Semicondutores
(249 103)Os componentes e sistemas coletivamente denominados “semicondutores” devem o seu nome ao tipo de materiais utilizados para os construir. Trata-se de substâncias com condutividade variável, em que este atributo depende de fatores externos (por exemplo, a temperatura). Os componentes eletrónicos semicondutores utilizam cristais destas substâncias (silício, germânio). As partículas de outros compostos químicos (por exemplo, derivados de gálio, fósforo, alumínio) são introduzidas na sua estrutura na etapa de produção. Este processo chama-se dopagem e provoca um excesso ou défice de eletrões em relação ao nível de condutividade (em poucas palavras, há demasiados ou muito poucos eletrões para que o material conduza livremente a eletricidade). É assim que obtemos, respetivamente, semicondutores de tipo n (a partir de uma carga negativa provocada por eletrões adicionais) e de tipo p (carga positiva, escassez de eletrões que provoca a formação das chamadas aberturas). Combinando dois ou mais elementos obtidos desta forma, obtemos conectores (por exemplo, o conector p-n).
Consoante a configuração dos semicondutores que compõem o conector, este pode ter diferentes características. No caso de um díodo semicondutor normal, só conduzirá a corrente numa direção. No caso dos transístores bipolares entre semicondutores dopados (coletor e emissor), é colocada uma camada ligeiramente dopada de um tipo diferente, que gera duas uniões (n-p-n ou p-n-p) cuja condutividade depende das tensões que ocorrem entre os pinos.
No caso dos transístores unipolares (FET, do inglês field-effect transistor), o fluxo de eletrões ocorre entre os elétrodos de drenagem e fonte feitos de semicondutores. A corrente é controlada alterando a tensão da porta da fonte (o terceiro elétrodo). Quando se aplica uma tensão, aparece um campo elétrico no material colocado entre a drenagem e a fonte, criando uma área chamada canal, que permite que a corrente flua. Em repouso, o canal é a região n ou p (consoante o tipo de transístor), sempre oposta à fonte e à drenagem, ou seja, não condutora. A sua resistência atinge os megaohms.
O tipo mais comum de FET são os transístores, nos quais a porta está isolada de outras saídas (não flui corrente através dela). Estes produtos incluem componentes tipo MOSFET (metal-oxide-semiconductor). Devem a sua popularidade tanto à velocidade de funcionamento como ao tamanho microscópico. A tecnologia de os emparelhar para criar portas lógicas chama-se CMOS (complementary metal-oxide-semiconductor) e é a base da eletrónica digital (incluindo a produção de circuitos integrados, memória e microprocessadores).
São estes os conceitos básicos que podem ser utilizados para descrever a maioria dos produtos disponíveis na categoria de semicondutores. Vejamos agora a classificação dos artigos com base nas suas funções e características.
Que produtos são semicondutores?
O que entendemos por eletrónica muitas vezes significa simplesmente: circuitos elétricos construídos com semicondutores. Não é de estranhar que seja um dos departamentos mais extensos no catálogo da TME e, em paralelo, um grande ramo da indústria. Analisemos em traços gerais esta oferta, detalhando os seus subgrupos mais importantes.
Díodos, pontes retificadoras e componentes afins
O primeiro grupo básico são os díodos de vários tipos, sobretudo universais e retificadores, isto é, condutores numa única direção. A sua aplicação frequente, no sistema de pontes, é a conversão de corrente alternada (proveniente diretamente da rede elétrica ou que aparece no enrolamento secundário do transformador) em corrente contínua, que pode ser utilizada para alimentar circuitos eletrónicos ou ser adicionalmente processada, por exemplo, em circuitos por impulso. Naturalmente, os díodos também desempenham outras funções, como proteger os controladores de motores contra danos, trabalhar em sistemas de conversão de frequência, etc. Este grupo de artigos também inclui elementos de Zener, para a regulação de tensão, Schottky, módulos de díodos, bem como produtos afins, como tirístores, diacs ou triacs, permitindo controlar linhas com tensão relativamente alta.
Transístores
Já fizemos referência aos transístores – o componente eletrónico básico ainda é bastante usado para amplificar e controlar sinais, criar fontes de alimentação comutadas, conversores de tensão, sistemas de comunicação (com fios e de rádio). O catálogo da TME conta com elementos bipolares e unipolares, circuitos Darlington (com muito mais amplificação), bem como módulos e elementos IGBT. Este grupo também inclui componentes de potência fabricados em tecnologia de carboneto de silício (SiC), o que permite a construção de componentes termicamente resistentes e resistentes a altas correntes.
