Como Funciona Aparelhos, Circuitos e Componentes Eletrônicos Volume 7 (Newton C Braga) (Z-Library)

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Como Funciona
Aparelhos, Circuitos e
Componentes Eletrônicos
Volume 7
Newton C. Braga
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Como Funciona - Aparelhos, Circuitos e Componentes Eletrônicos 
- Volume 7
Autor: Newton C. Braga
São Paulo - Brasil - 2021
Palavras-chave: Eletrônica – aparelhos eletrônicos –
componentes – física – química – circuitos eletrônicos – como
funciona
Copyright by
INTITUTO NEWTON C BRAGA.
1ª edição
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multa, conjuntamente com busca e apreensão e indenização diversas (artigos 122,
123, 124, 126 da Lei nº 5.988, de 14/12/73, Lei dos Direitos Autorais).
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Índice
Apresentação da Série..............................................................8
Apresentação..........................................................................10
CONTATORES..........................................................................11
O Contator...............................................................................12
Como Usar Contatores............................................................15
Conclusão................................................................................17
Dispositivos DR – Como Funcionam..........................................19
O Circuito Elétrico...................................................................19
O Choque Elétrico...................................................................22
EFEITOS DA CORRENTE NO ORGANISMO HUMANO.................22
Detectando Fugas...................................................................25
Especificações.........................................................................27
REPELENTES ULTRASSÔNICOS.................................................29
Introdução...............................................................................29
MECATRÔNICA - OS SERVOS.....................................................32
O QUE É UM SERVO.................................................................32
COMO FUNCIONA....................................................................35
PROJETOS SIMPLES DE SERVOS...............................................41
DETECTANDO RADIAÇÃO ATÔMICA...........................................44
O Átomo..................................................................................44
Como Detectar........................................................................47
Circuito Prático........................................................................50
Outros Detectores...................................................................51
Conclusão................................................................................52
APARELHOS AUDITIVOS DIGITAIS.............................................53
Os Problemas Auditivos...........................................................54
O Projeto Digital......................................................................55
Um Exemplo de Projeto Usando DSP.......................................56
Circuito Prático........................................................................57
Conclusão................................................................................59
MÚSCULOS PNEUMÁTICOS.......................................................60
Usando Os Músculos Pneumáticos..........................................61
Braço Pneumático...................................................................65
5
MIC098 O Barramento I2C........................................................67
O CONCEITO............................................................................70
Os dispositivos do Barramento FC...........................................71
Características Elétricas..........................................................72
O FORMATO DO BYTE..............................................................74
RECONHECIMENTO..................................................................75
GERAÇÃO DE CLOCK E ARBITRAGEM.......................................75
FORMATOS DOS DADOS..........................................................78
RADIESTESIA E AURA (Efeito Kirlian)........................................80
 AURA......................................................................................86
Conclusão................................................................................92
TELEPATIA E TELECINESIA........................................................93
Circuitos Práticos.....................................................................95
Telecinese.............................................................................100
Conclusão..............................................................................105
COMO FUNCIONA O RADIOGONIÔMETRO.................................106
Usando as Estações de Rádio como Referência....................107
Como Demonstrar.................................................................109
INDUTORES, CAPACITORES E FILTROS....................................113
Capacitores...........................................................................113
Exemplo de Aplicação da Fórmula............................116
INDUTORES...........................................................................117
Exemplo de Aplicação de Fórmula............................120
Combinando Indutores e Capacitores em Filtros...................121
Filtros Contra Interferências..................................................121
 Filtro para Alto-Falantes.......................................................122
Filtro de Antena.....................................................................123
Filtro de Equalização.............................................................123
FILTROS NA PRÁTICA.............................................................125
Filtros Passa-Baixas..................................................126
Filtros passa-altas....................................................127
Filtros Divisores Para Alto-Falantes.......................................129
Série.........................................................................129
Paralelo....................................................................131
COMO FUNCIONAM OS CONVERSORES BUCK...........................133
Os Conversores Boost...........................................................134
Analisemos o funcionamento nos dois modos:......................135
Modo Contínuo.........................................................135
Modo descontínuo....................................................136
6
Aplicações Práticas................................................................138
COMO FUNCIONAM OS CONVERSORES "BOOST"......................141
O Indutor...............................................................................142Um Conversor Boost na Prática.............................................144
Modos de Operação...............................................................145
Aplicações Práticas...................................................148
CONHEÇA O GERADOR DE FUNÇÕES 566.................................151
COMO FUNCIONAM OS CONVERSORES A/D - Parte I.................161
SINAIS ANALÓGICOS E SINAIS DIGITAIS.................................162
OS CONVERSORES NA PRÁTICA.............................................166
O CIRCUITO INTERNO DO CONVERSOR A/D...........................171
a) Sistema de conversão simultânea........................174
b) Circuito de Conversão Por Contador.....................175
COMO FUNCIONAM OS CONVERSORES A/D - Parte II................178
CONVERSOR DE APROXIMAÇÕES SUCESSIVAS......................178
CONVERSORES DE RAMPA ÚNICA..........................................180
CONVERSORES DE DUPLA RAMPA.........................................182
SIGMA-DELTA........................................................................183
NA PRÁTICA...........................................................................186
a) número de saídas ou bits.....................................186
b) número de entradas.............................................186
c) velocidade............................................................187
d) faixa de operação................................................188
e) compatibilidade lógica.........................................188
f) linearidade............................................................188
CONCLUSÃO..........................................................................189
Outros mais de 160 livros de Eletrônica e Tecnologia do INCB. 190
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Como Funciona - Aparelhos, Circuitos e Componentes Eletrônicos – Volume 7
Apresentação da Série
Esta é uma série de livros que levamos aos nossos leitores
sob patrocínio da Mouser Electronics (www.mouser.com). Os
livros são baseados nos artigos que ao longo de nossa carreira
como escritor técnico publicamos em diversas revistas, livros e no
nosso site. São artigos que representam 50 anos de evolução das
tecnologias eletrônicas e, portanto, têm diversos graus de
atualidade. Os mais antigos foram analisados com eventuais
atualizações. Outros pela sua finalidade didática, tratando de
tecnologias antigas e mesmo de ciência não foram muito
alterados a não ser pela linguagem que sofreu modificações. Os
livros da série consistirão numa excelente fonte de informações
para nossos leitores.
 Os artigos têm diversos níveis de abordagem, indo dos
mais simples que são indicados para os que gostam de
tecnologia, mas que não possuem uma fundamentação teórica
forte ou ainda não são do ramo. Neles abordamos o
funcionamento de aparelhos de uso comum como
eletroeletrônicos, não nos aprofundando em detalhes técnicos
que exijam conhecimento de teorias que são dadas nos cursos
técnicos ou de engenharia.
 Outros tratam de componentes, ideais para os que
gostam de eletrônica e já possuem uma fundamentação quer seja
estudando ou praticando com as montagens que descrevemos
em nossos artigos. Estes já exigem um pequeno conhecimento
básico da eletrônica. Estes artigos também vão ser uma
excelente fonte de consulta para professores que desejam
preparar suas aulas.
 Temos ainda os artigos teóricos que tratam de circuitos e
tecnologias de uma forma mais profunda com a abordagem de
instrumentação e exigindo uma fundamentação técnica mais alta.
São indicados aos técnicos com maior experiência, engenheiros e
professores.
 Também lembramos que no formato virtual o livro conta
com links importantes, vídeos e até mesmo pode passar por
atualizações on-line que faremos sempre que julgarmos
necessário.
8
NEWTON C. BRAGA
Trata-se de mais um livro que certamente será importante
na sua biblioteca de consulta, devendo ser carregado no seu
tablete, laptop ou celular para consulta imediata.
Os livros podem ser baixados gratuitamente no nosso site
e um link será dado para os que desejarem ter a versão impressa
pagando apenas pela impressão e frete.
Newton C. Braga
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Como Funciona - Aparelhos, Circuitos e Componentes Eletrônicos – Volume 7
Apresentação
Saber como funcionam componentes, circuitos e
equipamentos eletrônicos é fundamental não apenas para os
profissionais da eletrônica que usam de forma prática a
tecnologia em seu dia a dia como também para aqueles que não
sendo técnicos, mas possuindo certo conhecimento, precisam
conhecer o funcionamento básico das coisas.
 São os profissionais de outras áreas que, para usar melhor
equipamentos e tecnologias precisam ter um conhecimento
básico que os ajude.
 Assim, tratando de conceitos básicos sobre componentes
e circuitos neste primeiro volume e depois de equipamentos
prontos num segundo, levamos ao leitor algo muito importante
que já se tornou relevante em recente estudo feito por
profissionais.
 A maior parte dos acidentes que ocorrem com o uso de
equipamentos de novas tecnologias ocorre com pessoas que não
tem um mínimo de conhecimento sobre o seu princípio de
funcionamento.
 A finalidade deste livro não é, portanto, ajudar apenas os
estudantes, professores e profissionais, mas também os que
usam tecnologia no dia a dia e desejam saber um pouco mais
para melhor aproveitá-la e não cometer erros que podem
comprometer a integridade de seus equipamentos e até causar
acidentes graves.
Nota importante: componentes básicos como os
resistores, capacitores, indutores, transformadores, diodos,
transistores, também têm a seu princípio de funcionamento
explicado na nossa série de livros “Curso de Eletrônica”. Neste
livro, abordamos alguns componentes que especificamente têm
explicações mais detalhadas do que as encontradas naquelas
publicações. 
