Como entender um Diagrama Esquemático

20 Dezembro, 201914 Julho, 2020 info@electrofun.pt

Se gosta de Eletrónica, mas não tem conhecimentos ou formação, e não entende os diagramas eletrónicos, está na hora de aprender!

Após aprender a entender um diagrama eletrónico, você terá condições para fazer montagens, analisar circuitos, solucionar problemas e muito mais. Poderá até desenvolver os seus protótipos em Breadboards ou em placas de circuito impresso (PCI). É claro, terá que aprender os conhecimentos básicos de eletrónica e como usar os programas específicos para criar essas placas PCI. Esta habilidade em compreender os diagramas é essencial para um técnico ou engenheiro eletrónico.

Os diagramas de circuitos eletrónicos são comummente chamados de diagramas esquemáticos, ou simplesmente esquemáticos.

Para conhecer esta técnica de leitura de diagramas, vamos primeiro aprender sobre os símbolos dos componentes, e depois aprender como interpretar os diagramas com vários componentes interligados.

Leitura sugerida:

A compreensão esquemática é uma habilidade eletrónica bastante básica, mas há algumas coisas que deve saber antes de ler este tutorial.

Confira nestes tutoriais abaixo, se quiser aprender alguns assuntos importantes sobre a teoria da eletrónica:

(Obs: esses tutoriais estão em inglês. Se tiver dificuldade na leitura abra o link usando o navegador de Internet Chrome, selecione o texto que está noutra linguagem, clique no botão direito do mouse e selecione “Traduzir para Português”).

Etapa 1 – Blocos de Construção

Vamos começar examinando todos os símbolos que pode encontrar num esquema típico. Embora não abordemos todos os símbolos possíveis aqui, se conhecer os símbolos abaixo estará apto para compreender um esquema médio. E para qualquer coisa que não saiba, lembre-se de consultar a folha de dados (datasheet) de um componente para descobrir como ele funciona e como é o símbolo dele.

Resistências

As resistências são um dos componentes mais comuns que encontrará num circuito eletrónico. Como toda a gente já estudou nas aulas de Física, as resistências são componentes que limitam a passagem de corrente. O símbolo da resistência tem uma aparência diferente com base nos padrões internacionais ou nos EUA. Se for um esquema dos EUA, encontrará uma linha em zigue-zague conectada com dois terminais. O símbolo internacional é apenas um retângulo simples com os mesmos conectores de terminal. Nos diagramas, as resistências são identificadas com a letra R e a unidade de valores é representada em Ohms (Ω). Se quiser aprender mais sobre resistências, sugerimos este excelente tutorial sobre – Resistências.

O símbolo da resistência nas versões americana e internacional

Também deve ficar atento a resistências e potenciómetros variáveis. Pode identificá-los rapidamente, procurando uma seta diagonal colocada na linha em zigue-zague para uma resistência variável e uma seta horizontal a apontar em direção à linha em zigue-zague para um potenciómetro. São identificados com a letra P.

Resistência variável e Potenciómetro

Condensadores

Condensadores são pequenos componentes que podem armazenar uma carga elétrica. Existem dois tipos de condensadores, polarizados (Eletrolíticos) e não polarizados (Cerâmicos), cada um com dois terminais conectados. Nunca inverta a polaridade de um condensador polarizado, pois poderá danificá-lo. São identificados com a letra C e a unidade de medida de capacidade é o Farad (as mais comuns são micro farad –μF , nano farad – ηF e o pico farad – ρF) . Aprenda mais neste tutorial sobre – Condensadores.

Condensador comum e Condensador polarizado

Indutores

Estes componentes são responsáveis por armazenar energia na forma de um campo magnético, tudo graças a um simples fio enrolado! Os indutores são muito fáceis de identificar num esquema, com as linhas do enrolamento mostradas nos padrões dos EUA. Os indutores internacionais são um pouco mais genéricos e deve identificar com uma caixa retangular sólida. São identificados com a letra L (o símbolo de indutância é L) e a unidade de medida é o Henry (H).

