Relé

Os relés são dispositivos comutadores electromecânicos.
Representam-se pelo simbolo

Relé Simples	Relé duplo

Uma bobina ao ser percorrida por uma corrente, gera um campo magnético no seu núcleo que atrai um ou vários contactos eléctricos, permitindo ligar, desligar ou comutar um circuito eléctrico externo.
No exemplo da imagem, uma bobina ao receber uma tensão nos seus terminais, cria um campo magnético que através do seu núcleo atrai o induzido, fechando os contactos entre os pontos A e B.

Funcionamento relé

No funcionamento de um relé, na sua forma mais comum de aplicação permite três tipos básicos de funcionamento.

• Fig.1- O relé fecha o circuito entre os terminais A e B.
• Fig.2- O relé abre o circuito entre os terminais A e B.
• Fig.3- O relé comuta a tensão que entra no terminal A comutando entre o terminal B e C.

 

Circuito Relé

No exemplo em baixo mostra-se o circuito de funcionamento de um relé
Esta característica do relé, permite que ao ser energizado com correntes muito pequenas, em relação à corrente que o circuito controlado, possibilita o controlo de circuitos de altas correntes (motores, lâmpadas, máquinas industriais...), directamente a partir de dispositivos electrónicos fracos, (transístores, circuitos integrados, fotoresistores...)
A corrente fornecida diretamente por um transistor de pequena potência, da ordem de 0,1A, não conseguiria controlar uma máquina industrial, um motor ou uma lâmpada, mas pode ativar um relé e através dele controlar a carga de alta potência.

Características Técnicas Relé

Parte Electromagnética

• Corrente de excitação- Intensidade, que circula pela bobina, necessária para activar o relé.
• Tensão nominal.- Tensão de trabalho na qual o relé se activa.
• Tensão de trabalho.- Margem entre a tensão mínima e máxima, garantindo o funcionamento correcto do dispositivo.
• Consumo nominal da bobina.- Potência que consome a bobina quando o relé está excitado com a tensão nominal a 20ºC.

Contactos e Parte Mecânica

Contactos

NC = Normally Closed. NF = Normalmente Fechado.
NO = Normally Open. NA = Normalmente Aberto.

• Tensão de ligação: Tensão entre contactos antes de fechar e depois de abrir.
• Intensidade máxima de trabalho: Intensidade máxima que pode circular pelos contactos quando fechados.

Tipos de Relés

Relé Armadura	Relé Reed	Relé Dip

• Relés de armadura- Os relés de armadura caracterizam-se pela abertura directa dos contactos quando sujeitos a tensão
• Relé núcleo móvel- Os relés de núcleo móvel têm um êmbolo em vez da armadura, sujeitos a tensão movimentam o êmbolo fechando ou abrindo os contactos
• Relé Reed- Reed-switches são interruptores hermeticamente encerrados em ampolas de vidro que quando sujeitos a um campo magnético fecham os contactos
• Rele Dip ou SIP- Relés encapsulados em caixas DIP ou SIP

Ligação de um relé

Relé eletrónico

Os relés eletrónicos diferem dos relés convencionais (mecânicos) sobretudo pela ausência de partes mecânicas. Ambos os tipos de relé têm em comum uma baixa corrente de controle que não precisa de estar relacionada com a carga a ser comutada e estão isolados eléctricamente da etapa de controlo de carga. O relé eletrónico utiliza como comutador um TRIAC ou TIRISTOR, o isolamento com o controle é normalmente feito por um fotoacoplador.

