Introdução a Eletrônica Digital

Os circuitos digitais estão em todas áreas de nossa vida. Sendo das mais simples tecnologias até as mais complexas. O uso dos circuitos digitais estão em computadores, celulares, semáforos, equipamentos médicos, em sondas espaciais e etc.

Os conteúdos abordados nesse curso fazem parte do nosso dia a dia, só que de forma mais teórico. Convoco vocês caros estudantes a embarcarem nessa ciência que por si só mostra uma grande beleza.

Vamos abordar os seguintes conteúdos: Circuitos Lógicos, Circuitos Integrados, Implementação de funções lógicas, Circuitos Aritméticos, Circuitos Combinacionais, Circuitos de memórias e Registradores.

1) Sinais Analógicos x Sinais Eletrônicos

Gostaria de mostrar essa diferença de sinais a partir de um exemplo: Velocímetro de um carro. É muito comum ver a diferença de tipos de velocímetros entre carros mais antigos e carros mais modernos. O velocímetro analógico é descrito por uma seta física que vai rotacionando em função da variação da velocidade do carro. Diferente de um velocímetro digital que é descrito pode leds, ou por um monitor digital a velocidade instantânea do carro. Visto assim nas figuras abaixo:

Imaginando que a velocidade do carro foi de 50 km/h até 53 km/h e claramente não foi uma mudança instantânea de velocidade inicial e final, podemos representar duas curvas: Uma em uma perspectiva analógica e outra na perspectiva digital:

Repare a relação de variação de valores entre um curva digital e uma curva analógica. A cada instante t na função curva analógica, diferente da curva da figura 4, no qual tem-se uma constância, e a medida que os sinais são alterados, mudanças “bruscas nos gráficos ocorrem”.

Na prática, vale ressaltar o tamanho a importância de ambos comportamentos de sinais. Valores analógicos variam de instante a instante de acordo com algum parâmetro, diferentemente dos sinais digitais, que possuem valores fixos, o qual definem valores fixos, e descreve o comportamento de um sistema.

Um sistema numérico muito comum em eletrônica digital são os números binários, que são representados por valores de domínio 0 ou 1. Assim são determinados por faixas de valores de um parâmetro, o qual caso esse parâmetro esteja dentro de um valor em uma faixa específica, o valor binário é 1, caso em outra faixa é 0, caso em uma faixa indeterminada,, não sabemos se o sinal é 0 ou 1.

2) Circunstâncias Externas e Variação de Sinais:

Qualquer sistema físico que tem uma atuação no mundo sofre de superposição de parâmetros externos. Como exemplo podemos citar como a operação de um diodo analógico muda seu comportamento a temperatura ambiente.

Esses parâmetros externos como temperatura, umidade, ou até mesmo lugares com campos eletromagnéticos relativamente altos podem criar uma taxa de erro nos resultados de uma operação eletroeletrônica. Chamamos tais parâmetros de ruídos.

Veremos que sistemas digitais possuem uma vulnerabilidade operacional muito menor que sistemas analógicos contra efeitos externos. Tais valores de contestação a esses ruídos chamamos de margem de ruído.

Gostaria de mostrar quanto o sinal analógico é vulnerável aos ruídos a partir de um gráfico:

Veja que com a superposição de ruídos, os valores da velocidade nesse caso podem ficar bastante ineficazes e desamparados.

Agora, veja o quanto o sinal digital é resistente à ruídos:

Considerando os sinais binários digitais, temos valores 1 ou 0. Cada uma das faixas de velocidades representam valores 1 ou 0. Seria necessário uma superposição de ruído muito grande para tais valores serem alterados. Observe essa diferença entre os gráficos da figura 5 e 6.

3. Vantagens dos Circuitos Digitais:

São mais fáceis de serem projetados;
Maior facilidade em armazenamento de dados, o que é uma situação mais complexa em circuitos analógicos;
Maior precisão e exatidão de resposta. Os fatores externos possuem uma intervenção maior em circuitos analógicos que é diferente no caso dos digitais, assim explicitado no exemplo acima.

4. Sinais Digitais no mundo Real:

No mundo físico ao nosso redor é dado por sinais analógicos e não digitais. Por isso podemos enxergar como uma desvantagem o tempo de processamento que ocorre na interpretação de sinais digitais.

O processo é dado de forma respectiva:

Conversão da variável física em um sinal elétrico – Processo Analógico;
Converter entradas analógicas para elétricas;
Realizar o processamento e avaliação das informações digitais;
Converter as saídas digitais já interpretadas para o formato analógico.

Veja que a cada processo há uma operação o qual é necessário tempo, e a soma total dos processos podem levar a espaços temporais muito grandes, por isso, o engenheiro deve manter-se consciênte dos pros e cons de utilizar um sistema ou outro, ou o conjunto de todos.

5. Conclusão:

Portanto, conclui-se que cada caso é um caso. Para cada projeto é necessário ter uma avaliação importante como e com qual ferramenta será utilizada para o melhor desenvolvimento do mesmo. O uso dos sinais digitais podem ser mais exatos em relação aos sinais analógicos; Por outro lado, a questão de implementar circuitos lógicos digitais baseados em dispositivos analógicos leva muito tempo de operação e até um sobrecarregamento do sistema.

Agora vamos ver um pouco sobre circuitos integrados! Fiquem comigo.