Um esquema de PCB (placa de circuito impresso) é a representação lógica e visual de um circuito. É o primeiro passo no processo de design de produtos eletrônicos. Antigamente, os designers desenhavam esquemas à mão em papel. Hoje em dia, eles utilizam ferramentas especializadas de design de PCB, como M-CAD e E-CAD, para otimizar o processo de design. Seguir as diretrizes padrão de esquemas é essencial para obter um design bem estruturado e sem erros.
Exemplo 1: Esquema do circuito de aquecimento da placa de circuito impresso
Visão geral do projeto
Neste projeto, o circuito atua como um sistema de aquecimento para a placa de circuito impresso (PCB), mantendo sua temperatura acima do limite mínimo operacional do dispositivo, especialmente em baixas temperaturas. Como não é necessário um controle preciso da temperatura, o projeto usa um divisor de tensão composto por um resistor e um termistor NTC para controlar um MOSFET ou transistor. Quando a temperatura cai abaixo de um limite definido, a tensão no divisor aumenta, ligando o circuito de aquecimento. À medida que a temperatura sobe novamente, a tensão diminui, desligando o circuito.
Explicação do design
Utilizamos um pacote SOT-23 comum para o transistor e o MOSFET. Os MOSFETs geralmente suportam correntes de condução mais altas em comparação com os transistores no mesmo pacote, por isso selecionamos o MOSFET LN2302BLT1G da LRC. O termistor NTC escolhido é o NCP15WF104F03RC, comumente usado. Para os elementos de aquecimento, usamos um resistor de 10 Ω com pacote 1210, controlando a potência total para 2,5 W.
No esquema, o sinal THERM_PCB é uma entrada analógica alimentada ao ADC do microcontrolador para monitoramento da temperatura da PCB. O sinal HEATER_EN se conecta a um pino IO do microcontrolador. O pino é definido como alta impedância, mas se o circuito de aquecimento apresentar mau funcionamento, o IO pode puxar o sinal para alto para forçar o MOSFET a desligar como medida de segurança.
Exemplo 2: Esquema do circuito do driver do motor H-Bridge
Visão geral do projeto
Um driver de motor H-Bridge gerencia os sinais de potência e controle de um motor, permitindo a rotação bidirecional do motor. O driver de motor L293D vem em um pacote PDIP de 16 pinos, oferecendo proteção ESD interna, alta imunidade a ruídos e uma ampla faixa de tensão operacional de 4,5 V a 36 V.
Explicação do design
O circuito do controlador do motor H-Bridge que usa o L293D é simples, precisando só de quatro diodos externos. O circuito controla dois motores com dois sinais de entrada que controlam dois motores separados. Os sinais de entrada do motor 1 são aplicados aos pinos 1A e 2A, enquanto as saídas são dos pinos 1Y e 2Y. Da mesma forma, os sinais de entrada do motor 2 são aplicados aos pinos 3A e 4A, com saídas dos pinos 3Y e 4Y. Os diodos D1–D4 protegem os motores contra picos de tensão reversa.
Detalhes do componente do driver L293D
O L293D é um driver half-H de alta corrente capaz de fornecer até 600 mA de corrente de acionamento bidirecional. Ele pode controlar cargas indutivas, como motores, relés, solenóides e motores de passo bipolares.
Exemplo 3: Esquema do circuito da fonte de alimentação comutada
Visão geral do projeto
Uma fonte de alimentação comutada, também conhecida como fonte de alimentação comutada (SMPS), é um dispositivo de conversão de energia de alta frequência. Seu objetivo é converter a tensão de um nível para outro com base nas necessidades do usuário final, usando diferentes arquiteturas de circuito.
Explicação do design
O circuito foi projetado para oscilar entre 30 kHz e 45 kHz, regulado pelo ajuste do capacitor C3 e do resistor R5. A tensão de saída precisa permanecer estável, com uma corrente de saída máxima de 500 mA. A fonte de alimentação fornece 8 W de potência efetiva com uma eficiência de 87%.
Ferramentas EDA modernas para a criação de esquemas
Hoje, os designers contam com várias ferramentas EDA (Electronic Design Automation, ou Automação de Design Eletrônico), como LCEDA, Altium, Allegro, Pads, KiCad, TinyCAD e ExpressPCB. Essas ferramentas ajudam a garantir que os esquemas de PCB estejam livres de erros, monitorando continuamente questões de lógica e conectividade. A adesão às regras padrão de design é crucial para tornar o circuito legível por máquina.
Conclusão
O projeto esquemático de PCB é uma etapa crítica em qualquer projeto eletrônico. Seguindo as diretrizes padrão e usando ferramentas de projeto modernas, os projetistas podem criar circuitos confiáveis e eficientes. Os exemplos fornecidos aqui ilustram a diversidade e a aplicação de vários tipos de circuitos, desde circuitos de aquecimento simples até drivers de motor e fontes de alimentação.
