JBCELULAR

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218
SENAI-PR
Expressão da potência
A potência trifásica ativa, tanto para a disposição de
alternador em estrela quanto em triângulo, é a mesma, e
vem a ser a soma das potências das três fases. Calculase
pela fórmula.
P = U x I x V 3 x cos ϕ
Sendo:
U = tensão eficaz entre dois fios-fase
I = corrente eficaz da linha
ϕ = ângulo de atraso (defasagem) de I em relação a U
na representação vetorial dessas grandezas.
Fator de potência
Quando em um circuito de corrente alternativa existe
intercalada uma bobina (por exemplo), um motor de indução,
um reator para iluminação fluorescente) ou um capacitor,
observa-se que a potência total consumida em cada fase e
que é dada pelo produto da intensidade da corrente I (lida no
amperímetro) pela diferença de potencial (lida no voltímetro)
não é igual à potência indicada pelo waltímetro.
Se no circuito houvesse apenas resistências ôhmicas,
o produto V x A (volts X ampères) coincidiria com a leitura em
watts.
Quando há bobinas, a leitura da potência, no wattímetro,
será inferior ao produto volts x ampères, e se denomina potência
ativa P, porque é a responsável pela circulação da energia no
circuito das bobinas.
POTÊNCIA EM CA
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219
SENAI-PR
A potência aparente Pα é dada pelo produto da tensão U
pela corrente I medidas nos instrumentos e é expressa em V x
A ou kVA.
Denomina-se fator de potência a relação entre a potência
P e a potência aparente Pα, ou seja, entre a potência realmente
utilizada para vencer as resistências e, além disso, os efeitos
de indutância para criar o campo magnético (em bobinas, etc.)
e de capacitância (nos capacitores) para criar o campo elétrico.
Fator de potência = P = cos ϕ
Pα
ϕ é, como vimos, o ângulo de defasagem entre a tensão
U e a corrente I. Considerando sucintamente os três casos
que podem apresentar-se.
1º caso: Existem apenas resistências ôhmicas no
circuito.
A corrente acha-se em fase com a tensão.
cos ϕ = 1
A potência é dada por U x I = P, e a leitura no wattímetro
coincide com a do produto de I (lido no amperímetro) por U
(lido no voltímetro).
Potência a considerar quando há indutância
Devido ao inconveniente causado por um baixo fatore de
potência, as empresas, concessionárias de energia elétrica
fixam, como valor mínimo do fator de potência, 0,80 e até
mesmo 0,85. Excetuam-se as instalações contendo apenas
motores de pequena potência, nas quais, em geral, são
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220
SENAI-PR
permitidos motores com fator de potência inferior à 0,80, desde
que a soma das potências ativas instaladas de tais motores
não ultrapasse 5 kW.
Todas as instalações de lâmpadas ou tubos de iluminação
a vapor de mercúrio, neônio, fluorescente, ultravioleta, cujo fator
de potência seja inferior a 0,90, deverão ser providas dos
dispositivos de correção necessários para que seja atingido o
fator de potência de 0,90, no mínimo, valor este obtido junto ao
medidor da instalação.
2º caso: Existe uma capicitância (efeito de capacitor)
Neste caso, a corrente fica avançada em relação à
tensão, de modo que, intercalando-se um capacitor em um
circuito com indutância, pode-se neutralizar o efeito da mesma,
pois, se por um lado a indutância atrasa a corrente em relação
à tensão, a capacitância produz o efeito contrário.
Em instalações industriais, consegue-se melhorar o fator
de potência (tornar o cos ϕ bem próximo de 1) utilizando-se
capacitores estáticos industriais ou motores síncronos
superexicitados, que têm a propriedade de neutralizar a
componente reativa ou deswattada da potência.
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SENAI-PR
Circuito apenas resistivo
3º caso: Existe exclusivamente uma indutância (bobina
ou dispositivos que sofram efeitos de indução eletromagnética
da corrente).
A indutância, como dissemos, faz com que a corrente
fique em atraso em relação à tensão.
Na figura a seguir acha-se representado um circuito
monofásico, no qual o amperímetro indica I = 10 A e o voltímetro
U = 220 V. A potência aparente ou total é dada por Pα = U x I =
10 x 220 = 2200 volt-ampères (VA), mas o wattímetro indica
1870 watts, para a potência real ou ativa que ocasiona a
circulação da corrente através da bobina.
Circuito com indutância
O fator de potência para este circuito monofásico será:
Potência ativa = W = 1870 = 0,85 ou 85%
Potência total V.A. 2200
isto é, cos ϕ = 0,85. Logo, o ângulo de defasagem de I
em relação a U será de 32º.
Vemos que, quando o fator de potência é inferior à
unidade, existe um consumo de energia não medida no
wattímetro, consumo aplicado na produção da indução
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222
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magnética. Uma instalação com baixo fator de potência, para
produzir uma potência ativa P, requer uma potência aparente
Pα maior, o que onera essa instalação com o custo mais
elevado de cabos e equipamentos.
A parte da potência consumida pelos efeitos de indução
é denominada potência reativa, e demonstra-se que esta
potência, somada vetorialmente com a potência ativa (em
watts), fornece o produto volt-ampère (V A, k V A).
A potência reativa é medida em vars.
Exemplo
A potência de um motor elétrico, trifásico, alimentado em
220 V, medida com um wattímetro, é de 18,5 cv. O fator de
potência é 0,85. Calcular a corrente de alimentação do motor
e as potências aparente e reativa.
1 cv = 736 W
Dados:
P = 18,5 cv = 18,5 x 736 = 13,616 W
U = 220 V
cos ϕ = 0,85
Solução
1) Intensidade da corrente
Da Equação tiramos.
I = P = 13,616 = 42,039 A
U V3 cos ϕ 220 V3 x 0,85
2) Potência aparente
Pα = U x I V3
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Pα = 220 x 42,039 x V3 = 16,018 V A = 16,018 kV A
3) Potência reativa
Tiramos:
Pr = V P2
α - P2
Pr = V 16,0182 – 13,6162 = 8,436 kV Ar
Potência de motor elétrico
Podemos considerar para um motor as seguintes
potências:
Potência nominal ou potência de saída. É a potência
mecânica no eixo do motor. Num laboratório de ensaios, seria
medida com o auxílio de um freio dinamométrico. É expressa
em c.v. ou kW e eventualmente em HP.
Potência de entrada (ρe). Corresponde à potência
absorvida pelo motor para o seu desempenho.
A relação entre a potência nominal e a potência de saída
é o rendimento mecânico η do motor.
η = Pn /Pe
A potência de entrada, expressa em kW, pode ser
calculada em função da potência nominal pelas fórmulas:
Pe = Pn (kW)
η (kW)
Pe =
Pn (c.v.) x 0,736 (kW)
η
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Pe = Pn (HP) x 0,746 (kW)
η
Estas expressões serão corrigidas pela introdução da
grandeza denominada fator de potência, de que tratamos a
seguir.
Fator de potência
Quando num circuito existe intercalada uma ou mais
bobinas, como é o caso de um circuito co motores, observase
que a potência total fornecida, que é determinada pelo
produto da corrente lida num amperímetro pela diferença de
potencial lida em um voltímetro, não é igual à potência lida num
wattímetro.
No caso de haver motores, reatores, transformadores
ou lâmpadas de descarga, a leitura do wattímetro indicaria valor
inferior ao produto volt x ampères. Se no circuito houvesse
apenas resistores, os dois resultados coincidiriam, pois volts
x ampères = watts.
Fazendo-se a representação das variações de corrente
e da tensão em função do tempo, verifica-se que quando existe
auto-indução pela passagem da corrente através de um
enrolamento a voltagem atinge o valor positivo máximo antes
que a corrente alcance o seu valor positivo máximo.
Representando por vetores as grandezas I e U, o atraso da
corrente I em relação à tensão U é o ângulo ϕ de defasagem.
De modo análogo, representando vetorialmente as
potências, veremos que a chamada potência total ou aparente
(volt x ampères, ou kV A = 1.000 V A) resulta da composição
da potência ativa ou efetiva (watts) com a potência reativa (V A
Rs = volts x ampères reativos), e que a potência ativa e a
aparente estão defasadas entre si do ângulo ϕ.
Chama-se fator de potência o co-seno desse ângulo ϕ.
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225
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Isto é, o valor dado por:
cos ϕ = Pot. ativa ou ( KW )
Pot. aparente kV A
O nome fator de potência decorre de que, multiplicandose
a potência aparente pelo cosϕ, obtém-se a potência ativa,
isto é:
k W = cos ϕ x kV A
Esquema vetorial mostrando a composição
para obter-se a potência ativa
Quando há, apenas, resistências num circuito, dizemos
que a corrente está “em fase” com a tensão (figura a seguir).
Então ϕ = 0, cos ϕ = 1 e a potência monofásica é dado por:
W = U I (watts = volt x ampères)
Circuito apenas resistivo, em que a corrente
está “em fase” com a tensão.
Como foi mencionado acima, no caso de haver
indutâncias (bobinas, motores ou dispositivos que sofram os
efeitos da indução eletromagnética da corrente), a corrente
fica dafasada e em “atraso” em relação à tensão (figura a
seguir). Neste caso, como vimos,
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Pativa = cos ϕ x Ptotal
Iativo = cos ϕ x Itotal
Circuito com indutância, em que a corrente
está “em atraso” com a tensão.
Quanto maior o valor do fator de potência, tanto maior
será o valor de Iativo.
Os condutores e equipamentos elétricos são
dimensionados com base no Itotal, de modo que, para uma
mesma potência útil (kW), deve-se procurar Ter o menor valor
possível da potência total (kV A), e isto ocorre evidentemente
quando Iativo = Itotal o que corresponde a cos ϕ = 1.
Quanto mais baixo for o valor de potência, maiores
deverão ser, portanto, as seções dos condutores e as
capacidades dos transformadores e dos disjuntores. Um
gerador, suponhamos de 1000 kV A pode fornecer 1000 kW a
um circuito apenas com resistências, pois neste caso cos ϕ =
1. Se houver motores e o circuito tiver fator de potência 0,85,
isto é, cos ϕ = 0,85, o gerador fornecerá apenas 850 kW de
potência útil ao circuito.
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227
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Quando um motor de indução opera a plena carga, podese
ter cos ϕ ≅ 0,90. Se operar com cerca da metade da carga,
cos ϕ ≅ 0,80, e se trabalhar sem carga, cos ϕ ≅ 0,20. Daí se
conclui ser necessário uma criteriosa escolha da potência do
motor para que opere em condição favorável de consumo de
energia.
Como dissemos, o efeito da potência reativa (k V AR),
chamada também “componente dewattada”, é consumir
potência que não é acusada no wattímetro, de modo que a
empresa concessionária forneceria energia que, não sendo
registrada, não seria cobrada do consumidor, embora este a
estivesse gastando.
Por isto, as concessionárias não permitem instalações
industriais com fator de potência inferior a 0,85, cobrando
sobretaxas sobre o excesso, melhor dizendo, abaixo desse
valor.
Veremos, em capítulo próprio, os recursos que se podem
empregar para melhorar o fator de potência.
Corrente no motor trifásico
A corrente que produz potência média positiva ou motriz
é, como vimos, a wattada, ativa ou efetiva. A potência reativa
ou dewattada produz potência média nula, daí não ser utilizável.
Num período, o gerador fornece esta potência e a recebe de
volta, não havendo saldo de potência utilizável. A potência ativa
no circuito trifásico é dada pela expressão:
P(watts) = U x I x V3 x cos ϕ x η
onde η = rendimento do motor.
Da Equação anterior obtém-se a corrente nominal ou
wattada, isto é, a corrente de plena carga consumida pelo motor
quando fornece a potência nominal a uma carga.
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I(ampères) =
P(c.v.) x 736
U(volts) x V3 x cos ϕ x η
Para um motor monofásico, teremos:
I(ampères) =
P(c.v.) x 736
U(volts) x cos ϕ x η
Exemplo
Qual a corrente nominal solicitada pelo motor trifásico
de uma bomba de 5 c.v. sob uma tensão de 220 V, sendo cos
ϕ = 0,80 e o rendimento do motor igual a 96% (η = 0,96)?
I = P x 736
U x V3 x cos ϕ x η
(1 c.v. = 736 watts)
I = 5 x 736
220 x V3 x 0,80 x 0,96
I = 12,6 A
Resumo das fórmulas para determinação de I
(ampères), P (c.v.), kW e kWA
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229
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Introdução
A notável evolução da eletrônica tem sempre exigido a
adoção de novas técnicas e processos. Como exemplo
bastaria citarmos o circuito impresso.
Durante a Segunda Guerra surgiu a necessidade de
equipamentos eletrônicos, para fins militares, que
apresentassem tamanho reduzido, alta confiabilidade,
resistência a vibrações e choques mecânicos e, o que era de
grande importância, facilidade para produção em massa. Os
técnicos do National Berau of Standards, dos EUA, chegaram
a conclusão que a melhor solução para esse problema era a
utilização de circuitos impressos.
Foram dados assim os primeiros passos para a criação
de uma nova técnica, que viria, anos mais tarde, revolucionar
os sistemas de montagem de receptores e demais aparelhos
eletrônicos.
O primeiro processo
A solução para a obtenção de um circuito impresso foi
encontrada de maneira clara e direta, isto é, o condutor deveria
ser impresso com uma tinta condutora sobre uma base
isolante. A solução óbvia para se produzir uma tinta condutora
seria juntar pó metálico a alguma espécie de aglutinador
resinoso.
Os metais, porém, quando reduzidos a pó, tem suas
partículas oxidadas e, com exceção da prata, têm sua
condutibilidade bastante reduzida. A prata, porém, mesmo sob
a forma de óxido ou de sulfato, mantém sua condutibilidade
bastante satisfatória. Por essa razão foi escolhida como
elemento metálico das tintas condutoras.
CIRCUITO IMPRESSO
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230
SENAI-PR
A relação entre aglutinador e pó de pirata é limitada pela
necessidade de se manter a tinta numa consistência que
permite sua aplicação de maneira bem definida. Verificou-se,
portanto, que, por mais alta que fosse a porcentagem de pó de
prata na tinta, o condutor impresso tinha apenas 30% da
condutibilidade que teria se fosse de prata, com a mesma
dimensão e espessura. A razão disto é óbvia: as partículas de
prata estão separadas umas das outras por uma certa
quantidade de resina aglutinadora .
Outro problema encontrado com o condutor pintado foi a
dificuldade de soldagem. Embora fosse possível produzir uma
tinta condutora, de secagem ao ar livre, que pudesse ser
soldada, essa operação não era simples e, consequentemente,
não poderia ser utilizada em linhas de produção em série.
Constatou-se, entretanto, que, aquecendo-se a tinta a
uma temperatura entre 480°C e 760°C, o aglutinador era
queimado, deixando a prata fundida como um condutor sólido,
cuja condutibilidade era cerca de 80% da condutibilidade de
um condutor de prata, das mesmas dimensões. Com esta
técnica foi contornado o problema da condutibilidade e da
facilidade de soldagem.
Entretanto, as altas temperaturas necessárias ao
processo de queima do aglutinador introduziram uma severa
limitação no que diz respeito ao material usado como base
isolante do circuito impresso. Mesmo os plásticos mais
resistentes não suportaram as altas temperaturas de 480°C
ou mais. Passou-se a usar então o vidro, a porcelana ou a
esteatita.
As experiências apontaram a esteatita como o material
mais indicado. Embora bastante semelhante a porcelana, em
aspecto, apresenta maior rigidez e, devido sua elevada
densidade, não absorve água ou solventes. A característica
de baixa absorção de umidade torna a esteatita um isolante de
grande importância na industria elétrica.
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231
SENAI-PR
Componentes impressos
Como era de se esperar, a técnica do circuito impresso
levou os fabricantes a imaginarem outras aplicações. Por
exemplo: se, ao invés de usarem tinta condutora, usassem
uma tinta com características condutora pobres (à base de
carvão ou grafite), poderiam obter resistores impressos.
Por outro lado, se pintassem ambas as faces de uma
delgada lâmina de cerâmica com uma camada de tinta de
prata, teriam um capacitor.
Evidentemente, a coisa não era tão simples assim, e
inúmeros problemas tiveram que ser resolvidos antes de se
conseguir tais componentes na prática.
Em busca de uma aplicação comercial para os pequenos
conjuntos, a CENTRALAB, por volta de 1950, começou a
estudar os diversos circuitos comerciais utilizados. Deste
estudo, chegou-se à conclusão de que os pontos mais
adequados para serem utilizados os componentes impressos
eram as redes de acoplamento entre os estágios
amplificadores e outras redes resistência/capacitância, tais
como filtros e intergradores.
Enfim, como costuma acontecer nos mais variados
setores técnicos e científicos, há conceitos e técnicas que são
usados durante pouco tempo, mas que servem de base para
novos produtos, mais perfeitos e funcionais, que abrem novos
campos de trabalho e de processo.
Esse foi o caso do circuito impresso com tinta condutora.
Seu emprego foi relativamente limitado, mas abriu as
perspectivas para o futuro, ou seja, para os circuitos impressos
utilizados atualmente. Também os conjuntos de componentes
impressos podem ser considerados como um tímido e
rudimentar esboço do que seriam os modernos circuitos
integrados.
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SENAI-PR
Circuitos impresso por meio de gravação química
Embora a utilização deste sistema seja relativamente
recente, quem primeiro pensou em sua viabilidade foi P. Eisler,
quando trabalhava, em 1941, para a Henderson & Spaulding,
uma grande firma inglesa no setor gráfico. Eisler previa a
possibilidade de se empregar a experiência e os métodos da
indústria de artes gráficas nas técnicas de montagens
eletrônicas, assim sendo, tentou aplicar os conhecidos
métodos de gravação das indústrias gráficas para obter
circuitos impressos.
Após as primeiras e infrutíferas experiências com tintas
metálicas, chegou a conclusão que a solução seria utilizar uma
base de material isolante, tendo uma das faces recoberta por
uma delgada lâmina metálica. Desta forma a obtenção do
padrão (ou circuito) impresso não representaria problemas,
pois poderiam ser utilizados métodos de foto gravação,
amplamente empregados nas indústrias gráficas. Utilizando
tintas resistentes aos corroentes químicos, poderia protegerse
as partes que deveriam permanecer para formar o circuito
impresso, enquanto que as indesejáveis permaneceriam
expostas e seriam corroídas pelo agente químico. As idéias
de Eisler eram porém muito adiantadas para que pudessem
ser utilizadas pelas indústrias eletrônicas britânicas: suas
experiências foram, portanto, desenvolvidas apenas em escala
de laboratório.
Somente no fim da guerra, devido a troca de informações
básicas entre os serviços militares britânico e norte americano,
é que o trabalho de Eisler, relativo às técnicas de circuito
impresso, foi levado ao conhecimento do Signal Corps
Engeneering Labs.
Estava assim aberto o caminho para a introdução do
circuito impresso na indústria eletrônica. Evidentemente, até
que o circuito impresso se tornasse corriqueiro nos aparelhos
comerciais, houve um longo caminho a ser percorrido.
Inicialmente, a necessidade de se produzirem
equipamentos eletrônicos para fins militares em grandes
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233
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quantidades, empregando o sistema de montagem automática
dos componentes, tornou-se praticamente um dispositivo
estratégico.
Por outro lado, a preparação da indústria eletrônica para
novas técnicas, a produção econômica de materiais para estas
técnicas e, principalmente, o fabuloso capital que essa inovação
iria exigir, foram os principais responsáveis pelo retardo da
introdução do circuito impresso nos aparelhos comerciais.
Atualmente, os circuitos impresso são utilizados nos
mais diversos aparelhos, porque permitem uma montagem
compacta, prática e, sobretudo confiável. São realmente raras
as montagens eletrônicas que não empregam a técnica dos
circuitos impressos hoje em dia.
Circuito impresso
O circuito impresso é constituído por filetes de material
condutor, fixos numa chapa de material isolante.
Os filetes substituem os condutores elétricos, nas
ligações entre componentes, dos circuitos.
Algumas vantagens que o circuito impresso apresenta,
em relação à montagem convencional, são:
• Eliminação da fiação de conexão entre os
componentes.
• Padronização da montagem de circuitos em linhas
de produção.
• Uniformidade na disposição dos componentes.
• Economia de espaço.
• Acesso fácil aos componentes para medições.
• Melhoria do acabamento final do circuito.
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A figura a seguir apresenta uma montagem realizada em
placa de circuito impresso.
Matéria prima
A matéria prima para a confecção de um circuito
impresso é uma chapa de material isolante recoberta em uma
das faces por uma lâmina de material condutor.
Chapa de material isolante
A chapa de material isolante pode ser um fenolite ou fibra
de vidro (fiberglass):
Fenolite
Material isolante de cor marrom ou parada com pequenas
variações de tom. Encontrada em diversas espessuras
(0,5mm a 2mm). Tem pouca rigidez mecânica.
Fibra de vidro
Material isolante, levemente transparente com ótima
rigidez mecânica e boa isolação elétrica. A espessura é de
aproximadamente 1mm. É usado normalmente em linhas de
produção industriais.
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Material condutor
O material condutor usado para revestir uma das faces
da chapa isolante é normalmente o cobre. Em circuitos mais
sofisticados (equipamentos médicos, computação, etc.) onde
é necessário alta confiabilidade no funcionamento a face
cobreada é banhada em ouro para evitar oxidações e maus
contatos.
As chapas de dupla face
Existem ainda placas para a fabricação de circuitos
impressos cobreadas nas duas faces (figura abaixo).
Este tipo de placas é utilizado em circuitos que contém
um grande número de componentes e ligações, e que
apresentariam dificuldades de execução em uma placa de face
simples.
Interligação dos componentes
Quando a placa de circuito está pronta, a face cobreada
não apresenta mais camada de cobre em toda sua extensão.
No processo de fabricação o cobre é removido de
determinadas regiões da placa. O resultado é a formação de
trilhas de cobre que percorrem a placa.
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As trilhas, chamadas de “filetes”, serão responsáveis pela
interligação dos componentes que compõem o circuito.
Todos os componentes que forem soldados a um filete
de cobre estarão ligados eletricamente entre si como se
houvesse um condutor d interligação.
As figuras abaixo ilustram como acontece a substituição
de uma ligação por condutor por uma ligação através de circuito
impresso.
A figura seguinte mostra uma vista em corte de ligação
por filete entre os terminais de dois componentes.
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Projeto de circuito impresso
O projeto de um circuito impresso consiste da elaboração
do conjunto de desenho e informações que servirão como base
para a execução do processo de fabricação e montagem de
um circuito em placa de fenolite ou fibra de vidro cobreada.
Material necessário para o projeto
• Folha em papel quadriculado em milímetros ou
décimos de polegada.
• Esquema do circuito elétrico ou diagrama esquemático.
• Componentes ou catálogos com suas dimensões,
necessários, para que o projeto do circuito impresso
seja feito levando em consideração o tamanho real
dos componentes.
• Lápis
• Borracha e/ou lápis borracha.
• Papel transparente (vegetal ou poliéster).
• Régua
• Gabarito de círculos
Conteúdo do projeto
O projeto da placa, denominado LEIAUTE, consiste de
um conjunto de desenhos e informações.
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Os desenhos e informações que constituem o leiaute
devem ser corretos e completos, de forma a conterem todas
as indicações necessárias para a montagem do circuito e sua
conexão com outros circuitos, fontes , painéis, etc.
A seguir estão apresentados alguns exercícios de
desenhos e informações contidos em um leiaute.
Desenhos
• Do esquema do circuito eletrônico.
• Do lado cobreado do circuito impresso denominado
de chapeado.
Do posicionamento dos componentes
visto pelo lado da chama de fenolite,
denominada de “sistema equipado”.
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• De detalhes construtivos e de fixação.
Informações
• Lista de componentes.
• Observações de esclarecimento e manutenção.
Por exemplo:
• Tensões e sinais de entrada
• Tensões e sinais de saída
• Cuidados especiais
• Opcionalmente, pode-se incluir um desenho do
posicionamento dos componentes visto pelo lado cobreado
da placa, apresentados em forma de simbologia.
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A primeira providência com relação ao projeto de circuito
impresso diz respeito ao circuito elétrico.
Muitas vezes a forma de distribuição dos componentes
no esquema não permite uma visualização da função do
conjunto.
Nestes casos deve-se proceder na restruturação do
esquema ordenando os componentes para que o circuito
apresente uma configuração que permita identificar facilmente
a finalidade de cada um dos componentes no circuito.
A figura seguinte apresenta o circuito da figura anterior
reestruturado.
Na figura é possível perceber claramente a configuração
de um divisor de tensão.
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Itens a observar na execução do projeto
de um circuito impresso
• Dimensões dos componentes: o projeto da placa deve
ser realizado de acordo com a dimensão real dos
componentes que serão utilizados na montagem do
circuito.
• Largura dos Filetes de Cobre: a largura destes depende
da corrente circulante. A tabela seguinte apresenta a
corrente de trabalho dos filetes, de acordo com sua
largura.
Tabela válida para chapa
de cobre de 0,1mm de
espessura (chapa convencional).
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No circuito de divisor de tensão as ligações de entrada
operam uma corrente de 300mA e as ligações de saída com
corrente de 150mA.
De acordo com a tabela anterior as ligações de entrada
devem ser de 1mm e as ligações de saída, menos de 1mm .
Para facilitar o desenho no papel milimetrado não se deve
adotar medidas “quebradas”. Para o projeto do circuito
impresso do divisor de tensão apresentado, pode – se usar
filetes de 1mm em todas as conexões.
Esta simplificação é muito utilizada porque facilita todo o
projeto de circuitos impressos.
• Distanciamento entre dois filetes: a distância entre os
filetes depende da tensão existente entre eles.
A medida que a tensão entre dois filetes é mais elevada
torna-se necessário aumentar o afastamento entre os filetes
para que haja uma isolação adequada entre os pontos do
circuito.
Adota-se como regra uma distância de 1mm para cada
100V de diferença de tensão entre os filetes.
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Isto significa que os dois filetes adjacentes com uma
diferença de tensão de 200V devem ser separados por 2mm
no mínimo.
Esta regra também é válida para circuitos onde existem
picos de tensão. No circuito do divisor de tensão apresentado,
as tensões envolvidas estão todas abaixo de 100V. Pode-se
então, neste caso, adotar como regra:
Distância mínima entre os filetes – 1mm
• Sistema de fixação: Ao executar o projeto de um circuito
impresso deve-se prever a forma como a chapa será
fixada ao chassi ou à base de montagem. De acordo
com o sistema escolhido será feita a previsão dos
pontos de fixação na chapa do circuito impresso.
Os sistemas de fixação mais utilizados são:
• Parafusos com espaçadores (distanciadores).
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• Por calços de fixação.
• Em “RACKS”. Para a utilização do sistema de fixação
por “rack” todas as entradas e saídas da placa devem estar
em um dos lados do circuito impresso.
• Por distanciamento de pressão.
Observação
Quando os pontos de fixação forem distantes e a placa
de circuito impresso estiver sujeito a vibrações e esforços devese
utilizar placas de fibra de vidro.
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• Interligação da Placa: Ao executar o projeto da placa
deve-se levar em consideração a forma como serão realizadas
as conexões dos condutores de ligação para o circuito.
Os sistemas mais usuais de interligação da placa de
circuito impresso com o restante do circuito são:
• Através de fios.
• Através de terminais para circuito impresso.
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• Através de conectores.
Observação
A utilização destes sistemas implica na colocação de
todas as entradas e saídas da placa em uma só região da
placa, normalmente um dos lados.
Execução do projeto
Observados os itens necessários antes da execução, já
têm-se pré-estabelecidos:
• A largura dos filetes
• A distância entre os filetes
• O sistema de fixação
• O tipo de placa cobreado
• O sistema de conexão
A partir destas informações pode-se executar o projeto
da placa d circuito impresso no papel milimetrado.
Tomando como exemplo o divisor de tensão apresentado
na figura seguinte:
• Largura dos filetes: 1mm
• Distância entre os filetes: 1mm no mínimo
• Sistema de fixação: parafusos e espaçadores
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• Tipo de placa: fenolite ou fibra
• Sistema de conexão: terminais para circuito impresso
1° Etapa:
Dispor os componentes sobre o papel milimetrado
procurando ocupar o espaço da melhor forma possível.
Este procedimento permite determinar a área aproximada
de chapa necessária para execução do circuito impresso.
2° Etapa:
Cortar o papel milimetrado em dimensões maiores que
o tamanho estimado.
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As bordas do papel milimetrado devem ser cortadas no
esquadro, aproveitando as linhas do papel como guia.
3° Etapa:
Cortar um papel transparente com o dobro da área do
papel milimetrado.
4° Etapa:
Dobrar o papel transparente no meio (no esquadro) e
introduzir o papel milimetrado entre duas faces.
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SENAI-PR
Através da transparência do papel pode-se visualizar as
linhas do papel milimetrado que servirão como guia para o
traçado do desenho do sistema equipado e da face cobreada
do circuito.
5°Etapa:
Traçar sobre o papel transparente os contornos da chapa
conforme o tamanho estimado, desenhado no milimetrado.
6°Etapa:
Definir os espaços para a fixação da placa, no desenho
sobre o papel transparente, indicando o centro dos furos para
fixação.
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SENAI-PR
Definida a área de chapa e os espaços para fixação está
determinada a área útil da chapa para o projeto do circuito
impresso.
7° Etapa:
Desenhar os componentes sobre o papel transparente,
no tamanho real e na posição em que deverão ficar na placa.