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NEWTON C. BRAGA
CONTATORES
 
Existe uma grande quantidade de dispositivos e
equipamentos utilizados no controle industrial. Um dos
dispositivos mais simples usado no controle industrial é o
contator. Veja neste artigo como funciona e para que serve um
contator. Veja também como interpretar suas características.
a enorme linha de equipamentos e dispositivos utilizados
no controle industrial podemos citar os painéis de controle, os
equipamentos de conversão de energia elétrica, os equipamentos
de controles de processo, os controladores lógicos programáveis
(CLPs), os relés, contatores, interruptores e controladores de
motores.
É justamente deste último grupo de dispositivo que nos
propomos a tratar neste artigo. Lembramos que já falamos dos
CLPs e dos Inversores de Potência (que se encaixa no grupo dos
equipamentos de conversão de energia elétrica) em artigos
anteriores.
No grupo dos relés, contatores, interruptores e
controladores de motores podemos incluir os seguintes
dispositivos:
a) Interruptores operados mecanicamente, magneticamente
ou manualmente assim como dispositivos operados por
temperatura (térmicos) e por sobrecarga.
b) Controladores de motores com a finalidade de
proporcionar recursos de segurança em caso de
sobrecargas, falhas de aterramento etc.
c) Interruptores operados por flutuação. São dispositivos
acionados por peso, pressão ou vácuo usados no controle
direto de motores.
d) Interruptores por tensão plena, ignição, baixa tensão etc.
e) Interruptores combinados manuais e magnéticos,
operados por fluxo ou proximidade etc.
f) Interruptores de estado sólido e medidores.
11
Como Funciona - Aparelhos, Circuitos e Componentes Eletrônicos – Volume 7
O Contator
As elevadas correntes que são drenadas pelos
equipamentos industriais, principalmente os motores de alta
potência impede que interruptores comuns sejam usados para
seu controle.
De fato, além de termos uma forte carga indutivanesses
motores, suas correntes iniciais podem alcançar valores de
centenas ou milhares de ampères. O arco formado na abertura
dos contatos, e o efeito de repique no fechamento poderiam
distribuir de forma aleatória a corrente pela superfície desses
contatos causando sua queima em pouco tempo, conforme
mostra a figura 1.
O leitor deve ter notado o que ocorre quando você desliga
uma lâmpada eletrônica em sua casa: a forte carga indutiva que
ela representa, causa faíscas nos contatos do interruptor que são
facilmente percebidas. Essas faíscas também são a causa da
rápida deterioração dos interruptores que, em pouco tempo,
começam a falhar, conforme mostra a figura 2.
12
NEWTON C. BRAGA
Para controlar correntes intensas é preciso usar
interruptores que tenham características especiais como:
 Alta velocidade de fechamento e abertura dos contatos
 Grande superfície dos contatos
Isso é conseguido com dispositivos denominados
“contatores”.
O contator é um dispositivo eletromecânico com princípio
de funcionamento semelhante ao de um relé. Na figura 3 temos a
estrutura de um contator em suas duas posições de
funcionamento, energizado e desenergizado.
13
Como Funciona - Aparelhos, Circuitos e Componentes Eletrônicos – Volume 7
Uma bobina, operada por uma baixa tensão contínua ou
alternada, move um conjunto de contatos mecânicos que têm as
características exigidas para o controle de correntes intensas.
Os contatos podem ser do tipo NA (normalmente abertos)
e NF (normalmente fechados).
Para os contatos NA, quando a bobina do contator se
encontra desenergizada, eles permanecem desligados. Quando a
bobina é energizada, os contatos são ligados.
Para os contatos NF, o comportamento é inverso: quando a
bobina se encontra desenergizada, os contatos permanecem
fechados. Ao ser energizada, os contatos abrem o circuito
externo. Uma mola interna garante que a ação de abertura dos
contatos seja muito rápida quando a bobina é desenergizada.
As bobinas dos contatos são especificadas para tensões
alternadas de 12, 24, 110, 127, 220, 380 e 440 V. Para as
correntes contínuas, as tensões especificadas são de 12, 24, 48,
110, 125 e 220 V.
Na foto abaixo temos a foto de um contator comum, para
uso industrial.
14
NEWTON C. BRAGA
Como Usar Contatores
Na figura 4 temos um exemplo de numeração dos
terminais (bornes) de um contator.
Para usar um contator é preciso levar em conta a tensão
de sua bobina, que vai determinar como ele é acionado, e a
corrente máxima de seus contatos.
Os contatores são especificados por uma corrente nominal
(In) a qual deve ser levada em conta em função do tipo de serviço
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Como Funciona - Aparelhos, Circuitos e Componentes Eletrônicos – Volume 7
que ele vai executar. Assim, um contator da categoria AC1, no
serviço 1, pode suportar uma corrente igual à nominal ao ligar e
desligar e eventualmente (serviço) ocasional, uma corrente 1,5
vezes maior que a nominal.
A tabela abaixo dá as diferentes categorias de empregos
de contatores:
CATEGORIA SERVIÇO
LIGAR
NORMAL
DESLIGAR
SERVIÇO
LIGAR
OCASIONAL
DESLIGAR
AC1 1.IN 1.IN 1,5.IN 1,5.IN
AC2 2,5.IN 1.IN 4.IN 4.IN
AC3 6.IN 1.IN 10.IN 8.IN
AC4 6.IN 6.IN 12.IN 10.IN
Os contatores são usados exatamente da mesma forma
que os interruptores comuns: são ligados em série com os
circuitos que devem controlar, conforme mostra a figura 5.
Nessa figura mostramos como usar um contator para um
sistema de partida direta de um motor trifásico. Observe que é
muito importante que nas aplicações industriais sempre se
controle todas as três fases ao mesmo tempo, o que não ocorre
nos circuitos comuns domésticos de baixa potência.
Veja que, podemos utilizar diversos tipos de circuitos para
controlar a bobina do contator, obtendo assim maior
versatilidade. Assim, conforme mostra a figura 6, podemos
controlar a bobina por duas chaves (botoeiras) obtendo assim liga
e desliga independente e, além disso, podemos adicionar um relé
térmico que protege o circuito no caso de um sobreaquecimento
ou sobrecarga.
16
NEWTON C. BRAGA
K1 tem o que se denomina “contato de selo”. Sua
finalidade é agregar a função “trava” ao circuito. Assim, quando
acionamos a botoeira que liga o motor, o contato de selo “trava”
na posição “ligado”, mantendo a bobina K1 do contator
energizada, mesmo depois que tiramos o dedo do botão de
acionamento.
Na figura 7 temos uma aplicação importante e bastante
usada na indústria. Trata-se da inversão do sentido de rotação de
um motor pela “troca” das fases, o que é feito através de
contatores.
Conclusão
Quando se trabalha com automação industrial, onde as
correntes que alimentam os diversos dispositivos são intensas,
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Como Funciona - Aparelhos, Circuitos e Componentes Eletrônicos – Volume 7
dispositivos especiais para seu controle devem ser usados. O
contator, que vimos neste artigo é um desses dispositivos. Seus
recursos permitem ligar e desligar cargas que exigem correntes
muito intensas de forma segura e eficiente. 
Além disso, ele permite que circuitos recursos especiais
sejam agregados, tornando o controle muito mais versátil tais
como a ação biestável, a interrupção automática em caso de
sobrecargas e muito mais. Todo o profissional da automação
industrial deve estar apto a entender as especificações desses
dispositivos e saber como usá-los corretamente.
18
NEWTON C. BRAGA
Dispositivos DR – Como Funcionam
Se bem que incluam recursos eletrônicos, e esta será a
abordagem principal neste artigo, ao analisar seu funcionamento,
os dispositivos DR ou Disjuntores Diferenciais Residuais (DDR), ou
ainda, Dispositivos de Corrente Diferencial Residual são
fundamentais na segurança de instalações elétricas modernas.
Veja neste artigo como eles funcionam.
A segurança das instalações elétricas de todos os tipos é
fundamental em nossos dias e muito bem especificada nas
normas 5410. Aterramentos, isolamentos e todos os recursos
disponíveis para se evitar que a eletricidade cause danos a
pessoas ou seja causa de acidentes mais graves são previstos.
Um recurso importante que deve ser usado em todas as
instalações elétricas é o que desliga todo o circuito no caso de
alguém tomar contato com a instalação sendo, por esse motivo,
levada a uma situação de choque elétrico.
Os dispositivos DR ou ainda DDR (disjuntores diferenciais
residuais) são a solução para estas situações. A seguir, veremos
como eles funcionam e como devem ser usados numa instalação
elétrica.
O Circuito Elétrico
Para fornecer energia elétrica a um dispositivo qualquer de
modo que ela possa ser aproveitada, transformando-se em outra
forma de energia, por exemplo, luz, calor, movimento, som etc.
não basta ligar um fio que permita o transporte das cargas. 
Se apenas um fio for ligado as cargas chegam ao aparelho,
mas não tem para onde ir, conforme mostra a figura 1. Veja que
as cargas não são a energia elétrica, elas simplesmente
transportam a energia. Assim, elas devem entregar a energia ao
dispositivo alimentado e tem de ir para algum lugar.
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Como Funciona - Aparelhos, Circuitos e Componentes Eletrônicos – Volume 7
Figura 1 – Os elétrons que chegam à lâmpada não têm para onde ir depois.