Os indutores no padrão americano são mais fáceis de identificar com as suas bobinas

Chaves ou Comutadores

Esses pequenos interruptores são responsáveis por ligar ou desligar um circuito. Quando aberta, não existe passagem de eletricidade, mas quando fechada o circuito começa a funcionar. Existem algumas formas diferentes de chaves, mas o mais simples é a chave unipolar com acionamento único, que possui dois terminais e uma linha meio conectada. Esta linha semi-conectada representa se a chave está aberta ou fechada. Normalmente são identificadas com as letras SW (switch) ou CH. Este é o link da teoria básica sobre chaves e comutadores – Chaves .

Chave Unipolar/acionamento único e Chave Unipolar/acionamento duplo

Fontes de energia

Se estiver a trabalhar com eletrónica digital, provavelmente estará a lidar apenas com tensão CC (corrente contínua). Mas também é bom saber como é a tensão CA (corrente alternada), se você se deparar com essa forma esquemática. Fique atento à polaridade da fonte CC. A unidade de medida é o Volts (V), podendo ser Vcc ou Vca.

Símbolos padrões de fontes de tensão CC e CA

Se o seu dispositivo for alimentado por uma bateria, o seu símbolo será totalmente diferente. O símbolo da bateria contém várias linhas, sendo a parte superior como terminal positivo e a linha inferior (e a mais curta) como terminal negativo. E se a sua bateria tiver mais de uma célula, o símbolo terá várias linhas.

O símbolo comum de baterias com uma célula e com duas células

Em esquemas mais complexos, provavelmente verá símbolos para indicar as tensões dos nós. Esses nós são usados para conectar dispositivos a um único terminal e serão designados como 5V, 3.3V, VCC (que é a tensão de alimentação positiva de um pino de energia) e Terra (GND que é a tensão negativa ou de referência). Observará na imagem abaixo que todas as tensões positivas dos nós são mostradas com uma seta para cima ou triângulo, e qualquer terra (Ground) é uma seta, um conjunto de linhas ou um triângulo apontando para baixo.

Todas as variações que precisa de conhecer para as suas tensões positivas e terra

Díodos

Os díodos têm muitas funções, sendo a principal de permitir a passagem de corrente num único sentido. Os LEDs são também muito comuns. Há também o foto-díodo, que pode gerar energia a partir da luz, agindo como uma mini-célula solar. Encontrará o símbolo do díodo padrão procurando um triângulo apoiado numa linha vertical com dois terminais de conexão em cada extremidade. São identificados com a letra D. Este é o link do tutorial sobre Díodos .

O símbolo do díodo padrão. A base do triângulo (à esquerda) é o Ânodo e o outro lado é o Cátodo

Estes outros dois tipos de Díodos são o Schottky e o Zener. Normalmente são usados em fontes de alimentação como interruptores rápidos e reguladores de tensão.

Símbolos do Díodo Schottky e do Díodo Zener

As setas apontando para fora transformam um díodo num LED e as setas apontando para o díodo indicam um Foto-díodo. Desta forma fica claro que o LED emite luz e o Foto-díodo recebe luz.

Símbolos do LED e do Foto-díodo

Transístores

Provavelmente já ouviu falar sobre transístores grandes e pequenos. Eles são responsáveis por alimentar toda a complexidade moderna do seu computador. Dentro de um circuito integrado pode conter centenas de transístores e dentro de um processador de última geração, existem milhões deles!

Os transístores existem em duas formas básicas, como transístores de junção bipolar (BJTs) ou transístores de efeito de campo de óxido de metal (MOSFETs).

Existem dois tipos de BJTs, ambos com três terminais para coletor (C), emissor (E) e base (B). Notará na imagem abaixo que os pinos do emissor e do coletor estão sempre alinhados um com o outro, com uma seta no lado do emissor. A direção desta seta determina se o BJT é um transístor NPN (Negativo, Positivo, Negativo) ou transístor PNP (Positivo, Negativo, Positivo). Vale a pena visitar o tutorial sobre Transístores . Eles são normalmente identificados pela letra Q ou Tr.

Símbolos dos Transístores BJT – PNP e NPN

Os transístores MOSFET também têm três terminais, mas são chamados fonte (S -source), dreno (D- drain) e porta (G-gate). Existem duas versões diferentes, um canal N e um canal P. A seta encontrada no meio de cada símbolo abaixo determina que tipo de transístor MOSFET é. Uma seta apontando para dentro é um MOSFET do canal N e a indicação para fora é um MOSFET do canal P.