8° Etapa:
Definir a posição dos furos para entrada dos terminais
dos componentes. Estes furos devem ficar afastados do corpo
do componente no mínimo 2mm para que os terminais possam
ser dobrados corretamente na montagem.
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SENAI-PR
9° Etapa:
Definir a posição dos terminais de entrada e saída para
interligação da placa de circuito impresso.
A posição dos terminais depende do sistema de
interligação adotado. Quando o sistema de conexão for por
conectores todas as saídas e entradas deverão ser
posicionadas em um dos lados da placa (por exemplo
conforme a figura abaixo).
Concluídas as etapas anteriores o projeto da placa vista
pelo lado dos componentes (sistema equipado) estará
concluída.
Passa-se então ao projeto da face cobreada (chapeado)
do circuito impresso.
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252
SENAI-PR
10° Etapa::
Retirar o papel milimetrado do meio do papel
transparente.
11°Etapa :
Virar o papel transparente, dobrado, com a faixa
desenhada para baixo.
Pela transparência do papel é possível visualizar
levemente o desenho do sistema equipado.
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SENAI-PR
12° Etapa:
Traçar na face em branco do papel transparente, os
contornos da chapa de impresso, as áreas de fixação e o
centro para os furos de fixação, utilizando a transparência do
papel (figura abaixo).
13° Etapa:
Marcar a posição dos terminais de entrada e saída do
circuito e a posição dos terminais dos componentes.
14° Etapa:
Colocar o papel milimetrado no interior do papel
transparente.
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254
SENAI-PR
15° Etapa:
Estabelecer, com traços leves a interligação entre os
componentes sobre o papel transparente, usando como guia
as linhas do papel milimetrado.
Se for necessário, pode-se numerar as ligações no
esquema e no desenho para facilitar a identificação.
As interligações entre os componentes devem ser
sempre paralelas as bordas. Se isso não for possível podese
utilizar ligações inclinadas a 45°.
No exemplo do divisor todas as ligações entre os
componentes podem ser feitas por linhas paralelas às bordas.
16° Etapa:
Desenhar levemente um círculo (denominado de ilha)
envolvendo os pontos onde serão soldados os terminais dos
componentes e os terminais de entrada e saída.
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SENAI-PR
Os círculos podem ser desenhados usando-se um
gabarito.
O alargamento das áreas ao redor dos furos permite a
obtenção de uma superfície maior, para aderência da solda
na montagem do circuito.
17° Etapa:
Desenhar levemente as ligações entre os pontos usando
como guia os traços leves que determinam as interligações
entre os pontos no desenho.
As ligações devem ser feitas com a largura estabelecida
em função da corrente do circuito.
No circuito exemplo do divisor, os filetes devem ter 1mm
de largura.
Os filetes podem ser mais largos que 1mm, porém não
mais estreitos, no exemplo do divisor.
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SENAI-PR
18° Etapa:
Reforçar os contornos dos filetes e círculos.
Retirando-se o papel milimetrado e observando-se o
papel transparente dobrado, são visíveis ao mesmo tempo o
chapeado e o sistema equipado.
Observando-se o desenho pelo lado do sistema equipado,
é possível conferir facilmente o projeto.
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257
SENAI-PR
Abrindo-se o papel transparente estão configurados:
• O chapeado
• O sistema equipado
Complementação do projeto
Além do esquema elétrico e dos desenhos do chapeado
e sistema equipado, fazem parte do projeto final:
• detalhes de fixação
• lista de materiais (completa)
• informações técnicas que auxiliam na montagem,
ligação ou reparação do circuito.
A página seguinte apresenta o projeto final completo do
circuito impresso para o divisor de tensão.
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SENAI-PR
Projeto de circuito impresso para divisor de tensão
Lista de materiais
R1 – resistor 15Ω x 5W – 1
R2 – resistor 33Ω x 2W – 1
terminais para circuito impresso – 4
parafusos de latão 1/8” X ½” – 4
porcas de latão sextavadas 1/8” – 4
espaçadores – diâmetro 5mm
arruelas – comprimento 7mm – 4
Informações técnicas
entrada – 10V
saída – 5V – 150mA
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SENAI-PR
Confecção de circuito impresso
A “confecção de circuito impresso” é a realização de um
conjunto de procedimentos que resulta em uma placa com
tamanho, filetes e furações adequadas a montagem de um
circuito eletrônico.
A confecção de uma placa de circuito impresso envolve
uma seqüência de procedimentos, realizados a partir do projeto
pré-elaborado:
• Corte da chapa de fenolite
• Preparação para a pintura
• Pintura
• Corrosão
• Selagem
• Furação
Corte de placa de fenolite
Com o projeto em mãos determina-se o tamanho de placa
necessário para a fabricação do circuito
impresso.
O corte da placa pode ser realizado
com um arco de serra, com uma lâmina
afiada, com uma guilhotina ou com
cortador.
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SENAI-PR
A guilhotina é o melhor equipamento para o corte das
placas, mas normalmente só é utilizada industrialmente.
Quando se utiliza a guilhotina deve-se tomar cuidado para
evitar ferimentos na sua lâmina.
Após o corte costuma-se fixar levemente as bordas da
chapa para dar um melhor acabamento ao trabalho.
Preparação para a pintura
Antes de realizar a pintura a chapa deve sofrer um
processo de limpeza ao lado cobreado.
A limpeza tem por finalidade eliminar poeiras, gorduras
e óxidos da face cobreada que podem prejudicar a pintura.
A limpeza se divide em duas fases:
• física – eliminação de óxidos e poeiras.
• química – eliminação de gorduras, aplicando-se um
solvente na face cobreada. A limpeza química normalmente é
realizada apenas nos processo de fabricação industrial de
circuitos impressos.
Observação
Após a limpeza não se deve tocar a placa com os dedos
para evitar a deposição de gorduras na placa.
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261
SENAI-PR
Pintura da placa
A pintura é feita sobre a face cobreada. As regiões de
cobre cobertas pela tinta são aquelas onde o cobre deve
permanecer na placa. O projeto da placa traz o desenho das
regiões de cobre que devem permanecer e das que devem
ser retiradas.
A pintura pode ser realizada de várias formas. Entre elas
citam-se:
• processo manual
• foto gravação
• impressão serigráfica (silk-screen)
Pintura por processo manual
A pintura por processo manual é muito utilizada para
confecção de um pequeno número de placas de circuito
impresso.
Consiste de traçado dos contornos sobre a face cobreada
e posterior preenchimento dos espaços com tinta apropriada.
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262
SENAI-PR
Os processos de silk-screen e fotogravação são
utilizados na produção industrial de circuitos impressos.
Observação
Antes de prosseguir no processo de fabricação do circuito
impresso deve-se aguardar que a tinta esteja bem seca.
Corrosão da placa
Corrosão é o processo químico que retira da chapa o
cobre que não está coberto por tinta.
A corrosão é feita normalmente por um preparado
químico denominado PERCLORETO DE FERRO. O
percloreto de ferro é um sal com teor ácido que dissolvido em
água realiza a retirada do cobre das regiões desprotegidas da
placa. Nos processo industriais o ácido é jogado sobre a face
cobreada da placa.
Nos processos de fabricação em pequena escala o
percloreto é colocado em um recipiente de material não
metálico. A placa é depositada na superfície da solução, com
a face cobreada para baixo.
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263
SENAI-PR
O percloreto de ferro não deve ser colocado ou
armazenado em recipientes metálicos porque provoca a
corrosão do vasilhame, contaminado-se.
Cuidados com o percloreto
Embora o percloreto não seja um preparado com poder
corrosivo elevado, deve-se evitar o contato com roupas, metais
e principalmente com a pele e os olhos..
A corrosão não tem um tempo definido porque depende
de concentração do corrosivo e também do seu grau de
utilização anterior. Pode-se acelerar o processo de corrosão
aquecendo a solução de percloreto de ferro.
O controle é feito por observação, examinando-se a placa
de tempo em tempo que o cobre tenha sido totalmente
removido das regiões descobertas. Após, retirar-se a placa da
solução e realiza-se uma limpeza com um pano limpo
embebido em álcool ou solvente. A figura seguinte apresenta
o aspecto de uma placa corroída e limpa.
Devido a imperfeições na pintura da placa, principalmente
quando é feita por processo manual, podem acontecer algumas
imperfeições nos filetes, após a corrosão. A seguir estão
listados os principais defeitos e as tolerâncias admissíveis.
264
SENAI-PR
Estreitamento
O filete não pode ter um estreitamento maior
que 20% da sua largura final e não pode ocorrer em
mais de uma vez no mesmo filete.
Reentrância
A largura do filete não pode ter reentrância
maior que 40% da largura final do filete e não pode
ocorrer mais de duas vezes no mesmo filete.
Pinhole
A largura de um pinhole não pode ser maior
que 40% da largura final do filete e não pode ocorrer
mais de duas vezes no mesmo filete.
Alongamento do filete
A largura final de um filete não pode ser maior
que 20% da largura nominal, não podendo ocorrer
mais de uma vez no mesmo filete.
Saliência
O aumento da largura final de um filete,
causado por uma saliência não contínua na borda,
não pode se maior que 40% da largura nominal e
não pode ocorrer mais de duas vezes no mesmo
filete.
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265
SENAI-PR
Tolerância de posicionamento dos furos das ilhas
O estreitamento do anel circundante causado por
deslocamento do furo pode ser no mínimo maior ou igual a
0,1mm.
Estreitamento das ilhas
A largura do anel circundante não pode ter um
estreitamento maior que 30% no valor nominal.
Tolerância na furação
diâmetro final do furo é o diâmetro especificado pelo
desenho de furação, com uma tolerância de ± 0,1mm.
Selagem
Após a corrosão a face da placa deve ser selada com
um produto que evite a oxidação.
Normalmente usa-se um verniz protetor que pode ser
goma-laca (dissolvido em álcool) ou mesmo um verniz em
SPRAY contanto que aceite a solda.
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266
SENAI-PR
Furação
Após a selagem a placa é furada para a colocação dos
componentes e também para a fixação.
Furação para terminais de componentes
Os furos são realizados com brocas adequadas para
cada tipo de componente. A tabela abaixo apresenta alguns
componentes e as brocas utilizadas para os furos de passagem
dos seus terminais.
Furos para fixação
Devem ser realizados com dimensões compatíveis com
o elemento de fixação utilizado.
Nos casos de fixação por parafuso e espaçador o furo
deve ser pouco maior que o diâmetro externo da rosca (furo
passante), não permitindo porém a passagem da cabeça
(figura abaixo).
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267
SENAI-PR
A furação também pode ser feita utilizando os furadores
de circuito impresso.
Processo fotográfico
O processo fotográfico para a confecção de placas de
circuito impresso é recomendado para situações em que há
necessidade de se fazer várias placas, pois é um processo
excessivamente trabalhoso e caro, e deve ser usado por
pessoas experientes.
A elaboração do desenho do circuito impresso para esse
método é feita de modo idêntico ao desenho para o processo
manual, com a exceção de que o desenho final deverá ser
feito em papel vegetal (ou similar), com tinta nanquim.
Caso seja necessário obter perfeição maior nos
formatos dos filetes e ilhas, em vez de se fazer o desenho em
escala natural, amplia-se para proporções de 3 : 1 ou 4 : 1,
por exemplo. Assim o desenho final terá dimensões 3 ou 4
vezes maior que o original.
Em seguida esse desenho é então fotografado e se
houver ampliação, o negativo deve ser reduzido ao tamanho
natural. Devido à redução, as pequenas falhas existentes nos
filetes e ilhas quando desenhadas no papel vegetal,
desaparecem. Com esta técnica, consegue-se detalhes tão
pequenos e filetes tão finos, que seriam impossíveis d serem
desenhados em tamanho natural.
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268
SENAI-PR
Sensibilidade da placa
Estando a placa cortada e limpa, pulveriza-se o cobre
com verniz fotossensível também conhecido como emulsão,
em lojas que trabalhem com material fotográfico para
laboratórios. Preferencialmente, esta etapa deve ser feita em
ambiente ligeiramente escurecido.
Depois que o verniz estiver seco, coloca-se sobre o
mesmo o negativo do desenho do circuito impresso. Prendese
bem o negativo para que o contato com a placa seja
uniforme. Em seguida expõe-se o conjunto à luz ultra-violeta.
Com uma distância de aproximadamente 30 cm entre o
desenho e a lâmpada, o tempo de exposição é de
aproximadamente 2 minutos.
Feita a sensibilização, olhando-se a placa a um angulo
de 30°, pode-se ver o diagrama de circuito impresso sobre o
verniz. Coloca-se a placa sensibilizada no revelador, – também
encontrado em lojas de material fotográfico – por um tempo
de aproximadamente 4 minutos.
Depois, tira-se a placa do revelador e seca-se,
mergulhando-a em seguida num banho bem fraco de
percloreto de ferro por 15 segundos aproximadamente. Esse
rápido banho permite salientarmos o desenho do circuito
impresso sem estragarmos o cobre que será posteriormente
corroído, que poderá eventualmente ser usado em caso de
erro. Com o aparecimento dos contornos do circuito impresso,
esta deverá ser conferido, para o caso de haver falhas.
Durante a revelação da placa não a leve e nem a toque
com os dedos. Estando tudo correto, a placa está pronta para
a corrosão, e a parte corroída será a que não apanhou luz.
Pode-se notar claramente que para utilizar este processo
deve-se possuir todo o material e equipamento fotográfico, que
tem um custo altíssimo. Este é um processo muito caro, porém,
possui a vantagem de produzir perfeitos desenhos de placa
de circuito impresso
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SENAI-PR
Silk-screen
Este processo, de certo modo, abrange os dois
processos anteriores. Consiste em preparar uma tela de nylon
com o desenho do circuito impresso sobre a mesma.
Com o auxílio de um pequeno rodo, faz-se passar a tinta
aos filetes do desenho correspondentes aos filetes e ilhas,
obtendo assim, o desenho sobre a placa de cobre.
O processo do silk-screen é usado em indústrias que
produzem grandes quantidades de circuito impresso.
Consegue-se, com facilidade, pintar até 200 placas em apenas
uma hora.
Tela
A tela é um tecido feito especialmente para silk-screen,
e pode ser de seda ou nylon. Para cada tipo de desenho existe
uma tela apropriada. Se no diagrama tivermos somente traços
grossos, usamos uma tela de número menor, como por
exemplo, 60, 70 e 80. Quanto mais finos forem os traços, maior
deverá ser o número da tela, como por exemplo, 100, 120 ou
130. Estes números indicam a quantidade de nós existentes
em 1cm², o número de cruzamentos dos fios do tecido. Veja
a figura a seguir.
O número de nós indica a porosidade da tela
Observe que, quanto maior o número de nós, menor é o
tamanho dos furos de tela.
Assim, se usarmos um traço fino em tela de número
pequeno, o resultado é que esse traço sai serrilhado, isso
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ocorre porque a emulsão veda os furos da tela, exceto onde
há os filetes do circuito impresso. Porém, na realidade, a
emulsão não veda meio furo, isto é, se um filete passa apenas
pela metade de um furo, o furo inteiro estará livre. Veja a figura
abaixo. Em A temos a situação que seria a ideal, mas que não
é obtida na prática, e em B o que realmente ocorre.
Filete ideal (A) e filete real (B)
Quanto maiores forem os furos e mais finos os filetes,
mais os serrilhados se acentuam. Por outro lado, quanto
menores forem os furos mais difícil se torna trabalhar com a
tela, pois esta dificulta a passagem da tinta. Assim sendo, para
se obter um circuito impresso, utiliza-se tela com grande
número de nós.
No processo de silk-screen, um dos pontos mais
importantes é o esticamento da tela. Se não estiver bem
esticada, mesmo que o quadro esteja fixo, ao se aplicar a tinta,
com o auxílio de um rodo, a tela irá deslocar-se borrando a
impressão.
No caso de não se possuir máquinas apropriadas para o
esticamento da tela, adota-se o processo manual. Consiste
em utilizar dois quadros para tela de silk-screen, as quais
devem estar encostadas (figura A). Corta-se um pedaço de
tela que cubra os dois quadros e grampeia-se nas
extremidades, conforme mostra a figura B. Observe a posição
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dos grampos e a fita de pano. Com isto assegura-se que a
tela não se rasgará nos pontos dos grampos, após o
esticamento.
Como esticar uma tela de silk-screen
Em seguida, coloca-se um dos quadros na boda de uma
mesa e força-se o outro para baixo até conseguir um bom
esticamento, e depois, grampeia-se as duas outras
extremidades dos quadros. Evidentemente você deve contar
com a ajuda de outra pessoa ao realizar esta etapa, pois esticar
a tela e ao mesmo tempo grampear, é como chupar cana e
assobiar ao mesmo tempo, isto é, não dá! Veja a figura 15C.
Estando os dois lados grampeados, corta-se a tela (figura D).
Com as mãos estica-se a tela para um lado e grampeia-se, e
depois para o outro lado e grampeia-se também (figura E).
Com isto obtém-se dois quadros com telas bem esticadas.
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Emulsão
A emulsão fotossensível obtém-se misturando a emulsão
propriamente dita com o sensibilizador. Separadamente, tanto
um quanto o outro não são sensíveis à luz, porém, a mistura
deve ser feita em câmara escura. O fabricante indica o
sensibilizador adequado e a proporção certa. Uma vez
misturados, deve-se mexer bem a solução por um minuto pelo
menos.
Com um rodo aplica-se uma camada uniforme de
emulsão nos dois lados da tela. Secando em ar quente a tela
estará pronta para exposição.
Coloca-se o desenho do circuito impresso desenhado
em papel vegetal, ou similar, sobre a tela, sendo que o contato
entre o desenho e a tela deverá ser uniforme. Olhando-se a
tela por cima, a folha deverá se colocada de maneira tal que o
desenho seja visto pelo seu lado oposto, isto é, como se
estivéssemos vendo o circuito impresso pelo lado dos
componentes. Expõe-se o conjunto à luz intensa por algum
tempo. Um exemplo típico é um desenho de 20 x 10 cm com
uma distância de 30 cm entre este e a lâmpada, e uma
exposição de 4 minutos aproximadamente. A luz deve estar
igualmente distribuída por toda a tela no momento da exposição.
A lâmpada utilizada deve ser adequada para esta finalidade.
veja a figura.
Exposição do conjunto à luz
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Se o desenho não estiver em contato uniforme com a
tela, haverá sombra dos filetes sobre a mesma, e
consequentemente não teremos uma cópia fiel do desenho
sobre a tela resultando em filetes deformados.
Revelação
A revelação se faz com água corrente, de preferência
morna, molhando-se a tela dos dois lados. Inicialmente o fluxo
de água deve ser pouco intenso e aos poucos a intensidade
deve ser aumentada. A medida que se vai molhando a tela,
mais nítido vai se tornando o circuito nela impresso.
As partes que não forem sensibilizadas pela luz irão sair,
deixando abertos os furos de tela, e as partes que receberam
a luz permanecerão, tampando os furos da tela (figura abaixo).
Aspecto da tela gravada
Isto ocorre devido a reação entre a luz e a emulsão, pois
este muda suas características devido a incidência de luz. O
mesmo não ocorre nas áreas protegidas.
Estando a tela seca, a mesma esta pronta para ser
usada. A tinta é especial para silk-screen, que não é corroída
pelo percloreto de ferro.
Fixa-se a placa de circuito impresso e fixa-se o quadro
com a tela sobre a placa. Deve ser observada uma distância
de 2 a 3 mm entre a tela e a placa e receber a tinta. É necessário
que a tela esteja encostada na placa somente quando o rodo
estiver pressionado, para que o desenho não fique borrado.
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A tinta deve ser colocada no rodo de borracha e passa
pela tela de maneira firme e uniforme. A posição do rodo deve
ser inclinada a uns 45°.
A face da tela onde a tinta vai ser aplicada é oposta àquela
onde inclui a luz, como vimos na figura (especificar página).
Com isto estaremos invertendo o processo.
Recomendações especiais
Em determinadas aplicações, onde os circuitos de um
dado equipamento estão dispostos em módulos, como é o
caso de computadores, as conexões de fio são feitas
geralmente através de “plugs”, que facilitam enormemente a
manutenção das placas do circuito impresso. Veja a figura a
seguir.
Neste tipo de circuito impresso todas as conexões de
entrada e saída são “puxadas” para um dos lados da placa de
circuito impresso, e à este lado é que vai conectado ao “plug”.
No desenho dos filetes terminais, deve-se seguir
rigorosamente as dimensões dos “plugs”, pois qualquer erro
na largura dos filetes, ou na distância entre estes, implicará na
perda do trabalho realizado.
Circuito impresso modular
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Ao desenhar esse tipo de circuito impresso, deve-se por
todos os filetes terminais em curto através de uma barra, que
também é um filete, conforme mostra a figura A. Isto deve ser
feito porque o processo de corrosão inicia-se pelas bordas da
placa, e mesmo que os filetes estejam protegidos pela tinta, o
percloreto infiltra-se pela borda e corroe uma parte dos filetes
(figura B).
A barra de cobre que fica na extremidade da placa (A),
evita o aparecimento de corrosão
Tendo a barra na extremidade da placa as infiltrações
não atingirão os filetes, e sim, a própria barra (figura A).
Posteriormente, esta parte deve ser cortada, resultando em
terminais perfeitos.
Antes da placa ser efetivamente utilizada, os filetes
terminais devem receber um tratamento adequado, para
assegurar uma durabilidade maior nos contatos com o “plug”.
Este tratamento nada mais é que um revestimento com níquel
e ouro, que devem ser aplicados por meios químicos.
Evidentemente isso só deve ser feito em aplicações que exijam
tal procedimento, devido ao alto custo do mesmo.
Soldagem
Para realizar a montagem de componentes na placa de
circuito impresso deve-se observar a seqüência de operações
que fornecemos a seguir:
1) Coloca-se os terminais dos componentes nos furos
correspondentes do circuito impresso.
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2) Aquece-se ao mesmo tempo o filete, ou a ilha, e o
terminal do componente por dois segundos no
máximo (figura A).
3) Coloca-se solda em quantidade suficiente tanto no
terminal como no filete (figura B). O tempo total do
aquecimento das partes não deve exceder 3
segundos. Para que essa operação seja rápida, tanto
o filete como o terminal deverão estar livres de
gorduras e óxidos.
Aquecendo o terminal e a ilha (A) e aplicando a solda (B)
4) Quando a solda estiver bem derretida tira-se o
soldador e espera-se à solda esfriar.
5) Corta-se o terminal rente à solda.
6) A solda é firme e proporciona bom contato quando
for “corrida” e brilhante. Se for opaca, com aspecto
farinhoso, a solda é fria, e a operação de soldagem
deve ser repetida.
7) Jamais sobre os terminais dos componentes sobre
os filetes antes de soldar, pois isso dificulta
enormemente a substituição do componente no caso
eventual manutenção (figura abaixo).
Jamais faça isso
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Os terminais e fios a serem soldados à placa devem
ficar tão retos quanto possível, se tiver dificuldade para mentes
o componente na posição correta ao soldar, curve ligeiramente
o terminal, apenas o necessário para mante-lo no lugar.
A intenção desta lição é tão somente orientar o aluno na
prática da confecção de circuitos impressos. Uma técnica
apurada será conseguida apenas com a união de pesquisa e
experiência.
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SENAI-PR
Os multímetros analógicos e digitais, nas escalas de
Ohms, podem ser utilizados para identificação de terminais e
teste de vários dispositivos semicondutores.
As identificações e testes devem ser realizados levandose
em conta as características peculiares do instrumento a
ser utilizado, como:
a) Alguns multímetros (analógicos e digitais) têm
circuitos internos específicos para testes de diodo e
transistores. Neste caso, devem seguidas as
instruções de seus manuais.
b) Geralmente, o multímetro analógico, nas escalas de
Ohm, apresenta seus terminais com polaridades
invertidas, ou seja, o terminal identificado como
positivo (vermelho), passa a ser negativo, e o terminal
identificado como identificado como negativo ou
comum (preto), passa a ser positivo.
c) Os semicondutores mais sensíveis devem ser
testados com cuidado, levando-se em conta seus
limites de corrente e tensão recomendados pelos
fabricantes, uma vez que na escala mais baixa de
Ohm, alguns multímetros analógicos poderão impor
correntes maiores que 100 mA.
Atenção
Como cada dispositivo é fabricado com uma gama
enorme de parâmetros, as regras contidas neste apêndice
não devem ser consideradas rígidas, mas apenas uma
referência para identificação de terminais e teste dos
dispositivos considerados. No caso de identificação de
terminais, presume-se que os dispositivos estejam em bom
estado. No caso de identificação de terminais, presume-se que
os dispositivos estejam em bom estado. No caso de testes de
IDENTIFICAÇÃO DE TERMINAIS
E TESTE DE DISPOSITIVOS SEMICONDUTORES
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SENAI-PR
dispositivos, presume-se que seus terminais sejam conhecidos.
Em ambos os casos, os dispositivos desconectados do circuito
elétrico.
Diodo Retificador, Diodo Zener e Led.
Símbolos de referência para medidas
Identificação dos terminais
Teste dos dispositivos
(*) Para o LED, a bateria do multímetro deve ser de, no
mínimo, 3V (2 pilhas), fazendo com que ele ascenda (exceto
o infra vermelho). Se a bateria for de 1,5V, o teste não é seguro.
(**) Não se aplica para diodos de alta tensão.
(**) Para diodo Zener com VZ < 5V, dependendo da
tensão da bateria do multímetro, este valor pode ser menor
que 100KΩ.
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SENAI-PR
Transistores bipolares NPN e PNP
Símbolos de referências para as medidas
Identificação dos terminais
1° Condição – Identificação da base do transistor
Para identificar a base do transistor, fixar a ponta da prova
positiva do multímetro em um dos terminais do transistor. Com
a ponta de prova negativa, tocar nos dois outros terminais,
para verificar se ambos apresentam resistência baixa. Caso
essa condição não se verifique na primeira tentativa, repetir o
procedimento, fixando a ponta de prova positiva em outro
terminal do transistor.
2° Condição – Identificação do coletor e emissor
do transistor
Basta seguir as ligações e medidas indicadas na tabela.
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Para a identificação dos terminais de um transistor PNP,
as mesmas condições anteriores são válidas, mas tomandose
como referência a ponta de prova negativa do multímetro.
Teste dos dispositivos
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SENAI-PR
JFET Canal N e P
Símbolos de referência para as medidas
Identificação dos terminais
Na maioria dos casos, os terminais dreno (D) e fonte (S)
podem ser trocados um pelo outro sem maiores problemas.
Teste dos dispositivos
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SENAI-PR
Fotodiodo
Símbolos de referência para as medidas
Identificação dos terminais
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SENAI-PR
Teste do dispositivo
(*) A resistência varia com a intensidade luminosa.
Fototransistor NPN
Símbolos de referência para medidas
Identificação dos terminais
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1° Condição – Identificação da base do fototransistor
Alguns tipos de fototransistores operam com base aberta,
ou seja, não possuem este terminal. Assim, a primeira
condição da tabela não se aplica, sendo os outros dois
terminais identificados pela 2° condição.
Para os fototransistores com terminal de base, fixar a
ponta de prova positiva do multímetro em um dos terminais.
Com a ponta da prova negativa, tocar nos dois outros terminais,
para verificar se ambos apresentam resistência baixa. Caso
essa condição não se verifique na primeira tentativa, repetir o
procedimento, fixando a prova positiva em outro terminal do
fototransistor.
2° condição – identificação do coletor e emissor
do fototransistor
Basta seguir as ligações e medidas indicadas na tabela.
Teste do dispositivo
(*) A resistência varia com a intensidade luminosa.
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LDR
Símbolo de referência para as medidas
Teste do dispositivo
NTC E PTC
Símbolos de referência para medidas
Teste dos dispositivos
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• Tabela de Resistores Comerciais
• Tabela de Capacitores Comerciais
Resistores Comerciais
A tabela a seguir ,ostra as raízes, cujos valores nominais
dos resistores são seus multíplos e submultíplos.
Comercialmente, esses valores servem para resistores
de 2%, 5%, 10% ou 20% de tolerância.
APÊNDICE B – TABELA DE RESISTORES
E CAPACITORES COMERCIAIS
Capacitores Comerciais
A tabela a seguir mostra as raízes, cujos valores nominais
dos capacitores são seus múltiplos e submúltiplos .
Comercialmente, os capacitores podem ser de diversos
tipos (cerâmico, poliéster metalizado, eletrolítico, tântalo, etc.)
e podem ter diversos valores de tensão de ruptura.
Teste de isolação do capacitor
Um capacitor em condições normais apresenta entre
suas armaduras resistência infinita (isolação) não permitindo
assim circulação de corrente.
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Mas quando o dielétrico sofre degeneração a resistência
entre as armaduras diminui permitindo a circulação de uma
pequena corrente denominada de corrente de fuga.
Quando se deseja verificar as condições do capacitor
quanto a resistência de isolação entre as armaduras utiliza-se
normalmente o ohmímetro.
A escolha da escala do ohmímetro depende do valor de
capacitância do capacitor a ser testado (tabela abaixo).
Para valores de capacitância até 1μF a escala
recomendada é a x10000 e para valores superiores
recomenda-se x100 ou x10.
Após selecionada a escala conectar as pontas de prova
do ohmímetro nos terminais do capacitor. Neste momento o
ponteiro deflexiona rapidamente em direção ao zero e logo em
seguida retorna mais lentamente em direção ao infinito da
escala. Quando o capacitor está com a isolação em boas
condições o ponteiro deve retornar até o infinito da escala.