 Se não tiverem para onde ir, a corrente simplesmente
para e nada mais acontece. Por esse motivo, analisando então os
casos em que os geradores alimentam lâmpadas, aquecedores ou
LEDs, vemos que é preciso que as cargas elétricas que formam a
corrente devem realizar um percurso ou caminho fechado. 
Saindo de um dos polos do gerador, elas percorrem todos
os componentes entregando sua energia, para depois chegar de
volta ao outro polo do mesmo gerador.
 Deve, então, haver um percurso ou caminho completo
(fechado) para que uma corrente possa circular e fornecer
energia. O dispositivoque fornece energia é o gerador e os que
recebem são os receptores. 
O caminho total percorrido pela corrente, incluindo os
componentes, recebe o nome de circuito elétrico, conforme
ilustrado na figura 2.
20
NEWTON C. BRAGA
Figura 2 – Para circular, a corrente precisa de um percurso fechado ou
circuito fechado.
É comum chamarmos o percurso total que uma corrente
deve fazer num conjunto de componentes de “circuito elétrico” ou
simplesmente circuito. O circuito é então formado pelo conjunto
de componentes que devem exercer alguma função quando
percorridos por uma corrente.
Observe que, se o circuito for interrompido em qualquer
ponto, a corrente deixa de circular por todo ele, e o dispositivo ou
aparelho para de funcionar.
O importante ao analisarmos o circuito elétrico é que a
intensidade da corrente é a mesma em todos os seus pontos, ou
seja, a corrente é a mesma antes e depois da lâmpada. A
lâmpada não consome elétrons, mas tão somente a energia que
eles transportam, de modo que os elétrons que saem de um polo
do gerador são mesmos que chegam ao outro.
Na corrente alternada, os elétrons oscilam, mas a
oscilação é mesma antes e depois da carga, ou seja, a
intensidade da corrente também é a mesma em todos os pontos
do circuito.
21
Como Funciona - Aparelhos, Circuitos e Componentes Eletrônicos – Volume 7
O Choque Elétrico
O corpo humano pode conduzir a corrente elétrica. No
entanto, como nosso sistema nervoso também opera com
correntes elétricas, qualquer corrente que "venha de fora"
consiste em uma forte interferência passível de causar sérios
problemas ao nosso organismo.
Dependendo da intensidade da corrente que circular pelo
nosso organismo, diversos efeitos podem ocorrer. Se a corrente
for muito fraca, provavelmente nada ocorrerá, pois o sistema
nervoso não será estimulado o suficiente para nos comunicar
alguma coisa, e as próprias células de nosso corpo não sofrerão
influência alguma.
Entretanto, se a corrente for um pouco mais forte, o
sistema nervoso já poderá ser estimulado e termos com isso
algum tipo de sensação como, por exemplo, um "formigamento".
Se a corrente for mais forte ainda, o estímulo já proporciona a
sensação desagradável do choque e até de dor.
Finalmente, uma corrente muito forte, além de poder
paralisar órgãos importantes como o coração, pode ainda
danificar as células "queimando-as", pois correntes intensas
quando encontram certa resistência à sua passagem, geram
calor.
A tabela abaixo nos mostra as diversas faixas de correntes
e os efeitos que causam sobre o organismo humano.
EFEITOS DA CORRENTE NO ORGANISMO 
HUMANO
100 µA a 1 mA - Limiar da sensação
1 mA a 5 mA - formigamento
5 mA a 10 mA - sensação desagradável
10 mA a 20 mA - pânico, sensação muito desagradável
20 mA a 30 mA - paralisia muscular 
30 mA a 50 mA - a respiração é afetada
50 mA a 100 mA - dificuldade extrema em respirar, ocorre
a fibrilação ventricular
100 mA a 200 mA - morte
200 mA - além da morte temos sinais de queimaduras
severas
22
NEWTON C. BRAGA
1 µA (um microampère = 1 
milionésimo de ampère)
 1 mA (um miliampère = 1 milésimo 
de ampère)
Uma crença que deve ser examinada com muito cuidado,
já que muitas pessoas a aceitam como definitiva, é a de que
usando sapatos de borracha não se leva choque e, portanto,
pode-se mexer à vontade em instalações elétricas. Nada mais
errado! 
Se a eletricidade é tão perigosa e, se mesmo usando
sapatos de borracha o choque ainda pode ocorrer, é importante
analisarmos o assunto mais profundamente.
Conforme vimos, uma corrente elétrica só pode circular
entre dois pontos, ou seja, é preciso haver um ponto com
potencial mais alto e um ponto de retorno ou potencial mais
baixo. A terra é um ponto de retorno, porque conforme vimos, as
empresas de energia a usam para ligar o polo neutro. Isso quer
dizer que, se a pessoa estiver isolada da terra (usando um sapato
com sola de borracha ou estando sobre um tapete de borracha ou
outro material isolante), um primeiro percurso para a corrente é
eliminado, veja a figura 3.
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Como Funciona - Aparelhos, Circuitos e Componentes Eletrônicos – Volume 7
Figura 3- Não há percurso para a corrente
Isso significa que, se uma pessoa, nestas condições, tocar
num ponto de uma instalação elétrica que não seja o neutro e,
portanto, houver um potencial alto (110 V ou 220 V), a corrente
não terá como circular e não haverá choque.
 
Lembre-se: estando isolado da terra 
e tocando num único ponto de uma 
instalação elétrica não há choque, 
porém, o fato de usar sapatos de 
borracha não o livrará do perigo de 
choque. Todavia, se a pessoa tocar 
ao mesmo tempo num outro ponto 
que ofereça percurso para a corrente 
seja por estar no circuito para isso, 
quer seja por estar ligado à terra, o 
choque ocorrerá, independentemente
da pessoa estar ou não com sapatos 
de sola de borracha, conforme mostra
a figura 4.
Figura 4 – Há percurso para a corrente
É por este motivo que uma norma de segurança no
trabalho com eletricidade consiste em sempre se tocar apenas
num ponto do circuito em que se está trabalhando, caso exista o
24
NEWTON C. BRAGA
perigo dele estar ligado. Nunca segurar dois fios, um em cada
mão! Nunca apoiar uma mão em local em contato com a terra
enquanto se trabalha com a outra!
Detectando Fugas
Os dispositivos diferenciais de proteção se baseiam
exatamente no fato de que em todos os pontos de um circuito
elétrico a intensidade da corrente deve ser a mesma. Isso só não
vai ocorrer e algum elemento estranho ao circuito desviar parte
da corrente de modo que tanto no fio fase como no de retorno
(neutro) as correntes se alterem e fiquem diferentes.
 Na figura 5 mostramos o que ocorre no caso de alguém
tocar num dos fios de uma instalação elétrica, tomando choque
pela corrente que, atravessando seu corpo vai para a terra.
Figura 5 – A corrente nos dois fios do circuito se altera em caso de fugas ou
choque
Assim, uma maneira simples de se detectar choque, fugas
ou outros problemas de um circuito consiste em se comparar as
correntes nos dois fios da instalação. Se as correntes tiverem a
mesma intensidade, então podemos dizer que o circuito está em
ordem, e que apenas a carga está recebendo a alimentação.
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Como Funciona - Aparelhos, Circuitos e Componentes Eletrônicos – Volume 7
No entanto, se as correntes tiverem intensidades
diferentes, então podemos dizer que está havendo uma fuga, um
curto à terra ou então alguém está sendo afetada por um choque,
sendo a causa de um desvio de corrente.
É exatamente isso que faz o Dispositivo DR ou DDR. Ele
compara as duas correntes e no momento em que elas se tornam
desiguais, ele desliga o circuito. Para os Dispositivos DR comuns a
sensibilidade costuma estar em torno de 30 mA.
Na figura 6 mostramos como isso pode ser feito com a
utilização de um transformador de corrente e um comparador de
tensão.
Figura 6 – O transformador de corrente
Neste circuito se as intensidades das correntes forem
iguais, a saída será zero. Se as intensidades forem diferentes
teremos uma tensão de saída. Essa tensão de saída pode então
ser usada para acionar um relé ou disjuntos que desarma o
circuito até que a causa da fuga seja removida, ou então exigindo
o rearme de forma manual.
Veja que o dispositivo opera com o campo magnético da
corrente que passa através do fio, que induz uma tensão nas
espiras da bobina do toroide. Assim, as perdas no circuito
praticamente não existem. A corrente no circuito não é afetada.
Na figura 7 temos o aspecto de um dispositivo deste tipo
que incorpora o sistema sensor e o circuito de desarme.
26
NEWTON C. BRAGA
Figura 7 – dispositivos DR comuns
A instalação do dispositivo é muito simples. Basta
intercalá-lo na entrada do circuito elétrico a ser protegido.Na
figura 8 temos os diversos modos de conexão dos dispositivos DR
segundo a Siemens (www .siemens.com.br ).
Especificações
Os dispositivos DR são especificados basicamente pela
corrente nominal do circuito que devem proteger e pela corrente
residual que provoca o desarme do circuito. As correntes
residuais podem variar entre 10 mA e 300 mA tipicamente e para
a proteção contra curtos-circuitos temos uma proteção adicional
que é o disjuntor, especificados em ampères. Valores na faixa de
16 a 125 A são comuns nas instalações comerciais e residenciais.