Esquema Relé Eletrónico

Comparação entre relé mecânico e eletrónico

Características	Relé Eletrónico	Relé Mecânico
Estabilidade a choques e vibrações	Elevada	Baixa
Estabilidade Temperatura	Elevada	Boa
Compatibilidade com famílias lógicas	Sim	Sim
Múltiplos contatos	Não	Sim
Contatos inversores	Não	Sim
Isolamento(isolação)	Elevada	Elevada
Vida util	Elevada	Média
Capacidade de sobrecarga	Baixa	Média
Interferências (centelhamento)	Não	Sim
Ruído funcionamento	Baixo	Elevado
Estabilidade de comutação	Boa	Boa
Corrente de fuga em repouso	Desprezível	Nenhuma
Tipo biestáveis *(NA/NF)	Não	Sim
Queda de tensão de carga	Desprezível	Nenhuma
Capacidade de excitação	Boa	Excelente
Deterioração dos contatos	Não	Sim
Proteção contra sobrecarga	Elevada	Nenhuma

* NA - Normalmente Aberto, NF - Normalmente Fechado
Fonte:Siemens Component Report 15

Semicondutores

Semicondutores usados em electrónica são materiais cristalinos (silício, germânio, gálio) a que são acrescentadas impurezas doadoras ou aceitadoras , após a colocação de impurezas o material semicondutor é classificado como semicondutor tipo N ou tipo P. A junção de materiais P e N possibilitam o fabrico de componentes semicondutores, o díodo e a célula solar são constituídos por duas junções uma N e outra P, ou o transístor constituído por três junções duas N e uma P, ou duas P e uma N. A base de todos os circuitos integrados é o material semicondutor.
Na natureza o material semicondutor tem uma concentração de portadores negativos e positivos igual, designam-se por semicondutores intrínsecos. Ao serem adicionadas impurezas designam-se por semicondutores extrínsecos ou dopados.

Estrutura Cristalina dos Semicondutores

    Quando os átomos se unem para formar as moléculas de uma substância, a distribuição desses átomos no espaço pode ou não ser feita organizada e definidamente. As substâncias cujos átomos se agrupam formando uma estrutura ordenada são denominadas substâncias cristalinas, e a disposição de seus átomos formam a chamada estrutura cristalina. O Germânio e o Silício possuem uma estrutura cristalina cúbica, conforme é mostrado na figura.

Electrões e Lacunas

Na prática, a estrutura cristalina só é conseguida quando o cristal de Silício é submetido à temperatura de zero graus absolutos (ou -273ºC). A essa temperatura, todas as ligações covalentes estão completas e, consequentemente, o material comporta-se como isolante porque, não havendo electrões livres, não será possível estabelecer uma corrente eléctrica através do cristal.
Quando este mesmo cristal de Silício é submetido à temperatura ambiente normal (20^ºC, por exemplo), a energia térmica (calor) provoca o rompimento de algumas ligações covalentes, fazendo com que os electrões que abandonam as ligações rompidas passem a se movimentar livremente no interior do cristal, tornando-se electrões livres.
Com a quebra das ligações covalentes, no local onde havia um electrão de valência (e), passa existir uma região com carga positiva +1, uma vez que o átomo de Silício era neutro e um electrão o abandonou. Essa região positiva que, em outras palavras, é uma ligação covalente incompleta, recebe o nome de LACUNA, sendo conhecida também como BURACO, CAVIDADE ou VAZIO.
Em síntese, à medida que a temperatura aumenta, surgem os "portadores livres de carga eléctrica" (electrões e lacunas) no interior do cristal, tornando-o capaz de conduzir corrente eléctrica quando submetido a uma diferença de potencial. Isso explica o que A resistividade dos semicondutores diminui com a elevação de temperatura.

Sempre que uma ligação covalente é rompida, surgem, simultaneamente, um electrão e uma lacuna, podendo, entretanto, um electrão preencher o lugar de uma lacuna, completando a ligação covalente (processo da RECOMBINAÇÃO). Como tanto os electrões como as lacunas aparecem e desaparecem aos pares, dizemos então que, num cristal semicondutor puro, o número de electrões livres é sempre igual ao número de lacunas. A uma certa temperatura, o número de pares electrão-lacuna é  muito maior num cristal de Germânio puro que num cristal de Silício pois, como já foi visto, a resistividade do Germânio é bem menor que a resistividade do silício.

Ligações Covalentes

Cada átomo de Silício une-se a outros quatro átomos vizinhos, por meio de ligações covalentes, e cada um dos quatro electrões de valência de um átomo é compartilhado com um electrão do átomo vizinho, de modo que dois átomos adjacentes partilham os dois electrões.