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Expressão da potência
A potência trifásica ativa, tanto para a disposição de
alternador em estrela quanto em triângulo, é a mesma, e
vem a ser a soma das potências das três fases. Calculase
pela fórmula.
P = U x I x V 3 x cos ϕ
Sendo:
U = tensão eficaz entre dois fios-fase
I = corrente eficaz da linha
ϕ = ângulo de atraso (defasagem) de I em relação a U
na representação vetorial dessas grandezas.
Fator de potência
Quando em um circuito de corrente alternativa existe
intercalada uma bobina (por exemplo), um motor de indução,
um reator para iluminação fluorescente) ou um capacitor,
observa-se que a potência total consumida em cada fase e
que é dada pelo produto da intensidade da corrente I (lida no
amperímetro) pela diferença de potencial (lida no voltímetro)
não é igual à potência indicada pelo waltímetro.
Se no circuito houvesse apenas resistências ôhmicas,
o produto V x A (volts X ampères) coincidiria com a leitura em
watts.
Quando há bobinas, a leitura da potência, no wattímetro,
será inferior ao produto volts x ampères, e se denomina potência
ativa P, porque é a responsável pela circulação da energia no
circuito das bobinas.
POTÊNCIA EM CA
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A potência aparente Pα é dada pelo produto da tensão U
pela corrente I medidas nos instrumentos e é expressa em V x
A ou kVA.
Denomina-se fator de potência a relação entre a potência
P e a potência aparente Pα, ou seja, entre a potência realmente
utilizada para vencer as resistências e, além disso, os efeitos
de indutância para criar o campo magnético (em bobinas, etc.)
e de capacitância (nos capacitores) para criar o campo elétrico.
Fator de potência = P = cos ϕ
Pα
ϕ é, como vimos, o ângulo de defasagem entre a tensão
U e a corrente I. Considerando sucintamente os três casos
que podem apresentar-se.
1º caso: Existem apenas resistências ôhmicas no
circuito.
A corrente acha-se em fase com a tensão.
cos ϕ = 1
A potência é dada por U x I = P, e a leitura no wattímetro
coincide com a do produto de I (lido no amperímetro) por U
(lido no voltímetro).
Potência a considerar quando há indutância
Devido ao inconveniente causado por um baixo fatore de
potência, as empresas, concessionárias de energia elétrica
fixam, como valor mínimo do fator de potência, 0,80 e até
mesmo 0,85. Excetuam-se as instalações contendo apenas
motores de pequena potência, nas quais, em geral, são
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permitidos motores com fator de potência inferior à 0,80, desde
que a soma das potências ativas instaladas de tais motores
não ultrapasse 5 kW.
Todas as instalações de lâmpadas ou tubos de iluminação
a vapor de mercúrio, neônio, fluorescente, ultravioleta, cujo fator
de potência seja inferior a 0,90, deverão ser providas dos
dispositivos de correção necessários para que seja atingido o
fator de potência de 0,90, no mínimo, valor este obtido junto ao
medidor da instalação.
2º caso: Existe uma capicitância (efeito de capacitor)
Neste caso, a corrente fica avançada em relação à
tensão, de modo que, intercalando-se um capacitor em um
circuito com indutância, pode-se neutralizar o efeito da mesma,
pois, se por um lado a indutância atrasa a corrente em relação
à tensão, a capacitância produz o efeito contrário.
Em instalações industriais, consegue-se melhorar o fator
de potência (tornar o cos ϕ bem próximo de 1) utilizando-se
capacitores estáticos industriais ou motores síncronos
superexicitados, que têm a propriedade de neutralizar a
componente reativa ou deswattada da potência.
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Circuito apenas resistivo
3º caso: Existe exclusivamente uma indutância (bobina
ou dispositivos que sofram efeitos de indução eletromagnética
da corrente).
A indutância, como dissemos, faz com que a corrente
fique em atraso em relação à tensão.
Na figura a seguir acha-se representado um circuito
monofásico, no qual o amperímetro indica I = 10 A e o voltímetro
U = 220 V. A potência aparente ou total é dada por Pα = U x I =
10 x 220 = 2200 volt-ampères (VA), mas o wattímetro indica
1870 watts, para a potência real ou ativa que ocasiona a
circulação da corrente através da bobina.
Circuito com indutância
O fator de potência para este circuito monofásico será:
Potência ativa = W = 1870 = 0,85 ou 85%
Potência total V.A. 2200
isto é, cos ϕ = 0,85. Logo, o ângulo de defasagem de I
em relação a U será de 32º.
Vemos que, quando o fator de potência é inferior à
unidade, existe um consumo de energia não medida no
wattímetro, consumo aplicado na produção da indução
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magnética. Uma instalação com baixo fator de potência, para
produzir uma potência ativa P, requer uma potência aparente
Pα maior, o que onera essa instalação com o custo mais
elevado de cabos e equipamentos.
A parte da potência consumida pelos efeitos de indução
é denominada potência reativa, e demonstra-se que esta
potência, somada vetorialmente com a potência ativa (em
watts), fornece o produto volt-ampère (V A, k V A).
A potência reativa é medida em vars.
Exemplo
A potência de um motor elétrico, trifásico, alimentado em
220 V, medida com um wattímetro, é de 18,5 cv. O fator de
potência é 0,85. Calcular a corrente de alimentação do motor
e as potências aparente e reativa.
1 cv = 736 W
Dados:
P = 18,5 cv = 18,5 x 736 = 13,616 W
U = 220 V
cos ϕ = 0,85
Solução
1) Intensidade da corrente
Da Equação tiramos.
I = P = 13,616 = 42,039 A
U V3 cos ϕ 220 V3 x 0,85
2) Potência aparente
Pα = U x I V3
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Pα = 220 x 42,039 x V3 = 16,018 V A = 16,018 kV A
3) Potência reativa
Tiramos:
Pr = V P2
α - P2
Pr = V 16,0182 – 13,6162 = 8,436 kV Ar
Potência de motor elétrico
Podemos considerar para um motor as seguintes
potências:
Potência nominal ou potência de saída. É a potência
mecânica no eixo do motor. Num laboratório de ensaios, seria
medida com o auxílio de um freio dinamométrico. É expressa
em c.v. ou kW e eventualmente em HP.
Potência de entrada (ρe). Corresponde à potência
absorvida pelo motor para o seu desempenho.
A relação entre a potência nominal e a potência de saída
é o rendimento mecânico η do motor.
η = Pn /Pe
A potência de entrada, expressa em kW, pode ser
calculada em função da potência nominal pelas fórmulas:
Pe = Pn (kW)
η (kW)
Pe =
Pn (c.v.) x 0,736 (kW)
η
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Pe = Pn (HP) x 0,746 (kW)
η
Estas expressões serão corrigidas pela introdução da
grandeza denominada fator de potência, de que tratamos a
seguir.
Fator de potência
Quando num circuito existe intercalada uma ou mais
bobinas, como é o caso de um circuito co motores, observase
que a potência total fornecida, que é determinada pelo
produto da corrente lida num amperímetro pela diferença de
potencial lida em um voltímetro, não é igual à potência lida num
wattímetro.
No caso de haver motores, reatores, transformadores
ou lâmpadas de descarga, a leitura do wattímetro indicaria valor
inferior ao produto volt x ampères. Se no circuito houvesse
apenas resistores, os dois resultados coincidiriam, pois volts
x ampères = watts.
Fazendo-se a representação das variações de corrente
e da tensão em função do tempo, verifica-se que quando existe
auto-indução pela passagem da corrente através de um
enrolamento a voltagem atinge o valor positivo máximo antes
que a corrente alcance o seu valor positivo máximo.
Representando por vetores as grandezas I e U, o atraso da
corrente I em relação à tensão U é o ângulo ϕ de defasagem.
De modo análogo, representando vetorialmente as
potências, veremos que a chamada potência total ou aparente
(volt x ampères, ou kV A = 1.000 V A) resulta da composição
da potência ativa ou efetiva (watts) com a potência reativa (V A
Rs = volts x ampères reativos), e que a potência ativa e a
aparente estão defasadas entre si do ângulo ϕ.
Chama-se fator de potência o co-seno desse ângulo ϕ.
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Isto é, o valor dado por:
cos ϕ = Pot. ativa ou ( KW )
Pot. aparente kV A
O nome fator de potência decorre de que, multiplicandose
a potência aparente pelo cosϕ, obtém-se a potência ativa,
isto é:
k W = cos ϕ x kV A
Esquema vetorial mostrando a composição
para obter-se a potência ativa
Quando há, apenas, resistências num circuito, dizemos
que a corrente está “em fase” com a tensão (figura a seguir).
Então ϕ = 0, cos ϕ = 1 e a potência monofásica é dado por:
W = U I (watts = volt x ampères)
Circuito apenas resistivo, em que a corrente
está “em fase” com a tensão.
Como foi mencionado acima, no caso de haver
indutâncias (bobinas, motores ou dispositivos que sofram os
efeitos da indução eletromagnética da corrente), a corrente
fica dafasada e em “atraso” em relação à tensão (figura a
seguir). Neste caso, como vimos,
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Pativa = cos ϕ x Ptotal
Iativo = cos ϕ x Itotal
Circuito com indutância, em que a corrente
está “em atraso” com a tensão.
Quanto maior o valor do fator de potência, tanto maior
será o valor de Iativo.
Os condutores e equipamentos elétricos são
dimensionados com base no Itotal, de modo que, para uma
mesma potência útil (kW), deve-se procurar Ter o menor valor
possível da potência total (kV A), e isto ocorre evidentemente
quando Iativo = Itotal o que corresponde a cos ϕ = 1.
Quanto mais baixo for o valor de potência, maiores
deverão ser, portanto, as seções dos condutores e as
capacidades dos transformadores e dos disjuntores. Um
gerador, suponhamos de 1000 kV A pode fornecer 1000 kW a
um circuito apenas com resistências, pois neste caso cos ϕ =
1. Se houver motores e o circuito tiver fator de potência 0,85,
isto é, cos ϕ = 0,85, o gerador fornecerá apenas 850 kW de
potência útil ao circuito.
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Quando um motor de indução opera a plena carga, podese
ter cos ϕ ≅ 0,90. Se operar com cerca da metade da carga,
cos ϕ ≅ 0,80, e se trabalhar sem carga, cos ϕ ≅ 0,20. Daí se
conclui ser necessário uma criteriosa escolha da potência do
motor para que opere em condição favorável de consumo de
energia.
Como dissemos, o efeito da potência reativa (k V AR),
chamada também “componente dewattada”, é consumir
potência que não é acusada no wattímetro, de modo que a
empresa concessionária forneceria energia que, não sendo
registrada, não seria cobrada do consumidor, embora este a
estivesse gastando.
Por isto, as concessionárias não permitem instalações
industriais com fator de potência inferior a 0,85, cobrando
sobretaxas sobre o excesso, melhor dizendo, abaixo desse
valor.
Veremos, em capítulo próprio, os recursos que se podem
empregar para melhorar o fator de potência.
Corrente no motor trifásico
A corrente que produz potência média positiva ou motriz
é, como vimos, a wattada, ativa ou efetiva. A potência reativa
ou dewattada produz potência média nula, daí não ser utilizável.
Num período, o gerador fornece esta potência e a recebe de
volta, não havendo saldo de potência utilizável. A potência ativa
no circuito trifásico é dada pela expressão:
P(watts) = U x I x V3 x cos ϕ x η
onde η = rendimento do motor.
Da Equação anterior obtém-se a corrente nominal ou
wattada, isto é, a corrente de plena carga consumida pelo motor
quando fornece a potência nominal a uma carga.
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I(ampères) =
P(c.v.) x 736
U(volts) x V3 x cos ϕ x η
Para um motor monofásico, teremos:
I(ampères) =
P(c.v.) x 736
U(volts) x cos ϕ x η
Exemplo
Qual a corrente nominal solicitada pelo motor trifásico
de uma bomba de 5 c.v. sob uma tensão de 220 V, sendo cos
ϕ = 0,80 e o rendimento do motor igual a 96% (η = 0,96)?
I = P x 736
U x V3 x cos ϕ x η
(1 c.v. = 736 watts)
I = 5 x 736
220 x V3 x 0,80 x 0,96
I = 12,6 A
Resumo das fórmulas para determinação de I
(ampères), P (c.v.), kW e kWA
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Introdução
A notável evolução da eletrônica tem sempre exigido a
adoção de novas técnicas e processos. Como exemplo
bastaria citarmos o circuito impresso.
Durante a Segunda Guerra surgiu a necessidade de
equipamentos eletrônicos, para fins militares, que
apresentassem tamanho reduzido, alta confiabilidade,
resistência a vibrações e choques mecânicos e, o que era de
grande importância, facilidade para produção em massa. Os
técnicos do National Berau of Standards, dos EUA, chegaram
a conclusão que a melhor solução para esse problema era a
utilização de circuitos impressos.
Foram dados assim os primeiros passos para a criação
de uma nova técnica, que viria, anos mais tarde, revolucionar
os sistemas de montagem de receptores e demais aparelhos
eletrônicos.
O primeiro processo
A solução para a obtenção de um circuito impresso foi
encontrada de maneira clara e direta, isto é, o condutor deveria
ser impresso com uma tinta condutora sobre uma base
isolante. A solução óbvia para se produzir uma tinta condutora
seria juntar pó metálico a alguma espécie de aglutinador
resinoso.
Os metais, porém, quando reduzidos a pó, tem suas
partículas oxidadas e, com exceção da prata, têm sua
condutibilidade bastante reduzida. A prata, porém, mesmo sob
a forma de óxido ou de sulfato, mantém sua condutibilidade
bastante satisfatória. Por essa razão foi escolhida como
elemento metálico das tintas condutoras.
CIRCUITO IMPRESSO
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A relação entre aglutinador e pó de pirata é limitada pela
necessidade de se manter a tinta numa consistência que
permite sua aplicação de maneira bem definida. Verificou-se,
portanto, que, por mais alta que fosse a porcentagem de pó de
prata na tinta, o condutor impresso tinha apenas 30% da
condutibilidade que teria se fosse de prata, com a mesma
dimensão e espessura. A razão disto é óbvia: as partículas de
prata estão separadas umas das outras por uma certa
quantidade de resina aglutinadora .
Outro problema encontrado com o condutor pintado foi a
dificuldade de soldagem. Embora fosse possível produzir uma
tinta condutora, de secagem ao ar livre, que pudesse ser
soldada, essa operação não era simples e, consequentemente,
não poderia ser utilizada em linhas de produção em série.
Constatou-se, entretanto, que, aquecendo-se a tinta a
uma temperatura entre 480°C e 760°C, o aglutinador era
queimado, deixando a prata fundida como um condutor sólido,
cuja condutibilidade era cerca de 80% da condutibilidade de
um condutor de prata, das mesmas dimensões. Com esta
técnica foi contornado o problema da condutibilidade e da
facilidade de soldagem.
Entretanto, as altas temperaturas necessárias ao
processo de queima do aglutinador introduziram uma severa
limitação no que diz respeito ao material usado como base
isolante do circuito impresso. Mesmo os plásticos mais
resistentes não suportaram as altas temperaturas de 480°C
ou mais. Passou-se a usar então o vidro, a porcelana ou a
esteatita.
As experiências apontaram a esteatita como o material
mais indicado. Embora bastante semelhante a porcelana, em
aspecto, apresenta maior rigidez e, devido sua elevada
densidade, não absorve água ou solventes. A característica
de baixa absorção de umidade torna a esteatita um isolante de
grande importância na industria elétrica.
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Componentes impressos
Como era de se esperar, a técnica do circuito impresso
levou os fabricantes a imaginarem outras aplicações. Por
exemplo: se, ao invés de usarem tinta condutora, usassem
uma tinta com características condutora pobres (à base de
carvão ou grafite), poderiam obter resistores impressos.
Por outro lado, se pintassem ambas as faces de uma
delgada lâmina de cerâmica com uma camada de tinta de
prata, teriam um capacitor.
Evidentemente, a coisa não era tão simples assim, e
inúmeros problemas tiveram que ser resolvidos antes de se
conseguir tais componentes na prática.
Em busca de uma aplicação comercial para os pequenos
conjuntos, a CENTRALAB, por volta de 1950, começou a
estudar os diversos circuitos comerciais utilizados. Deste
estudo, chegou-se à conclusão de que os pontos mais
adequados para serem utilizados os componentes impressos
eram as redes de acoplamento entre os estágios
amplificadores e outras redes resistência/capacitância, tais
como filtros e intergradores.
Enfim, como costuma acontecer nos mais variados
setores técnicos e científicos, há conceitos e técnicas que são
usados durante pouco tempo, mas que servem de base para
novos produtos, mais perfeitos e funcionais, que abrem novos
campos de trabalho e de processo.
Esse foi o caso do circuito impresso com tinta condutora.
Seu emprego foi relativamente limitado, mas abriu as
perspectivas para o futuro, ou seja, para os circuitos impressos
utilizados atualmente. Também os conjuntos de componentes
impressos podem ser considerados como um tímido e
rudimentar esboço do que seriam os modernos circuitos
integrados.
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Circuitos impresso por meio de gravação química
Embora a utilização deste sistema seja relativamente
recente, quem primeiro pensou em sua viabilidade foi P. Eisler,
quando trabalhava, em 1941, para a Henderson & Spaulding,
uma grande firma inglesa no setor gráfico. Eisler previa a
possibilidade de se empregar a experiência e os métodos da
indústria de artes gráficas nas técnicas de montagens
eletrônicas, assim sendo, tentou aplicar os conhecidos
métodos de gravação das indústrias gráficas para obter
circuitos impressos.
Após as primeiras e infrutíferas experiências com tintas
metálicas, chegou a conclusão que a solução seria utilizar uma
base de material isolante, tendo uma das faces recoberta por
uma delgada lâmina metálica. Desta forma a obtenção do
padrão (ou circuito) impresso não representaria problemas,
pois poderiam ser utilizados métodos de foto gravação,
amplamente empregados nas indústrias gráficas. Utilizando
tintas resistentes aos corroentes químicos, poderia protegerse
as partes que deveriam permanecer para formar o circuito
impresso, enquanto que as indesejáveis permaneceriam
expostas e seriam corroídas pelo agente químico. As idéias
de Eisler eram porém muito adiantadas para que pudessem
ser utilizadas pelas indústrias eletrônicas britânicas: suas
experiências foram, portanto, desenvolvidas apenas em escala
de laboratório.
Somente no fim da guerra, devido a troca de informações
básicas entre os serviços militares britânico e norte americano,
é que o trabalho de Eisler, relativo às técnicas de circuito
impresso, foi levado ao conhecimento do Signal Corps
Engeneering Labs.
Estava assim aberto o caminho para a introdução do
circuito impresso na indústria eletrônica. Evidentemente, até
que o circuito impresso se tornasse corriqueiro nos aparelhos
comerciais, houve um longo caminho a ser percorrido.
Inicialmente, a necessidade de se produzirem
equipamentos eletrônicos para fins militares em grandes
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quantidades, empregando o sistema de montagem automática
dos componentes, tornou-se praticamente um dispositivo
estratégico.
Por outro lado, a preparação da indústria eletrônica para
novas técnicas, a produção econômica de materiais para estas
técnicas e, principalmente, o fabuloso capital que essa inovação
iria exigir, foram os principais responsáveis pelo retardo da
introdução do circuito impresso nos aparelhos comerciais.
Atualmente, os circuitos impresso são utilizados nos
mais diversos aparelhos, porque permitem uma montagem
compacta, prática e, sobretudo confiável. São realmente raras
as montagens eletrônicas que não empregam a técnica dos
circuitos impressos hoje em dia.
Circuito impresso
O circuito impresso é constituído por filetes de material
condutor, fixos numa chapa de material isolante.
Os filetes substituem os condutores elétricos, nas
ligações entre componentes, dos circuitos.
Algumas vantagens que o circuito impresso apresenta,
em relação à montagem convencional, são:
• Eliminação da fiação de conexão entre os
componentes.
• Padronização da montagem de circuitos em linhas
de produção.
• Uniformidade na disposição dos componentes.
• Economia de espaço.
• Acesso fácil aos componentes para medições.
• Melhoria do acabamento final do circuito.
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A figura a seguir apresenta uma montagem realizada em
placa de circuito impresso.
Matéria prima
A matéria prima para a confecção de um circuito
impresso é uma chapa de material isolante recoberta em uma
das faces por uma lâmina de material condutor.
Chapa de material isolante
A chapa de material isolante pode ser um fenolite ou fibra
de vidro (fiberglass):
Fenolite
Material isolante de cor marrom ou parada com pequenas
variações de tom. Encontrada em diversas espessuras
(0,5mm a 2mm). Tem pouca rigidez mecânica.
Fibra de vidro
Material isolante, levemente transparente com ótima
rigidez mecânica e boa isolação elétrica. A espessura é de
aproximadamente 1mm. É usado normalmente em linhas de
produção industriais.
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Material condutor
O material condutor usado para revestir uma das faces
da chapa isolante é normalmente o cobre. Em circuitos mais
sofisticados (equipamentos médicos, computação, etc.) onde
é necessário alta confiabilidade no funcionamento a face
cobreada é banhada em ouro para evitar oxidações e maus
contatos.
As chapas de dupla face
Existem ainda placas para a fabricação de circuitos
impressos cobreadas nas duas faces (figura abaixo).
Este tipo de placas é utilizado em circuitos que contém
um grande número de componentes e ligações, e que
apresentariam dificuldades de execução em uma placa de face
simples.
Interligação dos componentes
Quando a placa de circuito está pronta, a face cobreada
não apresenta mais camada de cobre em toda sua extensão.
No processo de fabricação o cobre é removido de
determinadas regiões da placa. O resultado é a formação de
trilhas de cobre que percorrem a placa.
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As trilhas, chamadas de “filetes”, serão responsáveis pela
interligação dos componentes que compõem o circuito.
Todos os componentes que forem soldados a um filete
de cobre estarão ligados eletricamente entre si como se
houvesse um condutor d interligação.
As figuras abaixo ilustram como acontece a substituição
de uma ligação por condutor por uma ligação através de circuito
impresso.
A figura seguinte mostra uma vista em corte de ligação
por filete entre os terminais de dois componentes.
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Projeto de circuito impresso
O projeto de um circuito impresso consiste da elaboração
do conjunto de desenho e informações que servirão como base
para a execução do processo de fabricação e montagem de
um circuito em placa de fenolite ou fibra de vidro cobreada.
Material necessário para o projeto
• Folha em papel quadriculado em milímetros ou
décimos de polegada.
• Esquema do circuito elétrico ou diagrama esquemático.
• Componentes ou catálogos com suas dimensões,
necessários, para que o projeto do circuito impresso
seja feito levando em consideração o tamanho real
dos componentes.
• Lápis
• Borracha e/ou lápis borracha.
• Papel transparente (vegetal ou poliéster).
• Régua
• Gabarito de círculos
Conteúdo do projeto
O projeto da placa, denominado LEIAUTE, consiste de
um conjunto de desenhos e informações.
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Os desenhos e informações que constituem o leiaute
devem ser corretos e completos, de forma a conterem todas
as indicações necessárias para a montagem do circuito e sua
conexão com outros circuitos, fontes , painéis, etc.
A seguir estão apresentados alguns exercícios de
desenhos e informações contidos em um leiaute.
Desenhos
• Do esquema do circuito eletrônico.
• Do lado cobreado do circuito impresso denominado
de chapeado.
Do posicionamento dos componentes
visto pelo lado da chama de fenolite,
denominada de “sistema equipado”.
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• De detalhes construtivos e de fixação.
Informações
• Lista de componentes.
• Observações de esclarecimento e manutenção.
Por exemplo:
• Tensões e sinais de entrada
• Tensões e sinais de saída
• Cuidados especiais
• Opcionalmente, pode-se incluir um desenho do
posicionamento dos componentes visto pelo lado cobreado
da placa, apresentados em forma de simbologia.
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A primeira providência com relação ao projeto de circuito
impresso diz respeito ao circuito elétrico.
Muitas vezes a forma de distribuição dos componentes
no esquema não permite uma visualização da função do
conjunto.
Nestes casos deve-se proceder na restruturação do
esquema ordenando os componentes para que o circuito
apresente uma configuração que permita identificar facilmente
a finalidade de cada um dos componentes no circuito.
A figura seguinte apresenta o circuito da figura anterior
reestruturado.
Na figura é possível perceber claramente a configuração
de um divisor de tensão.
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Itens a observar na execução do projeto
de um circuito impresso
• Dimensões dos componentes: o projeto da placa deve
ser realizado de acordo com a dimensão real dos
componentes que serão utilizados na montagem do
circuito.
• Largura dos Filetes de Cobre: a largura destes depende
da corrente circulante. A tabela seguinte apresenta a
corrente de trabalho dos filetes, de acordo com sua
largura.
Tabela válida para chapa
de cobre de 0,1mm de
espessura (chapa convencional).
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No circuito de divisor de tensão as ligações de entrada
operam uma corrente de 300mA e as ligações de saída com
corrente de 150mA.
De acordo com a tabela anterior as ligações de entrada
devem ser de 1mm e as ligações de saída, menos de 1mm .
Para facilitar o desenho no papel milimetrado não se deve
adotar medidas “quebradas”. Para o projeto do circuito
impresso do divisor de tensão apresentado, pode – se usar
filetes de 1mm em todas as conexões.
Esta simplificação é muito utilizada porque facilita todo o
projeto de circuitos impressos.
• Distanciamento entre dois filetes: a distância entre os
filetes depende da tensão existente entre eles.
A medida que a tensão entre dois filetes é mais elevada
torna-se necessário aumentar o afastamento entre os filetes
para que haja uma isolação adequada entre os pontos do
circuito.
Adota-se como regra uma distância de 1mm para cada
100V de diferença de tensão entre os filetes.
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Isto significa que os dois filetes adjacentes com uma
diferença de tensão de 200V devem ser separados por 2mm
no mínimo.
Esta regra também é válida para circuitos onde existem
picos de tensão. No circuito do divisor de tensão apresentado,
as tensões envolvidas estão todas abaixo de 100V. Pode-se
então, neste caso, adotar como regra:
Distância mínima entre os filetes – 1mm
• Sistema de fixação: Ao executar o projeto de um circuito
impresso deve-se prever a forma como a chapa será
fixada ao chassi ou à base de montagem. De acordo
com o sistema escolhido será feita a previsão dos
pontos de fixação na chapa do circuito impresso.
Os sistemas de fixação mais utilizados são:
• Parafusos com espaçadores (distanciadores).
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• Por calços de fixação.
• Em “RACKS”. Para a utilização do sistema de fixação
por “rack” todas as entradas e saídas da placa devem estar
em um dos lados do circuito impresso.
• Por distanciamento de pressão.
Observação
Quando os pontos de fixação forem distantes e a placa
de circuito impresso estiver sujeito a vibrações e esforços devese
utilizar placas de fibra de vidro.
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• Interligação da Placa: Ao executar o projeto da placa
deve-se levar em consideração a forma como serão realizadas
as conexões dos condutores de ligação para o circuito.
Os sistemas mais usuais de interligação da placa de
circuito impresso com o restante do circuito são:
• Através de fios.
• Através de terminais para circuito impresso.
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246
SENAI-PR
• Através de conectores.
Observação
A utilização destes sistemas implica na colocação de
todas as entradas e saídas da placa em uma só região da
placa, normalmente um dos lados.
Execução do projeto
Observados os itens necessários antes da execução, já
têm-se pré-estabelecidos:
• A largura dos filetes
• A distância entre os filetes
• O sistema de fixação
• O tipo de placa cobreado
• O sistema de conexão
A partir destas informações pode-se executar o projeto
da placa d circuito impresso no papel milimetrado.
Tomando como exemplo o divisor de tensão apresentado
na figura seguinte:
• Largura dos filetes: 1mm
• Distância entre os filetes: 1mm no mínimo
• Sistema de fixação: parafusos e espaçadores
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247
SENAI-PR
• Tipo de placa: fenolite ou fibra
• Sistema de conexão: terminais para circuito impresso
1° Etapa:
Dispor os componentes sobre o papel milimetrado
procurando ocupar o espaço da melhor forma possível.
Este procedimento permite determinar a área aproximada
de chapa necessária para execução do circuito impresso.
2° Etapa:
Cortar o papel milimetrado em dimensões maiores que
o tamanho estimado.
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248
SENAI-PR
As bordas do papel milimetrado devem ser cortadas no
esquadro, aproveitando as linhas do papel como guia.
3° Etapa:
Cortar um papel transparente com o dobro da área do
papel milimetrado.
4° Etapa:
Dobrar o papel transparente no meio (no esquadro) e
introduzir o papel milimetrado entre duas faces.
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249
SENAI-PR
Através da transparência do papel pode-se visualizar as
linhas do papel milimetrado que servirão como guia para o
traçado do desenho do sistema equipado e da face cobreada
do circuito.
5°Etapa:
Traçar sobre o papel transparente os contornos da chapa
conforme o tamanho estimado, desenhado no milimetrado.
6°Etapa:
Definir os espaços para a fixação da placa, no desenho
sobre o papel transparente, indicando o centro dos furos para
fixação.
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SENAI-PR
Definida a área de chapa e os espaços para fixação está
determinada a área útil da chapa para o projeto do circuito
impresso.
7° Etapa:
Desenhar os componentes sobre o papel transparente,
no tamanho real e na posição em que deverão ficar na placa.
