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Introdução à eletrônica: 1 - Eletrônica de controle

Fernando

Por Fernando

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Introdução à eletrônica

A eletrônica é o ramo da física e da engenharia que estuda e utiliza sistemas cujo funcionamento se baseia na condução e no controle do fluxo de elétrons ou outras partículas eletricamente carregadas. A eletrônica pode ser dividida em dois grupos: eletrônica analógica e eletrônica digital .

Eletrônica analógica

Baseia-se no processamento de sinais elétricos analógicos. O termo analógico expressa uma presença contínua ao longo do tempo. Aplicado a um sinal elétrico, significa que o sinal é contínuo, mesmo que seus valores de tensão ou corrente mudem. Um exemplo de sinal analógico seria o sinal gerado por um potenciômetro. Este dispositivo gera um sinal linear proporcional à posição de um limpador de para-brisa, cujo valor de tensão nunca será 0.

Sinal analógico gerado por um potenciômetro

Sinal analógico gerado por um potenciômetro

Os sinais analógicos assumem um valor instantâneo indefinido que pode ser diferente para cada fração de tempo, reproduzindo assim com precisão a grandeza física da qual se originam.

Eletrônica digital

Neste caso, a eletrônica digital baseia-se no processamento de sinais digitais. Um sinal digital , em vez de ser composto por valores indefinidos para cada fração de tempo, é composto por valores ou estados predefinidos, chamados níveis lógicos, em determinados intervalos de tempo. A cada nível lógico são atribuídos os valores "0" e "1" (valor binário), permitindo que um sinal elétrico seja convertido em digital ou binário usando um conversor analógico-digital (ADC). Os sinais digitais também podem ser convertidos novamente em sinais analógicos por um conversor digital-analógico (DAC).

Sinal digital convertido usando o sinal de um switch

Sinal digital convertido usando o sinal de um switch

O uso do termo “digital” começou com o código Morse, que pode ser considerado o primeiro método de transmissão de sinais em formato digital.

A vantagem de usar sinais digitais em vez de sinais analógicos reside na capacidade de armazenar, processar e transmitir dígitos ou valores com segurança, pois é muito mais difícil que o significado desse sinal seja perturbado por interferência externa. A tensão dos sinais analógicos pode ser perturbada ou modificada por interferência eletromagnética, o que, na verdade, modifica o significado da informação do sinal. Os sinais digitais, por outro lado, conseguem manter o mesmo valor de "0" ou "1" mesmo que o valor real da tensão elétrica varie ligeiramente, mantendo o significado intacto.

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    Comentários Recomendados

    Fernando Experienced

    Fernando

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    Sistemas numéricos

    Um sistema numérico é entendido como um conjunto ordenado de símbolos ou dígitos e as regras aplicadas para combiná-los e representar um valor ou quantidade numérica. Existem diferentes sistemas que são identificados por sua base.

    A base de um sistema numérico é o número de dígitos diferentes que são usados no sistema em questão, sendo um dígito entendido como qualquer símbolo que não seja composto de uma combinação de outros e represente um número inteiro positivo.

    Os sistemas numéricos permitem gerar a codificação utilizada no sistema digital. O sistema binário é o mais adequado para sinais digitais, pois pode criar qualquer codificação a partir de dois estados (sim ou não, "0" ou "1"). Nesta seção, além do sistema binário, abordaremos outros sistemas numéricos utilizados, incluindo os sistemas decimal, octal e hexadecimal, bem como a conversão desses sistemas para o sistema binário.

    Sistema decimal

    No sistema decimal, são utilizados dez dígitos diferentes — 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 e 9 — e é um sistema de base 10. Este é o sistema numérico mais utilizado na vida cotidiana e em cálculos matemáticos. No entanto, para outras aplicações, como em eletrônica, outros sistemas são utilizados.

