Projetar e montar placas de circuito impresso, um trabalho fundamental para todo profissional da eletrônica, nem sempre é uma tarefa nem sempre muito fácil de ser realizada. É claro que existem os casos em que podemos usar técnicas alternativas como a ponte de terminais e a matriz de contactos para protótipos. Outras formas alternativas, mas envolvendo placas de circuito impresso que não precisam ser "fabricadas" serão dadas agora nessa quarta lição de nosso curso sobre Técnicas de Montagem.
As pontes de terminais podem ser adquiridas prontas, servindo praticamente para qualquer disposição de componentes, facilitando assim o montador. Por outro lado, as placas devem ser feitas especificamente para cada montagem, mas resultam num protótipo muito mais compacto de melhor aparência e confiabilidade.
Seria possível unir as vantagens das duas técnicas de montagem numa só?
A resposta para isso está no uso das chamadas placas de circuito impresso universais. Essas placas apresentam diversas configurações, sendo a mais comum a que imita uma matriz de contactos. Assim, para entender como "funcionam" essas placas e como usá-las será interessante conhecermos melhor as matrizes de contacto.
A Matriz de Contactos
As matrizes de contactos que em outros países e mesmo aqui também podem ser chamadas de Protoboards ou Veroboards consistem em peças plásticas dotadas de muitos furos para a introdução dos terminais dos componentes, conforme mostra a figura 1.
Esses furos dão acesso a contactos que são interligados segundo um padrão bem definido. O padrão dessas ligações é mostrado na figura 2.
Desta forma, as filas de contactos das bordas (horizontais) são interligadas fornecendo o que podemos denominar linhas de alimentação. Na parte central temos então filhas de furos com interligação vertical.
As dimensões e as separações dos furos são tais que possibilitam o encaixe direto de circuitos integrados com invólucros DIL e mesmo SIL, conforme mostra a figura 3.
Com essa disposição é possível constatar que dois terminais de componentes encaixados na mesma fila são interligados eletricamente.
Para interligar pontos diferentes da mesma placa como, por exemplo, um pino a outro de dois circuitos integrados, conforme mostra a figura 4, usamos pedaços de fios.
Veja que podemos realizar, com essa técnica, praticamente qualquer montagem (que não seja crítica) sem a necessidade de usar solda, simplesmente encaixando os componentes nas posições convenientes.
A principal vantagem no uso da matriz de contactos está nas montagens experimentais, em que precisamos ficar trocando de componentes em todo momento até encontrar os valores ou tipos que levem ao desempenho desejado.
Não se usa essa técnica para uma montagem definitiva por motivos óbvios: os componentes só estão encaixados e a probabilidade de escaparem no transporte ou no uso comum do aparelho existe, além de termos ainda a possibilidade de ocorrerem movimentos que façam com que terminais encostem uns nos outros.
Na figura 5 temos um circuito simples que tomamos como exemplo para montagem numa matriz de contactos, para que o leitor perceba como é simples sua utilização.
A disposição dos componentes na matriz de contacto para essa montagem é mostrada na figura 6.
Observe a correspondência ponto a ponto das ligações. Observe também que as linhas, paralela superior e inferior, são deixadas para a alimentação.
As saídas dos elementos externos podem ser feitas com fios comuns rígidos que são encaixados em furos deixados para essa finalidade.
Evidentemente, como temos uma disposição padronizada, é preciso ter certo cuidado no planejamento das interligações e d as disposições dos componentes para que não necessitemos de conexões muito longas o que pode prejudicar o funcionamento de circuitos mais sensíveis.
Se, por exemplo, invertermos a posição de um circuito integrado em relação a alimentação, precisaremos de fios mais longos para a tensão positiva e terra.
Nos circuitos lógicos digitais, que operam em alta velocidade, esse tipo de conexão não é conveniente. Já tratamos desse problema ao analisar o projeto de placas.
Por esse motivo é sempre bom estudar antes o circuito para depois somente tentar a disposição de componentes mais favorável.
Placas Universais
Um tipo de placa universal de circuito impresso muito útil é a que segue exatamente nas suas trilhas a disposição de uma matriz de contactos pequena conforme mostra a figura 7.
Esta placa já vem com a mesma disposição de furos da matriz, e conforme o tamanho, também com a quantidade, com a única diferença que, em lugar de contactos, precisaremos soldar os terminais dos componentes.
Mas, para que serve uma placa dessas?
Se fizermos uma montagem numa matriz de contactos e obtivermos uma boa disposição de componentes com um funcionamento dentro do desejável, não precisamos perder tempo projetando uma nova placa; basta transferir na posição equivalente para a placa universal os componentes e ligações, e depois com a soldagem, obtemos um protótipo funcional definitivo.
Obtemos dessa forma uma montagem em placa de circuito impresso com o mesmo desempenho do projeto desenvolvido e testado na matriz, conforme indicado na figura 8.