Dopagem de Semicondutores

Ao processo de adição de impurezas doadoras ou aceitadoras atribuí-se o nome de Dopagem Semicondutores . O exemplo seguinte exemplifica a dopagem de silício com fósforo e boro.

Dopagem Silício

Semicondutores Positivos (de tipo P)

Quando ao silício de adiciona um elemento do Grupo III como o Alumínio, Gálio, Boro, que têm 3 electrões de valência, produz-se uma corrente onde faltam tantos electrões como átomos do elemento adicionado, formado desta forma um semicondutor do tipo P.

Semicondutores Negativos (de tipo N)

Se, em vez de adicionarmos com um elemento o grupo III, adicionarmos elementos do grupo V, como o fosforo, arsénio ou antimónio que têm 5 electrões de valência, produz-se uma rede com electrões em excesso movendo-se em direcção contrária ao campo submetido.

Movimento dos electrões e das lacunas

Quando o cristal é submetido a uma diferença de potencial (ou tensão eléctrica), a lacuna pode mover-se do mesmo modo que o electrão, mas em sentido contrário,uma vez que possui carga eléctrica . Para compreender melhor esse movimento das lacunas, consideremos alguns átomos de um cristal semicondutor (Silício ou Germânio), supondo que esteja ligado aos pólos de uma pilha. Se no átomo 1 for rompida uma ligação covalente, aparecerá um electrão, que será rapidamente atraído pelo pólo positivo (+) da pilha seca, ficando no lugar desse átomo uma lacuna.

Um electrão de qualquer ligação covalente do átomo 2 poderá preencher a lacuna deixada pelo primeiro electrão do átomo 1.

Entretanto, quando o electrão abandona a ligação covalente do átomo 2, surgirá uma nova lacuna que, por sua vez, poderá ser preenchida por qualquer electrão de uma ligação covalente do átomo 3. e assim sucessivamente.

Simbolos e Unidades Eléctricas SI

• diferença de potencial ou tensão constantes: U, U, DV, V; unidade: volt, V
• diferença de potencial ou tensão variável no tempo: Dv, v; unidade: volt, V)
• quantidade de carga eléctrica constante no tempo: Q; unidade: coulomb, C
• quantidade de carga eléctrica variável no tempo: q; unidade: coulomb, C
• intensidade de corrente eléctrica constante: I; unidade: ampere, A
• intensidade de corrente eléctrica variável no tempo: i; unidade: ampere, A
• resistência eléctrica: R; unidade: ohm; W
• condutância (inverso da resistência): G; unidade: siemens, S
• capacidade: C; unidade: farad, F  (não confundir com faraday)
• indutância: L; unidade: henry, H
• impedância: Z; unidade: ohm, W
• reactância: X; unidade: ohm, W.

Outras Unidades

Grandeza	Unidade	Símbolo	Derivação	Derivação alternativa
Ângulo plano	radiano	rad	1	m/m
Ângulo sólido	esterorradiano	sr	1	m²/m²
Frequência	hertz	Hz	1/s	---
Força	newton	N	kg·m/s²	---
Pressão	pascal	Pa	kg/(m·s²)	N/m²
Energia	joule	J	kg·m²/s²	N·m
Potência	watt	W	kg·m²/s³	J/s
Carga elétrica	coulomb	C	A·s	---
Tensão elétrica	volt	V	kg·m²/(s³·A)	W/A
Resistência elétrica	ohm	Ω	kg·m²/(s³·A²)	V/A
Capacitância	farad	F	A²·s²·s²/(kg·m²)	A·s/V
Condutância	siemens	S	A²·s³/(kg·m²)	A/V
Indutância	henry	H	kg·m²/(s²·A²)	Wb/A
Fluxo magnético	weber	Wb	kg·m²/(s²·A)	V·s
Densidade de fluxo magnético	tesla	T	kg/(s²·A)	Wb/m²
Temperatura em Celsius	grau Celsius	°C	K	---
Fluxo luminoso	lúmen	lm	cd	cd·sr
Luminosidade	lux	lx	cd/m²	lm/m²
Actividade radioactiva	becquerel	Bq	1/s	---
Dose absorvida	gray	Gy	m²/s²	J/kg
Dose equivalente	sievert	Sv	m²/s²	J/kg
Actividade catalítica	katal	kat	mol/s	---
Densidade de corrente	ampère por metro ao quadrado	A/m²
Campo magnético	ampère por metro	A/m

