Eletrônica - Circuito Oscilador Colpitts de 1 MHz

           

Figura 1 - Blocos fundamentais.

           

            Uma forma bastante intuitiva de compreender um oscilador Colpitts é analisá-lo como a associação de dois blocos fundamentais: um circuito ressonante e um amplificador. O circuito ressonante, composto por um indutor de 47 µH e dois capacitores de 1 nF ligados ao terra, é responsável por selecionar a frequência de oscilação e constitui a malha de realimentação do sistema.

            Se apenas o circuito ressonante estivesse presente, sem a presença do amplificador, teríamos uma senóide que decai rapidamente (Figura 1). O amplificador, implementado com um transistor 2N3904, compensa as perdas de energia do circuito ressonante, fornecendo o ganho necessário para manter as oscilações. Quando esses dois blocos são conectados em uma malha de realimentação positiva, o sinal é continuamente regenerado, resultando em uma senoide estável com frequência próxima de 1 MHz. Essa representação em blocos simplifica a compreensão do funcionamento do oscilador e serve como base para sua análise matemática por meio da teoria de sistemas com realimentação. 


Figura 2 - Diagrama esquemático


            Os componentes circulados no diagrama da Figura 2 determinam a frequência de oscilação e estabelecem a realimentação positiva necessária para que o circuito produza, de forma autossustentada, um sinal senoidal estável próximo de 1 MHz. No vídeo abaixo sintonizei um pequeno rádio AM na frequência de 1000 kHz, veja o que acontece.



                Abaixo um print screen da tela do osciloscópio FNIRSI -1014D, mostra o sinal senoidal bem como a frequência de oscilação de 996 kHz. No vídeo é possível observar uma frequência mais precisa: 1.00 MHz. 



Figura 3 - Print Screen da tela do osciloscópio.


        Mais de um século após sua criação, o circuito proposto por Edwin Henry Colpitts, em 1918, permanece como um dos osciladores mais estudados e utilizados na eletrônica, evidenciando a simplicidade e a robustez de sua concepção.



Referências:


Aaron Danner - NUS

Colpitts Oscillator Circuit Analysis (7 - Oscillators)


Sugestão de livro - Convite à Física



     Livro pequeno, de 150 páginas e bibliografia muito interessante. Embora pequeno deve ser lido com calma e reflexão. Os capítulos do livro são divididos de acordo com os principais objetos de estudo da Física: Espaço e movimento, passando por Calor, Tempo, Luz, Campo, Réguas, Relógios e por aí vai.

Como funciona ? - O Avião


    Em 2016 resolvi construir um aeromodelo. Eis aqui o registro da construção, um projeto clássico chamado de Ugly Stick. Essa postagem estava arquivada e foi escrita na mesma época da construção.

    A asa deu certo trabalho, principalmente porque decidi construir meu próprio cortador de isopor, incluindo o circuito da fonte de energia. Apesar de estar utilizando várias referências, ainda assim, são muitos detalhes a considerar. 


Figura 1 - Perfil da ASA.

  
   A parte mecânica da fuselagem, asa e partes móveis como o aileron, profundor e leme acompanhei as videoaulas disponíveis no site hobbiebrasil.com.br. As vídeo aulas são muito interessantes pois mostram cada detalhe de construção do avião. 

   Quanto a parte técnica e teórica da física do vôo, recomendo dois artigos que trazem uma boa introdução ao assunto e também aprofundam em alguns aspectos.



Para fins de construção e didáticos é interessante distinguir três etapas:

1. Montagem do corpo

a) Fuselagem

É o "corpo" do aeromodelo.


b) Asa

    A asa requer um bloco de isopor P3. Também é necessário um cortador de isopor, que irei detalhar mais adiante.

2. Montagem das partes móveis

a) Aileron
b) Profundor
c) Leme
d) Motor e Hélice



Figura 2 - Fuselagem, Estabilizador horizontal, Leme e Asa. Ainda sem o motor e a hélice.

Figura 3 - Detalhe da montagem do motor e parte da bateria.

Figura 4 - Hélice

Figura 5 - Motor Brushless Turnigy 3833, 160 W.




3. Montagem Eletrônica

    Embora esta etapa possa ser mais tranquila, caso você opte por comprar o rádio controle pronto. No meu caso, o interesse é didático, pretendo compreender a tecnologia envolvida no controle do motor elétrico e servo mecanismos, bem como as tecnologias de rádio controle.

    A parte eletrônica deste aeromodelo que estou contruindo é composta dos seguintes componentes:

- Bateria
- ESC ( Eletronic Speed Controller ) 
- Módulo de Rádio
- Microcontrolador

    Uma quarta etapa que estou incluindo neste momento, mas que nem por isso é
menos essencial, é saber voar. 

