com nossos próprios olhos quando olhamos para os aparelhos eletrônicos de nossa casa.
Essa mudança ocorre graças à evolução dos componentes eletrônicos que fazem parte de cada objeto como computadores, televisores, celulares e até utensílios de cozinha, que hoje possuem uma tecnologia eletrônica embarcada.
Desde o primeiro circuito integrado criado quase simultaneamente por Jack Kilby da atual Texas Instruments e também por Robert Noyce da Fairchild Semiconductor, na década de 50, os circuitos integrados vêm passando por um processo de nanonização.
A nanonização consiste em transformar os chips de circuitos integrados em tamanhos nanométricos. Isso permite que tenhamos dispositivos cada vez mais compactos e com maior potência de processamento. Um dos maiores exemplos disso são os celulares.
Como podemos ver os primeiros celulares inventados eram muito grandes e conseguiam executar pouquíssimas funções.
Hoje, os celulares são menores, mais leves e executam diversas funções como tirar fotos, executar vídeos, rodar jogos e tudo isso graças à evolução dos CIs que os constroem.
Tipos de encapsulamento de circuitos integrados
Para um profissional na área de eletrônica, é de suma importância conhecer alguns dos tipos de encapsulamento, tanto pela noção de espaço que um componente requer, quanto pela sua usabilidade.
Uma das formas de dividir os circuitos integrados é pelo seu encapsulamento. O encapsulamento é o formato em que o chip é construído, basicamente ele pode ser no formato Through Hole Technology (THT), utilizados em protoboards e breadboards.
Temos também os componentes do tipo Surface Mounted Device (SMD), que são os componentes que precisam de uma PCB ou de um adaptador para serem utilizados na protoboard, este tipo de encapsulamento torna os componentes menores que os componentes THT.
Geralmente utilizamos os CIs THT para a validação de um projeto e posteriormente fazemos a mudança do componente para o formato SMD para diminuir o espaço utilizado na placa.
A seguir exibiremos uma figura com os principais encapsulamentos SMD e THT em ordem alfabética para você conhece-los.
Aplicação com circuitos integrados
Um dos CIs mais conhecidos é o Arduino, que você pode conferir os diversos projetos com esta plaquinha aqui, onde além do próprio microcontrolador, utilizam demais CIs para agregar valor e função aos projetos.
Nesta seção veremos dois dos CIs mais comuns encontrados nos projetos eletrônicos da atualidade. Iremos abordar os circuitos integrados 555, que é um timer e gerador de pulsos e veremos os circuitos integrados reguladores de tensão L7805.
O CI 555
Os circuitos integrados 555, são componentes amplamente utilizados nos projetos eletrônicos. Sendo um circuito muito versátil, ele pode operar como um gerador de pulsos, timer, watchdog e muito mais.
Atualmente, grandes fabricantes de semicondutores possuem sua versão para o 555. Todos esses fabricantes fornecem o componente em vários tipos de encapsulamento, como alguns vistos anteriormente.
Um dos encapsulamentos mais comuns de se encontrar este componente é o formato SOIC-8, que é no formato SMD, e no encapsulamento DIP-8, que é THT.
Pinout do CI NE555
Utilizando o datasheet do componente NE555, encontrado no site da ST Microelectronics, podemos verificar o pinout deste componente e entender melhor algumas características dele:
Características Elétricas do CI NE555
Além do pinout do componente, também é de extrema importância verificar as características eletrônicas de sua operação a fim de não danificar o componente com valores de tensão equivocados.
Como podemos verificar, este componente permite uma alimentação entre 4.5V a 16V sem nenhum problema. Além da tensão de alimentação, temos o valor da corrente de saída com valor máximo de 200mA, que é a corrente máxima que o CI pode fornecer a uma carga.
Temos também a faixa de temperatura de operação deste componente que é de 0°C até 70°C.
É interessante ressaltar nesse ponto que alguns fornecedores exibem em seu datasheet configurações recomendadas de diversas aplicações, o que por vezes economiza um grande tempo de desenvolvimento e também serve como referência na hora da criação do circuito.
O CI L7805
Os circuitos integrados L7805, são reguladores de tensão dos mais conhecidos entre técnicos, engenheiros e entusiastas. Esse componente é capaz de regular uma tensão para 5V DC a partir de um valor maior de tensão DC.
O que chama atenção é a simplicidade da aplicação e também a capacidade de potência desse componente, podendo, em alguns casos, ultrapassar facilmente os 5W.
A única desvantagem deste circuito integrado é a sua baixa eficiência, comparando com os reguladores chaveados.
Pinout do CI L7805
Para conhecer as características elétricas deste componente, também podemos acessar o seu datasheet, fornecido pelo seu fabricante, onde neste momento é de nosso interesse conhecer o pinout deste CI e também suas capacidades elétricas.
Como verificado na imagem, no encapsulamento TO-220, que é o mesmo utilizado pelos transistores MOSFET, o L7805 possui uma construção simples com apenas 3 pinos, permitindo também o acoplamento de um dissipador de calor, muitas vezes utilizado para resfriar este componente, pois em algumas aplicações ele tende a esquentar bastante.
Características Elétricas do CI L7805
Além do pinout, também é necessário verificar as características elétricas e entender os valores de operação do componente para obter seu melhor funcionamento.
Como visto, esse circuito integrado aceita uma tensão até 35V DC, operando numa faixa de temperatura de 0°C a 125°C, com corrente de saída internamente limitada.
Em posse dessas informações podemos utilizar esses componentes em nossas aplicações, como veremos a seguir no próximo tópico.
Aplicação com os circuitos integrados NE555 e L7805
Para esta aplicação, simularemos um circuito gerador de pulsos para piscar um LED de 1 em 1 segundo. O circuito deve ser alimentado com tensão DC de 5V, porém a fonte de alimentação é de 10V DC.
Para a simulação deste circuito usaremos uma versão de demonstração do software Proteus, que permite simular estes componentes e uma série de outros circuitos de forma gratuita.
O circuito que construiremos, será baseado nos circuitos recomendados pelo fabricante e disponibilizado no datasheet, onde para o L7805 o circuito recomendado é:
E a ligação de um gerador de pulsos com 50% de duty cycle com o 555, é dada pelo circuito a seguir, onde o pulso da onda é controlado por Ra, Rb e C:
Sendo assim, unindo os dois circuitos e adicionando um LED na saída do 555, pode-se verificar o seguinte funcionamento exibido na figura abaixo. Os valores dos resistores foram retirados também do datasheet para gerar a onda no tempo desejado.
Neste exemplo, utilizamos o conhecimento adquirido no datasheet de cada componente e utilizamos também os CI’s que exploramos neste artigo. Essa é uma das milhares de configurações que este circuito pode atender, agora basta você ir adiante e aplicar em seus projetos.
Conclusões sobre circuitos integrados
Sabemos que os dois circuitos integrados que vimos hoje são apenas um dos mais comuns utilizados na eletrônica, existem milhares de outros CIs que executam as mais diversas finalidades, como CLP, sensores de movimento angular, microcontroladores, multiplexadores e portas lógicas.
A habilidade de extrair e interpretar as informações dos datasheets, fazem do profissional da área elétrica e eletrônica se destacarem no mercado de trabalho e na sua equipe de atuação.
Este artigo mostrou como deve ser feita a análise do componente, vendo suas principais características e formas de uso. Para os outros diversos CIs, a lógica de uso basicamente segue da mesma forma.
Espero que com esse conhecimento você esteja apto a explorar e aprender sobre todo e qualquer circuitos integrados que você se depare. Agradeço sua leitura até aqui e nos vemos nos próximos artigos.