Soldadura Componentes eletrónicos

A soldadura é a base de todas as aplicações em electrónica porque permite uma ligação eficiente entre os componentes e os condutores.
A soldadura em estanho consiste em cobrir dois contactos de estanho permitindo uma ligação estanque entre ambos.

O processo é manual, exige alguma prática mas uma vez dominada os princípios nunca mais se esquecem.

Ferro de Soldar, Soldador

O ferro de soldar é o componente que funde o estanho, permitindo por isso a correcta ligação entre os conductores.
Um dos factores importantes do soldador é a durabilidade, geralmente são compostos com uma ponta que aquece por efeito de uma resistência electrica ligada ao sector.

No mercado e para efeitos desoldadura de componentes electrónicos existem dois fgrandes tipos de soldadores:

• Tipo Lápis - é um ferro de soldar clássico, na imagem um ferro de 30W é comum para utilizações frequentes quando existe a necessidade de executar várias soldaduras.

• Tipo Pistola - é utilizado maioritariamente quando se necessita de efectuar uma soldadura esporádica, quase todos incluem um transformador que produz alguma interferencia electro-magnética.
  Existem ferros de soldar tipo pistola profissionais, este tipo de ferros normalmente têm grupos de resistência isolados com cerâmica, permitindo funcionamento permanente a potências baixas 20W-30W aumentando rapidamente em caso de necessidade.

• Estação Soldadura - A estação de soldagem permite a execução de algumas funções (dessoldagem, limpeza, etc...), comum em todas, a regulação de temperatura

• Suporte do soldador: Existem vários tipos de suportes, o suporte tem como função base isolar o ferro de locais e objectos que possam sofrer danos quando sujeitos a temperaturas 250ºC-350ºC.
  Alguns suportes têm acessórios de limpeza de resíduos, esponjas por exemplo, que se destinam a limpar as áreas de contacto de resíduos de soldaduras anteriores.

A soldadura consiste em unir as partes a soldar de maneira que se toquem ficando cobertas com uma camada de estanho fundido que, uma vez arrefecido, constituirá uma verdadeira união electrónica

• Tensão: A maioria dos ferros funcionam directamente no sector 110/220V. Entretanto, a baixa tensão (por exemplo 12V ou 24V) é geralmente valor comum de uma estação de soldadura.
• Potência: Tipicamente, podem ter uma avaliação de potência entre 15-25 watts, suficiente para a maioria de trabalho. Uma potência mais elevada não significa que o ferro fique mais quente. Deve-se no entanto considerar a utilização de um ferro de maior potência quando se pretende fazer um trabalho contínuo maior, uma vez que um ferro de maior potência não arrefece tão rápidamente.  
• Anti-estática: Se pretende soldar directamente componentes sensíveis à electricidade estática (CMOS, MOSFET) é conveniente ter um ferro de soldar não indutivo, e anti-estáticos de protecção ligados ás áreas junção (uma ligação a uma linha terra é na maior parte dos casos suficiente, se ligada directamente à zona da soldadura).
• Controlo de temperatura: Os modelos mais baratos não têm controlo de temperatura, os modelos com controlo de temperatura estão normalmente acoplados a estações de soldadura. Se possui um ferro com aquecimento resistivo pode fazer  e adaptar um circuito de controle de temperatura
• Estações de soldadura: As estações de soldadura têm normalmente controlo de temperatura através de um LCD, a algumas executam as duas funções, soldam e removem a solda.

A Solda

A solda que geralmente chamamos de solda de estanho, na realidade não é composta apenas por estanho. A composição da solda varia a mais comum é composta aproximadamente por 60% de estanho e 40% de chumbo. A percentagem de estanho pode aumentar, aumentando por isso a qualidade da solda. 