8° Etapa:
Definir a posição dos furos para entrada dos terminais
dos componentes. Estes furos devem ficar afastados do corpo
do componente no mínimo 2mm para que os terminais possam
ser dobrados corretamente na montagem.
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SENAI-PR
9° Etapa:
Definir a posição dos terminais de entrada e saída para
interligação da placa de circuito impresso.
A posição dos terminais depende do sistema de
interligação adotado. Quando o sistema de conexão for por
conectores todas as saídas e entradas deverão ser
posicionadas em um dos lados da placa (por exemplo
conforme a figura abaixo).
Concluídas as etapas anteriores o projeto da placa vista
pelo lado dos componentes (sistema equipado) estará
concluída.
Passa-se então ao projeto da face cobreada (chapeado)
do circuito impresso.
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252
SENAI-PR
10° Etapa::
Retirar o papel milimetrado do meio do papel
transparente.
11°Etapa :
Virar o papel transparente, dobrado, com a faixa
desenhada para baixo.
Pela transparência do papel é possível visualizar
levemente o desenho do sistema equipado.
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12° Etapa:
Traçar na face em branco do papel transparente, os
contornos da chapa de impresso, as áreas de fixação e o
centro para os furos de fixação, utilizando a transparência do
papel (figura abaixo).
13° Etapa:
Marcar a posição dos terminais de entrada e saída do
circuito e a posição dos terminais dos componentes.
14° Etapa:
Colocar o papel milimetrado no interior do papel
transparente.
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SENAI-PR
15° Etapa:
Estabelecer, com traços leves a interligação entre os
componentes sobre o papel transparente, usando como guia
as linhas do papel milimetrado.
Se for necessário, pode-se numerar as ligações no
esquema e no desenho para facilitar a identificação.
As interligações entre os componentes devem ser
sempre paralelas as bordas. Se isso não for possível podese
utilizar ligações inclinadas a 45°.
No exemplo do divisor todas as ligações entre os
componentes podem ser feitas por linhas paralelas às bordas.
16° Etapa:
Desenhar levemente um círculo (denominado de ilha)
envolvendo os pontos onde serão soldados os terminais dos
componentes e os terminais de entrada e saída.
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SENAI-PR
Os círculos podem ser desenhados usando-se um
gabarito.
O alargamento das áreas ao redor dos furos permite a
obtenção de uma superfície maior, para aderência da solda
na montagem do circuito.
17° Etapa:
Desenhar levemente as ligações entre os pontos usando
como guia os traços leves que determinam as interligações
entre os pontos no desenho.
As ligações devem ser feitas com a largura estabelecida
em função da corrente do circuito.
No circuito exemplo do divisor, os filetes devem ter 1mm
de largura.
Os filetes podem ser mais largos que 1mm, porém não
mais estreitos, no exemplo do divisor.
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SENAI-PR
18° Etapa:
Reforçar os contornos dos filetes e círculos.
Retirando-se o papel milimetrado e observando-se o
papel transparente dobrado, são visíveis ao mesmo tempo o
chapeado e o sistema equipado.
Observando-se o desenho pelo lado do sistema equipado,
é possível conferir facilmente o projeto.
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257
SENAI-PR
Abrindo-se o papel transparente estão configurados:
• O chapeado
• O sistema equipado
Complementação do projeto
Além do esquema elétrico e dos desenhos do chapeado
e sistema equipado, fazem parte do projeto final:
• detalhes de fixação
• lista de materiais (completa)
• informações técnicas que auxiliam na montagem,
ligação ou reparação do circuito.
A página seguinte apresenta o projeto final completo do
circuito impresso para o divisor de tensão.
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SENAI-PR
Projeto de circuito impresso para divisor de tensão
Lista de materiais
R1 – resistor 15Ω x 5W – 1
R2 – resistor 33Ω x 2W – 1
terminais para circuito impresso – 4
parafusos de latão 1/8” X ½” – 4
porcas de latão sextavadas 1/8” – 4
espaçadores – diâmetro 5mm
arruelas – comprimento 7mm – 4
Informações técnicas
entrada – 10V
saída – 5V – 150mA
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SENAI-PR
Confecção de circuito impresso
A “confecção de circuito impresso” é a realização de um
conjunto de procedimentos que resulta em uma placa com
tamanho, filetes e furações adequadas a montagem de um
circuito eletrônico.
A confecção de uma placa de circuito impresso envolve
uma seqüência de procedimentos, realizados a partir do projeto
pré-elaborado:
• Corte da chapa de fenolite
• Preparação para a pintura
• Pintura
• Corrosão
• Selagem
• Furação
Corte de placa de fenolite
Com o projeto em mãos determina-se o tamanho de placa
necessário para a fabricação do circuito
impresso.
O corte da placa pode ser realizado
com um arco de serra, com uma lâmina
afiada, com uma guilhotina ou com
cortador.
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260
SENAI-PR
A guilhotina é o melhor equipamento para o corte das
placas, mas normalmente só é utilizada industrialmente.
Quando se utiliza a guilhotina deve-se tomar cuidado para
evitar ferimentos na sua lâmina.
Após o corte costuma-se fixar levemente as bordas da
chapa para dar um melhor acabamento ao trabalho.
Preparação para a pintura
Antes de realizar a pintura a chapa deve sofrer um
processo de limpeza ao lado cobreado.
A limpeza tem por finalidade eliminar poeiras, gorduras
e óxidos da face cobreada que podem prejudicar a pintura.
A limpeza se divide em duas fases:
• física – eliminação de óxidos e poeiras.
• química – eliminação de gorduras, aplicando-se um
solvente na face cobreada. A limpeza química normalmente é
realizada apenas nos processo de fabricação industrial de
circuitos impressos.
Observação
Após a limpeza não se deve tocar a placa com os dedos
para evitar a deposição de gorduras na placa.
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261
SENAI-PR
Pintura da placa
A pintura é feita sobre a face cobreada. As regiões de
cobre cobertas pela tinta são aquelas onde o cobre deve
permanecer na placa. O projeto da placa traz o desenho das
regiões de cobre que devem permanecer e das que devem
ser retiradas.
A pintura pode ser realizada de várias formas. Entre elas
citam-se:
• processo manual
• foto gravação
• impressão serigráfica (silk-screen)
Pintura por processo manual
A pintura por processo manual é muito utilizada para
confecção de um pequeno número de placas de circuito
impresso.
Consiste de traçado dos contornos sobre a face cobreada
e posterior preenchimento dos espaços com tinta apropriada.
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262
SENAI-PR
Os processos de silk-screen e fotogravação são
utilizados na produção industrial de circuitos impressos.
Observação
Antes de prosseguir no processo de fabricação do circuito
impresso deve-se aguardar que a tinta esteja bem seca.
Corrosão da placa
Corrosão é o processo químico que retira da chapa o
cobre que não está coberto por tinta.
A corrosão é feita normalmente por um preparado
químico denominado PERCLORETO DE FERRO. O
percloreto de ferro é um sal com teor ácido que dissolvido em
água realiza a retirada do cobre das regiões desprotegidas da
placa. Nos processo industriais o ácido é jogado sobre a face
cobreada da placa.
Nos processos de fabricação em pequena escala o
percloreto é colocado em um recipiente de material não
metálico. A placa é depositada na superfície da solução, com
a face cobreada para baixo.
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263
SENAI-PR
O percloreto de ferro não deve ser colocado ou
armazenado em recipientes metálicos porque provoca a
corrosão do vasilhame, contaminado-se.
Cuidados com o percloreto
Embora o percloreto não seja um preparado com poder
corrosivo elevado, deve-se evitar o contato com roupas, metais
e principalmente com a pele e os olhos..
A corrosão não tem um tempo definido porque depende
de concentração do corrosivo e também do seu grau de
utilização anterior. Pode-se acelerar o processo de corrosão
aquecendo a solução de percloreto de ferro.
O controle é feito por observação, examinando-se a placa
de tempo em tempo que o cobre tenha sido totalmente
removido das regiões descobertas. Após, retirar-se a placa da
solução e realiza-se uma limpeza com um pano limpo
embebido em álcool ou solvente. A figura seguinte apresenta
o aspecto de uma placa corroída e limpa.
Devido a imperfeições na pintura da placa, principalmente
quando é feita por processo manual, podem acontecer algumas
imperfeições nos filetes, após a corrosão. A seguir estão
listados os principais defeitos e as tolerâncias admissíveis.
264
SENAI-PR
Estreitamento
O filete não pode ter um estreitamento maior
que 20% da sua largura final e não pode ocorrer em
mais de uma vez no mesmo filete.
Reentrância
A largura do filete não pode ter reentrância
maior que 40% da largura final do filete e não pode
ocorrer mais de duas vezes no mesmo filete.
Pinhole
A largura de um pinhole não pode ser maior
que 40% da largura final do filete e não pode ocorrer
mais de duas vezes no mesmo filete.
Alongamento do filete
A largura final de um filete não pode ser maior
que 20% da largura nominal, não podendo ocorrer
mais de uma vez no mesmo filete.
Saliência
O aumento da largura final de um filete,
causado por uma saliência não contínua na borda,
não pode se maior que 40% da largura nominal e
não pode ocorrer mais de duas vezes no mesmo
filete.
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265
SENAI-PR
Tolerância de posicionamento dos furos das ilhas
O estreitamento do anel circundante causado por
deslocamento do furo pode ser no mínimo maior ou igual a
0,1mm.
Estreitamento das ilhas
A largura do anel circundante não pode ter um
estreitamento maior que 30% no valor nominal.
Tolerância na furação
diâmetro final do furo é o diâmetro especificado pelo
desenho de furação, com uma tolerância de ± 0,1mm.
Selagem
Após a corrosão a face da placa deve ser selada com
um produto que evite a oxidação.
Normalmente usa-se um verniz protetor que pode ser
goma-laca (dissolvido em álcool) ou mesmo um verniz em
SPRAY contanto que aceite a solda.
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Furação
Após a selagem a placa é furada para a colocação dos
componentes e também para a fixação.
Furação para terminais de componentes
Os furos são realizados com brocas adequadas para
cada tipo de componente. A tabela abaixo apresenta alguns
componentes e as brocas utilizadas para os furos de passagem
dos seus terminais.
Furos para fixação
Devem ser realizados com dimensões compatíveis com
o elemento de fixação utilizado.
Nos casos de fixação por parafuso e espaçador o furo
deve ser pouco maior que o diâmetro externo da rosca (furo
passante), não permitindo porém a passagem da cabeça
(figura abaixo).
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SENAI-PR
A furação também pode ser feita utilizando os furadores
de circuito impresso.
Processo fotográfico
O processo fotográfico para a confecção de placas de
circuito impresso é recomendado para situações em que há
necessidade de se fazer várias placas, pois é um processo
excessivamente trabalhoso e caro, e deve ser usado por
pessoas experientes.
A elaboração do desenho do circuito impresso para esse
método é feita de modo idêntico ao desenho para o processo
manual, com a exceção de que o desenho final deverá ser
feito em papel vegetal (ou similar), com tinta nanquim.
Caso seja necessário obter perfeição maior nos
formatos dos filetes e ilhas, em vez de se fazer o desenho em
escala natural, amplia-se para proporções de 3 : 1 ou 4 : 1,
por exemplo. Assim o desenho final terá dimensões 3 ou 4
vezes maior que o original.
Em seguida esse desenho é então fotografado e se
houver ampliação, o negativo deve ser reduzido ao tamanho
natural. Devido à redução, as pequenas falhas existentes nos
filetes e ilhas quando desenhadas no papel vegetal,
desaparecem. Com esta técnica, consegue-se detalhes tão
pequenos e filetes tão finos, que seriam impossíveis d serem
desenhados em tamanho natural.
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Sensibilidade da placa
Estando a placa cortada e limpa, pulveriza-se o cobre
com verniz fotossensível também conhecido como emulsão,
em lojas que trabalhem com material fotográfico para
laboratórios. Preferencialmente, esta etapa deve ser feita em
ambiente ligeiramente escurecido.
Depois que o verniz estiver seco, coloca-se sobre o
mesmo o negativo do desenho do circuito impresso. Prendese
bem o negativo para que o contato com a placa seja
uniforme. Em seguida expõe-se o conjunto à luz ultra-violeta.
Com uma distância de aproximadamente 30 cm entre o
desenho e a lâmpada, o tempo de exposição é de
aproximadamente 2 minutos.
Feita a sensibilização, olhando-se a placa a um angulo
de 30°, pode-se ver o diagrama de circuito impresso sobre o
verniz. Coloca-se a placa sensibilizada no revelador, – também
encontrado em lojas de material fotográfico – por um tempo
de aproximadamente 4 minutos.
Depois, tira-se a placa do revelador e seca-se,
mergulhando-a em seguida num banho bem fraco de
percloreto de ferro por 15 segundos aproximadamente. Esse
rápido banho permite salientarmos o desenho do circuito
impresso sem estragarmos o cobre que será posteriormente
corroído, que poderá eventualmente ser usado em caso de
erro. Com o aparecimento dos contornos do circuito impresso,
esta deverá ser conferido, para o caso de haver falhas.
Durante a revelação da placa não a leve e nem a toque
com os dedos. Estando tudo correto, a placa está pronta para
a corrosão, e a parte corroída será a que não apanhou luz.
Pode-se notar claramente que para utilizar este processo
deve-se possuir todo o material e equipamento fotográfico, que
tem um custo altíssimo. Este é um processo muito caro, porém,
possui a vantagem de produzir perfeitos desenhos de placa
de circuito impresso
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SENAI-PR
Silk-screen
Este processo, de certo modo, abrange os dois
processos anteriores. Consiste em preparar uma tela de nylon
com o desenho do circuito impresso sobre a mesma.
Com o auxílio de um pequeno rodo, faz-se passar a tinta
aos filetes do desenho correspondentes aos filetes e ilhas,
obtendo assim, o desenho sobre a placa de cobre.
O processo do silk-screen é usado em indústrias que
produzem grandes quantidades de circuito impresso.
Consegue-se, com facilidade, pintar até 200 placas em apenas
uma hora.
Tela
A tela é um tecido feito especialmente para silk-screen,
e pode ser de seda ou nylon. Para cada tipo de desenho existe
uma tela apropriada. Se no diagrama tivermos somente traços
grossos, usamos uma tela de número menor, como por
exemplo, 60, 70 e 80. Quanto mais finos forem os traços, maior
deverá ser o número da tela, como por exemplo, 100, 120 ou
130. Estes números indicam a quantidade de nós existentes
em 1cm², o número de cruzamentos dos fios do tecido. Veja
a figura a seguir.
O número de nós indica a porosidade da tela
Observe que, quanto maior o número de nós, menor é o
tamanho dos furos de tela.
Assim, se usarmos um traço fino em tela de número
pequeno, o resultado é que esse traço sai serrilhado, isso
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ocorre porque a emulsão veda os furos da tela, exceto onde
há os filetes do circuito impresso. Porém, na realidade, a
emulsão não veda meio furo, isto é, se um filete passa apenas
pela metade de um furo, o furo inteiro estará livre. Veja a figura
abaixo. Em A temos a situação que seria a ideal, mas que não
é obtida na prática, e em B o que realmente ocorre.
Filete ideal (A) e filete real (B)
Quanto maiores forem os furos e mais finos os filetes,
mais os serrilhados se acentuam. Por outro lado, quanto
menores forem os furos mais difícil se torna trabalhar com a
tela, pois esta dificulta a passagem da tinta. Assim sendo, para
se obter um circuito impresso, utiliza-se tela com grande
número de nós.
No processo de silk-screen, um dos pontos mais
importantes é o esticamento da tela. Se não estiver bem
esticada, mesmo que o quadro esteja fixo, ao se aplicar a tinta,
com o auxílio de um rodo, a tela irá deslocar-se borrando a
impressão.
No caso de não se possuir máquinas apropriadas para o
esticamento da tela, adota-se o processo manual. Consiste
em utilizar dois quadros para tela de silk-screen, as quais
devem estar encostadas (figura A). Corta-se um pedaço de
tela que cubra os dois quadros e grampeia-se nas
extremidades, conforme mostra a figura B. Observe a posição
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dos grampos e a fita de pano. Com isto assegura-se que a
tela não se rasgará nos pontos dos grampos, após o
esticamento.
Como esticar uma tela de silk-screen
Em seguida, coloca-se um dos quadros na boda de uma
mesa e força-se o outro para baixo até conseguir um bom
esticamento, e depois, grampeia-se as duas outras
extremidades dos quadros. Evidentemente você deve contar
com a ajuda de outra pessoa ao realizar esta etapa, pois esticar
a tela e ao mesmo tempo grampear, é como chupar cana e
assobiar ao mesmo tempo, isto é, não dá! Veja a figura 15C.
Estando os dois lados grampeados, corta-se a tela (figura D).
Com as mãos estica-se a tela para um lado e grampeia-se, e
depois para o outro lado e grampeia-se também (figura E).
Com isto obtém-se dois quadros com telas bem esticadas.
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Emulsão
A emulsão fotossensível obtém-se misturando a emulsão
propriamente dita com o sensibilizador. Separadamente, tanto
um quanto o outro não são sensíveis à luz, porém, a mistura
deve ser feita em câmara escura. O fabricante indica o
sensibilizador adequado e a proporção certa. Uma vez
misturados, deve-se mexer bem a solução por um minuto pelo
menos.
Com um rodo aplica-se uma camada uniforme de
emulsão nos dois lados da tela. Secando em ar quente a tela
estará pronta para exposição.
Coloca-se o desenho do circuito impresso desenhado
em papel vegetal, ou similar, sobre a tela, sendo que o contato
entre o desenho e a tela deverá ser uniforme. Olhando-se a
tela por cima, a folha deverá se colocada de maneira tal que o
desenho seja visto pelo seu lado oposto, isto é, como se
estivéssemos vendo o circuito impresso pelo lado dos
componentes. Expõe-se o conjunto à luz intensa por algum
tempo. Um exemplo típico é um desenho de 20 x 10 cm com
uma distância de 30 cm entre este e a lâmpada, e uma
exposição de 4 minutos aproximadamente. A luz deve estar
igualmente distribuída por toda a tela no momento da exposição.
A lâmpada utilizada deve ser adequada para esta finalidade.
veja a figura.
Exposição do conjunto à luz
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Se o desenho não estiver em contato uniforme com a
tela, haverá sombra dos filetes sobre a mesma, e
consequentemente não teremos uma cópia fiel do desenho
sobre a tela resultando em filetes deformados.
Revelação
A revelação se faz com água corrente, de preferência
morna, molhando-se a tela dos dois lados. Inicialmente o fluxo
de água deve ser pouco intenso e aos poucos a intensidade
deve ser aumentada. A medida que se vai molhando a tela,
mais nítido vai se tornando o circuito nela impresso.
As partes que não forem sensibilizadas pela luz irão sair,
deixando abertos os furos de tela, e as partes que receberam
a luz permanecerão, tampando os furos da tela (figura abaixo).
Aspecto da tela gravada
Isto ocorre devido a reação entre a luz e a emulsão, pois
este muda suas características devido a incidência de luz. O
mesmo não ocorre nas áreas protegidas.
Estando a tela seca, a mesma esta pronta para ser
usada. A tinta é especial para silk-screen, que não é corroída
pelo percloreto de ferro.
Fixa-se a placa de circuito impresso e fixa-se o quadro
com a tela sobre a placa. Deve ser observada uma distância
de 2 a 3 mm entre a tela e a placa e receber a tinta. É necessário
que a tela esteja encostada na placa somente quando o rodo
estiver pressionado, para que o desenho não fique borrado.
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A tinta deve ser colocada no rodo de borracha e passa
pela tela de maneira firme e uniforme. A posição do rodo deve
ser inclinada a uns 45°.
A face da tela onde a tinta vai ser aplicada é oposta àquela
onde inclui a luz, como vimos na figura (especificar página).
Com isto estaremos invertendo o processo.
Recomendações especiais
Em determinadas aplicações, onde os circuitos de um
dado equipamento estão dispostos em módulos, como é o
caso de computadores, as conexões de fio são feitas
geralmente através de “plugs”, que facilitam enormemente a
manutenção das placas do circuito impresso. Veja a figura a
seguir.
Neste tipo de circuito impresso todas as conexões de
entrada e saída são “puxadas” para um dos lados da placa de
circuito impresso, e à este lado é que vai conectado ao “plug”.
No desenho dos filetes terminais, deve-se seguir
rigorosamente as dimensões dos “plugs”, pois qualquer erro
na largura dos filetes, ou na distância entre estes, implicará na
perda do trabalho realizado.
Circuito impresso modular
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Ao desenhar esse tipo de circuito impresso, deve-se por
todos os filetes terminais em curto através de uma barra, que
também é um filete, conforme mostra a figura A. Isto deve ser
feito porque o processo de corrosão inicia-se pelas bordas da
placa, e mesmo que os filetes estejam protegidos pela tinta, o
percloreto infiltra-se pela borda e corroe uma parte dos filetes
(figura B).
A barra de cobre que fica na extremidade da placa (A),
evita o aparecimento de corrosão
Tendo a barra na extremidade da placa as infiltrações
não atingirão os filetes, e sim, a própria barra (figura A).
Posteriormente, esta parte deve ser cortada, resultando em
terminais perfeitos.
Antes da placa ser efetivamente utilizada, os filetes
terminais devem receber um tratamento adequado, para
assegurar uma durabilidade maior nos contatos com o “plug”.
Este tratamento nada mais é que um revestimento com níquel
e ouro, que devem ser aplicados por meios químicos.
Evidentemente isso só deve ser feito em aplicações que exijam
tal procedimento, devido ao alto custo do mesmo.
Soldagem
Para realizar a montagem de componentes na placa de
circuito impresso deve-se observar a seqüência de operações
que fornecemos a seguir:
1) Coloca-se os terminais dos componentes nos furos
correspondentes do circuito impresso.
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2) Aquece-se ao mesmo tempo o filete, ou a ilha, e o
terminal do componente por dois segundos no
máximo (figura A).
3) Coloca-se solda em quantidade suficiente tanto no
terminal como no filete (figura B). O tempo total do
aquecimento das partes não deve exceder 3
segundos. Para que essa operação seja rápida, tanto
o filete como o terminal deverão estar livres de
gorduras e óxidos.
Aquecendo o terminal e a ilha (A) e aplicando a solda (B)
4) Quando a solda estiver bem derretida tira-se o
soldador e espera-se à solda esfriar.
5) Corta-se o terminal rente à solda.
6) A solda é firme e proporciona bom contato quando
for “corrida” e brilhante. Se for opaca, com aspecto
farinhoso, a solda é fria, e a operação de soldagem
deve ser repetida.
7) Jamais sobre os terminais dos componentes sobre
os filetes antes de soldar, pois isso dificulta
enormemente a substituição do componente no caso
eventual manutenção (figura abaixo).
Jamais faça isso
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Os terminais e fios a serem soldados à placa devem
ficar tão retos quanto possível, se tiver dificuldade para mentes
o componente na posição correta ao soldar, curve ligeiramente
o terminal, apenas o necessário para mante-lo no lugar.
A intenção desta lição é tão somente orientar o aluno na
prática da confecção de circuitos impressos. Uma técnica
apurada será conseguida apenas com a união de pesquisa e
experiência.
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Os multímetros analógicos e digitais, nas escalas de
Ohms, podem ser utilizados para identificação de terminais e
teste de vários dispositivos semicondutores.
As identificações e testes devem ser realizados levandose
em conta as características peculiares do instrumento a
ser utilizado, como:
a) Alguns multímetros (analógicos e digitais) têm
circuitos internos específicos para testes de diodo e
transistores. Neste caso, devem seguidas as
instruções de seus manuais.
b) Geralmente, o multímetro analógico, nas escalas de
Ohm, apresenta seus terminais com polaridades
invertidas, ou seja, o terminal identificado como
positivo (vermelho), passa a ser negativo, e o terminal
identificado como identificado como negativo ou
comum (preto), passa a ser positivo.
c) Os semicondutores mais sensíveis devem ser
testados com cuidado, levando-se em conta seus
limites de corrente e tensão recomendados pelos
fabricantes, uma vez que na escala mais baixa de
Ohm, alguns multímetros analógicos poderão impor
correntes maiores que 100 mA.
Atenção
Como cada dispositivo é fabricado com uma gama
enorme de parâmetros, as regras contidas neste apêndice
não devem ser consideradas rígidas, mas apenas uma
referência para identificação de terminais e teste dos
dispositivos considerados. No caso de identificação de
terminais, presume-se que os dispositivos estejam em bom
estado. No caso de identificação de terminais, presume-se que
os dispositivos estejam em bom estado. No caso de testes de
IDENTIFICAÇÃO DE TERMINAIS
E TESTE DE DISPOSITIVOS SEMICONDUTORES
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SENAI-PR
dispositivos, presume-se que seus terminais sejam conhecidos.
Em ambos os casos, os dispositivos desconectados do circuito
elétrico.
Diodo Retificador, Diodo Zener e Led.
Símbolos de referência para medidas
Identificação dos terminais
Teste dos dispositivos
(*) Para o LED, a bateria do multímetro deve ser de, no
mínimo, 3V (2 pilhas), fazendo com que ele ascenda (exceto
o infra vermelho). Se a bateria for de 1,5V, o teste não é seguro.
(**) Não se aplica para diodos de alta tensão.
(**) Para diodo Zener com VZ < 5V, dependendo da
tensão da bateria do multímetro, este valor pode ser menor
que 100KΩ.
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Transistores bipolares NPN e PNP
Símbolos de referências para as medidas
Identificação dos terminais
1° Condição – Identificação da base do transistor
Para identificar a base do transistor, fixar a ponta da prova
positiva do multímetro em um dos terminais do transistor. Com
a ponta de prova negativa, tocar nos dois outros terminais,
para verificar se ambos apresentam resistência baixa. Caso
essa condição não se verifique na primeira tentativa, repetir o
procedimento, fixando a ponta de prova positiva em outro
terminal do transistor.
2° Condição – Identificação do coletor e emissor
do transistor
Basta seguir as ligações e medidas indicadas na tabela.
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Para a identificação dos terminais de um transistor PNP,
as mesmas condições anteriores são válidas, mas tomandose
como referência a ponta de prova negativa do multímetro.
Teste dos dispositivos
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282
SENAI-PR
JFET Canal N e P
Símbolos de referência para as medidas
Identificação dos terminais
Na maioria dos casos, os terminais dreno (D) e fonte (S)
podem ser trocados um pelo outro sem maiores problemas.
Teste dos dispositivos
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283
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Fotodiodo
Símbolos de referência para as medidas
Identificação dos terminais
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284
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Teste do dispositivo
(*) A resistência varia com a intensidade luminosa.
Fototransistor NPN
Símbolos de referência para medidas
Identificação dos terminais
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285
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1° Condição – Identificação da base do fototransistor
Alguns tipos de fototransistores operam com base aberta,
ou seja, não possuem este terminal. Assim, a primeira
condição da tabela não se aplica, sendo os outros dois
terminais identificados pela 2° condição.
Para os fototransistores com terminal de base, fixar a
ponta de prova positiva do multímetro em um dos terminais.
Com a ponta da prova negativa, tocar nos dois outros terminais,
para verificar se ambos apresentam resistência baixa. Caso
essa condição não se verifique na primeira tentativa, repetir o
procedimento, fixando a prova positiva em outro terminal do
fototransistor.
2° condição – identificação do coletor e emissor
do fototransistor
Basta seguir as ligações e medidas indicadas na tabela.
Teste do dispositivo
(*) A resistência varia com a intensidade luminosa.
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LDR
Símbolo de referência para as medidas
Teste do dispositivo
NTC E PTC
Símbolos de referência para medidas
Teste dos dispositivos
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287
SENAI-PR
• Tabela de Resistores Comerciais
• Tabela de Capacitores Comerciais
Resistores Comerciais
A tabela a seguir ,ostra as raízes, cujos valores nominais
dos resistores são seus multíplos e submultíplos.
Comercialmente, esses valores servem para resistores
de 2%, 5%, 10% ou 20% de tolerância.
APÊNDICE B – TABELA DE RESISTORES
E CAPACITORES COMERCIAIS
Capacitores Comerciais
A tabela a seguir mostra as raízes, cujos valores nominais
dos capacitores são seus múltiplos e submúltiplos .
Comercialmente, os capacitores podem ser de diversos
tipos (cerâmico, poliéster metalizado, eletrolítico, tântalo, etc.)
e podem ter diversos valores de tensão de ruptura.
Teste de isolação do capacitor
Um capacitor em condições normais apresenta entre
suas armaduras resistência infinita (isolação) não permitindo
assim circulação de corrente.
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288
SENAI-PR
Mas quando o dielétrico sofre degeneração a resistência
entre as armaduras diminui permitindo a circulação de uma
pequena corrente denominada de corrente de fuga.
Quando se deseja verificar as condições do capacitor
quanto a resistência de isolação entre as armaduras utiliza-se
normalmente o ohmímetro.
A escolha da escala do ohmímetro depende do valor de
capacitância do capacitor a ser testado (tabela abaixo).
Para valores de capacitância até 1μF a escala
recomendada é a x10000 e para valores superiores
recomenda-se x100 ou x10.
Após selecionada a escala conectar as pontas de prova
do ohmímetro nos terminais do capacitor. Neste momento o
ponteiro deflexiona rapidamente em direção ao zero e logo em
seguida retorna mais lentamente em direção ao infinito da
escala. Quando o capacitor está com a isolação em boas
condições o ponteiro deve retornar até o infinito da escala.