Símbolos dos MOSFETs – canal N

Símbolos dos MOSFETs – canal P

Portas lógicas

As portas lógicas alimentam o nosso mundo digital e binário de uns e zeros. As portas lógicas padrão são as do tipo AND (porta E), OR (porta OU) e XOR (porta OU exclusivo), cada uma com o seu símbolo exclusivo. Saiba que as portas lógicas podem ter um número variável de entradas. Se quiser saber mais, clique em Portas Lógicas .

Portas Lógicas

Se na saída das portas digitais existir uma bolinha, isto quer dizer que esse pino tem a saída invertida. Por exemplo se na saída de uma porta OR fosse zero, numa porta NOR a saída seria um. Uma letra N na frente do tipo da porta, significa que a porta é NOT (invertida). Por exemplo as portas NOT, NAND, NOR e XNOR.

Portas Lógicas Invertidas

Circuitos integrados

Circuitos integrados (CI) permitiram a redução em diminuta escala, do tamanho dos circuitos eletrónicos. Normalmente são identificados com a letra U ou as letras IC (integrated circuit). São aqueles pequenos componentes retangulares de cor preta com uma grande quantidade de pinos. Podem ter a disposição dos pinos no formato bilateral em linha (DIP) ou quatro lados com pinos em todos os lados ou ainda ter pinos (até centenas) por baixo do circuito.

Cada pino tem um nome que informará qual a sua função e para que serve, juntamente com um número para identificar a localização do mesmo. Cada circuito integrado tem uma função e código próprios. Procurando a folha de dados (datasheets) através desse código de identificação, poderá obter todas as informações sobre ele! Leitura recomendada sobre Circuitos Integrados .

Circuitos Integrados – Microcontroladores

Existem no mercado, uma quantidade enorme de Circuitos Integrados. Alguns possuem símbolos exclusivos como o amplificador operacional e o regulador de tensão. Geralmente verá Amplificadores Operacionais analógicos dispostos como abaixo, com 5 terminais no total: uma entrada não inversora (+), uma entrada inversora (-), uma saída e dois pinos de energia. Um circuito integrado poderá ter um ou mais amplificadores operacionais no mesmo chip. Leitura recomendada : Introdução sobre Amplificadores Operacionais

CIs – Amplificadores Operacionais

Reguladores de tensão simples são geralmente componentes com três terminais – pino de tensão de entrada, pino de tensão de saída e pino terra (ou ajuste). Eles normalmente têm a forma de um retângulo com pinos à esquerda (entrada), direita (saída) e inferior (terra / ajuste).

CIs – Reguladores de Tensão

Cristais e Ressonadores

O Cristal (que é fabricado de quartzo) é o componente usado no oscilador de relógio (clock) do Microcontrolador. Todas as operações de processamento são temporizadas pelos pulsos desse oscilador. Portanto é um componente muito importante. A precisão da frequência do cristal determinará o tempo correto das operações. Um outro tipo de oscilador é o Ressonador com três terminais, pois possuem internamente dois condensadores integrados ao componente. Normalmente são identificados no diagrama, com a letra Y. A frequência do oscilador é medida em Hertz (H), por exemplo mega Hertz (MHz) ou kilo Hertz (KHz).

Símbolos do Cristal e do Ressonador com dois condensadores

Conectores

Seja para fornecer energia ou enviar informações, os conectores são necessários na maioria dos circuitos. Esses símbolos variam de acordo com a aparência do conector. Normalmente são identificados pelas letras JP (ou somente J) ou também por CN. Veja alguns tipos:

Alguns símbolos de conectores

Motores, transformadores, alto-falantes e relés

Estes componentes estão num outro grupo, já que eles (principalmente) usam bobinas de alguma forma. Os Transformadores geralmente possuem duas bobinas, próximas uma da outra, com algumas linhas separando-as. Podem ser identificados com a letra T ou TR.

Alguns tipos de transformadores

Os Relés geralmente usam uma bobina com um interruptor para ligar ou desligar um circuito. São identificados com as letras RL ou K.

Símbolo do Relé eletromagnético

Os símbolos dos Altifalantes e Campainhas são fáceis de identificar, já que são parecidos com os dispositivos na forma real. Podem ser identificados com LS, AF e BZ.