Circuitos integrados
Atualmente, os circuitos integrados constituem o campo mais importante da eletrónica. Em busca da miniaturização e eficiência energética, os fabricantes oferecem circuitos integrados em carcaças padronizadas. A sua produção em massa permite reduzir significativamente os preços dos dispositivos eletrónicos, pelo que a maioria dos componentes típicos está disponível neste formato, por exemplo, amplificadores operacionais ou circuitos lógicos (comportas, comparadores, inversores, etc.). Os grupos mais extensos aqui representados são vários tipos de condutores (de motor, PWM, MOSFET/IGBT, LED ) e transformadores A/D e D/A (ou seja, DAC), que permitem uma fácil ligação da eletrónica digital a componentes analógicos como sensores, microfones ou colunas. Neste departamento, pode encontrar estabilizadores de tensão em miniatura (ajustáveis e não regulados), bem como uma série de produtos dedicados a aplicações de áudio, rádio e televisão, etc.
Microcontroladores
O campo dominante da eletrónica, a eletrónica digital, está associado ao acesso comum a sistemas que permitem o processamento de informação armazenada sob a forma de sinais lógicos. Estes incluem elementos que podem desempenhar uma série de funções (consoante o programa carregado). Neste campo, oferecemos soluções dos principais fabricantes do mundo (por exemplo, a Microchip), que se destinam à construção e produção não só de dispositivos complexos que processam grandes quantidades de dados, como também de circuitos em miniatura, circuitos móveis, alimentados por bateria, etc.
Os sistemas comummente utilizados incluem: microcontroladores AVR, PIC ou NXT, com arquitetura de 8 bits e 32 bits, e até mesmo ARM, que permitem a construção de computadores altamente miniaturizados e soluções IoT autónomas (Internet of Things). A sua grande vantagem é a integração numa carcaça: memória operacional/não volátil, unidade de cálculo, bem como inúmeros periféricos (conversores, comparadores, geradores PWM, interfaces de comunicação). Desta forma, os criadores recebem um sistema de microprocessador pronto a usar e podem direcionar todos os seus esforços para a criação do dispositivo de destino. É relativamente fácil de programar, porque há uma série de ambientes de desenvolvimento fáceis de usar (IDE) disponíveis no mercado, na sua maioria baseados em linguagens relacionadas com C e desenvolvidos pelos próprios fabricantes. A ligação com outros sistemas (por exemplo, controladores ou sensores) é efetuada por meio de bibliotecas dedicadas. Isso não só permite reduzir o tempo de desenvolvimento de novos produtos, como também facilita a sua adaptação às normas internacionais (p. ex., USB, Wi-Fi, Bluetooth, SD), traduzindo-se em maior facilidade de utilização e satisfação do cliente.
Numa secção à parte do catálogo encontram-se os programadores e debuggers para microcontroladores. Trata-se de soluções originais dos fabricantes, bem como uma oferta de dispositivos de outros fornecedores.
Memórias
Também são semicondutores os diferentes tipos de memória: operacional (SRAM, DRAM, etc.) e não volátil (EEPROM, FLASH, etc.). Estão disponíveis em várias capacidades e tamanhos, equipadas com interfaces em paralelo e série. Permitem a construção de dispositivos que agregam informação e armazenam dados (não só informação sobre configurações, mas também registos completos de atividade ou, por exemplo, imagens de câmaras).
Módulos de comunicação
O subgrupo seguinte da categoria dos semicondutores são os módulos de comunicação, que permitem a transmissão bidirecional de dados em diferentes padrões. São um método conveniente para conectar circuitos controlados por um microcontrolador a redes sem fios (Wi-Fi/GPRS/HSPA/LTE), bem como a outros dispositivos, por exemplo, usando tecnologias Bluetooth ou ZigBee. Também fazem parte deste subgrupo os sistemas LoRa (long range), que são utilizados para construir redes extensas que cobrem amplos espaços, bem como recetores de sinais de geolocalização (por exemplo, GPS, Galileo) e elementos adaptados para suportar RFID (sistemas de comunicação de proximidade, como identificadores). Os módulos de comunicação mais complexos baseiam-se em microcontroladores, que (juntamente com os periféricos e elementos externos presentes na PCB) podem atuar como um sistema de controlo independente de dispositivos complexos. São programáveis e adequados para a integração em sistemas maiores.
Kits de inicialização
Os kits de inicialização são módulos dedicados a sistemas específicos (geralmente microcontroladores) que facilitam a aprendizagem e a criação de protótipos. Contêm todos os componentes necessários para o funcionamento de um determinado elemento (fonte de alimentação, condensadores de desacoplamento, muitas vezes também conectores USB, LAN, etc.), pelo que o construtor pode focar-se na programação e nos testes. Neste campo, também encontramos produtos populares como o Arduino ou ESP32, ou seja, soluções claramente descritas, de uso gratuito e muito flexíveis. Podem ser adaptadas a inúmeras aplicações – desde projetos amadores até controladores industriais profissionais.
Hardware de semicondutores
Importa também destacar que o grupo de semicondutores inclui hardware e acessórios: radiadores (um elemento essencial da termorregulação dos componentes de alta potência), bases para montar os circuitos na PCB, bases de teste (utilizadas, entre outros, em programadores) e também módulos Peltier.
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