Solda	Temperatura Fusão

Para electrónica e montagem de circuitos, a solda mais utilizada  é a que vem em fios de 0,8 a 1,2 mm de espessura e com proporção de estanho-chumbo de 60/40. 

Preocupações Ambientais com a Soldadura

No fabrico atual dos equipamentos eletrónicos existe a preocupação de evitar o uso de substâncias nocivas ao meio ambiente. Uma das causas é a utilização do chumbo nas ligas destinadas a soldar componentes, as novas ligas desenvolvidas pelos fabricantes são designadas por LEAD FREE (Isenta de chumbo).

Composição solda:

Solda comum com chumbo

Composição: 37% chumbo, 63% estanho; Ponto fusão: 183ºC;Fusão estanho puro: 232ºC;Fusão chumbo puro:320ºC. O chumbo reduz a temperatura de fusão, reduz o preço e é o elemento de diluição. O estanho é o elemento que torna a liga fluida.
Existem dois tipos de solda em fio, as com núcleo de resina 60/40 (sn/pb) e as com núcleo de resina orgânica (no clean).

Soldas sem Chumbo (Lead-free)

Composição: 96,5% estanho, 3% prata, 0.5% cobre. Tem um ponto de fusão mais elevado que a solda comum e uma aspecto fosco em vez de brilhante da solda comum. A solda lead free não se mistura com a solda comum, no caso de uma soldadura com estanho comum em substituição de soldadura anterior “lead-free” é recomendado que se retire totalmente a solda, só posteriormente, executar a soldadura com solda comum.

Como identificar se o circuito impresso usa solda lead-free isenta de chumbo?

Em algum local do circuito impresso encontrará o símbolo que identifica o circuito impresso com soldadura isenta de chumbo.

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Antes de efectuar uma soldadura deverá assegurar-se de que:

A ponta do ferro deve estar limpa

Que os contactos a soldar devem estar limpos, sem impurezas e ou óxidos;

Que o ferro tem a potência e ou temperatura adequada para o que se vai soldar.

Após a verificação e ou limpeza dos componentese do ferro, aquece-se de uma forma uniforme os objectos que vão sofrer a soldadura, encostando o ferro a ambos, geralmente em menos de  3 segundos ambos ficam com temperatura adequada para proceder à soldadura, dependendo da massa de ambos os objectos.

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Como Soldar Componente Electrónico

Solda nos componentes

Para soldar os componentes coloque solda directamente sobre os objectos aquecidos evitando tocar directamente na ponta do ferro. A solda ao aquecer fica no estado semi-liquido preenchendo os espaços vazios, unindo as duas peças a soldar.
Certifique-se de ter à mão uma esponja húmida para efetuar a limpeza da ponta do  soldador.
Não deixe a ponta do soldador no terminal do componente e/ou no orifício mais do que o mínimo necessário (máximo 10s). Existe o risco de danificar o componente e/ou a placa.
Retirar a solda, retirar o ferro de soldar, deixar que a solda arrefeça naturalmente.
Nunca soprar directamente sobre a soldadura, soprar produz o que se chama soldaduras frias que vão estalar mais tarde. 
A solda deve ser colocada em contacto directo com o componente electrónico a soldar e as pistas.

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 Soldaduras Correctas

1. 1-Mínimo
2. 2-Óptimo
3. 3-Excessivo

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Soldaduras Incorrectas

Soldaduras Partidas

1. 1-Má soldadura do material a soldar, terminal pouco aquecido;
2. 2-Má soldadura da placa, cobre da PCI pouco aquecido;
3. 3-Má soldadura do material e da placa, terminal do componente e PCI pouco aquecidos.

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Dessoldadores

No trabalho técnico normal, existe a necessidade de retirar componentes das placas de circuitos eletrónicos para substituição.
Existem vários tipos de dessoldadores alguns incorporados em estações de soldadura outros mais ou menos sofisticados executam a função de remover o estanho de uma soldadura anterior.