Deve-se inverter as pontas de prova e repetir o teste.
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Expressão da potência
A potência trifásica ativa, tanto para a disposição de
alternador em estrela quanto em triângulo, é a mesma, e
vem a ser a soma das potências das três fases. Calculase
pela fórmula.
P = U x I x V 3 x cos ϕ
Sendo:
U = tensão eficaz entre dois fios-fase
I = corrente eficaz da linha
ϕ = ângulo de atraso (defasagem) de I em relação a U
na representação vetorial dessas grandezas.
Fator de potência
Quando em um circuito de corrente alternativa existe
intercalada uma bobina (por exemplo), um motor de indução,
um reator para iluminação fluorescente) ou um capacitor,
observa-se que a potência total consumida em cada fase e
que é dada pelo produto da intensidade da corrente I (lida no
amperímetro) pela diferença de potencial (lida no voltímetro)
não é igual à potência indicada pelo waltímetro.
Se no circuito houvesse apenas resistências ôhmicas,
o produto V x A (volts X ampères) coincidiria com a leitura em
watts.
Quando há bobinas, a leitura da potência, no wattímetro,
será inferior ao produto volts x ampères, e se denomina potência
ativa P, porque é a responsável pela circulação da energia no
circuito das bobinas.
POTÊNCIA EM CA
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A potência aparente Pα é dada pelo produto da tensão U
pela corrente I medidas nos instrumentos e é expressa em V x
A ou kVA.
Denomina-se fator de potência a relação entre a potência
P e a potência aparente Pα, ou seja, entre a potência realmente
utilizada para vencer as resistências e, além disso, os efeitos
de indutância para criar o campo magnético (em bobinas, etc.)
e de capacitância (nos capacitores) para criar o campo elétrico.
Fator de potência = P = cos ϕ
Pα
ϕ é, como vimos, o ângulo de defasagem entre a tensão
U e a corrente I. Considerando sucintamente os três casos
que podem apresentar-se.
1º caso: Existem apenas resistências ôhmicas no
circuito.
A corrente acha-se em fase com a tensão.
cos ϕ = 1
A potência é dada por U x I = P, e a leitura no wattímetro
coincide com a do produto de I (lido no amperímetro) por U
(lido no voltímetro).
Potência a considerar quando há indutância
Devido ao inconveniente causado por um baixo fatore de
potência, as empresas, concessionárias de energia elétrica
fixam, como valor mínimo do fator de potência, 0,80 e até
mesmo 0,85. Excetuam-se as instalações contendo apenas
motores de pequena potência, nas quais, em geral, são
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220
SENAI-PR
permitidos motores com fator de potência inferior à 0,80, desde
que a soma das potências ativas instaladas de tais motores
não ultrapasse 5 kW.
Todas as instalações de lâmpadas ou tubos de iluminação
a vapor de mercúrio, neônio, fluorescente, ultravioleta, cujo fator
de potência seja inferior a 0,90, deverão ser providas dos
dispositivos de correção necessários para que seja atingido o
fator de potência de 0,90, no mínimo, valor este obtido junto ao
medidor da instalação.
2º caso: Existe uma capicitância (efeito de capacitor)
Neste caso, a corrente fica avançada em relação à
tensão, de modo que, intercalando-se um capacitor em um
circuito com indutância, pode-se neutralizar o efeito da mesma,
pois, se por um lado a indutância atrasa a corrente em relação
à tensão, a capacitância produz o efeito contrário.
Em instalações industriais, consegue-se melhorar o fator
de potência (tornar o cos ϕ bem próximo de 1) utilizando-se
capacitores estáticos industriais ou motores síncronos
superexicitados, que têm a propriedade de neutralizar a
componente reativa ou deswattada da potência.
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SENAI-PR
Circuito apenas resistivo
3º caso: Existe exclusivamente uma indutância (bobina
ou dispositivos que sofram efeitos de indução eletromagnética
da corrente).
A indutância, como dissemos, faz com que a corrente
fique em atraso em relação à tensão.
Na figura a seguir acha-se representado um circuito
monofásico, no qual o amperímetro indica I = 10 A e o voltímetro
U = 220 V. A potência aparente ou total é dada por Pα = U x I =
10 x 220 = 2200 volt-ampères (VA), mas o wattímetro indica
1870 watts, para a potência real ou ativa que ocasiona a
circulação da corrente através da bobina.
Circuito com indutância
O fator de potência para este circuito monofásico será:
Potência ativa = W = 1870 = 0,85 ou 85%
Potência total V.A. 2200
isto é, cos ϕ = 0,85. Logo, o ângulo de defasagem de I
em relação a U será de 32º.
Vemos que, quando o fator de potência é inferior à
unidade, existe um consumo de energia não medida no
wattímetro, consumo aplicado na produção da indução
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SENAI-PR
magnética. Uma instalação com baixo fator de potência, para
produzir uma potência ativa P, requer uma potência aparente
Pα maior, o que onera essa instalação com o custo mais
elevado de cabos e equipamentos.
A parte da potência consumida pelos efeitos de indução
é denominada potência reativa, e demonstra-se que esta
potência, somada vetorialmente com a potência ativa (em
watts), fornece o produto volt-ampère (V A, k V A).
A potência reativa é medida em vars.
Exemplo
A potência de um motor elétrico, trifásico, alimentado em
220 V, medida com um wattímetro, é de 18,5 cv. O fator de
potência é 0,85. Calcular a corrente de alimentação do motor
e as potências aparente e reativa.
1 cv = 736 W
Dados:
P = 18,5 cv = 18,5 x 736 = 13,616 W
U = 220 V
cos ϕ = 0,85
Solução
1) Intensidade da corrente
Da Equação tiramos.
I = P = 13,616 = 42,039 A
U V3 cos ϕ 220 V3 x 0,85
2) Potência aparente
Pα = U x I V3
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Pα = 220 x 42,039 x V3 = 16,018 V A = 16,018 kV A
3) Potência reativa
Tiramos:
Pr = V P2
α - P2
Pr = V 16,0182 – 13,6162 = 8,436 kV Ar
Potência de motor elétrico
Podemos considerar para um motor as seguintes
potências:
Potência nominal ou potência de saída. É a potência
mecânica no eixo do motor. Num laboratório de ensaios, seria
medida com o auxílio de um freio dinamométrico. É expressa
em c.v. ou kW e eventualmente em HP.
Potência de entrada (ρe). Corresponde à potência
absorvida pelo motor para o seu desempenho.
A relação entre a potência nominal e a potência de saída
é o rendimento mecânico η do motor.
η = Pn /Pe
A potência de entrada, expressa em kW, pode ser
calculada em função da potência nominal pelas fórmulas:
Pe = Pn (kW)
η (kW)
Pe =
Pn (c.v.) x 0,736 (kW)
η
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SENAI-PR
Pe = Pn (HP) x 0,746 (kW)
η
Estas expressões serão corrigidas pela introdução da
grandeza denominada fator de potência, de que tratamos a
seguir.
Fator de potência
Quando num circuito existe intercalada uma ou mais
bobinas, como é o caso de um circuito co motores, observase
que a potência total fornecida, que é determinada pelo
produto da corrente lida num amperímetro pela diferença de
potencial lida em um voltímetro, não é igual à potência lida num
wattímetro.
No caso de haver motores, reatores, transformadores
ou lâmpadas de descarga, a leitura do wattímetro indicaria valor
inferior ao produto volt x ampères. Se no circuito houvesse
apenas resistores, os dois resultados coincidiriam, pois volts
x ampères = watts.
Fazendo-se a representação das variações de corrente
e da tensão em função do tempo, verifica-se que quando existe
auto-indução pela passagem da corrente através de um
enrolamento a voltagem atinge o valor positivo máximo antes
que a corrente alcance o seu valor positivo máximo.
Representando por vetores as grandezas I e U, o atraso da
corrente I em relação à tensão U é o ângulo ϕ de defasagem.
De modo análogo, representando vetorialmente as
potências, veremos que a chamada potência total ou aparente
(volt x ampères, ou kV A = 1.000 V A) resulta da composição
da potência ativa ou efetiva (watts) com a potência reativa (V A
Rs = volts x ampères reativos), e que a potência ativa e a
aparente estão defasadas entre si do ângulo ϕ.
Chama-se fator de potência o co-seno desse ângulo ϕ.
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225
SENAI-PR
Isto é, o valor dado por:
cos ϕ = Pot. ativa ou ( KW )
Pot. aparente kV A
O nome fator de potência decorre de que, multiplicandose
a potência aparente pelo cosϕ, obtém-se a potência ativa,
isto é:
k W = cos ϕ x kV A
Esquema vetorial mostrando a composição
para obter-se a potência ativa
Quando há, apenas, resistências num circuito, dizemos
que a corrente está “em fase” com a tensão (figura a seguir).
Então ϕ = 0, cos ϕ = 1 e a potência monofásica é dado por:
W = U I (watts = volt x ampères)
Circuito apenas resistivo, em que a corrente
está “em fase” com a tensão.
Como foi mencionado acima, no caso de haver
indutâncias (bobinas, motores ou dispositivos que sofram os
efeitos da indução eletromagnética da corrente), a corrente
fica dafasada e em “atraso” em relação à tensão (figura a
seguir). Neste caso, como vimos,
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SENAI-PR
Pativa = cos ϕ x Ptotal
Iativo = cos ϕ x Itotal
Circuito com indutância, em que a corrente
está “em atraso” com a tensão.
Quanto maior o valor do fator de potência, tanto maior
será o valor de Iativo.
Os condutores e equipamentos elétricos são
dimensionados com base no Itotal, de modo que, para uma
mesma potência útil (kW), deve-se procurar Ter o menor valor
possível da potência total (kV A), e isto ocorre evidentemente
quando Iativo = Itotal o que corresponde a cos ϕ = 1.
Quanto mais baixo for o valor de potência, maiores
deverão ser, portanto, as seções dos condutores e as
capacidades dos transformadores e dos disjuntores. Um
gerador, suponhamos de 1000 kV A pode fornecer 1000 kW a
um circuito apenas com resistências, pois neste caso cos ϕ =
1. Se houver motores e o circuito tiver fator de potência 0,85,
isto é, cos ϕ = 0,85, o gerador fornecerá apenas 850 kW de
potência útil ao circuito.
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Quando um motor de indução opera a plena carga, podese
ter cos ϕ ≅ 0,90. Se operar com cerca da metade da carga,
cos ϕ ≅ 0,80, e se trabalhar sem carga, cos ϕ ≅ 0,20. Daí se
conclui ser necessário uma criteriosa escolha da potência do
motor para que opere em condição favorável de consumo de
energia.
Como dissemos, o efeito da potência reativa (k V AR),
chamada também “componente dewattada”, é consumir
potência que não é acusada no wattímetro, de modo que a
empresa concessionária forneceria energia que, não sendo
registrada, não seria cobrada do consumidor, embora este a
estivesse gastando.
Por isto, as concessionárias não permitem instalações
industriais com fator de potência inferior a 0,85, cobrando
sobretaxas sobre o excesso, melhor dizendo, abaixo desse
valor.
Veremos, em capítulo próprio, os recursos que se podem
empregar para melhorar o fator de potência.
Corrente no motor trifásico
A corrente que produz potência média positiva ou motriz
é, como vimos, a wattada, ativa ou efetiva. A potência reativa
ou dewattada produz potência média nula, daí não ser utilizável.
Num período, o gerador fornece esta potência e a recebe de
volta, não havendo saldo de potência utilizável. A potência ativa
no circuito trifásico é dada pela expressão:
P(watts) = U x I x V3 x cos ϕ x η
onde η = rendimento do motor.
Da Equação anterior obtém-se a corrente nominal ou
wattada, isto é, a corrente de plena carga consumida pelo motor
quando fornece a potência nominal a uma carga.
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I(ampères) =
P(c.v.) x 736
U(volts) x V3 x cos ϕ x η
Para um motor monofásico, teremos:
I(ampères) =
P(c.v.) x 736
U(volts) x cos ϕ x η
Exemplo
Qual a corrente nominal solicitada pelo motor trifásico
de uma bomba de 5 c.v. sob uma tensão de 220 V, sendo cos
ϕ = 0,80 e o rendimento do motor igual a 96% (η = 0,96)?
I = P x 736
U x V3 x cos ϕ x η
(1 c.v. = 736 watts)
I = 5 x 736
220 x V3 x 0,80 x 0,96
I = 12,6 A
Resumo das fórmulas para determinação de I
(ampères), P (c.v.), kW e kWA
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Introdução
A notável evolução da eletrônica tem sempre exigido a
adoção de novas técnicas e processos. Como exemplo
bastaria citarmos o circuito impresso.
Durante a Segunda Guerra surgiu a necessidade de
equipamentos eletrônicos, para fins militares, que
apresentassem tamanho reduzido, alta confiabilidade,
resistência a vibrações e choques mecânicos e, o que era de
grande importância, facilidade para produção em massa. Os
técnicos do National Berau of Standards, dos EUA, chegaram
a conclusão que a melhor solução para esse problema era a
utilização de circuitos impressos.
Foram dados assim os primeiros passos para a criação
de uma nova técnica, que viria, anos mais tarde, revolucionar
os sistemas de montagem de receptores e demais aparelhos
eletrônicos.
O primeiro processo
A solução para a obtenção de um circuito impresso foi
encontrada de maneira clara e direta, isto é, o condutor deveria
ser impresso com uma tinta condutora sobre uma base
isolante. A solução óbvia para se produzir uma tinta condutora
seria juntar pó metálico a alguma espécie de aglutinador
resinoso.
Os metais, porém, quando reduzidos a pó, tem suas
partículas oxidadas e, com exceção da prata, têm sua
condutibilidade bastante reduzida. A prata, porém, mesmo sob
a forma de óxido ou de sulfato, mantém sua condutibilidade
bastante satisfatória. Por essa razão foi escolhida como
elemento metálico das tintas condutoras.
CIRCUITO IMPRESSO
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A relação entre aglutinador e pó de pirata é limitada pela
necessidade de se manter a tinta numa consistência que
permite sua aplicação de maneira bem definida. Verificou-se,
portanto, que, por mais alta que fosse a porcentagem de pó de
prata na tinta, o condutor impresso tinha apenas 30% da
condutibilidade que teria se fosse de prata, com a mesma
dimensão e espessura. A razão disto é óbvia: as partículas de
prata estão separadas umas das outras por uma certa
quantidade de resina aglutinadora .
Outro problema encontrado com o condutor pintado foi a
dificuldade de soldagem. Embora fosse possível produzir uma
tinta condutora, de secagem ao ar livre, que pudesse ser
soldada, essa operação não era simples e, consequentemente,
não poderia ser utilizada em linhas de produção em série.
Constatou-se, entretanto, que, aquecendo-se a tinta a
uma temperatura entre 480°C e 760°C, o aglutinador era
queimado, deixando a prata fundida como um condutor sólido,
cuja condutibilidade era cerca de 80% da condutibilidade de
um condutor de prata, das mesmas dimensões. Com esta
técnica foi contornado o problema da condutibilidade e da
facilidade de soldagem.
Entretanto, as altas temperaturas necessárias ao
processo de queima do aglutinador introduziram uma severa
limitação no que diz respeito ao material usado como base
isolante do circuito impresso. Mesmo os plásticos mais
resistentes não suportaram as altas temperaturas de 480°C
ou mais. Passou-se a usar então o vidro, a porcelana ou a
esteatita.
As experiências apontaram a esteatita como o material
mais indicado. Embora bastante semelhante a porcelana, em
aspecto, apresenta maior rigidez e, devido sua elevada
densidade, não absorve água ou solventes. A característica
de baixa absorção de umidade torna a esteatita um isolante de
grande importância na industria elétrica.
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SENAI-PR
Componentes impressos
Como era de se esperar, a técnica do circuito impresso
levou os fabricantes a imaginarem outras aplicações. Por
exemplo: se, ao invés de usarem tinta condutora, usassem
uma tinta com características condutora pobres (à base de
carvão ou grafite), poderiam obter resistores impressos.
Por outro lado, se pintassem ambas as faces de uma
delgada lâmina de cerâmica com uma camada de tinta de
prata, teriam um capacitor.
Evidentemente, a coisa não era tão simples assim, e
inúmeros problemas tiveram que ser resolvidos antes de se
conseguir tais componentes na prática.
Em busca de uma aplicação comercial para os pequenos
conjuntos, a CENTRALAB, por volta de 1950, começou a
estudar os diversos circuitos comerciais utilizados. Deste
estudo, chegou-se à conclusão de que os pontos mais
adequados para serem utilizados os componentes impressos
eram as redes de acoplamento entre os estágios
amplificadores e outras redes resistência/capacitância, tais
como filtros e intergradores.
Enfim, como costuma acontecer nos mais variados
setores técnicos e científicos, há conceitos e técnicas que são
usados durante pouco tempo, mas que servem de base para
novos produtos, mais perfeitos e funcionais, que abrem novos
campos de trabalho e de processo.
Esse foi o caso do circuito impresso com tinta condutora.
Seu emprego foi relativamente limitado, mas abriu as
perspectivas para o futuro, ou seja, para os circuitos impressos
utilizados atualmente. Também os conjuntos de componentes
impressos podem ser considerados como um tímido e
rudimentar esboço do que seriam os modernos circuitos
integrados.
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Circuitos impresso por meio de gravação química
Embora a utilização deste sistema seja relativamente
recente, quem primeiro pensou em sua viabilidade foi P. Eisler,
quando trabalhava, em 1941, para a Henderson & Spaulding,
uma grande firma inglesa no setor gráfico. Eisler previa a
possibilidade de se empregar a experiência e os métodos da
indústria de artes gráficas nas técnicas de montagens
eletrônicas, assim sendo, tentou aplicar os conhecidos
métodos de gravação das indústrias gráficas para obter
circuitos impressos.
Após as primeiras e infrutíferas experiências com tintas
metálicas, chegou a conclusão que a solução seria utilizar uma
base de material isolante, tendo uma das faces recoberta por
uma delgada lâmina metálica. Desta forma a obtenção do
padrão (ou circuito) impresso não representaria problemas,
pois poderiam ser utilizados métodos de foto gravação,
amplamente empregados nas indústrias gráficas. Utilizando
tintas resistentes aos corroentes químicos, poderia protegerse
as partes que deveriam permanecer para formar o circuito
impresso, enquanto que as indesejáveis permaneceriam
expostas e seriam corroídas pelo agente químico. As idéias
de Eisler eram porém muito adiantadas para que pudessem
ser utilizadas pelas indústrias eletrônicas britânicas: suas
experiências foram, portanto, desenvolvidas apenas em escala
de laboratório.
Somente no fim da guerra, devido a troca de informações
básicas entre os serviços militares britânico e norte americano,
é que o trabalho de Eisler, relativo às técnicas de circuito
impresso, foi levado ao conhecimento do Signal Corps
Engeneering Labs.
Estava assim aberto o caminho para a introdução do
circuito impresso na indústria eletrônica. Evidentemente, até
que o circuito impresso se tornasse corriqueiro nos aparelhos
comerciais, houve um longo caminho a ser percorrido.
Inicialmente, a necessidade de se produzirem
equipamentos eletrônicos para fins militares em grandes
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quantidades, empregando o sistema de montagem automática
dos componentes, tornou-se praticamente um dispositivo
estratégico.
Por outro lado, a preparação da indústria eletrônica para
novas técnicas, a produção econômica de materiais para estas
técnicas e, principalmente, o fabuloso capital que essa inovação
iria exigir, foram os principais responsáveis pelo retardo da
introdução do circuito impresso nos aparelhos comerciais.
Atualmente, os circuitos impresso são utilizados nos
mais diversos aparelhos, porque permitem uma montagem
compacta, prática e, sobretudo confiável. São realmente raras
as montagens eletrônicas que não empregam a técnica dos
circuitos impressos hoje em dia.
Circuito impresso
O circuito impresso é constituído por filetes de material
condutor, fixos numa chapa de material isolante.
Os filetes substituem os condutores elétricos, nas
ligações entre componentes, dos circuitos.
Algumas vantagens que o circuito impresso apresenta,
em relação à montagem convencional, são:
• Eliminação da fiação de conexão entre os
componentes.
• Padronização da montagem de circuitos em linhas
de produção.
• Uniformidade na disposição dos componentes.
• Economia de espaço.
• Acesso fácil aos componentes para medições.
• Melhoria do acabamento final do circuito.
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A figura a seguir apresenta uma montagem realizada em
placa de circuito impresso.
Matéria prima
A matéria prima para a confecção de um circuito
impresso é uma chapa de material isolante recoberta em uma
das faces por uma lâmina de material condutor.
Chapa de material isolante
A chapa de material isolante pode ser um fenolite ou fibra
de vidro (fiberglass):
Fenolite
Material isolante de cor marrom ou parada com pequenas
variações de tom. Encontrada em diversas espessuras
(0,5mm a 2mm). Tem pouca rigidez mecânica.
Fibra de vidro
Material isolante, levemente transparente com ótima
rigidez mecânica e boa isolação elétrica. A espessura é de
aproximadamente 1mm. É usado normalmente em linhas de
produção industriais.
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Material condutor
O material condutor usado para revestir uma das faces
da chapa isolante é normalmente o cobre. Em circuitos mais
sofisticados (equipamentos médicos, computação, etc.) onde
é necessário alta confiabilidade no funcionamento a face
cobreada é banhada em ouro para evitar oxidações e maus
contatos.
As chapas de dupla face
Existem ainda placas para a fabricação de circuitos
impressos cobreadas nas duas faces (figura abaixo).
Este tipo de placas é utilizado em circuitos que contém
um grande número de componentes e ligações, e que
apresentariam dificuldades de execução em uma placa de face
simples.
Interligação dos componentes
Quando a placa de circuito está pronta, a face cobreada
não apresenta mais camada de cobre em toda sua extensão.
No processo de fabricação o cobre é removido de
determinadas regiões da placa. O resultado é a formação de
trilhas de cobre que percorrem a placa.
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As trilhas, chamadas de “filetes”, serão responsáveis pela
interligação dos componentes que compõem o circuito.
Todos os componentes que forem soldados a um filete
de cobre estarão ligados eletricamente entre si como se
houvesse um condutor d interligação.
As figuras abaixo ilustram como acontece a substituição
de uma ligação por condutor por uma ligação através de circuito
impresso.
A figura seguinte mostra uma vista em corte de ligação
por filete entre os terminais de dois componentes.
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Projeto de circuito impresso
O projeto de um circuito impresso consiste da elaboração
do conjunto de desenho e informações que servirão como base
para a execução do processo de fabricação e montagem de
um circuito em placa de fenolite ou fibra de vidro cobreada.
Material necessário para o projeto
• Folha em papel quadriculado em milímetros ou
décimos de polegada.
• Esquema do circuito elétrico ou diagrama esquemático.
• Componentes ou catálogos com suas dimensões,
necessários, para que o projeto do circuito impresso
seja feito levando em consideração o tamanho real
dos componentes.
• Lápis
• Borracha e/ou lápis borracha.
• Papel transparente (vegetal ou poliéster).
• Régua
• Gabarito de círculos
Conteúdo do projeto
O projeto da placa, denominado LEIAUTE, consiste de
um conjunto de desenhos e informações.
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238
SENAI-PR
Os desenhos e informações que constituem o leiaute
devem ser corretos e completos, de forma a conterem todas
as indicações necessárias para a montagem do circuito e sua
conexão com outros circuitos, fontes , painéis, etc.
A seguir estão apresentados alguns exercícios de
desenhos e informações contidos em um leiaute.
Desenhos
• Do esquema do circuito eletrônico.
• Do lado cobreado do circuito impresso denominado
de chapeado.
Do posicionamento dos componentes
visto pelo lado da chama de fenolite,
denominada de “sistema equipado”.
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• De detalhes construtivos e de fixação.
Informações
• Lista de componentes.
• Observações de esclarecimento e manutenção.
Por exemplo:
• Tensões e sinais de entrada
• Tensões e sinais de saída
• Cuidados especiais
• Opcionalmente, pode-se incluir um desenho do
posicionamento dos componentes visto pelo lado cobreado
da placa, apresentados em forma de simbologia.
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A primeira providência com relação ao projeto de circuito
impresso diz respeito ao circuito elétrico.
Muitas vezes a forma de distribuição dos componentes
no esquema não permite uma visualização da função do
conjunto.
Nestes casos deve-se proceder na restruturação do
esquema ordenando os componentes para que o circuito
apresente uma configuração que permita identificar facilmente
a finalidade de cada um dos componentes no circuito.
A figura seguinte apresenta o circuito da figura anterior
reestruturado.
Na figura é possível perceber claramente a configuração
de um divisor de tensão.
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SENAI-PR
Itens a observar na execução do projeto
de um circuito impresso
• Dimensões dos componentes: o projeto da placa deve
ser realizado de acordo com a dimensão real dos
componentes que serão utilizados na montagem do
circuito.
• Largura dos Filetes de Cobre: a largura destes depende
da corrente circulante. A tabela seguinte apresenta a
corrente de trabalho dos filetes, de acordo com sua
largura.
Tabela válida para chapa
de cobre de 0,1mm de
espessura (chapa convencional).
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No circuito de divisor de tensão as ligações de entrada
operam uma corrente de 300mA e as ligações de saída com
corrente de 150mA.
De acordo com a tabela anterior as ligações de entrada
devem ser de 1mm e as ligações de saída, menos de 1mm .
Para facilitar o desenho no papel milimetrado não se deve
adotar medidas “quebradas”. Para o projeto do circuito
impresso do divisor de tensão apresentado, pode – se usar
filetes de 1mm em todas as conexões.
Esta simplificação é muito utilizada porque facilita todo o
projeto de circuitos impressos.
• Distanciamento entre dois filetes: a distância entre os
filetes depende da tensão existente entre eles.
A medida que a tensão entre dois filetes é mais elevada
torna-se necessário aumentar o afastamento entre os filetes
para que haja uma isolação adequada entre os pontos do
circuito.
Adota-se como regra uma distância de 1mm para cada
100V de diferença de tensão entre os filetes.
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Isto significa que os dois filetes adjacentes com uma
diferença de tensão de 200V devem ser separados por 2mm
no mínimo.
Esta regra também é válida para circuitos onde existem
picos de tensão. No circuito do divisor de tensão apresentado,
as tensões envolvidas estão todas abaixo de 100V. Pode-se
então, neste caso, adotar como regra:
Distância mínima entre os filetes – 1mm
• Sistema de fixação: Ao executar o projeto de um circuito
impresso deve-se prever a forma como a chapa será
fixada ao chassi ou à base de montagem. De acordo
com o sistema escolhido será feita a previsão dos
pontos de fixação na chapa do circuito impresso.
Os sistemas de fixação mais utilizados são:
• Parafusos com espaçadores (distanciadores).
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• Por calços de fixação.
• Em “RACKS”. Para a utilização do sistema de fixação
por “rack” todas as entradas e saídas da placa devem estar
em um dos lados do circuito impresso.
• Por distanciamento de pressão.
Observação
Quando os pontos de fixação forem distantes e a placa
de circuito impresso estiver sujeito a vibrações e esforços devese
utilizar placas de fibra de vidro.
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• Interligação da Placa: Ao executar o projeto da placa
deve-se levar em consideração a forma como serão realizadas
as conexões dos condutores de ligação para o circuito.
Os sistemas mais usuais de interligação da placa de
circuito impresso com o restante do circuito são:
• Através de fios.
• Através de terminais para circuito impresso.
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• Através de conectores.
Observação
A utilização destes sistemas implica na colocação de
todas as entradas e saídas da placa em uma só região da
placa, normalmente um dos lados.
Execução do projeto
Observados os itens necessários antes da execução, já
têm-se pré-estabelecidos:
• A largura dos filetes
• A distância entre os filetes
• O sistema de fixação
• O tipo de placa cobreado
• O sistema de conexão
A partir destas informações pode-se executar o projeto
da placa d circuito impresso no papel milimetrado.
Tomando como exemplo o divisor de tensão apresentado
na figura seguinte:
• Largura dos filetes: 1mm
• Distância entre os filetes: 1mm no mínimo
• Sistema de fixação: parafusos e espaçadores
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• Tipo de placa: fenolite ou fibra
• Sistema de conexão: terminais para circuito impresso
1° Etapa:
Dispor os componentes sobre o papel milimetrado
procurando ocupar o espaço da melhor forma possível.
Este procedimento permite determinar a área aproximada
de chapa necessária para execução do circuito impresso.
2° Etapa:
Cortar o papel milimetrado em dimensões maiores que
o tamanho estimado.
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As bordas do papel milimetrado devem ser cortadas no
esquadro, aproveitando as linhas do papel como guia.
3° Etapa:
Cortar um papel transparente com o dobro da área do
papel milimetrado.
4° Etapa:
Dobrar o papel transparente no meio (no esquadro) e
introduzir o papel milimetrado entre duas faces.
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Através da transparência do papel pode-se visualizar as
linhas do papel milimetrado que servirão como guia para o
traçado do desenho do sistema equipado e da face cobreada
do circuito.
5°Etapa:
Traçar sobre o papel transparente os contornos da chapa
conforme o tamanho estimado, desenhado no milimetrado.
6°Etapa:
Definir os espaços para a fixação da placa, no desenho
sobre o papel transparente, indicando o centro dos furos para
fixação.
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Definida a área de chapa e os espaços para fixação está
determinada a área útil da chapa para o projeto do circuito
impresso.