27
http://www.siemens.com.br/
http://www.google.com.br/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=-Seh7TuG5qyE4M&tbnid=nV_ukYuQHhznQM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.suzuki.arq.br/unidadeweb/sistemas2/aula10/aula10.htm&ei=961eUZLBC4HO9QS5-YCwBg&psig=AFQjCNFHg67cX7hHQR5bVUiXoi4rcq-gTw&ust=1365245674591089
Como Funciona - Aparelhos, Circuitos e Componentes Eletrônicos – Volume 7
Figura 8 – Modos de conexão para os diversos tipos de dispositivos DR,
segundo a Siemens
28
http://www.google.com.br/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=nnk3EO19Fa5QuM&tbnid=HOQwOXjJ1iiDPM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.siemens.com.br/templates/v2/templates/TemplateD.Aspx?channel=9102&ei=28teUayeEom08ATojYGoCg&psig=AFQjCNETUCWElQ8jm6FjRdRJhb-6BbRcnQ&ust=1365253419041250
NEWTON C. BRAGA
REPELENTES ULTRASSÔNICOS
Este artigo é bastante interessante e 
não perde sua atualidade. Nele 
explicamos os estudos que existem 
que indicam que os insetos de 
determinadas espécies e mesmo 
animais de pequeno porte são 
sensíveis aos ultrassons. Mostramos 
que existem diversas espécies que 
podem ouvir frequências muito além 
daquela que nossos ouvidos 
alcançam.
Introdução
Quem observar anúncios de suplementos agrícolas, que
tratam de animais e mesmo produtos especiais para residências
notamos uma grande quantidade de ofertas de repelentes
eletrônicos de animais, baseados na emissão de ultrassons. Como
funcionam e se realmente são eficientes é o que vamos discutir
nesse breve artigo especial.
O espectro audível dos seres humanos e da maioria dos
outros animais é diferente. Nossa faixa audível se estende de
aproximadamente 16 Hz a 16 000 Hz ou 18 000 Hz, dependendo
do indivíduo, influindo a idade, eventuais deficiências congênitas
e outros fatores.
Essa faixa de frequências, por esse motivo é denominada
espectro audível. Abaixo dos 16 Hz temos os infrassons e acima
os ultrassons. Existem, entretanto, animais que possuem
espectros audíveis que se estendem bastante para a faixa dos
ultrassons, conforme mostra a figura 1.
29
Como Funciona - Aparelhos, Circuitos e Componentes Eletrônicos – Volume 7
Os cães e muitos pequenos mamíferos como os ratos
podem ouvir sons que em alguns casos superam os 25 000 a 30
000 Hz (25 kHz a 30 kHz) e existem golfinhos e morcegos cuja
capacidade auditiva se aproxima dos 100 000 Hz (100 kHz).
É claro que a emissão contínua de um som que podemos
ouvir é desagradável, principalmente se ele for intenso. Um apito,
sirene ou buzina que toque constantemente causa perturbações
evidentes. Isso também ocorre no caso dos animais e é
justamente esse fato que é aproveitado nos repelentes,
espantalhos ou outro nome que seja dado a esses equipamentos.
O que se faz é então gerar um sinal contínuo que caia na
faixa dos ultrassons aplicando-o a um transdutor que o reproduza
com grande intensidade. Como os ultrassons gerados não podem
ser ouvidos pelos humanos eles não nos causam perturbação
alguma.
No entanto os animais que eventualmente devam ser
repelidos como cães, gatos, ratos e outros os ouvem e para eles
esses ultrassons são desagradáveis. Assim, os repelentes
anunciados (às vezes com preços muito mais altos do que a
eletrônica que contém) nada mais são do que osciladores e de
alta potência (alguns watts a algumas dezenas de watts, gerando
e reproduzindo ultrassons.
A faixa utilizada pode variar entre 20 kHz e 30 kHz
dependendo do animal que deva ser repelido.
30
NEWTON C. BRAGA
Um ponto importante que deve ser considerado ao se
utilizar esses equipamentos é que os animais domésticos são
afetados pelos ultrassons emitidos, pois eles podem ouvi-los. 
Assim os cães e gatos podem ser tão perturbados como os
animais que devem ser repelidos, podendo até apresentar
problemas de comportamento. A recomendação é que tais
repelentes nunca sejam utilizados em locais em que existam
animais domésticos. Instale o repelente num silo, despensa ou
outro local, mas nunca onde fica seu cãozinho ou onde seu gato
costuma estar.
Considere também que os animais que você pode estar
tentando repelir não sejam sensíveis aos ultrassons, caso em que
o aparelho não fará efeito algum.
Leve em conta também o consumo de energia que seu
repelente vai apresentar, pois trata-se de dispositivo que deve
ficar permanentemente ligado em alguns casos. Um consumo de
20 W, por exemplo, 24 horas por dia significa14 400 watts por
mês ou 14,4 kW. 
Se você usar mais de um desses equipamentos em sua
propriedade, o custo com energia pode se tornar um fator de
peso na sua utilização.
31
Como Funciona - Aparelhos, Circuitos e Componentes Eletrônicos – Volume 7
MECATRÔNICA - OS SERVOS
Os servos são elementos fundamentais nos projetos de
mecatrônica. Sendo os "órgãos efetores" que transformam sinais
elétricos em movimentos os servos são encontrados em robôs,
automatismos industriais e em qualquer aplicação que envolva
controle eletrônico de movimentos. Neste artigo analisamos o
funcionamento dos servos (servomotores) e até damos algumas
informações para elaboração de projetos práticos com finalidade
didática ou experimental.
Nos projetos que envolvem movimentos controlados pela
eletrônica e que são amplamente estudados pela mecatrônica,
temos basicamente três tipos de dispositivos de conversão de
energia elétrica em energia mecânica: os solenoides, os motores
de passo e os servomotores.
Os servomotores, pela sua simplicidade e baixo custo já
que podem usar motores comuns de corrente contínua ou mesmo
alternada, são especialmente indicados para finalidades
experimentais e didáticas.
Neste artigo vamos analisar o princípio de funcionamento
dos servos ou servomotores e dar algumas aplicações que podem
ser muito interessantes em robótica, controles industriais,
controle remoto ou mesmo em experimentação.
O QUE É UM SERVO
O servo ou servomotor é um dispositivo que converte um
sinal elétrico num movimento proporcional ou num deslocamento
de uma alavanca. O servo básico consta de um motor que, por
meio de um sistema de redução ou não, aciona um dispositivo de
realimentação e uma alavanca. O dispositivo de realimentação
serve para indicar a posição da alavanca de modo que o circuito
de controle possa levá-la à posição desejada.
Na figura 1 temos a representação simbólica de um servo
e que vai servir de ponto de partida para nossas explicações.
32
NEWTON C. BRAGA
A ideia básica do servo é converte um sinal elétrico, por
exemplo uma tensão, num movimento proporcional de uma
alavanca ou ainda um cursor.
Se um servo pode ter uma alavanca que se movimente de
90 graus, por exemplo, quando a tensão de entrada varia de 0 à 1
volts, as tensões intermediárias aplicadas na entrada do circuito
podem levar a alavanca a qualquer posição intermediária cujo
ângulo seja proporcional a estas tensões.
Esta proporcionalidade entre o movimento e a tensão de
entrada (ou outra grandeza) também leva estes dispositivos a
serem classificados como de controles proporcionais. Em outras
palavras, existe uma proporção direta entre o ângulo de giro da
alavanca do servomotor e a tensão aplicada à sua entrada,
conforme mostra a figura 2.
33
Como Funciona - Aparelhos, Circuitos e Componentes Eletrônicos – Volume 7
Esta característica leva estedispositivo a uma poder ser
usado numa infinidade de aplicações práticas.
Numa aplicação de controle, por exemplo, basta ter um
sensor que indique na forma de uma tensão qual é a posição que
deve ser levado um braço mecânico ou alavanca, para que o
servo seja capaz de movimentar esta alavanca até a posição
desejada.
Uma aplicação muito comum para este tipo de dispositivo
é no controle remoto de brinquedos, por exemplo um barco. Uma
alavanca de controle no transmissor tem um potenciômetro que
gera um sinal que corresponde à posição que desejamos levar o
leme ou o acelerador.
No receptor, um circuito decodificador transforma este
sinal numa tensão proporcional que é aplicada ao servo
correspondente. Desta forma, o braço do servo atua sobre o
leme ou o acelerador, levando-o à posição desejada. Na figura 3
mostramos como isso funciona.
34
NEWTON C. BRAGA
COMO FUNCIONA
Na figura 4 temos a estrutura simplificada de um
servomotor que vai servir de base para nossa análise do princípio
de funcionamento.
35
Como Funciona - Aparelhos, Circuitos e Componentes Eletrônicos – Volume 7
O motor gira normalmente num sentido ou noutro
conforme a polaridade da tensão aplicada, pois trata-se de um
motor de corrente contínua comum.
De modo a impedir que ele movimente muito rápido os
demais elementos do servo, um sistema simples de engrenagens
(ou mesmo correias) pode ser usado.
O motor, no nosso caso, movimenta tanto a alavanca que
vai proporcionar o acionamento externo, ou seja, que vai ser
acoplada ao dispositivo final como também o eixo de um
potenciômetro. O potenciômetro funciona como sensor de posição
para o circuito de realimentação. O circuito de realimentação tem
por base um comparador de tensão comum.
Um comparador de tensão nada mais é do que um
amplificador operacional com um ganho muito alto, de modo a
haver uma comutação muito rápida de sua saída em
determinadas condições. Estas condições podem ser facilmente
entendidas a partir do exemplo dado a seguir.