Esta placa possui ainda 4 furos para sua fixação numa base ou caixa.
O uso da placa é simples:
a) Os componentes são encaixados nos furos correspondentes de modo que seus terminais possam ser soldados.
b) É feita a soldagem do lado cobreado.
c) Os excessos dos terminais são cortados.
d) As interligações são feitas encaixando-se pedaços de fios com pontas descascadas, os mais curtos possíveis.
e) As pontas dos fios são soldas.
f) Os excessos das pontas são cortadas.
g) São feitas as conexões dos componentes externos
O leitor percebe que, para trabalhar com este tipo de placa, não precisamos mais do que um bom soldador de ponta fina e de um alicate de corte lateral.
O principal cuidado que deve ser tomado na montagem e soldagem é com o espalhamento das soldas que podem curto-circuitar duas trilhas adjacentes.
O uso de soquetes para os circuitos integrados, tanto nesse tipo de placa como em placas comuns é interessante: o soquete é soldado antes, evitando assim que o componente receba o calor do processo.
Desta forma, o integrado ao ser encaixado não só não estará sujeito ao calor, como ainda poderá ser trocado com facilidade em caso de necessidade.
Para projetar com esta placa:
a) Posicione os circuitos integrados DIL nos locais mostrados na figura 10, observando sempre que a alimentação positiva fique do lado da trilha horizontal superior.
b) Comece a montagem pelas linhas de alimentação
c) Ligue os componentes de polarização, os que vão ao integrado ou transistores do positivo ou negativo até o componente.
d) Ligue os componentes de acoplamento, ou seja, os que vão de uma etapa a outra do aparelho ou entre pinos de um mesmo integrado.
e) Faça as interligações necessárias usando pedaços de fios.
f) Faça a conexão dos componentes externos como alto-falantes, potenciômetros, motores, suporte de pilhas, etc.
g) Confira tudo cuidadosamente antes de alimentar o circuito.
h) Nunca faça a troca de componentes ou a mudança de interligações com a alimentação ligada.
Para maior facilidade no trabalho com a matriz de contactos é interessante dispor de uma boa quantidade de pedaços de fios rígidos cortados com as pontas descascadas e de diversos tamanhos. Os melhores para esse trabalho os fios de cabos telefônicos ou mesmo fios telefônicos comuns.,
Pedaços pequenos dobrados em U de fio nu, conforme mostra a figura 11 também são úteis na interligação de pontos próximos.
Outro tipo de placa de circuito impresso universal muito útil é a mostrada na figura 12.
Esta placa contém um padrão único de trilhas paralelas horizontais com furos intervalados que também permitem a inserção de circuitos integrados com invólucros DIL, mas na posição vertical, conforme mostra a figura 13.
Para trabalhar com esta placa é preciso dispor de uma ferramenta chamada "escareador" (em inglês track cutter) que é mostrada na figura 14.
Com essa ferramenta, com um movimento giratório e de pressão podemos interromper as trilhas individualmente em qualquer ponto, usando como referência um furo.
Assim, no caso da inserção de um circuito integrado, conforme mostrado na figura 15, precisamos interromper as trilhas sob o integrado para que os terminais correspondentes das filas opostas não sejam curto-circuitados, conforme mostra a figura 15.
É claro que o uso da ferramenta deve ser feito antes do circuito integrado ser soldado, por isso precisamos planejar a disposição dos componentes antes de fazer a montagem.
Os demais componentes podem ser colocados tanto em posição vertical como horizontal. Se forem colocados na posição horizontal, para que seis terminais não sejam curto-circuitados, deve ser feita uma interrupção da trilha com o escareador, conforme mostra a figura 16.
Na figura 17 temos um circuito simples, que tomamos como exemplo, para mostrar como esse tipo de placa de circuito impresso pode ser usado na sua montagem.
Depois de planejar a disposição dos componentes e usar o escareador nos pontos convenientes, encaixamos os componentes e os soldamos.
Também precisamos usar eventualmente os chamados jumpers ou fios de interligação de uma trilha para outra. Esses jumpers podem feitos com pedaços de fio comum, rígido ou flexível, sempre os mais curtos possíveis.
Os componentes externos serão ligados à placa através de fios rígidos ou flexíveis, lembrando que os fios rígidos são mais fáceis de encaixar nos furos.
O modo de usar é sempre o mesmo: reservamos trilhas para as linhas de alimentação e planejamos a utilização das "ilhas" ou trilhas secundárias para a interligação e apoio dos componentes.
As principais limitações que encontramos no uso dessas placas estão em aplicações mais críticas como circuitos de sinais fracos de áudio ou circuitos de altas freqüências.
Uma trilha próxima da outra significa uma capacitância parasita e uma trilha muito longa ou um jumper muito longo uma indutância parasita. Nos circuitos de altas freqüências, esses elementos parasitas podem causar instabilidades de funcionamento e oscilações.