7° Etapa:
Desenhar os componentes sobre o papel transparente,
no tamanho real e na posição em que deverão ficar na placa.
8° Etapa:
Definir a posição dos furos para entrada dos terminais
dos componentes. Estes furos devem ficar afastados do corpo
do componente no mínimo 2mm para que os terminais possam
ser dobrados corretamente na montagem.
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9° Etapa:
Definir a posição dos terminais de entrada e saída para
interligação da placa de circuito impresso.
A posição dos terminais depende do sistema de
interligação adotado. Quando o sistema de conexão for por
conectores todas as saídas e entradas deverão ser
posicionadas em um dos lados da placa (por exemplo
conforme a figura abaixo).
Concluídas as etapas anteriores o projeto da placa vista
pelo lado dos componentes (sistema equipado) estará
concluída.
Passa-se então ao projeto da face cobreada (chapeado)
do circuito impresso.
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10° Etapa::
Retirar o papel milimetrado do meio do papel
transparente.
11°Etapa :
Virar o papel transparente, dobrado, com a faixa
desenhada para baixo.
Pela transparência do papel é possível visualizar
levemente o desenho do sistema equipado.
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12° Etapa:
Traçar na face em branco do papel transparente, os
contornos da chapa de impresso, as áreas de fixação e o
centro para os furos de fixação, utilizando a transparência do
papel (figura abaixo).
13° Etapa:
Marcar a posição dos terminais de entrada e saída do
circuito e a posição dos terminais dos componentes.
14° Etapa:
Colocar o papel milimetrado no interior do papel
transparente.
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15° Etapa:
Estabelecer, com traços leves a interligação entre os
componentes sobre o papel transparente, usando como guia
as linhas do papel milimetrado.
Se for necessário, pode-se numerar as ligações no
esquema e no desenho para facilitar a identificação.
As interligações entre os componentes devem ser
sempre paralelas as bordas. Se isso não for possível podese
utilizar ligações inclinadas a 45°.
No exemplo do divisor todas as ligações entre os
componentes podem ser feitas por linhas paralelas às bordas.
16° Etapa:
Desenhar levemente um círculo (denominado de ilha)
envolvendo os pontos onde serão soldados os terminais dos
componentes e os terminais de entrada e saída.
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SENAI-PR
Os círculos podem ser desenhados usando-se um
gabarito.
O alargamento das áreas ao redor dos furos permite a
obtenção de uma superfície maior, para aderência da solda
na montagem do circuito.
17° Etapa:
Desenhar levemente as ligações entre os pontos usando
como guia os traços leves que determinam as interligações
entre os pontos no desenho.
As ligações devem ser feitas com a largura estabelecida
em função da corrente do circuito.
No circuito exemplo do divisor, os filetes devem ter 1mm
de largura.
Os filetes podem ser mais largos que 1mm, porém não
mais estreitos, no exemplo do divisor.
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18° Etapa:
Reforçar os contornos dos filetes e círculos.
Retirando-se o papel milimetrado e observando-se o
papel transparente dobrado, são visíveis ao mesmo tempo o
chapeado e o sistema equipado.
Observando-se o desenho pelo lado do sistema equipado,
é possível conferir facilmente o projeto.
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SENAI-PR
Abrindo-se o papel transparente estão configurados:
• O chapeado
• O sistema equipado
Complementação do projeto
Além do esquema elétrico e dos desenhos do chapeado
e sistema equipado, fazem parte do projeto final:
• detalhes de fixação
• lista de materiais (completa)
• informações técnicas que auxiliam na montagem,
ligação ou reparação do circuito.
A página seguinte apresenta o projeto final completo do
circuito impresso para o divisor de tensão.
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SENAI-PR
Projeto de circuito impresso para divisor de tensão
Lista de materiais
R1 – resistor 15Ω x 5W – 1
R2 – resistor 33Ω x 2W – 1
terminais para circuito impresso – 4
parafusos de latão 1/8” X ½” – 4
porcas de latão sextavadas 1/8” – 4
espaçadores – diâmetro 5mm
arruelas – comprimento 7mm – 4
Informações técnicas
entrada – 10V
saída – 5V – 150mA
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SENAI-PR
Confecção de circuito impresso
A “confecção de circuito impresso” é a realização de um
conjunto de procedimentos que resulta em uma placa com
tamanho, filetes e furações adequadas a montagem de um
circuito eletrônico.
A confecção de uma placa de circuito impresso envolve
uma seqüência de procedimentos, realizados a partir do projeto
pré-elaborado:
• Corte da chapa de fenolite
• Preparação para a pintura
• Pintura
• Corrosão
• Selagem
• Furação
Corte de placa de fenolite
Com o projeto em mãos determina-se o tamanho de placa
necessário para a fabricação do circuito
impresso.
O corte da placa pode ser realizado
com um arco de serra, com uma lâmina
afiada, com uma guilhotina ou com
cortador.
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SENAI-PR
A guilhotina é o melhor equipamento para o corte das
placas, mas normalmente só é utilizada industrialmente.
Quando se utiliza a guilhotina deve-se tomar cuidado para
evitar ferimentos na sua lâmina.
Após o corte costuma-se fixar levemente as bordas da
chapa para dar um melhor acabamento ao trabalho.
Preparação para a pintura
Antes de realizar a pintura a chapa deve sofrer um
processo de limpeza ao lado cobreado.
A limpeza tem por finalidade eliminar poeiras, gorduras
e óxidos da face cobreada que podem prejudicar a pintura.
A limpeza se divide em duas fases:
• física – eliminação de óxidos e poeiras.
• química – eliminação de gorduras, aplicando-se um
solvente na face cobreada. A limpeza química normalmente é
realizada apenas nos processo de fabricação industrial de
circuitos impressos.
Observação
Após a limpeza não se deve tocar a placa com os dedos
para evitar a deposição de gorduras na placa.
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SENAI-PR
Pintura da placa
A pintura é feita sobre a face cobreada. As regiões de
cobre cobertas pela tinta são aquelas onde o cobre deve
permanecer na placa. O projeto da placa traz o desenho das
regiões de cobre que devem permanecer e das que devem
ser retiradas.
A pintura pode ser realizada de várias formas. Entre elas
citam-se:
• processo manual
• foto gravação
• impressão serigráfica (silk-screen)
Pintura por processo manual
A pintura por processo manual é muito utilizada para
confecção de um pequeno número de placas de circuito
impresso.
Consiste de traçado dos contornos sobre a face cobreada
e posterior preenchimento dos espaços com tinta apropriada.
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Os processos de silk-screen e fotogravação são
utilizados na produção industrial de circuitos impressos.
Observação
Antes de prosseguir no processo de fabricação do circuito
impresso deve-se aguardar que a tinta esteja bem seca.
Corrosão da placa
Corrosão é o processo químico que retira da chapa o
cobre que não está coberto por tinta.
A corrosão é feita normalmente por um preparado
químico denominado PERCLORETO DE FERRO. O
percloreto de ferro é um sal com teor ácido que dissolvido em
água realiza a retirada do cobre das regiões desprotegidas da
placa. Nos processo industriais o ácido é jogado sobre a face
cobreada da placa.
Nos processos de fabricação em pequena escala o
percloreto é colocado em um recipiente de material não
metálico. A placa é depositada na superfície da solução, com
a face cobreada para baixo.
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O percloreto de ferro não deve ser colocado ou
armazenado em recipientes metálicos porque provoca a
corrosão do vasilhame, contaminado-se.
Cuidados com o percloreto
Embora o percloreto não seja um preparado com poder
corrosivo elevado, deve-se evitar o contato com roupas, metais
e principalmente com a pele e os olhos..
A corrosão não tem um tempo definido porque depende
de concentração do corrosivo e também do seu grau de
utilização anterior. Pode-se acelerar o processo de corrosão
aquecendo a solução de percloreto de ferro.
O controle é feito por observação, examinando-se a placa
de tempo em tempo que o cobre tenha sido totalmente
removido das regiões descobertas. Após, retirar-se a placa da
solução e realiza-se uma limpeza com um pano limpo
embebido em álcool ou solvente. A figura seguinte apresenta
o aspecto de uma placa corroída e limpa.
Devido a imperfeições na pintura da placa, principalmente
quando é feita por processo manual, podem acontecer algumas
imperfeições nos filetes, após a corrosão. A seguir estão
listados os principais defeitos e as tolerâncias admissíveis.
264
SENAI-PR
Estreitamento
O filete não pode ter um estreitamento maior
que 20% da sua largura final e não pode ocorrer em
mais de uma vez no mesmo filete.
Reentrância
A largura do filete não pode ter reentrância
maior que 40% da largura final do filete e não pode
ocorrer mais de duas vezes no mesmo filete.
Pinhole
A largura de um pinhole não pode ser maior
que 40% da largura final do filete e não pode ocorrer
mais de duas vezes no mesmo filete.
Alongamento do filete
A largura final de um filete não pode ser maior
que 20% da largura nominal, não podendo ocorrer
mais de uma vez no mesmo filete.
Saliência
O aumento da largura final de um filete,
causado por uma saliência não contínua na borda,
não pode se maior que 40% da largura nominal e
não pode ocorrer mais de duas vezes no mesmo
filete.
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Tolerância de posicionamento dos furos das ilhas
O estreitamento do anel circundante causado por
deslocamento do furo pode ser no mínimo maior ou igual a
0,1mm.
Estreitamento das ilhas
A largura do anel circundante não pode ter um
estreitamento maior que 30% no valor nominal.
Tolerância na furação
diâmetro final do furo é o diâmetro especificado pelo
desenho de furação, com uma tolerância de ± 0,1mm.
Selagem
Após a corrosão a face da placa deve ser selada com
um produto que evite a oxidação.
Normalmente usa-se um verniz protetor que pode ser
goma-laca (dissolvido em álcool) ou mesmo um verniz em
SPRAY contanto que aceite a solda.
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Furação
Após a selagem a placa é furada para a colocação dos
componentes e também para a fixação.
Furação para terminais de componentes
Os furos são realizados com brocas adequadas para
cada tipo de componente. A tabela abaixo apresenta alguns
componentes e as brocas utilizadas para os furos de passagem
dos seus terminais.
Furos para fixação
Devem ser realizados com dimensões compatíveis com
o elemento de fixação utilizado.
Nos casos de fixação por parafuso e espaçador o furo
deve ser pouco maior que o diâmetro externo da rosca (furo
passante), não permitindo porém a passagem da cabeça
(figura abaixo).
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A furação também pode ser feita utilizando os furadores
de circuito impresso.
Processo fotográfico
O processo fotográfico para a confecção de placas de
circuito impresso é recomendado para situações em que há
necessidade de se fazer várias placas, pois é um processo
excessivamente trabalhoso e caro, e deve ser usado por
pessoas experientes.
A elaboração do desenho do circuito impresso para esse
método é feita de modo idêntico ao desenho para o processo
manual, com a exceção de que o desenho final deverá ser
feito em papel vegetal (ou similar), com tinta nanquim.
Caso seja necessário obter perfeição maior nos
formatos dos filetes e ilhas, em vez de se fazer o desenho em
escala natural, amplia-se para proporções de 3 : 1 ou 4 : 1,
por exemplo. Assim o desenho final terá dimensões 3 ou 4
vezes maior que o original.
Em seguida esse desenho é então fotografado e se
houver ampliação, o negativo deve ser reduzido ao tamanho
natural. Devido à redução, as pequenas falhas existentes nos
filetes e ilhas quando desenhadas no papel vegetal,
desaparecem. Com esta técnica, consegue-se detalhes tão
pequenos e filetes tão finos, que seriam impossíveis d serem
desenhados em tamanho natural.
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Sensibilidade da placa
Estando a placa cortada e limpa, pulveriza-se o cobre
com verniz fotossensível também conhecido como emulsão,
em lojas que trabalhem com material fotográfico para
laboratórios. Preferencialmente, esta etapa deve ser feita em
ambiente ligeiramente escurecido.
Depois que o verniz estiver seco, coloca-se sobre o
mesmo o negativo do desenho do circuito impresso. Prendese
bem o negativo para que o contato com a placa seja
uniforme. Em seguida expõe-se o conjunto à luz ultra-violeta.
Com uma distância de aproximadamente 30 cm entre o
desenho e a lâmpada, o tempo de exposição é de
aproximadamente 2 minutos.
Feita a sensibilização, olhando-se a placa a um angulo
de 30°, pode-se ver o diagrama de circuito impresso sobre o
verniz. Coloca-se a placa sensibilizada no revelador, – também
encontrado em lojas de material fotográfico – por um tempo
de aproximadamente 4 minutos.
Depois, tira-se a placa do revelador e seca-se,
mergulhando-a em seguida num banho bem fraco de
percloreto de ferro por 15 segundos aproximadamente. Esse
rápido banho permite salientarmos o desenho do circuito
impresso sem estragarmos o cobre que será posteriormente
corroído, que poderá eventualmente ser usado em caso de
erro. Com o aparecimento dos contornos do circuito impresso,
esta deverá ser conferido, para o caso de haver falhas.
Durante a revelação da placa não a leve e nem a toque
com os dedos. Estando tudo correto, a placa está pronta para
a corrosão, e a parte corroída será a que não apanhou luz.
Pode-se notar claramente que para utilizar este processo
deve-se possuir todo o material e equipamento fotográfico, que
tem um custo altíssimo. Este é um processo muito caro, porém,
possui a vantagem de produzir perfeitos desenhos de placa
de circuito impresso
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Silk-screen
Este processo, de certo modo, abrange os dois
processos anteriores. Consiste em preparar uma tela de nylon
com o desenho do circuito impresso sobre a mesma.
Com o auxílio de um pequeno rodo, faz-se passar a tinta
aos filetes do desenho correspondentes aos filetes e ilhas,
obtendo assim, o desenho sobre a placa de cobre.
O processo do silk-screen é usado em indústrias que
produzem grandes quantidades de circuito impresso.
Consegue-se, com facilidade, pintar até 200 placas em apenas
uma hora.
Tela
A tela é um tecido feito especialmente para silk-screen,
e pode ser de seda ou nylon. Para cada tipo de desenho existe
uma tela apropriada. Se no diagrama tivermos somente traços
grossos, usamos uma tela de número menor, como por
exemplo, 60, 70 e 80. Quanto mais finos forem os traços, maior
deverá ser o número da tela, como por exemplo, 100, 120 ou
130. Estes números indicam a quantidade de nós existentes
em 1cm², o número de cruzamentos dos fios do tecido. Veja
a figura a seguir.
O número de nós indica a porosidade da tela
Observe que, quanto maior o número de nós, menor é o
tamanho dos furos de tela.
Assim, se usarmos um traço fino em tela de número
pequeno, o resultado é que esse traço sai serrilhado, isso
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ocorre porque a emulsão veda os furos da tela, exceto onde
há os filetes do circuito impresso. Porém, na realidade, a
emulsão não veda meio furo, isto é, se um filete passa apenas
pela metade de um furo, o furo inteiro estará livre. Veja a figura
abaixo. Em A temos a situação que seria a ideal, mas que não
é obtida na prática, e em B o que realmente ocorre.
Filete ideal (A) e filete real (B)
Quanto maiores forem os furos e mais finos os filetes,
mais os serrilhados se acentuam. Por outro lado, quanto
menores forem os furos mais difícil se torna trabalhar com a
tela, pois esta dificulta a passagem da tinta. Assim sendo, para
se obter um circuito impresso, utiliza-se tela com grande
número de nós.
No processo de silk-screen, um dos pontos mais
importantes é o esticamento da tela. Se não estiver bem
esticada, mesmo que o quadro esteja fixo, ao se aplicar a tinta,
com o auxílio de um rodo, a tela irá deslocar-se borrando a
impressão.
No caso de não se possuir máquinas apropriadas para o
esticamento da tela, adota-se o processo manual. Consiste
em utilizar dois quadros para tela de silk-screen, as quais
devem estar encostadas (figura A). Corta-se um pedaço de
tela que cubra os dois quadros e grampeia-se nas
extremidades, conforme mostra a figura B. Observe a posição
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dos grampos e a fita de pano. Com isto assegura-se que a
tela não se rasgará nos pontos dos grampos, após o
esticamento.
Como esticar uma tela de silk-screen
Em seguida, coloca-se um dos quadros na boda de uma
mesa e força-se o outro para baixo até conseguir um bom
esticamento, e depois, grampeia-se as duas outras
extremidades dos quadros. Evidentemente você deve contar
com a ajuda de outra pessoa ao realizar esta etapa, pois esticar
a tela e ao mesmo tempo grampear, é como chupar cana e
assobiar ao mesmo tempo, isto é, não dá! Veja a figura 15C.
Estando os dois lados grampeados, corta-se a tela (figura D).
Com as mãos estica-se a tela para um lado e grampeia-se, e
depois para o outro lado e grampeia-se também (figura E).
Com isto obtém-se dois quadros com telas bem esticadas.
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Emulsão
A emulsão fotossensível obtém-se misturando a emulsão
propriamente dita com o sensibilizador. Separadamente, tanto
um quanto o outro não são sensíveis à luz, porém, a mistura
deve ser feita em câmara escura. O fabricante indica o
sensibilizador adequado e a proporção certa. Uma vez
misturados, deve-se mexer bem a solução por um minuto pelo
menos.
Com um rodo aplica-se uma camada uniforme de
emulsão nos dois lados da tela. Secando em ar quente a tela
estará pronta para exposição.
Coloca-se o desenho do circuito impresso desenhado
em papel vegetal, ou similar, sobre a tela, sendo que o contato
entre o desenho e a tela deverá ser uniforme. Olhando-se a
tela por cima, a folha deverá se colocada de maneira tal que o
desenho seja visto pelo seu lado oposto, isto é, como se
estivéssemos vendo o circuito impresso pelo lado dos
componentes. Expõe-se o conjunto à luz intensa por algum
tempo. Um exemplo típico é um desenho de 20 x 10 cm com
uma distância de 30 cm entre este e a lâmpada, e uma
exposição de 4 minutos aproximadamente. A luz deve estar
igualmente distribuída por toda a tela no momento da exposição.
A lâmpada utilizada deve ser adequada para esta finalidade.
veja a figura.
Exposição do conjunto à luz
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Se o desenho não estiver em contato uniforme com a
tela, haverá sombra dos filetes sobre a mesma, e
consequentemente não teremos uma cópia fiel do desenho
sobre a tela resultando em filetes deformados.
Revelação
A revelação se faz com água corrente, de preferência
morna, molhando-se a tela dos dois lados. Inicialmente o fluxo
de água deve ser pouco intenso e aos poucos a intensidade
deve ser aumentada. A medida que se vai molhando a tela,
mais nítido vai se tornando o circuito nela impresso.
As partes que não forem sensibilizadas pela luz irão sair,
deixando abertos os furos de tela, e as partes que receberam
a luz permanecerão, tampando os furos da tela (figura abaixo).
Aspecto da tela gravada
Isto ocorre devido a reação entre a luz e a emulsão, pois
este muda suas características devido a incidência de luz. O
mesmo não ocorre nas áreas protegidas.
Estando a tela seca, a mesma esta pronta para ser
usada. A tinta é especial para silk-screen, que não é corroída
pelo percloreto de ferro.
Fixa-se a placa de circuito impresso e fixa-se o quadro
com a tela sobre a placa. Deve ser observada uma distância
de 2 a 3 mm entre a tela e a placa e receber a tinta. É necessário
que a tela esteja encostada na placa somente quando o rodo
estiver pressionado, para que o desenho não fique borrado.
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A tinta deve ser colocada no rodo de borracha e passa
pela tela de maneira firme e uniforme. A posição do rodo deve
ser inclinada a uns 45°.
A face da tela onde a tinta vai ser aplicada é oposta àquela
onde inclui a luz, como vimos na figura (especificar página).
Com isto estaremos invertendo o processo.
Recomendações especiais
Em determinadas aplicações, onde os circuitos de um
dado equipamento estão dispostos em módulos, como é o
caso de computadores, as conexões de fio são feitas
geralmente através de “plugs”, que facilitam enormemente a
manutenção das placas do circuito impresso. Veja a figura a
seguir.
Neste tipo de circuito impresso todas as conexões de
entrada e saída são “puxadas” para um dos lados da placa de
circuito impresso, e à este lado é que vai conectado ao “plug”.
No desenho dos filetes terminais, deve-se seguir
rigorosamente as dimensões dos “plugs”, pois qualquer erro
na largura dos filetes, ou na distância entre estes, implicará na
perda do trabalho realizado.
Circuito impresso modular
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Ao desenhar esse tipo de circuito impresso, deve-se por
todos os filetes terminais em curto através de uma barra, que
também é um filete, conforme mostra a figura A. Isto deve ser
feito porque o processo de corrosão inicia-se pelas bordas da
placa, e mesmo que os filetes estejam protegidos pela tinta, o
percloreto infiltra-se pela borda e corroe uma parte dos filetes
(figura B).
A barra de cobre que fica na extremidade da placa (A),
evita o aparecimento de corrosão
Tendo a barra na extremidade da placa as infiltrações
não atingirão os filetes, e sim, a própria barra (figura A).
Posteriormente, esta parte deve ser cortada, resultando em
terminais perfeitos.
Antes da placa ser efetivamente utilizada, os filetes
terminais devem receber um tratamento adequado, para
assegurar uma durabilidade maior nos contatos com o “plug”.
Este tratamento nada mais é que um revestimento com níquel
e ouro, que devem ser aplicados por meios químicos.
Evidentemente isso só deve ser feito em aplicações que exijam
tal procedimento, devido ao alto custo do mesmo.
Soldagem
Para realizar a montagem de componentes na placa de
circuito impresso deve-se observar a seqüência de operações
que fornecemos a seguir:
1) Coloca-se os terminais dos componentes nos furos
correspondentes do circuito impresso.
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2) Aquece-se ao mesmo tempo o filete, ou a ilha, e o
terminal do componente por dois segundos no
máximo (figura A).
3) Coloca-se solda em quantidade suficiente tanto no
terminal como no filete (figura B). O tempo total do
aquecimento das partes não deve exceder 3
segundos. Para que essa operação seja rápida, tanto
o filete como o terminal deverão estar livres de
gorduras e óxidos.
Aquecendo o terminal e a ilha (A) e aplicando a solda (B)
4) Quando a solda estiver bem derretida tira-se o
soldador e espera-se à solda esfriar.
5) Corta-se o terminal rente à solda.
6) A solda é firme e proporciona bom contato quando
for “corrida” e brilhante. Se for opaca, com aspecto
farinhoso, a solda é fria, e a operação de soldagem
deve ser repetida.
7) Jamais sobre os terminais dos componentes sobre
os filetes antes de soldar, pois isso dificulta
enormemente a substituição do componente no caso
eventual manutenção (figura abaixo).
Jamais faça isso
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277
SENAI-PR
Os terminais e fios a serem soldados à placa devem
ficar tão retos quanto possível, se tiver dificuldade para mentes
o componente na posição correta ao soldar, curve ligeiramente
o terminal, apenas o necessário para mante-lo no lugar.
A intenção desta lição é tão somente orientar o aluno na
prática da confecção de circuitos impressos. Uma técnica
apurada será conseguida apenas com a união de pesquisa e
experiência.
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SENAI-PR
Os multímetros analógicos e digitais, nas escalas de
Ohms, podem ser utilizados para identificação de terminais e
teste de vários dispositivos semicondutores.
As identificações e testes devem ser realizados levandose
em conta as características peculiares do instrumento a
ser utilizado, como:
a) Alguns multímetros (analógicos e digitais) têm
circuitos internos específicos para testes de diodo e
transistores. Neste caso, devem seguidas as
instruções de seus manuais.
b) Geralmente, o multímetro analógico, nas escalas de
Ohm, apresenta seus terminais com polaridades
invertidas, ou seja, o terminal identificado como
positivo (vermelho), passa a ser negativo, e o terminal
identificado como identificado como negativo ou
comum (preto), passa a ser positivo.
c) Os semicondutores mais sensíveis devem ser
testados com cuidado, levando-se em conta seus
limites de corrente e tensão recomendados pelos
fabricantes, uma vez que na escala mais baixa de
Ohm, alguns multímetros analógicos poderão impor
correntes maiores que 100 mA.
Atenção
Como cada dispositivo é fabricado com uma gama
enorme de parâmetros, as regras contidas neste apêndice
não devem ser consideradas rígidas, mas apenas uma
referência para identificação de terminais e teste dos
dispositivos considerados. No caso de identificação de
terminais, presume-se que os dispositivos estejam em bom
estado. No caso de identificação de terminais, presume-se que
os dispositivos estejam em bom estado. No caso de testes de
IDENTIFICAÇÃO DE TERMINAIS
E TESTE DE DISPOSITIVOS SEMICONDUTORES
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279
SENAI-PR
dispositivos, presume-se que seus terminais sejam conhecidos.
Em ambos os casos, os dispositivos desconectados do circuito
elétrico.
Diodo Retificador, Diodo Zener e Led.
Símbolos de referência para medidas
Identificação dos terminais
Teste dos dispositivos
(*) Para o LED, a bateria do multímetro deve ser de, no
mínimo, 3V (2 pilhas), fazendo com que ele ascenda (exceto
o infra vermelho). Se a bateria for de 1,5V, o teste não é seguro.
(**) Não se aplica para diodos de alta tensão.
(**) Para diodo Zener com VZ < 5V, dependendo da
tensão da bateria do multímetro, este valor pode ser menor
que 100KΩ.
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280
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Transistores bipolares NPN e PNP
Símbolos de referências para as medidas
Identificação dos terminais
1° Condição – Identificação da base do transistor
Para identificar a base do transistor, fixar a ponta da prova
positiva do multímetro em um dos terminais do transistor. Com
a ponta de prova negativa, tocar nos dois outros terminais,
para verificar se ambos apresentam resistência baixa. Caso
essa condição não se verifique na primeira tentativa, repetir o
procedimento, fixando a ponta de prova positiva em outro
terminal do transistor.
2° Condição – Identificação do coletor e emissor
do transistor
Basta seguir as ligações e medidas indicadas na tabela.
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281
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Para a identificação dos terminais de um transistor PNP,
as mesmas condições anteriores são válidas, mas tomandose
como referência a ponta de prova negativa do multímetro.
Teste dos dispositivos
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282
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JFET Canal N e P
Símbolos de referência para as medidas
Identificação dos terminais
Na maioria dos casos, os terminais dreno (D) e fonte (S)
podem ser trocados um pelo outro sem maiores problemas.
Teste dos dispositivos
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283
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Fotodiodo
Símbolos de referência para as medidas
Identificação dos terminais
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284
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Teste do dispositivo
(*) A resistência varia com a intensidade luminosa.
Fototransistor NPN
Símbolos de referência para medidas
Identificação dos terminais
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285
SENAI-PR
1° Condição – Identificação da base do fototransistor
Alguns tipos de fototransistores operam com base aberta,
ou seja, não possuem este terminal. Assim, a primeira
condição da tabela não se aplica, sendo os outros dois
terminais identificados pela 2° condição.
Para os fototransistores com terminal de base, fixar a
ponta de prova positiva do multímetro em um dos terminais.
Com a ponta da prova negativa, tocar nos dois outros terminais,
para verificar se ambos apresentam resistência baixa. Caso
essa condição não se verifique na primeira tentativa, repetir o
procedimento, fixando a prova positiva em outro terminal do
fototransistor.
2° condição – identificação do coletor e emissor
do fototransistor
Basta seguir as ligações e medidas indicadas na tabela.
Teste do dispositivo
(*) A resistência varia com a intensidade luminosa.
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LDR
Símbolo de referência para as medidas
Teste do dispositivo
NTC E PTC
Símbolos de referência para medidas
Teste dos dispositivos
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SENAI-PR
• Tabela de Resistores Comerciais
• Tabela de Capacitores Comerciais
Resistores Comerciais
A tabela a seguir ,ostra as raízes, cujos valores nominais
dos resistores são seus multíplos e submultíplos.
Comercialmente, esses valores servem para resistores
de 2%, 5%, 10% ou 20% de tolerância.
APÊNDICE B – TABELA DE RESISTORES
E CAPACITORES COMERCIAIS
Capacitores Comerciais
A tabela a seguir mostra as raízes, cujos valores nominais
dos capacitores são seus múltiplos e submúltiplos .
Comercialmente, os capacitores podem ser de diversos
tipos (cerâmico, poliéster metalizado, eletrolítico, tântalo, etc.)
e podem ter diversos valores de tensão de ruptura.
Teste de isolação do capacitor
Um capacitor em condições normais apresenta entre
suas armaduras resistência infinita (isolação) não permitindo
assim circulação de corrente.
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288
SENAI-PR
Mas quando o dielétrico sofre degeneração a resistência
entre as armaduras diminui permitindo a circulação de uma
pequena corrente denominada de corrente de fuga.
Quando se deseja verificar as condições do capacitor
quanto a resistência de isolação entre as armaduras utiliza-se
normalmente o ohmímetro.
A escolha da escala do ohmímetro depende do valor de
capacitância do capacitor a ser testado (tabela abaixo).
Para valores de capacitância até 1μF a escala
recomendada é a x10000 e para valores superiores
recomenda-se x100 ou x10.
Após selecionada a escala conectar as pontas de prova
do ohmímetro nos terminais do capacitor. Neste momento o
ponteiro deflexiona rapidamente em direção ao zero e logo em
seguida retorna mais lentamente em direção ao infinito da
escala. Quando o capacitor está com a isolação em boas
condições o ponteiro deve retornar até o infinito da escala.
Deve-se inverter as pontas de prova e repetir o teste.