Na entrada inversora (-) aplicamos uma tensão que vai ser
a referência do circuito. Esta tensão pode ser aplicada por um
36
NEWTON C. BRAGA
divisor resistivo ou mesmo um potenciômetro, conforme mostra a
figura 5.
A seguir, aplicamos na entrada não inversora (+) uma
tensão que vai aumentando vagarosamente de valor a partir de
zero.
Observe que a fonte de alimentação usada neste circuito é
simétrica, ou seja, temos uma tensão positiva em relação ao
ponto de zero volt e uma tensão negativa a partir de zero volt.
Lembre-se que o motor gira num sentido quando aplicamos uma
tensão positiva e gira no sentido oposto quando aplicamos uma
tensão negativa, conforme mostra a figura 6.
37
Como Funciona - Aparelhos, Circuitos e Componentes Eletrônicos – Volume 7
Partindo então da tensão nula na entrada do comparador
de tensão, como ela é inferior à tensão de referência, a saída
deste circuito se mantém negativa, com o valor máximo dado
pela fonte.
A tensão vai subindo então suavemente, mas mantendo-se
inferior à referência nada acontece com saída que se mantém
negativa. Chega então o instante em que a tensão de entrada
iguala a tensão de referência. Neste momento, o comparador
comuta e sua tensão de saída tende a zero.
No entanto, o ganho do comparador é muito grande, da
ordem de 100 000 vezes ou mais, o que quer dizer que será muito
difícil ele se manter exatamente neste ponto, e com a subida da
tensão de entrada para um valor maior que a referência, a saída
também sobe para o máximo positivo.
Em suma, quando a tensão de entrada supera o valor de
referência, a tensão de saída passa do máximo negativo para o
máximo positivo, conforme mostra a figura 7.
No caso do servo, a tensão de referência é a tensão
aplicada ao controle, ou seja, a tensão que um potenciômetro de
controle determina quando ligado como divisor de tensão.
38
NEWTON C. BRAGA
 A tensão de entrada, por outro lado, é determinada pelo
potenciômetro que está ligado à alavanca, conforme mostra a
figura 8.
Quando então colocamos o potenciômetro de controle
numa determinada posição, ele determinada a tensão de
referência no comparador.
Supondo que o potenciômetro da alavanca não esteja na
mesma posição, é aplicada uma tensão diferente da referência e,
portanto, a saída do comparador pode ser positiva ou negativa.
Conforme sua polaridade esta tensão vai fazer com que o motor
gire num sentido ou no outro movimentando o potenciômetro de
realimentação.
À medida que o potenciômetro se movimenta a tensão que
ele aplica se aproxima rapidamente da tensão de referência até o
momento em que elas se igualam. Quando elas se igualam o
motor inverte sua rotação e passando gora a girar no sentido
oposto ele rapidamente alcança novamente o ponto de
comutação. Oscilando então em torno da tensão de referência, o
motor praticamente para na posição desejada, conforme mostra a
figura 9.
39
Como Funciona - Aparelhos, Circuitos e Componentes Eletrônicos – Volume 7
Esta oscilação dependerá da inércia do circuito que pode
ser ajustada tanto por meios elétricos como mecânicos para que
não ocorram vibrações fortes. Podemos usar capacitores no
circuito de realimentação ou mesmo recursos mecânicos para
esta finalidade.
Se o potenciômetro de controle for mudado de posição,
muda a tensão de referência. Imediatamente o comparador
comuta no sentido de fazer o motor girar levando o
potenciômetro de realimentação a uma posição que gere a tensão
que iguala à referência.
Evidentemente, em lugar do potenciômetro de controle
podemos usar qualquer circuito que gere a tensão na faixa de
atuação desejada. O circuito pode ser um conversor
digital/analógico (DAC), por exemplo, para se obter um controle
digital a partir de um computador, conforme mostra a figura 10.
40
NEWTON C. BRAGA
Podemos usar sensores resistivos como um LDR para
movimentar uma janela para que a intensidade de luz chegue
exatamente a um nível pré-determinado, ou mesmo um segundo
sensor de posição.
PROJETOS SIMPLES DE SERVOS
Uma ideia de projeto que pode ser alterada à vontade pelo
leitor conforme a aplicação desejada é a mostrada na figura 11.
 
Um potenciômetro linear comum é acoplado ao eixo da
caixa de redução. A faixa de controle do dispositivo poderá ser
41
Como Funciona - Aparelhos, Circuitos e Componentes Eletrônicos – Volume 7
tanto a faixa de giro completa do potenciômetro como pode ser
alterada em função da tensão de entrada ou referência.
O circuito de controle é mostrado na figura 12 para o caso
de um motor de 6 volts.
Os transistores devem ser dotados de radiadores de calor
e se for usada fonte de alimentação externa deve ser simétrica
com o circuito mostrado na figura 13.
Para este circuito, a faixa de tensões de entrada varia de -
6 a +6 volts e comparadores de tensão equivalentes podem ser
usados sem problemas.
O capacitor C1 de entrada deve ter seu valor obtido
experimentalmente em função do motor e do sistema mecânico
de modo a se minimizar o efeito das oscilações no ponto de
42
NEWTON C. BRAGA
ajuste. Para os transistores usados, o motor pode ter até 1
ampère de corrente e eventualmente podem ser usados motores
de 12 volts com a mesma corrente máxima, bastante alterar a
fonte de alimentação.
Deve-se lembrar a lei da conservação da energia, o que
quer dizer que podemos obter maior força com menor
deslocamento, ou menos força com maior deslocamento, mas
nunca mais força com maior deslocamento.
43
Como Funciona - Aparelhos, Circuitos e Componentes Eletrônicos – Volume 7
DETECTANDO RADIAÇÃO ATÔMICA
A presença de materiais radioativos no meio ambiente tem
um enorme potencial de perigo. A preocupação maior que a
presença desses materiais causa está no fato de que não temos
sentidos capazes de detectara radiação e sua presença
normalmente é detectada somente depois que os danos são
causados. A eletrônica tem os meios de detecção, e é deles que
vamos tratar neste artigo.
Quando determinados materiais, denominados radioativos
se desintegram, radiação ionizante é produzida. Essa radiação
pode atravessar objetos sólidos, causando a destruição de outros
átomos e matando células vivas.
Os materiais que possuem átomos que se desintegram e
maior ou menor quantidade são denominados “radioativos”
representando um perigo potencial para quem está exposto aos
seus efeitos. Para que os leitores possam entender como
funcionam os detectores de radiação é preciso antes conhecer
mais sobre a radiação atômica.
O Átomo
Como todos devem saber, a menor partícula de qualquer
substância é o átomo. Um átomo, conforme mostra a figura 1, é
formado por partículas menores denominadas elétrons, prótons e
nêutrons.
44
NEWTON C. BRAGA
No entanto, não são apenas essas três partículas que
encontramos nos átomos. Além delas, no núcleo de um átomo
existem muitas outras que são responsáveis pela sua estabilidade
e por outras características importantes.
O núcleo de átomo é uma estrutura extremamente sólida
no sentido de que são necessárias forças gigantescas para causar
sua destruição, ou seja, a separação das partículas que o formam.
Podemos dizer que os núcleos dos átomos são estruturas que
duram indefinidamente.
Ocorre, entretanto, que existem determinadas substâncias
em que os núcleos não são tão estáveis podendo
espontaneamente se desintegrar.
É o que ocorre com materiais como o Urânio, em que os
átomos estão constantemente “se desmanchando”, explodindo
com suas partes sendo expelidas na forma de radiação, conforme
mostra a figura 2.
É claro que não podemos saber exatamente quais átomos
de um pedaço de urânio se desmancharão, ou desintegrando nos
próximos minutos. Podemos, entretanto, saber quantos deles
desintegrarão.
Dizemos então que, se um material tem seus átomos se
desintegrando numa proporção tal que eles ficam reduzidos à
metade em 100 anos, o material em questão tem uma “meia
vida” de 500 anos.
45
Como Funciona - Aparelhos, Circuitos e Componentes Eletrônicos – Volume 7
Os materiais radiativos têm diferentes graus de
radioatividade, conforme mostra a tabela abaixo em que damos a
“meia vida” de alguns elementos:
Átomo Gerador Átomo Resultante MEIA-VIDA
Carbono-14 Nitrogênio-14 5730 anos
Potássio-40 Argônio-40 1,25 bilhões de anos
Urânio-238 Chumbo-206 4,5 bilhões de anos
Rubídio-87 Estrôncio-87 48,8 bilhões de anos
Por exemplo, o urânio 238 se desintegra, formando
chumbo 2206 numa velocidade que sua quantidade se reduz à
metade em cada 4,5 bilhões de anos! Pode parecer muito esse
valor, mas considerando-se a gigantesca quantidade de átomos
que existe num simples pedaço de urânio de algumas gramas, a
intensidade da radiação resultante é enorme.
Quando um átomo se desintegra são produzidas
basicamente três espécies de radiações conforme mostra a figura
3.
Alfa (α) – Essas partículas são as menos penetrantes de
todas, sendo formadas basicamente por núcleos de hélio (2
prótons e 2 nêutrons), propagando-se uma velocidade pequena.
Até mesmo uma folha de papel pode bloquear essas partículas.
46
NEWTON C. BRAGA
Beta (β) – As partículas beta consistem em elétrons
acelerados a uma velocidade da ordem de 40 a 95% da
velocidade da luz, possuindo assim uma capacidade de
penetração maior. No entanto, até mesmo uma folha fina de
alumínio é capaz de bloquear um fluxo dessas partículas.