    Aprender a controlar o avião, pode parecer para o principiante, que observa um vôo, algo fácil e trivial. Mas é necessário treinamento e compreensão sobre alguns princípios básicos do vôo para um melhor desempenho e apreciação. Embora alguns afirmem que qualquer coisa voa (Uma caixa de pizza por exemplo), bastaria um motor e uma hélice, esta afirmação é extremamente leviana, visto que o que está em jogo não é simplesmente o lançamento de um objeto no ar, mas sim seu controle e estabilidade, condições que podem ocorrer em diferentes níveis. 

Em um aeromodelo pode-se perceber todas as áreas da física:

a) Mecânica

    Ao analisar as forças de sustentação, arrasto, tração e peso. Em especial a sustentação, uma consequência da aerodinâmica da asa. 

d) Termodinâmica

    Grandezas como temperatura e pressão atmosféricas possuem grande influência
sobre aeronaves, em especial na análise dos mais leves que o ar.

c) Eletromagnetismo

    No caso deste aeromodelo o motor utilizado é um motor elétrico sem escovas. Estes motores utilizam o fenômeno da indução eletromagnética.

    As ondas eletromagnéticas são utilizadas como meio de transmissão para os canais de comunicação entre o rádio controle que fica nas mãos do piloto e o circuito receptor que fica dentro da fuselagem do aeromodelo.

e) Óptica

    Aqui aparece o observador. O piloto precisa manter contato visual com seu modelo durante todo vôo, o uso de óculos escuros em dias de Sol é algo a ser considerado, bem como a cor do modelo. Cores que possuem maior contraste em relação ao azul do céu, facilitam na identificação da posição do avião quando muito distante.

f) Física Moderna


    Os componentes eletrônicos de anatomia mais complexa, encontrados tanto no rádio controle quanto no controlador de velocidade do motor, são produtos de tecnologia desenvolvida com base na física quântica. 


    Por fim, realizei alguns voos com esse Aero, poucos, creio que uns 5 ou 6 voos. Tive problemas com o rádio, problemas com o piloto, que não era muito habilidoso, e infelizmente o único vídeo que fiz foi um que não ficou muito legal. O último voo o avião perdeu o link com o rádio e perdi o controle total. Vou postar apenas essa foto pra mostrar o estado final da "aeronave". Depois disso aproveitei somente a eletrônica, a asa e a fuselagem tive que descartar pois ficaram imprestáveis.







Programação - Controle de Temperatura



O que é uma "máquina de estados" ?

Uma máquina de estados é um modelo matemático ou computacional usado para representar sistemas que podem estar em diferentes condições (ou estados) e que mudam de estado em resposta a eventos ou condições específicas. Ela é amplamente utilizada em várias áreas, como engenharia de controle, programação, robótica, automação e design de circuitos digitais.

Exemplo:


Uma forma simples de implementar a máquina de estados acima:




Hardware ( Ver. 2 - Versão utilizada no vídeo acima )



Hardware ( Ver. 3 )


Hardware ( Ver. 4 )
 
Nesta última versão do hardware, ainda não implementada, o acionamento será feito automaticamente pelo software que aciona um transistor BD139 (acionado sempre que T < 45 e desligando sempre que T > 50).

Conceito - O que é carga elétrica?




A descoberta da eletricidade remonta ao ano 600 a. C. , época em que o filósofo grego Tales de Mileto observou que o âmbar, uma resina fóssil, após ser atritado com um tecido de seda, atraía pequenas folhas de árvores. Eléktron em grego significa âmbar. Mais de dois mil anos depois seria nomeada de elétron, a partícula elementar responsável pela eletricidade, uma referência ao âmbar.

Da observação desta atração de folhas pelo âmbar até a descoberta do elétron em 1906, um longo caminho foi trilhado por diversos cientistas e várias relações foram feitas com outros fenômenos, dentre eles a descoberta da eletricidade animal, além do campo magnético gerado por corrente elétrica.

Em 1750 Benjamin Franklin, na tentativa de explicar as forças de atração e repulsão entre objetos, tais como barras de vidro atritadas com seda, criou o conceito de carga elétrica. Segundo Franklin a eletricidade seria semelhante a um fluido, transferido entre os dois objetos através do atrito.

Como as forças eram, dependendo do material, de repulsão ou atração, Franklin propôs que haviam dois tipos de carga elétrica. Convencionou chamá-las: cargas positivas e cargas negativas.


Lista de Postagens