Buzina piezoelétrica e Altifalante

Existem vários tipos de Motores, mas o símbolo mais comum é o que possui somente dois fios. Pode ser um motor CC ou CA. Este tutorial sobre Motores elétricos é muito interessante, clique no link para aprender mais.

Motor CC

Fusíveis e Termistores

Fusíveis e Termistores são componentes geralmente usados para limitar grandes picos de corrente, protegendo os circuitos de sobrecargas e evitando a queima de outros componentes. O símbolo do Fusível é bem similar à estrutura física do mesmo. Um filamento sensível à corrente fica entre os dois terminais, revestido por um tubo de vidro. São identificados no diagrama, com a letra F e um valor em Amperes determina o valor máximo de passagem de corrente, sem que o fusível seja queimado.

Um Termistor, ou resistência com coeficiente de temperatura positivo (PTC) ou negativo (NTC) é um termistor que variará a resistência com base na sua temperatura. No PTC, o aumento de temperatura decorrente da passagem de uma corrente excessiva, causará o aumento da resistência, dessa forma limitando a corrente. E no caso do NTC é o inverso, a sua resistência elétrica diminui com o aumento da temperatura.

Símbolos do Fusível e do PTC

Etapa 2 – Lendo Diagramas Esquemáticos

Agora que já tem conhecimento da simbologia de vários componentes eletrónicos, poderá aprender como eles são conectados.

Redes, nós e etiquetas

As redes esquemáticas mostram como os componentes são conectados num circuito. As redes são representadas como linhas que conectam os componentes. Às vezes são de uma cor única, como as linhas verdes neste esquema:

Junções e nós

Os fios podem conectar duas ligações, ou podem conectar várias. Quando um fio se divide em duas ou mais direções, ele cria uma Junção. Representamos as junções em esquemas com Nós, pequenos pontos colocados na interseção dos fios.

Junção de ligações

Quando uma ligação passa por cima de outra sem esse Nó, é porque não existe junção entre as duas! Ao projetar esquemas, geralmente é uma boa prática evitar essas sobreposições não conectadas sempre que possível, mas às vezes é inevitável.

Diagrama com Nós e ligações sem conexões

Nomes de rede

Às vezes, para tornar os esquemas mais legíveis, um nome é atribuído a cada rede e em vez de desenhar uma ligação pelo esquema todo, são criadas etiquetas ou identificações. Presume-se que as redes com o mesmo nome estejam conectadas, mesmo que não haja uma ligação visível conectando-as. Os nomes podem ser escritos diretamente em cima da rede ou podem ser associados às etiquetas conectadas às ligações.

As redes geralmente recebem um nome que especifica a finalidade dos sinais nesse fio. Por exemplo, as redes de energia podem ser etiquetadas como “VCC” ou “3.3V”, enquanto as redes de comunicação serial podem ser identificadas como “RXD” ou “TXD”.

Identificando blocos

Dependendo da complexidade do Diagrama esquemático, ele poderá ser dividido em Blocos funcionais. No diagrama abaixo existem quatro secções: – uma secção com o Microcontrolador ATMega328, duas secções com os reguladores de tensão e uma secção com a interface USB/Serial. Perceba que existem conexões interligadas (etiquetas) entre os Blocos, que podem ser identificadas pelos nomes. Na legenda do diagrama (parte inferior do lado direito) constam os nomes do circuito, dos projetistas e data e hora da edição.

Diagrama dividido em blocos funcionais

Reconhecendo os Nós de tensão

Os Nós de tensão são componentes esquemáticos importantes, aos quais podemos conectar terminais de componentes para atribuí-los a um nível de tensão específico. Todos os terminais conectados a um Nó de tensão com o mesmo nome estão interligados, isto é, tem o mesmo nível de tensão. Os Nós de tensão com nomes semelhantes – como GND, 5V e 3.3V – estão todos conectados à mesma tensão, mesmo que não haja desenho das ligações entre eles. No exemplo abaixo, todos os Nós GND estão interligados entre si, assim como todos os Nós 5V e todos os Nós 3,3V.

Nós de tensão com nomes semelhantes

Este tutorial é uma adaptação que foi baseada em traduções destes outros dois tutoriais. Licenças CC BY-SA 4.0.

Obs: A Electrofun não tem nenhuma parceria com a Sparkfun nem com a Autodesk.