Gama (γ) – Os raios gama são extremamente
penetrantes, consistindo em ondas eletromagnéticas de
curtíssimo comprimento. Nem mesmo uma grossa parede de
chumbo consegue bloquear totalmente essas partículas que, por
esse motivo são as mais perigosas.
Emissões 
radioativas 
naturais 
Natureza
Velocidade 
relativa à da 
luz (c) 
Poder de 
penetraçã
o relativo
Poder de 
ionização 
relativo
α
2 prótons +
2 nêutrons 5 a 10% 1 10 000
β elétron 40 a 95% 100 100
γ
onda 
eletromagnét
ica
100% 10 000 1
Quando essas partículas atinge uma molécula de alguma
substância, incluindo as moléculas orgânicas que formam o nosso
corpo, seu poder de ionização pode romper as ligações químicas
que mantém sua integridade, causando sua destruição. Por esse
motivo, os seres vivos expostos a radiação vão tendo suas células
gradualmente mortas até que eles mesmos não consigam mais
sobreviver.
Como Detectar
Não podemos ver as partículas alfa, beta ou gama, mas
existem meios de fazer a sua detecção. Um modo simples
consiste em se usar um eletroscópio, já que as partículas alfa e
beta, são dotadas de cargas elétricas, conforme a figura 4.
No entanto, não é um meio prático, pois é preciso
acumular uma boa carga para que a detecção se torna possível.
Uma maneira muito comum de se detectar radiação assim
47
Como Funciona - Aparelhos, Circuitos e Componentes Eletrônicos – Volume 7
comode medir sua intensidade é através do uso de circuitos que
têm por sensores as válvulas Geiger-Müller.
Essas válvulas, conforme mostra a figura 5, consistem num
tubo de metal cheio com um gás sob baixa pressão. Na sua parte
frontal existe uma janela de mica, que é uma substância
relativamente transparente às radiações, incluindo as menos
penetrantes.
Aplicando-se uma alta tensão entre a carcaça da válvula e
um eletrodo interno, o gás isolante, impede a circulação da
corrente. No entanto, como a tensão é alta, o gás fica próximo de
seu ponto de ionização. Assim, basta que uma partícula radioativa
48
NEWTON C. BRAGA
penetre nessa válvula para que em sua trajetória forme-se um
percurso ionizado para a corrente e um pulso de sinal é
produzido, conforme mostra a figura 6.
A tensão dessas válvulas fica tipicamente entre 400 e 700
V. Assim, se amplificarmos o pulso produzido podemos usá-lo
para excitar dois tipos de circuitos indicadores.
Uma possibilidade consiste em se usar um transdutor
piezoelétrico ou um alto-falante ligado a um amplificador. A cada
pulso gerado pela passagem de uma partícula, teremos a
produção de um “clique” audível no transdutor.
Outra possibilidade consiste em se usar um circuito
integrador que “totaliza” a quantidade de pulsos produzidos,
acionando um medidor. Na figura 7 temos o aspecto típico de um
detector de radiação do tipo Geiger-Müller.
 Figura 7
49
Como Funciona - Aparelhos, Circuitos e Componentes Eletrônicos – Volume 7
Circuito Prático
Os tubos Geiger-Muller não são comuns em nosso
mercado. Na verdade, são bastante difíceis de se obter. No
entanto, se o leitor tiver a sorte de conseguir um, na figura 8
damos um circuito prático de um detector para um tubo de 700 V.
O circuito consta de um inversor transistorizado que gera
uma alta tensão a partir de um transformador. Esse
transformador é um componente crítico da montagem, devendo
ter um enrolamento de alta tensão da ordem de 500 V, para que
os picos do oscilador cheguem aos 700 V, após retificação. O
primário deve ser de 6 V com uma corrente de pelo menos 500
mA. 
50
NEWTON C. BRAGA
A frequência do oscilador deve ser ajustada no trimpot
para se obter o máximo rendimento. Observamos que os
multímetros comuns analógicos não conseguem medir a alta
tensão gerada (indicando valores muito menores que os reais),
pois sua baixa sensibilidade carrega o circuito.
As lâmpadas neon mais o MOV (ou diodo zener) devem ser
selecionados para regular a tensão em 700 V, caso seja esse o
tipo de tubo utilizado no projeto. O sinal gerado quando uma
partícula ionizante penetra no tubo é aplicado a uma etapa
amplificadora que usa um transistor NPN de uso geral e um
circuito integrado 4093.
O circuito integrado funciona como buffer-inversorou
amplificador digital, alimentando ou o instrumento indicador ou
ainda um microamperímetro de 0-100 uA. Dependendo dos
componentes usados, especificamente do tubo Geiger-Müller o
circuito pode necessitar de alterações de valores de componentes
para funcionar apropriadamente.
Outros Detectores
Um outro tipo de detector de radiação é o que faz uso de
um diodo de grande superfície. Evidentemente, a eficiência do
detector vai depender do tamanho do sensor, pois ela determina
a quantidade de partículas que podem ser sensoriadas.
O que se tem é um diodo polarizado no sentido inverso,
funcionando exatamente como uma fotocélula, as que não recebe
luz. As partículas ionizantes produzem pares elétrons-lacunas
quando atravessam o material semicondutor, gerando assim os
pulsos de corrente que são amplificados, conforme mostra a
figura 9.
51
Como Funciona - Aparelhos, Circuitos e Componentes Eletrônicos – Volume 7
Conclusão
Nos nossos dias com a proliferação do uso de materiais
radioativos e com o crescente perigo de que eles possam estar no
nosso meio de forma indevida, a necessidade de um detector é
algo que deve ser pensado. A eletrônica oferece os meios para
isso, e os detectores de uso comercial, atualmente disponíveis
fazem uso das técnicas que descrevemos neste artigo e que os
leitores devem conhecer.
52
NEWTON C. BRAGA
APARELHOS AUDITIVOS DIGITAIS
Os avanços das tecnologias que utilizam DSPs
(Processadores Digitais de Sinais) trazem um desafio para os
projetistas de equipamentos de ajuda auditiva (hearing aids). A
Texas Iunstruments (www.ti.com) apresenta diversas sugestões
para soluções nessas áreas empregando componentes já
existentes na sua linha de produtos. Veja neste artigo quais são
as soluções para este campo, sugeridos pela própria Texas
Instruments. (2006) (*)
(*) Procure no site da Texas 
informações para soluções mais 
recentes.
Os principais desafios que têm de enfrentar os projetistas
de equipamentos de ajuda auditiva estão nas suas reduzidas
dimensões (devem caber dentro do ouvido), no baixo consumo e
na fidelidade de reprodução exigida. Os dispositivos devem
consumir menos de 1 mA, ser alimentados com 1 V apenas e
utilizar um chip com menos de 10 mm2 de área, o que significa o
empilhamento de dispositivos.
Conforme mostra a figura 1, o equipamento de ajuda
auditiva típico consiste num amplificador com características não
lineares e um ganho dependente da frequência. 
As soluções analógicas podem ser baseadas em produtos
de linha, o que significa um custo relativamente baixo, no
entanto, à medida que podemos contar com circuitos digitais com
53
http://www.ti.com/
Como Funciona - Aparelhos, Circuitos e Componentes Eletrônicos – Volume 7
capacidade de processamento cada vez maior e um custo cada
vez menor, a possibilidade de usá-los se torna cada vez mais
interessante.
E, evidentemente, temos um equipamento de muito
melhor desempenho. Em lugar de um simples amplificador com
características ajustadas, pode-se aplicar estratégias muito mais
complexas de modo a se obter muito melhor qualidade de som. 
Os Problemas Auditivos
Os problemas que se manifestam nos pacientes que
precisam de equipamentos de ajuda auditiva podem ser divididos
em duas categorias: perda condutiva de audição ou perda senso-
neural auditiva (SNHL).
Uma perda condutiva de audição ocorre quando a
transdução do som através do ouvido externo do paciente ou do
ouvido médio é anormal. A perda senso-neural ocorre quando
tanto as células sensoriais da cóclea como os mecanismos
neurais mais acima do sistema auditivo falham.
Para as pessoas que tenham perda auditiva condutiva, o
som não é transmitido através do ouvido externo e médio. Como
o som é atenuado, a amplificação do som total é tudo que se
requer para se trazer de volta a capacidade de audição da
pessoa.
Nenhum processamento especial do sinal é necessário e
com isso os equipamentos analógicos tradicionais de ajuda
auditiva trabalham bem. Infelizmente, apenas 5% dos pacientes
que precisam de ajuda auditiva se enquadram nessa categoria de
problemas.
Para o caso da SNHL, as perdas principais são associadas à
idade, assim como problemas causados por ruídos em excesso,
drogas que afetam o sistema auditivo e outros. A maioria dos
problemas de SNHL aparece causado por disfunções cocleares. 
Acredita-se que o SNHL seja causado por danos nas células
ciliares internas, células ciliares externas ou em ambas. No
entanto, o que se sabe é que esse problema afeta os
audiogramas, levando a pessoas com curvas de respostas
diferentes e, portanto, à necessidade de compensação ou
correção do problema com equalizações diferentes.
54
NEWTON C. BRAGA
Na figura 2 temos duas curvas que mostram como uma
pessoa normal percebe os sons e como uma pessoa com SNHL
percebe os sons de diferentes frequências.
Figura 2
As pessoas afetadas têm então o sentido de audição
afetado com uma compressão da faixa normal, uma perda de
resolução além de outros problemas.