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SENAI-PR
Expressão da potência
A potência trifásica ativa, tanto para a disposição de
alternador em estrela quanto em triângulo, é a mesma, e
vem a ser a soma das potências das três fases. Calculase
pela fórmula.
P = U x I x V 3 x cos ϕ
Sendo:
U = tensão eficaz entre dois fios-fase
I = corrente eficaz da linha
ϕ = ângulo de atraso (defasagem) de I em relação a U
na representação vetorial dessas grandezas.
Fator de potência
Quando em um circuito de corrente alternativa existe
intercalada uma bobina (por exemplo), um motor de indução,
um reator para iluminação fluorescente) ou um capacitor,
observa-se que a potência total consumida em cada fase e
que é dada pelo produto da intensidade da corrente I (lida no
amperímetro) pela diferença de potencial (lida no voltímetro)
não é igual à potência indicada pelo waltímetro.
Se no circuito houvesse apenas resistências ôhmicas,
o produto V x A (volts X ampères) coincidiria com a leitura em
watts.
Quando há bobinas, a leitura da potência, no wattímetro,
será inferior ao produto volts x ampères, e se denomina potência
ativa P, porque é a responsável pela circulação da energia no
circuito das bobinas.
POTÊNCIA EM CA
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219
SENAI-PR
A potência aparente Pα é dada pelo produto da tensão U
pela corrente I medidas nos instrumentos e é expressa em V x
A ou kVA.
Denomina-se fator de potência a relação entre a potência
P e a potência aparente Pα, ou seja, entre a potência realmente
utilizada para vencer as resistências e, além disso, os efeitos
de indutância para criar o campo magnético (em bobinas, etc.)
e de capacitância (nos capacitores) para criar o campo elétrico.
Fator de potência = P = cos ϕ
Pα
ϕ é, como vimos, o ângulo de defasagem entre a tensão
U e a corrente I. Considerando sucintamente os três casos
que podem apresentar-se.
1º caso: Existem apenas resistências ôhmicas no
circuito.
A corrente acha-se em fase com a tensão.
cos ϕ = 1
A potência é dada por U x I = P, e a leitura no wattímetro
coincide com a do produto de I (lido no amperímetro) por U
(lido no voltímetro).
Potência a considerar quando há indutância
Devido ao inconveniente causado por um baixo fatore de
potência, as empresas, concessionárias de energia elétrica
fixam, como valor mínimo do fator de potência, 0,80 e até
mesmo 0,85. Excetuam-se as instalações contendo apenas
motores de pequena potência, nas quais, em geral, são
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220
SENAI-PR
permitidos motores com fator de potência inferior à 0,80, desde
que a soma das potências ativas instaladas de tais motores
não ultrapasse 5 kW.
Todas as instalações de lâmpadas ou tubos de iluminação
a vapor de mercúrio, neônio, fluorescente, ultravioleta, cujo fator
de potência seja inferior a 0,90, deverão ser providas dos
dispositivos de correção necessários para que seja atingido o
fator de potência de 0,90, no mínimo, valor este obtido junto ao
medidor da instalação.
2º caso: Existe uma capicitância (efeito de capacitor)
Neste caso, a corrente fica avançada em relação à
tensão, de modo que, intercalando-se um capacitor em um
circuito com indutância, pode-se neutralizar o efeito da mesma,
pois, se por um lado a indutância atrasa a corrente em relação
à tensão, a capacitância produz o efeito contrário.
Em instalações industriais, consegue-se melhorar o fator
de potência (tornar o cos ϕ bem próximo de 1) utilizando-se
capacitores estáticos industriais ou motores síncronos
superexicitados, que têm a propriedade de neutralizar a
componente reativa ou deswattada da potência.
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221
SENAI-PR
Circuito apenas resistivo
3º caso: Existe exclusivamente uma indutância (bobina
ou dispositivos que sofram efeitos de indução eletromagnética
da corrente).
A indutância, como dissemos, faz com que a corrente
fique em atraso em relação à tensão.
Na figura a seguir acha-se representado um circuito
monofásico, no qual o amperímetro indica I = 10 A e o voltímetro
U = 220 V. A potência aparente ou total é dada por Pα = U x I =
10 x 220 = 2200 volt-ampères (VA), mas o wattímetro indica
1870 watts, para a potência real ou ativa que ocasiona a
circulação da corrente através da bobina.
Circuito com indutância
O fator de potência para este circuito monofásico será:
Potência ativa = W = 1870 = 0,85 ou 85%
Potência total V.A. 2200
isto é, cos ϕ = 0,85. Logo, o ângulo de defasagem de I
em relação a U será de 32º.
Vemos que, quando o fator de potência é inferior à
unidade, existe um consumo de energia não medida no
wattímetro, consumo aplicado na produção da indução
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222
SENAI-PR
magnética. Uma instalação com baixo fator de potência, para
produzir uma potência ativa P, requer uma potência aparente
Pα maior, o que onera essa instalação com o custo mais
elevado de cabos e equipamentos.
A parte da potência consumida pelos efeitos de indução
é denominada potência reativa, e demonstra-se que esta
potência, somada vetorialmente com a potência ativa (em
watts), fornece o produto volt-ampère (V A, k V A).
A potência reativa é medida em vars.
Exemplo
A potência de um motor elétrico, trifásico, alimentado em
220 V, medida com um wattímetro, é de 18,5 cv. O fator de
potência é 0,85. Calcular a corrente de alimentação do motor
e as potências aparente e reativa.
1 cv = 736 W
Dados:
P = 18,5 cv = 18,5 x 736 = 13,616 W
U = 220 V
cos ϕ = 0,85
Solução
1) Intensidade da corrente
Da Equação tiramos.
I = P = 13,616 = 42,039 A
U V3 cos ϕ 220 V3 x 0,85
2) Potência aparente
Pα = U x I V3
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SENAI-PR
Pα = 220 x 42,039 x V3 = 16,018 V A = 16,018 kV A
3) Potência reativa
Tiramos:
Pr = V P2
α - P2
Pr = V 16,0182 – 13,6162 = 8,436 kV Ar
Potência de motor elétrico
Podemos considerar para um motor as seguintes
potências:
Potência nominal ou potência de saída. É a potência
mecânica no eixo do motor. Num laboratório de ensaios, seria
medida com o auxílio de um freio dinamométrico. É expressa
em c.v. ou kW e eventualmente em HP.
Potência de entrada (ρe). Corresponde à potência
absorvida pelo motor para o seu desempenho.
A relação entre a potência nominal e a potência de saída
é o rendimento mecânico η do motor.
η = Pn /Pe
A potência de entrada, expressa em kW, pode ser
calculada em função da potência nominal pelas fórmulas:
Pe = Pn (kW)
η (kW)
Pe =
Pn (c.v.) x 0,736 (kW)
η
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Pe = Pn (HP) x 0,746 (kW)
η
Estas expressões serão corrigidas pela introdução da
grandeza denominada fator de potência, de que tratamos a
seguir.
Fator de potência
Quando num circuito existe intercalada uma ou mais
bobinas, como é o caso de um circuito co motores, observase
que a potência total fornecida, que é determinada pelo
produto da corrente lida num amperímetro pela diferença de
potencial lida em um voltímetro, não é igual à potência lida num
wattímetro.
No caso de haver motores, reatores, transformadores
ou lâmpadas de descarga, a leitura do wattímetro indicaria valor
inferior ao produto volt x ampères. Se no circuito houvesse
apenas resistores, os dois resultados coincidiriam, pois volts
x ampères = watts.
Fazendo-se a representação das variações de corrente
e da tensão em função do tempo, verifica-se que quando existe
auto-indução pela passagem da corrente através de um
enrolamento a voltagem atinge o valor positivo máximo antes
que a corrente alcance o seu valor positivo máximo.
Representando por vetores as grandezas I e U, o atraso da
corrente I em relação à tensão U é o ângulo ϕ de defasagem.
De modo análogo, representando vetorialmente as
potências, veremos que a chamada potência total ou aparente
(volt x ampères, ou kV A = 1.000 V A) resulta da composição
da potência ativa ou efetiva (watts) com a potência reativa (V A
Rs = volts x ampères reativos), e que a potência ativa e a
aparente estão defasadas entre si do ângulo ϕ.
Chama-se fator de potência o co-seno desse ângulo ϕ.
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Isto é, o valor dado por:
cos ϕ = Pot. ativa ou ( KW )
Pot. aparente kV A
O nome fator de potência decorre de que, multiplicandose
a potência aparente pelo cosϕ, obtém-se a potência ativa,
isto é:
k W = cos ϕ x kV A
Esquema vetorial mostrando a composição
para obter-se a potência ativa
Quando há, apenas, resistências num circuito, dizemos
que a corrente está “em fase” com a tensão (figura a seguir).
Então ϕ = 0, cos ϕ = 1 e a potência monofásica é dado por:
W = U I (watts = volt x ampères)
Circuito apenas resistivo, em que a corrente
está “em fase” com a tensão.
Como foi mencionado acima, no caso de haver
indutâncias (bobinas, motores ou dispositivos que sofram os
efeitos da indução eletromagnética da corrente), a corrente
fica dafasada e em “atraso” em relação à tensão (figura a
seguir). Neste caso, como vimos,
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Pativa = cos ϕ x Ptotal
Iativo = cos ϕ x Itotal
Circuito com indutância, em que a corrente
está “em atraso” com a tensão.
Quanto maior o valor do fator de potência, tanto maior
será o valor de Iativo.
Os condutores e equipamentos elétricos são
dimensionados com base no Itotal, de modo que, para uma
mesma potência útil (kW), deve-se procurar Ter o menor valor
possível da potência total (kV A), e isto ocorre evidentemente
quando Iativo = Itotal o que corresponde a cos ϕ = 1.
Quanto mais baixo for o valor de potência, maiores
deverão ser, portanto, as seções dos condutores e as
capacidades dos transformadores e dos disjuntores. Um
gerador, suponhamos de 1000 kV A pode fornecer 1000 kW a
um circuito apenas com resistências, pois neste caso cos ϕ =
1. Se houver motores e o circuito tiver fator de potência 0,85,
isto é, cos ϕ = 0,85, o gerador fornecerá apenas 850 kW de
potência útil ao circuito.
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Quando um motor de indução opera a plena carga, podese
ter cos ϕ ≅ 0,90. Se operar com cerca da metade da carga,
cos ϕ ≅ 0,80, e se trabalhar sem carga, cos ϕ ≅ 0,20. Daí se
conclui ser necessário uma criteriosa escolha da potência do
motor para que opere em condição favorável de consumo de
energia.
Como dissemos, o efeito da potência reativa (k V AR),
chamada também “componente dewattada”, é consumir
potência que não é acusada no wattímetro, de modo que a
empresa concessionária forneceria energia que, não sendo
registrada, não seria cobrada do consumidor, embora este a
estivesse gastando.
Por isto, as concessionárias não permitem instalações
industriais com fator de potência inferior a 0,85, cobrando
sobretaxas sobre o excesso, melhor dizendo, abaixo desse
valor.
Veremos, em capítulo próprio, os recursos que se podem
empregar para melhorar o fator de potência.
Corrente no motor trifásico
A corrente que produz potência média positiva ou motriz
é, como vimos, a wattada, ativa ou efetiva. A potência reativa
ou dewattada produz potência média nula, daí não ser utilizável.
Num período, o gerador fornece esta potência e a recebe de
volta, não havendo saldo de potência utilizável. A potência ativa
no circuito trifásico é dada pela expressão:
P(watts) = U x I x V3 x cos ϕ x η
onde η = rendimento do motor.
Da Equação anterior obtém-se a corrente nominal ou
wattada, isto é, a corrente de plena carga consumida pelo motor
quando fornece a potência nominal a uma carga.
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I(ampères) =
P(c.v.) x 736
U(volts) x V3 x cos ϕ x η
Para um motor monofásico, teremos:
I(ampères) =
P(c.v.) x 736
U(volts) x cos ϕ x η
Exemplo
Qual a corrente nominal solicitada pelo motor trifásico
de uma bomba de 5 c.v. sob uma tensão de 220 V, sendo cos
ϕ = 0,80 e o rendimento do motor igual a 96% (η = 0,96)?
I = P x 736
U x V3 x cos ϕ x η
(1 c.v. = 736 watts)
I = 5 x 736
220 x V3 x 0,80 x 0,96
I = 12,6 A
Resumo das fórmulas para determinação de I
(ampères), P (c.v.), kW e kWA
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Introdução
A notável evolução da eletrônica tem sempre exigido a
adoção de novas técnicas e processos. Como exemplo
bastaria citarmos o circuito impresso.
Durante a Segunda Guerra surgiu a necessidade de
equipamentos eletrônicos, para fins militares, que
apresentassem tamanho reduzido, alta confiabilidade,
resistência a vibrações e choques mecânicos e, o que era de
grande importância, facilidade para produção em massa. Os
técnicos do National Berau of Standards, dos EUA, chegaram
a conclusão que a melhor solução para esse problema era a
utilização de circuitos impressos.
Foram dados assim os primeiros passos para a criação
de uma nova técnica, que viria, anos mais tarde, revolucionar
os sistemas de montagem de receptores e demais aparelhos
eletrônicos.
O primeiro processo
A solução para a obtenção de um circuito impresso foi
encontrada de maneira clara e direta, isto é, o condutor deveria
ser impresso com uma tinta condutora sobre uma base
isolante. A solução óbvia para se produzir uma tinta condutora
seria juntar pó metálico a alguma espécie de aglutinador
resinoso.
Os metais, porém, quando reduzidos a pó, tem suas
partículas oxidadas e, com exceção da prata, têm sua
condutibilidade bastante reduzida. A prata, porém, mesmo sob
a forma de óxido ou de sulfato, mantém sua condutibilidade
bastante satisfatória. Por essa razão foi escolhida como
elemento metálico das tintas condutoras.
CIRCUITO IMPRESSO
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230
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A relação entre aglutinador e pó de pirata é limitada pela
necessidade de se manter a tinta numa consistência que
permite sua aplicação de maneira bem definida. Verificou-se,
portanto, que, por mais alta que fosse a porcentagem de pó de
prata na tinta, o condutor impresso tinha apenas 30% da
condutibilidade que teria se fosse de prata, com a mesma
dimensão e espessura. A razão disto é óbvia: as partículas de
prata estão separadas umas das outras por uma certa
quantidade de resina aglutinadora .
Outro problema encontrado com o condutor pintado foi a
dificuldade de soldagem. Embora fosse possível produzir uma
tinta condutora, de secagem ao ar livre, que pudesse ser
soldada, essa operação não era simples e, consequentemente,
não poderia ser utilizada em linhas de produção em série.
Constatou-se, entretanto, que, aquecendo-se a tinta a
uma temperatura entre 480°C e 760°C, o aglutinador era
queimado, deixando a prata fundida como um condutor sólido,
cuja condutibilidade era cerca de 80% da condutibilidade de
um condutor de prata, das mesmas dimensões. Com esta
técnica foi contornado o problema da condutibilidade e da
facilidade de soldagem.
Entretanto, as altas temperaturas necessárias ao
processo de queima do aglutinador introduziram uma severa
limitação no que diz respeito ao material usado como base
isolante do circuito impresso. Mesmo os plásticos mais
resistentes não suportaram as altas temperaturas de 480°C
ou mais. Passou-se a usar então o vidro, a porcelana ou a
esteatita.
As experiências apontaram a esteatita como o material
mais indicado. Embora bastante semelhante a porcelana, em
aspecto, apresenta maior rigidez e, devido sua elevada
densidade, não absorve água ou solventes. A característica
de baixa absorção de umidade torna a esteatita um isolante de
grande importância na industria elétrica.
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Componentes impressos
Como era de se esperar, a técnica do circuito impresso
levou os fabricantes a imaginarem outras aplicações. Por
exemplo: se, ao invés de usarem tinta condutora, usassem
uma tinta com características condutora pobres (à base de
carvão ou grafite), poderiam obter resistores impressos.
Por outro lado, se pintassem ambas as faces de uma
delgada lâmina de cerâmica com uma camada de tinta de
prata, teriam um capacitor.
Evidentemente, a coisa não era tão simples assim, e
inúmeros problemas tiveram que ser resolvidos antes de se
conseguir tais componentes na prática.
Em busca de uma aplicação comercial para os pequenos
conjuntos, a CENTRALAB, por volta de 1950, começou a
estudar os diversos circuitos comerciais utilizados. Deste
estudo, chegou-se à conclusão de que os pontos mais
adequados para serem utilizados os componentes impressos
eram as redes de acoplamento entre os estágios
amplificadores e outras redes resistência/capacitância, tais
como filtros e intergradores.
Enfim, como costuma acontecer nos mais variados
setores técnicos e científicos, há conceitos e técnicas que são
usados durante pouco tempo, mas que servem de base para
novos produtos, mais perfeitos e funcionais, que abrem novos
campos de trabalho e de processo.
Esse foi o caso do circuito impresso com tinta condutora.
Seu emprego foi relativamente limitado, mas abriu as
perspectivas para o futuro, ou seja, para os circuitos impressos
utilizados atualmente. Também os conjuntos de componentes
impressos podem ser considerados como um tímido e
rudimentar esboço do que seriam os modernos circuitos
integrados.
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Circuitos impresso por meio de gravação química
Embora a utilização deste sistema seja relativamente
recente, quem primeiro pensou em sua viabilidade foi P. Eisler,
quando trabalhava, em 1941, para a Henderson & Spaulding,
uma grande firma inglesa no setor gráfico. Eisler previa a
possibilidade de se empregar a experiência e os métodos da
indústria de artes gráficas nas técnicas de montagens
eletrônicas, assim sendo, tentou aplicar os conhecidos
métodos de gravação das indústrias gráficas para obter
circuitos impressos.
Após as primeiras e infrutíferas experiências com tintas
metálicas, chegou a conclusão que a solução seria utilizar uma
base de material isolante, tendo uma das faces recoberta por
uma delgada lâmina metálica. Desta forma a obtenção do
padrão (ou circuito) impresso não representaria problemas,
pois poderiam ser utilizados métodos de foto gravação,
amplamente empregados nas indústrias gráficas. Utilizando
tintas resistentes aos corroentes químicos, poderia protegerse
as partes que deveriam permanecer para formar o circuito
impresso, enquanto que as indesejáveis permaneceriam
expostas e seriam corroídas pelo agente químico. As idéias
de Eisler eram porém muito adiantadas para que pudessem
ser utilizadas pelas indústrias eletrônicas britânicas: suas
experiências foram, portanto, desenvolvidas apenas em escala
de laboratório.
Somente no fim da guerra, devido a troca de informações
básicas entre os serviços militares britânico e norte americano,
é que o trabalho de Eisler, relativo às técnicas de circuito
impresso, foi levado ao conhecimento do Signal Corps
Engeneering Labs.
Estava assim aberto o caminho para a introdução do
circuito impresso na indústria eletrônica. Evidentemente, até
que o circuito impresso se tornasse corriqueiro nos aparelhos
comerciais, houve um longo caminho a ser percorrido.
Inicialmente, a necessidade de se produzirem
equipamentos eletrônicos para fins militares em grandes
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233
SENAI-PR
quantidades, empregando o sistema de montagem automática
dos componentes, tornou-se praticamente um dispositivo
estratégico.
Por outro lado, a preparação da indústria eletrônica para
novas técnicas, a produção econômica de materiais para estas
técnicas e, principalmente, o fabuloso capital que essa inovação
iria exigir, foram os principais responsáveis pelo retardo da
introdução do circuito impresso nos aparelhos comerciais.
Atualmente, os circuitos impresso são utilizados nos
mais diversos aparelhos, porque permitem uma montagem
compacta, prática e, sobretudo confiável. São realmente raras
as montagens eletrônicas que não empregam a técnica dos
circuitos impressos hoje em dia.
Circuito impresso
O circuito impresso é constituído por filetes de material
condutor, fixos numa chapa de material isolante.
Os filetes substituem os condutores elétricos, nas
ligações entre componentes, dos circuitos.
Algumas vantagens que o circuito impresso apresenta,
em relação à montagem convencional, são:
• Eliminação da fiação de conexão entre os
componentes.
• Padronização da montagem de circuitos em linhas
de produção.
• Uniformidade na disposição dos componentes.
• Economia de espaço.
• Acesso fácil aos componentes para medições.
• Melhoria do acabamento final do circuito.
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A figura a seguir apresenta uma montagem realizada em
placa de circuito impresso.
Matéria prima
A matéria prima para a confecção de um circuito
impresso é uma chapa de material isolante recoberta em uma
das faces por uma lâmina de material condutor.
Chapa de material isolante
A chapa de material isolante pode ser um fenolite ou fibra
de vidro (fiberglass):
Fenolite
Material isolante de cor marrom ou parada com pequenas
variações de tom. Encontrada em diversas espessuras
(0,5mm a 2mm). Tem pouca rigidez mecânica.
Fibra de vidro
Material isolante, levemente transparente com ótima
rigidez mecânica e boa isolação elétrica. A espessura é de
aproximadamente 1mm. É usado normalmente em linhas de
produção industriais.
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Material condutor
O material condutor usado para revestir uma das faces
da chapa isolante é normalmente o cobre. Em circuitos mais
sofisticados (equipamentos médicos, computação, etc.) onde
é necessário alta confiabilidade no funcionamento a face
cobreada é banhada em ouro para evitar oxidações e maus
contatos.
As chapas de dupla face
Existem ainda placas para a fabricação de circuitos
impressos cobreadas nas duas faces (figura abaixo).
Este tipo de placas é utilizado em circuitos que contém
um grande número de componentes e ligações, e que
apresentariam dificuldades de execução em uma placa de face
simples.
Interligação dos componentes
Quando a placa de circuito está pronta, a face cobreada
não apresenta mais camada de cobre em toda sua extensão.
No processo de fabricação o cobre é removido de
determinadas regiões da placa. O resultado é a formação de
trilhas de cobre que percorrem a placa.
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SENAI-PR
As trilhas, chamadas de “filetes”, serão responsáveis pela
interligação dos componentes que compõem o circuito.
Todos os componentes que forem soldados a um filete
de cobre estarão ligados eletricamente entre si como se
houvesse um condutor d interligação.
As figuras abaixo ilustram como acontece a substituição
de uma ligação por condutor por uma ligação através de circuito
impresso.
A figura seguinte mostra uma vista em corte de ligação
por filete entre os terminais de dois componentes.
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SENAI-PR
Projeto de circuito impresso
O projeto de um circuito impresso consiste da elaboração
do conjunto de desenho e informações que servirão como base
para a execução do processo de fabricação e montagem de
um circuito em placa de fenolite ou fibra de vidro cobreada.
Material necessário para o projeto
• Folha em papel quadriculado em milímetros ou
décimos de polegada.
• Esquema do circuito elétrico ou diagrama esquemático.
• Componentes ou catálogos com suas dimensões,
necessários, para que o projeto do circuito impresso
seja feito levando em consideração o tamanho real
dos componentes.
• Lápis
• Borracha e/ou lápis borracha.
• Papel transparente (vegetal ou poliéster).
• Régua
• Gabarito de círculos
Conteúdo do projeto
O projeto da placa, denominado LEIAUTE, consiste de
um conjunto de desenhos e informações.
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SENAI-PR
Os desenhos e informações que constituem o leiaute
devem ser corretos e completos, de forma a conterem todas
as indicações necessárias para a montagem do circuito e sua
conexão com outros circuitos, fontes , painéis, etc.
A seguir estão apresentados alguns exercícios de
desenhos e informações contidos em um leiaute.
Desenhos
• Do esquema do circuito eletrônico.
• Do lado cobreado do circuito impresso denominado
de chapeado.
Do posicionamento dos componentes
visto pelo lado da chama de fenolite,
denominada de “sistema equipado”.
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• De detalhes construtivos e de fixação.
Informações
• Lista de componentes.
• Observações de esclarecimento e manutenção.
Por exemplo:
• Tensões e sinais de entrada
• Tensões e sinais de saída
• Cuidados especiais
• Opcionalmente, pode-se incluir um desenho do
posicionamento dos componentes visto pelo lado cobreado
da placa, apresentados em forma de simbologia.
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A primeira providência com relação ao projeto de circuito
impresso diz respeito ao circuito elétrico.
Muitas vezes a forma de distribuição dos componentes
no esquema não permite uma visualização da função do
conjunto.
Nestes casos deve-se proceder na restruturação do
esquema ordenando os componentes para que o circuito
apresente uma configuração que permita identificar facilmente
a finalidade de cada um dos componentes no circuito.
A figura seguinte apresenta o circuito da figura anterior
reestruturado.
Na figura é possível perceber claramente a configuração
de um divisor de tensão.
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Itens a observar na execução do projeto
de um circuito impresso
• Dimensões dos componentes: o projeto da placa deve
ser realizado de acordo com a dimensão real dos
componentes que serão utilizados na montagem do
circuito.
• Largura dos Filetes de Cobre: a largura destes depende
da corrente circulante. A tabela seguinte apresenta a
corrente de trabalho dos filetes, de acordo com sua
largura.
Tabela válida para chapa
de cobre de 0,1mm de
espessura (chapa convencional).
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No circuito de divisor de tensão as ligações de entrada
operam uma corrente de 300mA e as ligações de saída com
corrente de 150mA.
De acordo com a tabela anterior as ligações de entrada
devem ser de 1mm e as ligações de saída, menos de 1mm .
Para facilitar o desenho no papel milimetrado não se deve
adotar medidas “quebradas”. Para o projeto do circuito
impresso do divisor de tensão apresentado, pode – se usar
filetes de 1mm em todas as conexões.
Esta simplificação é muito utilizada porque facilita todo o
projeto de circuitos impressos.
• Distanciamento entre dois filetes: a distância entre os
filetes depende da tensão existente entre eles.
A medida que a tensão entre dois filetes é mais elevada
torna-se necessário aumentar o afastamento entre os filetes
para que haja uma isolação adequada entre os pontos do
circuito.
Adota-se como regra uma distância de 1mm para cada
100V de diferença de tensão entre os filetes.
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Isto significa que os dois filetes adjacentes com uma
diferença de tensão de 200V devem ser separados por 2mm
no mínimo.
Esta regra também é válida para circuitos onde existem
picos de tensão. No circuito do divisor de tensão apresentado,
as tensões envolvidas estão todas abaixo de 100V. Pode-se
então, neste caso, adotar como regra:
Distância mínima entre os filetes – 1mm
• Sistema de fixação: Ao executar o projeto de um circuito
impresso deve-se prever a forma como a chapa será
fixada ao chassi ou à base de montagem. De acordo
com o sistema escolhido será feita a previsão dos
pontos de fixação na chapa do circuito impresso.
Os sistemas de fixação mais utilizados são:
• Parafusos com espaçadores (distanciadores).
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• Por calços de fixação.
• Em “RACKS”. Para a utilização do sistema de fixação
por “rack” todas as entradas e saídas da placa devem estar
em um dos lados do circuito impresso.
• Por distanciamento de pressão.
Observação
Quando os pontos de fixação forem distantes e a placa
de circuito impresso estiver sujeito a vibrações e esforços devese
utilizar placas de fibra de vidro.
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• Interligação da Placa: Ao executar o projeto da placa
deve-se levar em consideração a forma como serão realizadas
as conexões dos condutores de ligação para o circuito.
Os sistemas mais usuais de interligação da placa de
circuito impresso com o restante do circuito são:
• Através de fios.
• Através de terminais para circuito impresso.
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• Através de conectores.
Observação
A utilização destes sistemas implica na colocação de
todas as entradas e saídas da placa em uma só região da
placa, normalmente um dos lados.
Execução do projeto
Observados os itens necessários antes da execução, já
têm-se pré-estabelecidos:
• A largura dos filetes
• A distância entre os filetes
• O sistema de fixação
• O tipo de placa cobreado
• O sistema de conexão
A partir destas informações pode-se executar o projeto
da placa d circuito impresso no papel milimetrado.
Tomando como exemplo o divisor de tensão apresentado
na figura seguinte:
• Largura dos filetes: 1mm
• Distância entre os filetes: 1mm no mínimo
• Sistema de fixação: parafusos e espaçadores
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• Tipo de placa: fenolite ou fibra
• Sistema de conexão: terminais para circuito impresso
1° Etapa:
Dispor os componentes sobre o papel milimetrado
procurando ocupar o espaço da melhor forma possível.
Este procedimento permite determinar a área aproximada
de chapa necessária para execução do circuito impresso.
2° Etapa:
Cortar o papel milimetrado em dimensões maiores que
o tamanho estimado.
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As bordas do papel milimetrado devem ser cortadas no
esquadro, aproveitando as linhas do papel como guia.
3° Etapa:
Cortar um papel transparente com o dobro da área do
papel milimetrado.
4° Etapa:
Dobrar o papel transparente no meio (no esquadro) e
introduzir o papel milimetrado entre duas faces.
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Através da transparência do papel pode-se visualizar as
linhas do papel milimetrado que servirão como guia para o
traçado do desenho do sistema equipado e da face cobreada
do circuito.
5°Etapa:
Traçar sobre o papel transparente os contornos da chapa
conforme o tamanho estimado, desenhado no milimetrado.
6°Etapa:
Definir os espaços para a fixação da placa, no desenho
sobre o papel transparente, indicando o centro dos furos para
fixação.
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Definida a área de chapa e os espaços para fixação está
determinada a área útil da chapa para o projeto do circuito
impresso.
7° Etapa:
Desenhar os componentes sobre o papel transparente,
no tamanho real e na posição em que deverão ficar na placa.