Nos circuitos de áudio as trilhas mais longas podem funcionar como antenas captando ruídos e até mesmo sinais de estações de rádio próximas, principalmente nos circuitos que exigem ganhos elevados.
Outras Técnicas
Uma técnica de montagem que encontra aplicações principalmente na indústria, mas que também pode ser utilizada para a elaboração de protótipos, é a eu faz uso dos componentes para montagem em superfície ou SMD.
Os invólucros desses componentes são extremamente pequenos e, além disso, eles são montados do lado cobreado de uma placa de circuito impresso, conforme mostra a figura 18.
Esses componentes são colados na placa através de uma cola especial e depois recebem um banho de solda que os fixa definitivamente nas regiões cobreadas expostas.
A tecnologia de montagem em superfície em série exige o emprego de máquinas especiais tanto para fixação como soldagem dos componentes, possibilitando assim a obtenção de equipamentos extremamente complexos.
No entanto, a montagem de projetos individuais como a reparação exige recursos especiais para se trabalhar com componentes muito pequenos.
Existem então as denominadas estações de retrabalho, como a mostrada na figura 19 que permite a extração e colocação dos componentes em pequenas oficinas ou bancadas de projetos.
Tendências
Antigamente, no início do século passado, o montador eletrônico precisava fabricar em casa todos os componentes para fazer um projeto: os resistores precisavam ser feitos de carbono, os capacitores enrolados com folhas de metal e as bobinas e transformadores enrolados um a um a partir de fio comprado separadamente.
Houve até época em que os fios precisavam ser derretidos a partir de barras de cobre e encapados com seda ou outro material isolante disponível na época.
Com o tempo, diversos componentes já podiam ser encontrados prontos nas lojas como as válvulas, resistores, capacitores e transformadores, mas o trabalho do montador ainda era grande: ele ainda precisava dobrar e furar um chassi, montar soquetes e ligar os diversos componentes encaixando-os e soldando-os.
Com o transistor e a placa de circuito impresso, o montador ainda se "divertia" com a elaboração das placas, interligação dos componentes e a montagem. Praticamente tudo que ele precisava, poderia ser encontrado nas casas especializadas.
O circuito integrado reduziu a quantidade de componentes necessários a um projeto, pois a maioria deles está disponível interligada em seu interior, mas ainda assim havia muito a ser feito pelo montador.
Hoje a montagem tende a um novo estágio. Para muitos projetos é possível contar com módulos ou placas prontas, exigido apenas um número reduzido de componentes adicionais ou simplesmente a interligação de uma dessas placas a uma placa convencional com muito menos componentes.
Com circuitos integrados de altíssima complexidade nessas placas, alguns contendo milhões de componentes, está ao alcance do montador comum projetos extremamente complexos como os que fazem uso dos microprocessadores, DSPs e microcontroladores.
É claro que a possibilidade de se realizar montagens usando essas placas e os componentes periféricos continua e até mesmo o desenvolvimento de produtos que podem ser industrializados.
A diferença está que nesse caso temos dois tipos de atividades a serem exercidas pelo montador: ele deve saber como montar os circuitos periféricos que vão complementar o funcionamento do microprocessador ou microcontrolador e mais ainda, deve saber como programar o dispositivo para que ele faça o que se deseja.
É claro que ainda existem os circuitos muitos simples que são necessários tanto com finalidades didáticas como mesmo práticas.
Ninguém monta um simples interruptor acionado por um LDR usando um microprocessador com milhares de transistores e programação complexa. Para esse tipo de aplicação as configurações tradicionais ainda valem e para elas existem ainda muitos que desejam aprender como fazer, ou que simplesmente precisam delas.
As novas tecnologias estão aí para ampliar o leque de possibilidades, mas as antigas ainda permanecem para ensinar, para levar aos montadores soluções simples ou simplesmente para divertir os que querem um projeto barato de fim de semana ou alguma coisa curiosa.
Acreditar que o que vem de novo simplesmente substitui o que existe de antigo é algo que tem enganado muita gente. Quando inventaram o carro, diziam que a carroça e o cavalo iam desaparecer e eles permanecem nas regiões rurais. Quando inventaram o avião, esses mesmos "visionários" diziam que o carro tendia a desparecer em pouco tempo e todos só usariam esse novo meio de transporte muito mais rápido.
Da mesma forma, quando o televisor foi inventado, todos diziam que o rádio iria desaparecer em pouco tempo, e isso não aconteceu. Novas tecnologias somam nem sempre substituindo. A história mostra que tem sido assim, e acreditamos que ainda vai continuar por muito tempo...
Apesar dos microprocessadores, microcontroladores e DSPs com tecnologia para montagem em superfície estarem aí, existem ainda muitos que ainda desejam fazer montagem com componentes discretos como os tradicionais transistores, com circuitos integrados comuns e até mesmo os que desejam reviver os velhos tempos das válvulas com seus pesados transformadores e chassi metálico.