O Projeto Digital
Nas soluções analógicas tradicionais, os aparelhos de
ajuda auditiva consistem em pequenos amplificadores instalados
em moldes que se encaixam nos ouvidos, sendo alimentados por
baterias de zinco-ar. Os transdutores são microfones comuns e
existe também um alto-falante.
A maioria deles possui recursos relativamente simples de
compressão da faixa dinâmica, além de filtros que podem ser
usados para atenuar o reforçar determinadas faixas de
frequências de forma mais eficiente. O tipo de resposta desses
dispositivos pode ser ajustado em uma certa faixa de valores pelo
próprio médico ou audiologista. 
No caso dos equipamentos digitais, normalmente os tipos
existentes no mercado utilizam ASICs com a possibilidade de se
programar coeficientes. Esses ASICs são dotados de conjuntos de
algoritmos e diversas faixas de frequências de uma forma que
não pode ser conseguida pelos equipamentos analógicos comuns.
55
Como Funciona - Aparelhos, Circuitos e Componentes Eletrônicos – Volume 7
Um dispositivo típico que usa essa tecnologia pode conter
de 2 a 14 bandas de frequências com frequências de crossover
ajustáveis, um ou dois microfones para audição direcional,
redução de ruído de fundo, controle automático de ganho (CAG ou
AGC), reforço para a faixa de voz, redução de realimentação e
proteção contra sons muito altos.
Evidentemente, o processamento para se obter tudo isso é
muito maior do que num equipamento analógico comum.
Dispositivos digitais complexos são necessários nesse caso.
Um Exemplo de Projeto Usando DSP
No entanto, as soluções que fazem uso de DSPs podem ser
muito mais interessantes do que as que utilizam ASICs. Essas
soluções podem permitir a expansão dos recursos controlados por
software, incluindo recursos como: adaptação de frequência,
redução de feedback, redução de ruído, processamento binaural,
filtragem, redução de reverberação e até mesmo proporcionar
entrada direta de sinais de um telefone digital ou outra fonte
digital de sinais, TV e outros dispositivos de áudio.
Além disso, um DSP programável também significa que os
algoritmos e recursos podem ser customizados ou modificados
sem a necessidade de se trocar o hardware.
Na figura 3 temos um diagrama de blocos para um
aparelho desse tipo baseado em DSP.
Figura 3
56
NEWTON C. BRAGA
Um dispositivo típico desse tipo consiste basicamente em
três pastilhas empilhadas. Uma delas é a EEPROM ou memória
não volátil. O segundo é um dispositivo digital e o terceiro um
dispositivo analógico.
Com os recentes progressos na tecnologia de interação é
possível colocar esses três dispositivos em dois ou mesmo em
uma pastilha. Dada a faixa de operação das baterias usadas, de
1,35 V a 0,9 V, esses dispositivos são projetados para operarcom
apenas 0,9 V.
Algumas implementações fazem uso de gerenciadores de
consumo para monitorar a tensão da bateria e alertar o usuário
quando a bateria está fraca e graças às funções shutdown é
possível praticamente cortar o consumo quando a bateria está
fraca.
O dispositivo analógico normalmente inclui um conversor
analógico-digital (ADC) do tipo sigma-delta, um pré-amplificador
para microfone com compressão de entrada e limitação,
decodificador de dados com controle remoto, oscilador de clock e
regulador de tensão.
O conversor A/D sigma-delta normalmente tem uma faixa
de frequências de 20 kHz com 16 bits de resolução (14 bits –
linear). O dispositivo digital inclui o DSP, funções lógicas de
suporte, interface de programação e a etapa de saída.
A etapa de saída é normalmente toda digital, utilizando
uma saída Classe D modulada em largura de pulso (PWM). Esses
amplificadores usam a própria impedância do alto-falante para
realizar a conversão analógico para digital.
Nos aparelhos analógicos o consumo médio é de 0,7 a 1
mA ao mesmo tempo em que nos digitais esse consumo é de 0,5
a 0,7 mA. Utiliza-se uma bateria zinco-ar de 1,35 V de 30 a 65 mA
com uma corrente de auto descarga de 50 uA. 
Circuito Prático
Soluções prática para um projeto desse tipo podem ser
obtidas com o Codec de áudio de micropotência AIC111. O
circuito para essa aplicação é dado na figura 4. 
A primeira solução utiliza um DSP da série TMS320. A
segunda solução, mostrada na figura 5 faz uso de um
microprocessador MSP430.
57
Como Funciona - Aparelhos, Circuitos e Componentes Eletrônicos – Volume 7
Figura 4
58
NEWTON C. BRAGA
Figura 5
Conclusão
Soluções em equipamentos médicos que fazem uso de
novas tecnologias, principalmente a de uso de DSPs e
microprocessadores além de levarem a produtos mais eficientes
também consistem em soluções econômicas que devem ser
analisadas pelos projetistas.
Conforme vimos, o leitor pode contar com componentes de
empresas como a Texas Instruments para o desenvolvimento de
produtos avançados nesta área. Veja a Texas (www.ti.com) em
caso de dívidas ou se deseja obter mais informações.
59
http://www.ti.com/
Como Funciona - Aparelhos, Circuitos e Componentes Eletrônicos – Volume 7
MÚSCULOS PNEUMÁTICOS
Uma alternativa bastante importante para a
movimentação de partes móveis de robôs e outros dispositivos
mecatrônicos além das que exigem energia elétrica é a que faz
uso da pressão do ar. Assim, os dispositivos pneumáticos são tão
importantes como os elétricos e mecânicos dando origem a uma
ciência independente que é denominada “pneutrônica”. Neste
artigo mostramos uma alternativa simples para projetos
experimentais e didáticos, mas que pode ser estendida para
outros usos que é a utilização de músculos pneumáticos.
Pequenos compressores movidos a eletricidade ou mesmo
a força muscular são baratos e comuns podendo ser usados como
uma fonte de energia para movimentação de diversos dispositivos
mecânicos. O uso da pressão do ar de um reservatório pode ser
uma alternativa econômica e simples para a movimentação
destes dispositivos quando se faz uso dos músculos pneumáticos.
Estes músculos que podem ser encontrados em casas
especializadas do exterior, como um de 15 cm de comprimento,
pode contrair aproximadamente 2,5 cm (20% de seu
comprimento) exercendo uma força de 6,5 libras com pressão de
42 psi. Na figura 1 damos um exemplo de músculo deste tipo
mostrando como ele se contrai ao ser inflado.
 
60
NEWTON C. BRAGA
 A força que podem exercer estes músculos possibilita sua
utilização em dispositivos de robótica e automação substituindo
servos, solenoides e motores. 
Conforme podemos ver pela figura, seu princípio de
funcionamento é simples: quando vazio ele mantém seu
comprimento máximo e nenhuma força é exercida sobre suas
extremidades. No entanto, quando inflado ele “incha” e se contrai
em até 25% de seu comprimento exercendo uma força que pode
ser aproveitada para se movimentar algum dispositivo externo.
 A Imagem é de uma das empresas 
que fornece músculos pneumáticos 
(air muscles) e no seu site podemos 
encontrar mais informações sobre seu
uso. O endereço na Internet é: 
https://www.imagesco.com/
airmuscles/AirMuscle.html
 Também recomendamos o livro 
Robots, Androids and Animatronics de
John Iovine (http://www.amazon.com -
digite no search o nome do autor ou 
do livro), que possui um capítulo 
completo sobre o assunto.
Usando Os Músculos Pneumáticos
Não é preciso ter um compressor profissional ou
dispositivos caros de pneumáticas para se realizar algum tipo de
montagem prática usando músculos pneumáticos.
61
http://www.amazon.com/
Como Funciona - Aparelhos, Circuitos e Componentes Eletrônicos – Volume 7
Para isso você precisa inicialmente de alguma fonte de ar
sob pressão como a bomba de encher pneus do tipo de pedal,
como a mostrada na figura 2.
Este tipo de bomba é bastante comum em casas de
produtos importados e custa pouco podendo ser usada como
fonte de ar sob pressão para acionamento de diversos músculos
exercendo uma força considerável.
Além da bomba pneumática é preciso contar com uma
válvula tipo “three way”. conforme mostra a foto abaixo.
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NEWTON C. BRAGA
 Figura 3
Esta válvula tem por finalidade fornecer dois caminhos
para o ar: numa posição o ar flui do reservatório para o músculo
enchendo-o e com isso provocando sua contração e na outra
posição ela permite que o ar que está dentro do músculo escape,
fazendo com que ele volte à sua condição de relaxado.
Os outros elementos do sistema são relativamente simples
de obter como por exemplo os tubos de nylon para condução do
ar, o adaptador para a bomba de ar, a tampa adaptadora e uma
garrafa vazia de refrigerante PET.
Estas garrafas têm a vantagem de resistir uma
considerável pressão interna sem o perigo de estourar. Sabemos
que a pressão que elas aguentam está no limite pois elas
começam a inchar. Este ponto nunca deve ser ultrapassado.
Nunca deve ser usada garrafa equivalente, principalmente
de vidro que, em caso de explosão pode lançar fragmentos de
modo extremamente perigoso em todas as direções.
Na figura 3 mostramos como o sistema deve ser montado
para termos o acionamento de um músculo pneumático de forma
simples para um projeto experimental ou didático.