    Nesse sistema, cada número determina um valor com base na posição que ocupa. Se analisarmos o número 562, por exemplo, ele pode ser decomposto da seguinte forma:

    562=500+60+2=5×100+6×10+2×1

    A expressão polinomial seria:

    5×102+6×101+2×100

    Isso significa que qualquer número pode ser decomposto multiplicando cada dígito pela base elevada ao número que representa a posição que ele ocupa. A expressão polinomial de um sistema decimal é:

    N10=ax×10x+⋅⋅⋅+a2×102+a1×101+a0×100

    O termo N 10 representa o número em base decimal, enquanto os termos a x , a 2 , etc, representam o dígito numérico (de 0 a 9) em suas respectivas posições.

    Sistema binário

    O sistema binário é um sistema de base 2, usando apenas os dígitos "0" e "1" para cobrir qualquer valor. No sistema binário, o termo bit é usado para definir um dígito binário. Um sistema de codificação que usa 8 bits, como o discutido abaixo, pode definir um valor máximo (decimal) de 255.

    Valor das posições de um número de 8 bits e seu valor decimal

    Valor das posições de um número de 8 bits e seu valor decimal

    A expressão polinomial que representa o sistema binário é a seguinte:

    N2=ax×2x+⋅⋅⋅+a2×22+a1×21+a0×20

    O termo N 2 representa o número em base binária, enquanto os termos a x , a 2 , etc, representam o dígito numérico ("0" e "1") em suas respectivas posições.

    A expressão polinomial acima pode ser usada para converter qualquer número binário em decimal. O exercício a seguir converterá o número binário 11001 em decimal.

    110012=1×24+1×23+0×22+0×21+1×20

    =1×16+1×8+0×4+0×2+1×1=2510

    Para converter um número decimal em binário, ele deve ser dividido por 2, continuamente, até que o quociente da divisão seja 0. Os restos obtidos dessa divisão durante as diferentes etapas constituem o número binário resultante. A conversão do número decimal 171 para binário seria feita da seguinte forma:

    Conversão de um número binário para decimal

    Fernando Experienced

    Fernando

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    Sistemas de numeração II

    Sistema octal

    O sistema octal é um sistema de base 8 que utiliza os dígitos de 0 a 7. Este sistema é considerado um sistema binário abreviado devido à simplicidade da conversão entre eles, que pode ser feita rapidamente. Por esse motivo, este sistema é frequentemente usado para representar informações binárias de forma compacta em sistemas digitais.

    Para converter um número octal em binário, basta substituir cada dígito octal pelos três bits que correspondem ao valor em questão.

    Tabela de equivalência entre os sistemas octal e binário

    Tabela de equivalência entre os sistemas octal e binário

    Usando a tabela, é fácil converter de octal para binário e de binário para octal, como mostrado abaixo.

    Conversão de um número octal para binário e de um número binário para octal

    O agrupamento do número binário em três para convertê-lo em octal é feito do final (direita) para o início (esquerda), então se o número binário não for múltiplo de 3, um ou dois “0” são adicionados à esquerda (conforme necessário) para formar um grupo final de 3 bits.

    Sistema hexadecimal

    Este é um sistema de base 16 e tem 10 dígitos numéricos e 6 caracteres alfabéticos, usando os números de 0 a 9 e as letras A, B, C, D, E e F. Assim como no sistema octal, cada símbolo no sistema corresponde a uma combinação de bits, embora neste caso, 4 bits sejam usados para cada caractere em vez de 3. A correspondência entre o sistema hexadecimal e o sistema binário é a seguinte.

    Tabela de equivalência entre os sistemas decimal, hexadecimal e binário

    Tabela de equivalência entre os sistemas decimal, hexadecimal e binário

    Assim como na conversão entre octal e binário, a conversão entre hexadecimal e binário é feita da seguinte maneira:

    Conversão de um código hexadecimal para binário e de um binário para hexadecimal

    Assim como no sistema octal, os grupos de 4 bits são formados da direita para a esquerda, adicionando-se o “0” correspondente à esquerda se houver bits faltando no primeiro grupo, para formar os 4 bits.