Dessoldador Manual	Dessoldador Vácuo	Dessoldador Quente

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Utilização Dessoldador Manual (Sugador)

• 1: Aqueça a área de onde a solda vai ser retirada usando o ferro de soldar. É recomendável, em alguns casos, adicionar um pouco de solda "nova" para que a remoção da solda antiga seja facilitada;
• 2: Deixe a solda a ser retirada liquida aquecendo a solda a remover;
• 3: Empurre o embolo do dessoldador e posicione imediatamente em cima da solda a remover;
• 4: Pressione o botão de libertação do embolo, o embolo ao voltar à sua posição normal vai aspirar a solda a remover;
• 5: Remova ambos (ferro e dessoldador) simultaneamente, se a solda não foi removida por completo, repita a operação.

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Precauções na Soldadura de componentes

Componentes	Foto	Avisos - Precaução Soldadura
Resistores - Resistências		Sem precauções especiais.
Capacitores - Condensadores Baixa Capacidade (abaixo de 1µF)		Podem ser soldados sem cuidado em relação a polarização. Cuidado com os componentes de polistireno podem facilmente ser danificados pelo calor.
Capacitores(condensadores) Eletroliticos (acima de 1µF)		Têm de ser soldados de forma correta em relação à polarização +/-.
Díodos		Soldados de forma certa em relação à polaridade ânodo cátodo. Cuidado ao soldar díodos de Germânio (ex: OA90) porque são facilmente danificados pelo calor.
LEDs		Soldados de forma certa em relação à polaridade ânodo cátodo. O cátodo(-) é o pino mais curto.
Transistores		Soldados de forma certa em relação aos pinos EBC. Facilmente danificados pelo calor.
Suporte de circuitos integrados		Ao soldar verificar a posição; Não colocar os circuitos integrados antes de soldar, soldar apenas o suporte.
Circuitos integrados		Ao soldar verificar a posição; Facilmente danificados pelo calor e eletricidade estática. Os CI sensíveis a estática devem ser deixados na embalagem até à soldadura, o suporte de CI é preferível em vez da soldadura nos CIs sensíveis a calor e estática.

Testar Transístores com o Multímetro

Testar Díodos

A verificação de junções semicondutoras PN pode ser efectuada com o multímetro, este tipo de teste permite verificar se díodos ou transistores têm as suas características normais.
Para efectuar medições nos componentes é importante que o componente não esteja no circuito, a medição de componentes no circuito pode induzir em erro, porque para além de medir o componente os valores são medidos em conjunto com todos os componentes ligados ao componente.

Com o multímetro na escala de medição de resistências (Ohmímetro) escala Rx10 ou R1

• A-Quando medido directamente a resistência de uma junção PN é baixa.
• B-Quando o díodo está em curto o valor será zero seja qual for o sentido da medição.
• C-Quando se testa inversamente a resistência será alta ou infinita (depende das características do ohmímetro).

*Se a junção tiver uma fuga a medição C apresenta um valor baixo o que indica que o componente está danificado

Testar Transístores Bipolares (NPN,PNP)

Um transístor para efeitos de teste não é mais que dois díodos, a verificação com o multímetro é executada em função das duas junções PN. A medição executa-se da mesma forma que num díodo normal PN.

Testar NPN

O teste das junções é efectuado medindo todas as junções

Testar PNP

O teste das junções é efectuado medindo todas as junções

Testar Transístor Unijunção

Para testar um transístor de unijunção pode usar-se um multímetro digital na escala de OHMs.


Após verificarmos o tipo de transístor e localizar os terminais

1. Com o multímetro na escala de Ohm medimos a resistência entre B1 e B2, invertemos a posição e fazemos a mesma medida: O valor, nos dois casos deve ser praticamente o mesmo, uma resistência muito elevada.
2. Agora medimos a resistência entre Emissor e B1, em seguida medimos Emissor e B2 (a ponta preta (-) deve estar no Emissor para os dois casos). O valor encontrado deve ser praticamente o mesmo: uma alta resistência.
3. Realize o mesmo teste anterior só que desta vez a ponta vermelha (+) é ligada ao emissor. O valor será uma resistência baixa tanto em emissor-B1 e emissor-B2.