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Como Funciona - Aparelhos, Circuitos e Componentes Eletrônicos – Volume 7
Para usar é simples:
Inicialmente bombeia-se o ar para o reservatório (garrafa
de refrigerante PET) de modo a se obter uma boa pressão. A
válvula de três vias deve estar fechada.
Quando a pressão atingir um bom valor podemos passar
ao acionamento. Colocando a válvula na posição 1, o ar flui para o
músculo pneumático e obtemos a sua contração. Passando a
válvula para a posição 2, o músculo se esvazia e volta a sua
posição de maior comprimento. Todas estas fases da operação
do sistema pneumático experimental são mostradas na figura 4.
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NEWTON C. BRAGA
Braço Pneumático
Na figura 6 mostramos como é possível utilizar o músculo
pneumático no acionamento de um braço capaz de levantar um
peso considerável.
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Como Funciona - Aparelhos, Circuitos e Componentes Eletrônicos – Volume 7
A mola de retorno é importante para garantir que o braço
volte a posição de repouso. Uma alternativa para um retorno que
não necessite de muita força é usar um elástico.
Lembramos que no acionamento de um braço temos uma
alavanca interpotente e que a força nas extremidades fica
dividida segundo a fórmula mostrada na figura 7.
Nesta fórmula, a força F que obtemos na extremidade do
braço depende de F1 que é a força de contração do músculo e d1
e d2 são as distâncias onde estas forças são aplicadas.
Damos a seguir as características do Músculo Pneumático
AM-01 da Images SI Inc de Nova Iorque e que pode seracessa no
endereço:
Nome: AM-01 
Comprimento: 150mm 
Diâmetro: 12mm 
Carga puxada sob 3.5 bar: 3 quilos 
Carga puxada sob 50 PSI: 6.5 lbs 
25% de contração com carga de : 3lbs
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NEWTON C. BRAGA
MIC098 O Barramento I2C
Com o objetivo de facilitar a comunicação entre os
circuitos em controles industriais, equipamentos de consumo e
muitos outros tipos de aplicativos, a Philips lançou em 1992 um
novo tipo de barramento que permitiu o uso de dois fios para a
troca de informações de forma eficiente. O barramento,
denominado Inter IC ou l2C, possibilita o uso de uma enorme
variedade de componentes padronizados, que podem trocar
dados de forma simples e eficiente.
Tal foi o sucesso desse barramento que em pouco tempo
ele se tornou um padrão mundial, um dos preferidos para as
aplicações que envolvem todo o tipo de troca de dados entre
circuitos utilizando cabos trançados. Esse sucesso levou ao
aparecimento da versão 2.0, em 1998. O que é o I2C e como ele
funciona, é o que veremos neste artigo de 2001. 
A ideia básica do uso do barramento I2C é permitir a fácil
integração em componentes de interface, que possam trabalhar
diretamente com seus sinais simplificando assim a comunicação
com outros componentes da mesma família. Na época que a
Philips lançou este barramento, mais de 150 circuitos integrados
ICMOS já eram compatíveis com ele. Veja a figura 1. 
Figura 1 – Pelo barramento aplicativos podem se comunicar com um PC
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Como Funciona - Aparelhos, Circuitos e Componentes Eletrônicos – Volume 7
Para que os circuitos possam se comunicar de maneira
eficiente, dentro da ideia básica do barramento I2C foi previsto
que eles deveriam apresentar as seguintes características
básicas:
Empregar apenas dois fios: uma serial data line (SDA) e
uma serial clock line (SCL).
Cada dispositivo que fosse conectado ao barramento
deveria ser endereçado por software com um único endereço, e
relações simples entre mestre/escravo deveriam estar disponíveis
o tempo todo. No tipo final foram usados 10 bits para esse
endereçamento.
Deveriam ser previstos recursos para detectar colisão de
dados de modo a não haver dano aos dados transferidos em caso
de transmissão simultânea. Seriam utilizadas inicialmente
velocidades de transferência de 100 kbits/s no modo standard ou
400 kbit/s no modo rápido. Posteriormente, o low speed mode foi
omitido. Deveriam ser previstos circuitos de rejeição de picos e
transientes on-chip para preservar a integridade dos dados. O
número de Cls conectados a um mesmo barramento seria
limitado apenas pela capacitância máxima do barramento, de 400
pF.
A adoção deste padrão poderia facilitar em muito o projeto
de equipamentos que precisam se comunicar com outros de
forma simples e eficiente, uma vez que não seriam necessárias
interfaces adicionais. Mais do que isso, componentes de todos os
tipos poderiam incorporar os circuitos de interface, o que significa
que para interligá-los bastaria usar um par trançado sem a
necessidade de circuitos de interface adicionais.
Na figura 2 temos exemplos de aplicação deste
barramento num televisor altamente integrado para transferência
de dados entre os diversos estágios. 
Outra aplicação muito atraente está na utilização do PC
como alternativa para aporta RS-232 na conexão de periféricos.
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NEWTON C. BRAGA
Fig. 2 - Dois exemplos de aplicação - TV e telefone sem fio DTMF.
As ideias básicas das aplicações e da versatilidade de uso
do barramento I2C foram mantidas, mas com a sua adoção como
um padrão mundial com o licenciamento para seu emprego em
mais de 50 empresas, alguns melhoramentos apareceram na
versão 2.0, tais como:
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Como Funciona - Aparelhos, Circuitos e Componentes Eletrônicos – Volume 7
 Foi acrescentado o High-speed mode (Hs-mode) que
permite uma transferência de dados a uma velocidade de
até 3,4 Mbits/s. O interessante é que tanto os dispositivos
rápidos como standard podem operar ao mesmo tempo
pela mesma linha.
 O nível baixo e a histerese dos dispositivos com tensão de
alimentação de 2 V ou menos foram adaptados para
atender as exigências dos níveis de ruído de modo a
permanecerem compatíveis com os dispositivos de maior
tensão de alimentação. 
 A exigência de 0,6 V sob 6 mA para as etapas de saída dos
dispositivos de operação no Fast-mode foram omitidas.
 Os níveis fixos de entrada para os novos dispositivos foram
substituídos pelos níveis de tensão relacionados com o
barramento.
O CONCEITO
Os barramentos I2C aceitam qualquer processo de
fabricação de Cls (NMOS, CMOS, Bipolar etc.), o que permite que
dispositivos de qualquer tecnologia possam ter incorporados os
circuitos deste barramento sem problemas, e que eles possam se
comunicar sem conflitos. 
Dois fios de dados (serial data SDA e serial clock SCL)
carregam as informações entre os dispositivos conectados ao
barramento, conforme mostra a figura 3.
Figura 3 – Transferência de bits no barramento
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NEWTON C. BRAGA
Cada dispositivo do barramento é reconhecido por um
endereço único, mesmo que ele seja um microcontrolador, um
LCD, uma memória ou uma interface de teclado, e pode operar
como um receptor ou um transmissor de dados dependendo das
suas funções. Evidentemente, no caso mais simples que seria de
um LCD, temos apenas um receptor que recebe os dados que
deve apresentar a partir de um transmissor, ao mesmo tempo em
que em outros como um teclado, por exemplo, pode tanto
receber como enviar dados, pois precisa comunicar a um
periférico a tecla pressionada e receber informações no momento
em que é liberado ou que se espera que alguma determinada
tecla seja ativada.
Os dispositivos conectados ao barramento podem ter
diversas classificações, tais como mestres (MASTER) ou escravos
(SLAVE), e algumas outras de acordo com a tabela a seguir:
Os dispositivos do Barramento FC
O barramento I2C é um barramento multimestre. Isso
significa que mais de um dispositivo de controle pode ser
conectado a ele. Na figura 4 temos um exemplo onde isso pode
ocorrer.
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Como Funciona - Aparelhos, Circuitos e Componentes Eletrônicos – Volume 7
Fig. 4 - Exemplo de aplicação do FC usando dois microcontroladores.
Enquanto o microcontrolador 1 envia sinais ao driver LCD,
o microcontrolador 2 troca informações com o microcontrolador 3
usando o mesmo barramento.
Para que os dados não sejam colocados simultaneamente
no barramento, existe uma "arbitragem" que determina qual dos
sinais tem prioridade no envio dos dados.
Características Elétricas
Tanto as linhas SDA como SCL são bidirecionais e devem
ser ligadas ao positivo da alimentação através de uma fonte de
corrente ou de um resistor pull-up, veja a figura 5.
Quando o barramento está livre, ambas as linhas
permanecem no nível alto. Os dispositivos ligados ao barramento
devem ter dreno aberto ou coletor aberto de modo a formar uma
função AND. Os dados são transferidos numa velocidade de 100
kbits/s ou 400 kbits/s no modo Standard ou 3,4 Mbits/s no modo
High Speed.
O número de interfaces ligadas ao barramento dependerá
somente da capacidade do mesmo de acordo com o indicado na
parte inicial.
Como existem dispositivos de uma grande variedade de
tecnologias que podem ser ligados ao barramento, os níveis
baixos e alto (0 e 1) não são fixos e dependem apenas do nível
associado de Vdd. A cada pulso de clock um bit de dados é
transferido.
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NEWTON C. BRAGA
Figura 5 – O resistor de pull-up
Para que haja validade dos dados transferidos, a linha SDA
precisa se manter estável durante o período em que o clock
permanece no nível alto. 
Os níveis altos ou baixos da linha de dados só podem
mudar quando o sinal de clock na linha SCL estiver no nível baixo,
conforme mostra o diagrama de tempos da figura 6.
Figura 6 – Transferência de bits