8° Etapa:
Definir a posição dos furos para entrada dos terminais
dos componentes. Estes furos devem ficar afastados do corpo
do componente no mínimo 2mm para que os terminais possam
ser dobrados corretamente na montagem.
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9° Etapa:
Definir a posição dos terminais de entrada e saída para
interligação da placa de circuito impresso.
A posição dos terminais depende do sistema de
interligação adotado. Quando o sistema de conexão for por
conectores todas as saídas e entradas deverão ser
posicionadas em um dos lados da placa (por exemplo
conforme a figura abaixo).
Concluídas as etapas anteriores o projeto da placa vista
pelo lado dos componentes (sistema equipado) estará
concluída.
Passa-se então ao projeto da face cobreada (chapeado)
do circuito impresso.
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10° Etapa::
Retirar o papel milimetrado do meio do papel
transparente.
11°Etapa :
Virar o papel transparente, dobrado, com a faixa
desenhada para baixo.
Pela transparência do papel é possível visualizar
levemente o desenho do sistema equipado.
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12° Etapa:
Traçar na face em branco do papel transparente, os
contornos da chapa de impresso, as áreas de fixação e o
centro para os furos de fixação, utilizando a transparência do
papel (figura abaixo).
13° Etapa:
Marcar a posição dos terminais de entrada e saída do
circuito e a posição dos terminais dos componentes.
14° Etapa:
Colocar o papel milimetrado no interior do papel
transparente.
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15° Etapa:
Estabelecer, com traços leves a interligação entre os
componentes sobre o papel transparente, usando como guia
as linhas do papel milimetrado.
Se for necessário, pode-se numerar as ligações no
esquema e no desenho para facilitar a identificação.
As interligações entre os componentes devem ser
sempre paralelas as bordas. Se isso não for possível podese
utilizar ligações inclinadas a 45°.
No exemplo do divisor todas as ligações entre os
componentes podem ser feitas por linhas paralelas às bordas.
16° Etapa:
Desenhar levemente um círculo (denominado de ilha)
envolvendo os pontos onde serão soldados os terminais dos
componentes e os terminais de entrada e saída.
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Os círculos podem ser desenhados usando-se um
gabarito.
O alargamento das áreas ao redor dos furos permite a
obtenção de uma superfície maior, para aderência da solda
na montagem do circuito.
17° Etapa:
Desenhar levemente as ligações entre os pontos usando
como guia os traços leves que determinam as interligações
entre os pontos no desenho.
As ligações devem ser feitas com a largura estabelecida
em função da corrente do circuito.
No circuito exemplo do divisor, os filetes devem ter 1mm
de largura.
Os filetes podem ser mais largos que 1mm, porém não
mais estreitos, no exemplo do divisor.
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18° Etapa:
Reforçar os contornos dos filetes e círculos.
Retirando-se o papel milimetrado e observando-se o
papel transparente dobrado, são visíveis ao mesmo tempo o
chapeado e o sistema equipado.
Observando-se o desenho pelo lado do sistema equipado,
é possível conferir facilmente o projeto.
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SENAI-PR
Abrindo-se o papel transparente estão configurados:
• O chapeado
• O sistema equipado
Complementação do projeto
Além do esquema elétrico e dos desenhos do chapeado
e sistema equipado, fazem parte do projeto final:
• detalhes de fixação
• lista de materiais (completa)
• informações técnicas que auxiliam na montagem,
ligação ou reparação do circuito.
A página seguinte apresenta o projeto final completo do
circuito impresso para o divisor de tensão.
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Projeto de circuito impresso para divisor de tensão
Lista de materiais
R1 – resistor 15Ω x 5W – 1
R2 – resistor 33Ω x 2W – 1
terminais para circuito impresso – 4
parafusos de latão 1/8” X ½” – 4
porcas de latão sextavadas 1/8” – 4
espaçadores – diâmetro 5mm
arruelas – comprimento 7mm – 4
Informações técnicas
entrada – 10V
saída – 5V – 150mA
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SENAI-PR
Confecção de circuito impresso
A “confecção de circuito impresso” é a realização de um
conjunto de procedimentos que resulta em uma placa com
tamanho, filetes e furações adequadas a montagem de um
circuito eletrônico.
A confecção de uma placa de circuito impresso envolve
uma seqüência de procedimentos, realizados a partir do projeto
pré-elaborado:
• Corte da chapa de fenolite
• Preparação para a pintura
• Pintura
• Corrosão
• Selagem
• Furação
Corte de placa de fenolite
Com o projeto em mãos determina-se o tamanho de placa
necessário para a fabricação do circuito
impresso.
O corte da placa pode ser realizado
com um arco de serra, com uma lâmina
afiada, com uma guilhotina ou com
cortador.
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A guilhotina é o melhor equipamento para o corte das
placas, mas normalmente só é utilizada industrialmente.
Quando se utiliza a guilhotina deve-se tomar cuidado para
evitar ferimentos na sua lâmina.
Após o corte costuma-se fixar levemente as bordas da
chapa para dar um melhor acabamento ao trabalho.
Preparação para a pintura
Antes de realizar a pintura a chapa deve sofrer um
processo de limpeza ao lado cobreado.
A limpeza tem por finalidade eliminar poeiras, gorduras
e óxidos da face cobreada que podem prejudicar a pintura.
A limpeza se divide em duas fases:
• física – eliminação de óxidos e poeiras.
• química – eliminação de gorduras, aplicando-se um
solvente na face cobreada. A limpeza química normalmente é
realizada apenas nos processo de fabricação industrial de
circuitos impressos.
Observação
Após a limpeza não se deve tocar a placa com os dedos
para evitar a deposição de gorduras na placa.
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Pintura da placa
A pintura é feita sobre a face cobreada. As regiões de
cobre cobertas pela tinta são aquelas onde o cobre deve
permanecer na placa. O projeto da placa traz o desenho das
regiões de cobre que devem permanecer e das que devem
ser retiradas.
A pintura pode ser realizada de várias formas. Entre elas
citam-se:
• processo manual
• foto gravação
• impressão serigráfica (silk-screen)
Pintura por processo manual
A pintura por processo manual é muito utilizada para
confecção de um pequeno número de placas de circuito
impresso.
Consiste de traçado dos contornos sobre a face cobreada
e posterior preenchimento dos espaços com tinta apropriada.
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Os processos de silk-screen e fotogravação são
utilizados na produção industrial de circuitos impressos.
Observação
Antes de prosseguir no processo de fabricação do circuito
impresso deve-se aguardar que a tinta esteja bem seca.
Corrosão da placa
Corrosão é o processo químico que retira da chapa o
cobre que não está coberto por tinta.
A corrosão é feita normalmente por um preparado
químico denominado PERCLORETO DE FERRO. O
percloreto de ferro é um sal com teor ácido que dissolvido em
água realiza a retirada do cobre das regiões desprotegidas da
placa. Nos processo industriais o ácido é jogado sobre a face
cobreada da placa.
Nos processos de fabricação em pequena escala o
percloreto é colocado em um recipiente de material não
metálico. A placa é depositada na superfície da solução, com
a face cobreada para baixo.
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O percloreto de ferro não deve ser colocado ou
armazenado em recipientes metálicos porque provoca a
corrosão do vasilhame, contaminado-se.
Cuidados com o percloreto
Embora o percloreto não seja um preparado com poder
corrosivo elevado, deve-se evitar o contato com roupas, metais
e principalmente com a pele e os olhos..
A corrosão não tem um tempo definido porque depende
de concentração do corrosivo e também do seu grau de
utilização anterior. Pode-se acelerar o processo de corrosão
aquecendo a solução de percloreto de ferro.
O controle é feito por observação, examinando-se a placa
de tempo em tempo que o cobre tenha sido totalmente
removido das regiões descobertas. Após, retirar-se a placa da
solução e realiza-se uma limpeza com um pano limpo
embebido em álcool ou solvente. A figura seguinte apresenta
o aspecto de uma placa corroída e limpa.
Devido a imperfeições na pintura da placa, principalmente
quando é feita por processo manual, podem acontecer algumas
imperfeições nos filetes, após a corrosão. A seguir estão
listados os principais defeitos e as tolerâncias admissíveis.
264
SENAI-PR
Estreitamento
O filete não pode ter um estreitamento maior
que 20% da sua largura final e não pode ocorrer em
mais de uma vez no mesmo filete.
Reentrância
A largura do filete não pode ter reentrância
maior que 40% da largura final do filete e não pode
ocorrer mais de duas vezes no mesmo filete.
Pinhole
A largura de um pinhole não pode ser maior
que 40% da largura final do filete e não pode ocorrer
mais de duas vezes no mesmo filete.
Alongamento do filete
A largura final de um filete não pode ser maior
que 20% da largura nominal, não podendo ocorrer
mais de uma vez no mesmo filete.
Saliência
O aumento da largura final de um filete,
causado por uma saliência não contínua na borda,
não pode se maior que 40% da largura nominal e
não pode ocorrer mais de duas vezes no mesmo
filete.
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Tolerância de posicionamento dos furos das ilhas
O estreitamento do anel circundante causado por
deslocamento do furo pode ser no mínimo maior ou igual a
0,1mm.
Estreitamento das ilhas
A largura do anel circundante não pode ter um
estreitamento maior que 30% no valor nominal.
Tolerância na furação
diâmetro final do furo é o diâmetro especificado pelo
desenho de furação, com uma tolerância de ± 0,1mm.
Selagem
Após a corrosão a face da placa deve ser selada com
um produto que evite a oxidação.
Normalmente usa-se um verniz protetor que pode ser
goma-laca (dissolvido em álcool) ou mesmo um verniz em
SPRAY contanto que aceite a solda.
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Furação
Após a selagem a placa é furada para a colocação dos
componentes e também para a fixação.
Furação para terminais de componentes
Os furos são realizados com brocas adequadas para
cada tipo de componente. A tabela abaixo apresenta alguns
componentes e as brocas utilizadas para os furos de passagem
dos seus terminais.
Furos para fixação
Devem ser realizados com dimensões compatíveis com
o elemento de fixação utilizado.
Nos casos de fixação por parafuso e espaçador o furo
deve ser pouco maior que o diâmetro externo da rosca (furo
passante), não permitindo porém a passagem da cabeça
(figura abaixo).
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SENAI-PR
A furação também pode ser feita utilizando os furadores
de circuito impresso.
Processo fotográfico
O processo fotográfico para a confecção de placas de
circuito impresso é recomendado para situações em que há
necessidade de se fazer várias placas, pois é um processo
excessivamente trabalhoso e caro, e deve ser usado por
pessoas experientes.
A elaboração do desenho do circuito impresso para esse
método é feita de modo idêntico ao desenho para o processo
manual, com a exceção de que o desenho final deverá ser
feito em papel vegetal (ou similar), com tinta nanquim.
Caso seja necessário obter perfeição maior nos
formatos dos filetes e ilhas, em vez de se fazer o desenho em
escala natural, amplia-se para proporções de 3 : 1 ou 4 : 1,
por exemplo. Assim o desenho final terá dimensões 3 ou 4
vezes maior que o original.
Em seguida esse desenho é então fotografado e se
houver ampliação, o negativo deve ser reduzido ao tamanho
natural. Devido à redução, as pequenas falhas existentes nos
filetes e ilhas quando desenhadas no papel vegetal,
desaparecem. Com esta técnica, consegue-se detalhes tão
pequenos e filetes tão finos, que seriam impossíveis d serem
desenhados em tamanho natural.
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Sensibilidade da placa
Estando a placa cortada e limpa, pulveriza-se o cobre
com verniz fotossensível também conhecido como emulsão,
em lojas que trabalhem com material fotográfico para
laboratórios. Preferencialmente, esta etapa deve ser feita em
ambiente ligeiramente escurecido.
Depois que o verniz estiver seco, coloca-se sobre o
mesmo o negativo do desenho do circuito impresso. Prendese
bem o negativo para que o contato com a placa seja
uniforme. Em seguida expõe-se o conjunto à luz ultra-violeta.
Com uma distância de aproximadamente 30 cm entre o
desenho e a lâmpada, o tempo de exposição é de
aproximadamente 2 minutos.
Feita a sensibilização, olhando-se a placa a um angulo
de 30°, pode-se ver o diagrama de circuito impresso sobre o
verniz. Coloca-se a placa sensibilizada no revelador, – também
encontrado em lojas de material fotográfico – por um tempo
de aproximadamente 4 minutos.
Depois, tira-se a placa do revelador e seca-se,
mergulhando-a em seguida num banho bem fraco de
percloreto de ferro por 15 segundos aproximadamente. Esse
rápido banho permite salientarmos o desenho do circuito
impresso sem estragarmos o cobre que será posteriormente
corroído, que poderá eventualmente ser usado em caso de
erro. Com o aparecimento dos contornos do circuito impresso,
esta deverá ser conferido, para o caso de haver falhas.
Durante a revelação da placa não a leve e nem a toque
com os dedos. Estando tudo correto, a placa está pronta para
a corrosão, e a parte corroída será a que não apanhou luz.
Pode-se notar claramente que para utilizar este processo
deve-se possuir todo o material e equipamento fotográfico, que
tem um custo altíssimo. Este é um processo muito caro, porém,
possui a vantagem de produzir perfeitos desenhos de placa
de circuito impresso
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269
SENAI-PR
Silk-screen
Este processo, de certo modo, abrange os dois
processos anteriores. Consiste em preparar uma tela de nylon
com o desenho do circuito impresso sobre a mesma.
Com o auxílio de um pequeno rodo, faz-se passar a tinta
aos filetes do desenho correspondentes aos filetes e ilhas,
obtendo assim, o desenho sobre a placa de cobre.
O processo do silk-screen é usado em indústrias que
produzem grandes quantidades de circuito impresso.
Consegue-se, com facilidade, pintar até 200 placas em apenas
uma hora.
Tela
A tela é um tecido feito especialmente para silk-screen,
e pode ser de seda ou nylon. Para cada tipo de desenho existe
uma tela apropriada. Se no diagrama tivermos somente traços
grossos, usamos uma tela de número menor, como por
exemplo, 60, 70 e 80. Quanto mais finos forem os traços, maior
deverá ser o número da tela, como por exemplo, 100, 120 ou
130. Estes números indicam a quantidade de nós existentes
em 1cm², o número de cruzamentos dos fios do tecido. Veja
a figura a seguir.
O número de nós indica a porosidade da tela
Observe que, quanto maior o número de nós, menor é o
tamanho dos furos de tela.
Assim, se usarmos um traço fino em tela de número
pequeno, o resultado é que esse traço sai serrilhado, isso
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ocorre porque a emulsão veda os furos da tela, exceto onde
há os filetes do circuito impresso. Porém, na realidade, a
emulsão não veda meio furo, isto é, se um filete passa apenas
pela metade de um furo, o furo inteiro estará livre. Veja a figura
abaixo. Em A temos a situação que seria a ideal, mas que não
é obtida na prática, e em B o que realmente ocorre.
Filete ideal (A) e filete real (B)
Quanto maiores forem os furos e mais finos os filetes,
mais os serrilhados se acentuam. Por outro lado, quanto
menores forem os furos mais difícil se torna trabalhar com a
tela, pois esta dificulta a passagem da tinta. Assim sendo, para
se obter um circuito impresso, utiliza-se tela com grande
número de nós.
No processo de silk-screen, um dos pontos mais
importantes é o esticamento da tela. Se não estiver bem
esticada, mesmo que o quadro esteja fixo, ao se aplicar a tinta,
com o auxílio de um rodo, a tela irá deslocar-se borrando a
impressão.
No caso de não se possuir máquinas apropriadas para o
esticamento da tela, adota-se o processo manual. Consiste
em utilizar dois quadros para tela de silk-screen, as quais
devem estar encostadas (figura A). Corta-se um pedaço de
tela que cubra os dois quadros e grampeia-se nas
extremidades, conforme mostra a figura B. Observe a posição
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271
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dos grampos e a fita de pano. Com isto assegura-se que a
tela não se rasgará nos pontos dos grampos, após o
esticamento.
Como esticar uma tela de silk-screen
Em seguida, coloca-se um dos quadros na boda de uma
mesa e força-se o outro para baixo até conseguir um bom
esticamento, e depois, grampeia-se as duas outras
extremidades dos quadros. Evidentemente você deve contar
com a ajuda de outra pessoa ao realizar esta etapa, pois esticar
a tela e ao mesmo tempo grampear, é como chupar cana e
assobiar ao mesmo tempo, isto é, não dá! Veja a figura 15C.
Estando os dois lados grampeados, corta-se a tela (figura D).
Com as mãos estica-se a tela para um lado e grampeia-se, e
depois para o outro lado e grampeia-se também (figura E).
Com isto obtém-se dois quadros com telas bem esticadas.
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Emulsão
A emulsão fotossensível obtém-se misturando a emulsão
propriamente dita com o sensibilizador. Separadamente, tanto
um quanto o outro não são sensíveis à luz, porém, a mistura
deve ser feita em câmara escura. O fabricante indica o
sensibilizador adequado e a proporção certa. Uma vez
misturados, deve-se mexer bem a solução por um minuto pelo
menos.
Com um rodo aplica-se uma camada uniforme de
emulsão nos dois lados da tela. Secando em ar quente a tela
estará pronta para exposição.
Coloca-se o desenho do circuito impresso desenhado
em papel vegetal, ou similar, sobre a tela, sendo que o contato
entre o desenho e a tela deverá ser uniforme. Olhando-se a
tela por cima, a folha deverá se colocada de maneira tal que o
desenho seja visto pelo seu lado oposto, isto é, como se
estivéssemos vendo o circuito impresso pelo lado dos
componentes. Expõe-se o conjunto à luz intensa por algum
tempo. Um exemplo típico é um desenho de 20 x 10 cm com
uma distância de 30 cm entre este e a lâmpada, e uma
exposição de 4 minutos aproximadamente. A luz deve estar
igualmente distribuída por toda a tela no momento da exposição.
A lâmpada utilizada deve ser adequada para esta finalidade.
veja a figura.
Exposição do conjunto à luz
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273
SENAI-PR
Se o desenho não estiver em contato uniforme com a
tela, haverá sombra dos filetes sobre a mesma, e
consequentemente não teremos uma cópia fiel do desenho
sobre a tela resultando em filetes deformados.
Revelação
A revelação se faz com água corrente, de preferência
morna, molhando-se a tela dos dois lados. Inicialmente o fluxo
de água deve ser pouco intenso e aos poucos a intensidade
deve ser aumentada. A medida que se vai molhando a tela,
mais nítido vai se tornando o circuito nela impresso.
As partes que não forem sensibilizadas pela luz irão sair,
deixando abertos os furos de tela, e as partes que receberam
a luz permanecerão, tampando os furos da tela (figura abaixo).
Aspecto da tela gravada
Isto ocorre devido a reação entre a luz e a emulsão, pois
este muda suas características devido a incidência de luz. O
mesmo não ocorre nas áreas protegidas.
Estando a tela seca, a mesma esta pronta para ser
usada. A tinta é especial para silk-screen, que não é corroída
pelo percloreto de ferro.
Fixa-se a placa de circuito impresso e fixa-se o quadro
com a tela sobre a placa. Deve ser observada uma distância
de 2 a 3 mm entre a tela e a placa e receber a tinta. É necessário
que a tela esteja encostada na placa somente quando o rodo
estiver pressionado, para que o desenho não fique borrado.
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SENAI-PR
A tinta deve ser colocada no rodo de borracha e passa
pela tela de maneira firme e uniforme. A posição do rodo deve
ser inclinada a uns 45°.
A face da tela onde a tinta vai ser aplicada é oposta àquela
onde inclui a luz, como vimos na figura (especificar página).
Com isto estaremos invertendo o processo.
Recomendações especiais
Em determinadas aplicações, onde os circuitos de um
dado equipamento estão dispostos em módulos, como é o
caso de computadores, as conexões de fio são feitas
geralmente através de “plugs”, que facilitam enormemente a
manutenção das placas do circuito impresso. Veja a figura a
seguir.
Neste tipo de circuito impresso todas as conexões de
entrada e saída são “puxadas” para um dos lados da placa de
circuito impresso, e à este lado é que vai conectado ao “plug”.
No desenho dos filetes terminais, deve-se seguir
rigorosamente as dimensões dos “plugs”, pois qualquer erro
na largura dos filetes, ou na distância entre estes, implicará na
perda do trabalho realizado.
Circuito impresso modular
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275
SENAI-PR
Ao desenhar esse tipo de circuito impresso, deve-se por
todos os filetes terminais em curto através de uma barra, que
também é um filete, conforme mostra a figura A. Isto deve ser
feito porque o processo de corrosão inicia-se pelas bordas da
placa, e mesmo que os filetes estejam protegidos pela tinta, o
percloreto infiltra-se pela borda e corroe uma parte dos filetes
(figura B).
A barra de cobre que fica na extremidade da placa (A),
evita o aparecimento de corrosão
Tendo a barra na extremidade da placa as infiltrações
não atingirão os filetes, e sim, a própria barra (figura A).
Posteriormente, esta parte deve ser cortada, resultando em
terminais perfeitos.
Antes da placa ser efetivamente utilizada, os filetes
terminais devem receber um tratamento adequado, para
assegurar uma durabilidade maior nos contatos com o “plug”.
Este tratamento nada mais é que um revestimento com níquel
e ouro, que devem ser aplicados por meios químicos.
Evidentemente isso só deve ser feito em aplicações que exijam
tal procedimento, devido ao alto custo do mesmo.
Soldagem
Para realizar a montagem de componentes na placa de
circuito impresso deve-se observar a seqüência de operações
que fornecemos a seguir:
1) Coloca-se os terminais dos componentes nos furos
correspondentes do circuito impresso.
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2) Aquece-se ao mesmo tempo o filete, ou a ilha, e o
terminal do componente por dois segundos no
máximo (figura A).
3) Coloca-se solda em quantidade suficiente tanto no
terminal como no filete (figura B). O tempo total do
aquecimento das partes não deve exceder 3
segundos. Para que essa operação seja rápida, tanto
o filete como o terminal deverão estar livres de
gorduras e óxidos.
Aquecendo o terminal e a ilha (A) e aplicando a solda (B)
4) Quando a solda estiver bem derretida tira-se o
soldador e espera-se à solda esfriar.
5) Corta-se o terminal rente à solda.
6) A solda é firme e proporciona bom contato quando
for “corrida” e brilhante. Se for opaca, com aspecto
farinhoso, a solda é fria, e a operação de soldagem
deve ser repetida.
7) Jamais sobre os terminais dos componentes sobre
os filetes antes de soldar, pois isso dificulta
enormemente a substituição do componente no caso
eventual manutenção (figura abaixo).
Jamais faça isso
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Os terminais e fios a serem soldados à placa devem
ficar tão retos quanto possível, se tiver dificuldade para mentes
o componente na posição correta ao soldar, curve ligeiramente
o terminal, apenas o necessário para mante-lo no lugar.
A intenção desta lição é tão somente orientar o aluno na
prática da confecção de circuitos impressos. Uma técnica
apurada será conseguida apenas com a união de pesquisa e
experiência.
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Os multímetros analógicos e digitais, nas escalas de
Ohms, podem ser utilizados para identificação de terminais e
teste de vários dispositivos semicondutores.
As identificações e testes devem ser realizados levandose
em conta as características peculiares do instrumento a
ser utilizado, como:
a) Alguns multímetros (analógicos e digitais) têm
circuitos internos específicos para testes de diodo e
transistores. Neste caso, devem seguidas as
instruções de seus manuais.
b) Geralmente, o multímetro analógico, nas escalas de
Ohm, apresenta seus terminais com polaridades
invertidas, ou seja, o terminal identificado como
positivo (vermelho), passa a ser negativo, e o terminal
identificado como identificado como negativo ou
comum (preto), passa a ser positivo.
c) Os semicondutores mais sensíveis devem ser
testados com cuidado, levando-se em conta seus
limites de corrente e tensão recomendados pelos
fabricantes, uma vez que na escala mais baixa de
Ohm, alguns multímetros analógicos poderão impor
correntes maiores que 100 mA.
Atenção
Como cada dispositivo é fabricado com uma gama
enorme de parâmetros, as regras contidas neste apêndice
não devem ser consideradas rígidas, mas apenas uma
referência para identificação de terminais e teste dos
dispositivos considerados. No caso de identificação de
terminais, presume-se que os dispositivos estejam em bom
estado. No caso de identificação de terminais, presume-se que
os dispositivos estejam em bom estado. No caso de testes de
IDENTIFICAÇÃO DE TERMINAIS
E TESTE DE DISPOSITIVOS SEMICONDUTORES
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SENAI-PR
dispositivos, presume-se que seus terminais sejam conhecidos.
Em ambos os casos, os dispositivos desconectados do circuito
elétrico.
Diodo Retificador, Diodo Zener e Led.
Símbolos de referência para medidas
Identificação dos terminais
Teste dos dispositivos
(*) Para o LED, a bateria do multímetro deve ser de, no
mínimo, 3V (2 pilhas), fazendo com que ele ascenda (exceto
o infra vermelho). Se a bateria for de 1,5V, o teste não é seguro.
(**) Não se aplica para diodos de alta tensão.
(**) Para diodo Zener com VZ < 5V, dependendo da
tensão da bateria do multímetro, este valor pode ser menor
que 100KΩ.
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SENAI-PR
Transistores bipolares NPN e PNP
Símbolos de referências para as medidas
Identificação dos terminais
1° Condição – Identificação da base do transistor
Para identificar a base do transistor, fixar a ponta da prova
positiva do multímetro em um dos terminais do transistor. Com
a ponta de prova negativa, tocar nos dois outros terminais,
para verificar se ambos apresentam resistência baixa. Caso
essa condição não se verifique na primeira tentativa, repetir o
procedimento, fixando a ponta de prova positiva em outro
terminal do transistor.
2° Condição – Identificação do coletor e emissor
do transistor
Basta seguir as ligações e medidas indicadas na tabela.
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Para a identificação dos terminais de um transistor PNP,
as mesmas condições anteriores são válidas, mas tomandose
como referência a ponta de prova negativa do multímetro.
Teste dos dispositivos
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282
SENAI-PR
JFET Canal N e P
Símbolos de referência para as medidas
Identificação dos terminais
Na maioria dos casos, os terminais dreno (D) e fonte (S)
podem ser trocados um pelo outro sem maiores problemas.
Teste dos dispositivos
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Fotodiodo
Símbolos de referência para as medidas
Identificação dos terminais
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Teste do dispositivo
(*) A resistência varia com a intensidade luminosa.
Fototransistor NPN
Símbolos de referência para medidas
Identificação dos terminais
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SENAI-PR
1° Condição – Identificação da base do fototransistor
Alguns tipos de fototransistores operam com base aberta,
ou seja, não possuem este terminal. Assim, a primeira
condição da tabela não se aplica, sendo os outros dois
terminais identificados pela 2° condição.
Para os fototransistores com terminal de base, fixar a
ponta de prova positiva do multímetro em um dos terminais.
Com a ponta da prova negativa, tocar nos dois outros terminais,
para verificar se ambos apresentam resistência baixa. Caso
essa condição não se verifique na primeira tentativa, repetir o
procedimento, fixando a prova positiva em outro terminal do
fototransistor.
2° condição – identificação do coletor e emissor
do fototransistor
Basta seguir as ligações e medidas indicadas na tabela.
Teste do dispositivo
(*) A resistência varia com a intensidade luminosa.
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SENAI-PR
LDR
Símbolo de referência para as medidas
Teste do dispositivo
NTC E PTC
Símbolos de referência para medidas
Teste dos dispositivos
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SENAI-PR
• Tabela de Resistores Comerciais
• Tabela de Capacitores Comerciais
Resistores Comerciais
A tabela a seguir ,ostra as raízes, cujos valores nominais
dos resistores são seus multíplos e submultíplos.
Comercialmente, esses valores servem para resistores
de 2%, 5%, 10% ou 20% de tolerância.
APÊNDICE B – TABELA DE RESISTORES
E CAPACITORES COMERCIAIS
Capacitores Comerciais
A tabela a seguir mostra as raízes, cujos valores nominais
dos capacitores são seus múltiplos e submúltiplos .
Comercialmente, os capacitores podem ser de diversos
tipos (cerâmico, poliéster metalizado, eletrolítico, tântalo, etc.)
e podem ter diversos valores de tensão de ruptura.
Teste de isolação do capacitor
Um capacitor em condições normais apresenta entre
suas armaduras resistência infinita (isolação) não permitindo
assim circulação de corrente.
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288
SENAI-PR
Mas quando o dielétrico sofre degeneração a resistência
entre as armaduras diminui permitindo a circulação de uma
pequena corrente denominada de corrente de fuga.
Quando se deseja verificar as condições do capacitor
quanto a resistência de isolação entre as armaduras utiliza-se
normalmente o ohmímetro.
A escolha da escala do ohmímetro depende do valor de
capacitância do capacitor a ser testado (tabela abaixo).
Para valores de capacitância até 1μF a escala
recomendada é a x10000 e para valores superiores
recomenda-se x100 ou x10.
Após selecionada a escala conectar as pontas de prova
do ohmímetro nos terminais do capacitor. Neste momento o
ponteiro deflexiona rapidamente em direção ao zero e logo em
seguida retorna mais lentamente em direção ao infinito da
escala. Quando o capacitor está com a isolação em boas
condições o ponteiro deve retornar até o infinito da escala.
Deve-se inverter as pontas de prova e repetir o teste.
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SENAI-PRas pontas de prova e repetir o teste.
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