Tinkercad | Simulando circuitos avançados Deixe um comentário

O Tinkercad é utilizado por iniciantes para confecção de circuitos eletrônicos de maneira simples e rápida. Porém, existem diversos componentes que nos permitem ir bastante além na montagem e análise fazendo uso do Tinkercad simulando circuitos avançados. Neste artigo, serão mostradas algumas possibilidades em circuitos mais avançados. Vamos lá?

Introdução – Simulando circuitos avançados no Tinkercad

Ao iniciar os estudos em Eletrônica, muitas vezes a motivação pode ser a necessidade com o aprendizado em cursos técnicos ou superiores na área. Existem diversos simuladores para circuitos eletrônicos, como o LTSpice, Multisim Live e Falstad.

Nos simuladores citados, você consegue também de forma simples realizar a conexão entre componentes e realizar as análises necessárias. Mas o formato dos componentes estão muito mais associados a um diagrama do que ao seu desenho real. Esta é uma das muitas vantagens do uso do Tinkercad.

Nem todos os componentes que precisamos estarão à disposição no Tinkercad, mas a sua biblioteca possui itens o suficiente até mesmo para circuitos mais complexos. A seguir, veremos alguns exemplos de circuitos que podem ser desenvolvidos no Tinkercad.

Eletrônica Digital

Podemos dividir a Eletrônica em dois tipos de sinais: analógicos e digitais. No caso dos sinais analógicos, eles são contínuos e podem assumir diversos valores ao longo do tempo, inclusive valores negativos. No caso dos sinais digitais, os valores variam somente entre duas possibilidades, 0 ou 1. Zero representa nível baixo, OFF, condição falsa etc. Um representa nível alto, ON, condição verdadeira etc.

A Eletrônica Digital faz uso de circuitos integrados (CIs) com funções específicas, como uso de portas lógicas, circuitos flip-flops, contadores, registradores de deslocamento dentre outros.

O Tinkercad nos permite realizar alguns circuitos deste tipo, tendo os seguintes circuitos integrados disponíveis:

  • Portas lógicas: 74HC00, 74HC02, 74HC04, 74HC08, 74HC32, 74HC86, 74HC10, 74HC11, 74HC14, 74HC132, 74HC27, 74HC20, 74HC21.
  • Flip-flops: 74HC73, 74HC74, 74HC75.
  • Contadores: 74HC93, 74HC4017.
  • Outros CIs: 74HC283, 74HC595, CD4511

Vamos exemplificar um circuito OU EXCLUSIVO (XOR) utilizando o circuito integrado 74HC86. A seguir temos a representação da porta lógica XOR:

Representação da porta lógica XOR
Representação da porta lógica XOR

Este bloco representa a função lógica XOR, que nada mais é do que uma função com duas entradas, A e B, e uma saída S. Quando A e B possuem níveis lógicos diferentes entre si, S apresenta saída 1. Quando A e B possuem níveis lógicos iguais entre si, S apresenta saída 0. A Tabela a seguir, conhecida como Tabela da verdade, apresenta o funcionamento desta função.

Entrada A Entrada B Saída
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0

A tabela da verdade facilita o entendimento de circuitos com portas lógicas. Cada função lógica possui sua respectiva tabela da verdade. E na prática, são utilizados os CIs que possuem estas funções lógicas. A seguir, é apresentada a descrição dos pinos do 74HC86, que possui 4 portas XOR em sua arquitetura.

Descrição dos pinos do CI 74HC86
Descrição dos pinos do CI 74HC86

Ao arrastar o CI na área de trabalho, você pode passar o cursor do mouse em cima dos pinos que ele mostra o nome de cada pino. Esta descrição deve ser a mesma do datasheet do CI.

O circuito a seguir foi realizado usando o 74HC86, utilizando as entradas 3A e 3B com botões tipo push buttons e a saída 3 com um LED vermelho e resistor 330R. Para a alimentação foi utilizada uma fonte de tensão simples ajustada em 5V.

Esquemático do Circuito utilizando o 74HC86
Circuitos avançados no Tinkercad – utilizando o 74HC86

Os push buttons possuem dois estados lógicos: pressionados (nível 1) ou não pressionados (nível 0). Na saída temos um LED que recebe este sinal de saída, sendo 5V para nível 1 e 0V para nível 0. Segundo a tabela, temos:

  • No caso do botão na entrada A e botão na entrada B não estarem pressionados, o resultado na saída é 0, ou seja, LED recebe 0V e apaga.
  • No caso do botão na entrada A não estar pressionado e botão na entrada B estar pressionado, o resultado na saída é 1, ou seja, LED recebe 5V e acende.
  • No caso do botão na entrada A estar pressionado e botão na entrada B não estar pressionado, o resultado na saída é 1, ou seja, LED recebe 5V e acende.
  • No caso do botão na entrada A e botão na entrada B estarem pressionados, o resultado na saída é 0, ou seja, LED recebe 0V e apaga.

Com este tipo de CI é possível utilizar até 4 portas XOR no mesmo circuito, sendo necessário se atentar somente se as entradas A e B são correspondentes às saídas (1, 2, 3 ou 4). No circuito da Figura anterior, foram utilizadas as entradas e saída 3.

As demais portas lógicas, bem como os demais circuitos integrados funcionam de maneira semelhante.

Eletrônica analógica

No tópico anterior vimos os circuitos com sinais digitais. Neste tópico são abordados os sinais analógicos, que estão bastante presentes em diversos circuitos eletrônicos.

A Eletrônica analógica faz uso de componentes ativos, como diodos, transistores e circuitos integrados (CIs) com funções específicas, como amplificadores operacionais, comparadores dentre outros. Também faz uso de componentes passivos, como resistores, capacitores e indutores.

O Tinkercad nos permite realizar alguns tipos de circuitos analógicos e inclusive de potência, tendo os seguintes componentes disponíveis:

  • Diodos: diodo (genérico) e Zener (com escolha de tensão Zener pelo usuário).
  • Transistores: NPN (BJT), PNP (BJT), nMOS de pequenos sinais, pMOS de pequenos sinais, MOSFET (nMOS e pMOS), TIP120 (potência).
  • Ponte H: L293D
  • Oscilador: 555, 556
  • Amplificador operacional: 741
  • Comparadores: LM339 (quad) e LM393 (duplo)
  • Optoacoplador: 4N35
  • Reguladores de tensão: Regulador 5V (LM7805) e regulador 3,3V (LD117V33)

Vamos exemplificar um circuito com amplificador operacional (amp-op) utilizando o circuito integrado 741. A seguir temos a descrição dos pinos do 741.

Descrição dos pinos do CI 741.
Descrição dos pinos do CI 741.

Devido à tradução do Tinkercad, alguns pinos estão com nomes estranhos. Na dúvida, sempre consulte o datasheet correspondente. Na figura acima alguns termos estão traduzidos junto com termos mais técnicos para melhor entendimento.

O circuito a seguir foi realizado usando o 741 em um circuito amplificador inversor, apresentado na próxima figura.

Circuito usando o CI 741
Circuitos avançados no Tinkercad – usando o CI 741

Este circuito consiste em um amplificador operacional com entrada de 4 mV/100Hz fornecida por um gerador de sinais. Este gerador pode ser ajustado em frequência, amplitude de sinal e tensão de deslocamento CC. Dentre os tipos de ondas geradas, podemos escolher entre onda quadrada, onda triangular e seno, algumas das principais em geradores de sinais.

Outro instrumento visto é o osciloscópio, onde podemos observar as ondas geradas. Este modelo no Tinkercad é bastante limitado, pois só podemos alterar o tempo por divisão. Já a escala de volts por divisão é ajustada de forma automática, ficando na lateral direita da tela do osciloscópio.

Uma observação importante no uso de circuitos com amplificadores operacionais é a questão que o Tinkercad não possui fonte simétrica, apenas fonte simples. Neste caso foi realizada uma adaptação com duas fontes simples, sendo o negativo da primeira (acima) conectado ao positivo da segunda (abaixo), formando o ponto de terra (GND). Assim, temos o +Vcc vindo do positivo da primeira fonte e o -Vcc vindo do negativo da segunda fonte. Na figura temos o sinal positivo (+Vcc) representado com fio vermelho, GND com fio verde e negativo (-Vcc) com fio preto.

Considerações finais dos circuitos avançados no Tinkercad

Apesar das limitações do Tinkercad em relação à quantidade de componentes disponíveis, não poder inserir componentes externos e configurações dos instrumentos, ele é uma alternativa bastante viável nos estudos de circuitos básicos e até mesmo avançados em Eletrônica digital e analógica. Com o layout semelhante aos componentes reais, uso gratuito e online pela Autodesk, os estudantes e profissionais da área de Eletrônica podem simular e realizar análises de circuitos antes de ir para a bancada. Porém, se o circuito se torna mais complexo para confecção e análise, outros simuladores (como os citados no início deste artigo) podem suprir melhor tais necessidades.

Gostou de conhecer mais sobre o aplicativo Tinkercad? Este artigo mostrou possibilidades mais avançadas em Eletrônica para que você consiga realizar projetos mais complexos com esta ferramenta online. Deixe seu comentário logo abaixo se gostou do artigo. E, caso queira postar ou tirar dúvidas, acesse nossa Comunidade Maker no Facebook.

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