Como e porque estudar eletrônica?

estudar eletrônica

As áreas ligadas à eletrônica sofreram grandes mudanças nos últimos anos, sejam mudanças tecnológicas ou mudanças no mercado de trabalho. Será que o que se ensina em eletrônica analógica e digital ainda faz sentido no mundo atual? A forma como são organizados os assuntos para se estudar eletrônica é adequada? O que consideramos fundamentos desse assunto são fundamentos mesmo? Este artigo visa, mais que propor soluções, provocar discussões sobre como e por que estudar eletrônica hoje em dia (e como se ensina).

Introdução

Para ilustrar essa discussão compare dois clipes da banda alemã Kraftwerk, conhecida como a pioneira da música eletrônica. Já na década de 70 eles propunham um som experimental inspirado nas relações do ser humano com a tecnologia. Naquela época criavam seus próprios instrumentos para produzir seu som alternativo utilizando a tecnologia disponível. O vídeo a seguir é de 1977 e nele podem ser observados os tipos de equipamentos e instrumentos que eram utilizados (assista ao menos o primeiro minuto de cada vídeo):

Kraftwerk continua na ativa! O vídeo a seguir é de janeiro de 2015 (portanto 38 anos após o primeiro). É uma filmagem amadora que não mostra o telão ao fundo (que é um espetáculo à parte) mas enfoca o conjunto de equipamentos utilizados.

O repertório e o estilo são praticamente os mesmos, mesmo após 38 anos. Em sua essência a banda não mudou, mas a tecnologia utilizada evoluiu radicalmente. O que no passado eram instrumentos eletrônicos hoje são linhas de código, e o que eram equipamentos fabricado sob demanda se tornaram aplicativos instalados em diversos gadgets.

Qual a eletrônica os futuros profissionais estão estudando hoje, a do primeiro ou do segundo clipe? Será que o ensino de eletrônica tem acompanhado as mudanças do mercado e da tecnologia? Quais são, afinal, as competências essenciais que devemos formar nos futuros técnicos e engenheiros?

Desafios

Por que estudar eletrônica?

Por que estudar eletrônica? Antes de uma resposta rápida, vamos a alguns fatos:

  1. O reparo de circuitos é cada vez mais raro. Seja pelo grau de integração dos circuitos, seja pelo custo de material versus mão de obra, a troca de placas ou do aparelho completo muitas vezes é a melhor opção;

  2. As manutenções ainda possíveis são simples, trocas de componentes periféricos, que não exige profundo conhecimento ou instrumentos especiais;

  3. Em termos de desenvolvimento, cada vez menos se desenvolve e produz equipamentos eletrônicos no Brasil. Podemos lamentar e discutir as causas, mas o fato é que a proporção dos técnicos e engenheiros que vão se dedicar a projeto de circuitos eletrônicos a fim de desenvolver hardware, é cada vez menor;

  4. O projeto de equipamentos eletrônicos por sua vez também mudou. O nível de integração dos componentes faz com que cada vez se desenvolva menos circuito efetivamente. Utilizamos componentes flexíveis com alto grau de integração ou módulos prontos, que serão configurados e programados. O tempo dedicado à programação dos sistemas embarcados é, tipicamente, várias vezes o tempo de desenvolvimento de circuitos;

  5. Na última década é difícil pensar em um desenvolvimento de produto que não tenha utilizado microcontroladores, processadores ou outra forma de programação (incluindo aí FPGAs e CPLDs);

  6. Áreas ligadas à eletrônica de carácter mais sistêmico tiveram grande expansão. Sistêmico descreve o trabalho de integração e parametrização de equipamentos para construção de sistemas complexos. Assim, há hoje grande demanda por técnicos e engenheiros em telecomunicações, automação industrial ou comercial, sistemas de distribuição e geração de energia.

Nesse cenário, por que ensinar eletrônica a técnicos e engenheiros? Quais os conceitos e competências esses profissionais de áreas sistêmicas têm que levar para a vida profissional? Em um mundo onde a maior parte do esforço de engenharia está migrando para o software e configuração de sistemas, o que deve ser aprendido pelo futuro profissional?

Velocidade da mudança tecnológica

Se pensarmos no dia-a-dia de uma pessoa em sua vida particular (sem considerar a atividade profissional) ela interage com modernos smartphones com sistemas operacionais baseados em GNU/Linux, tem contato com redes de comunicação em praticamente todo lugar, manipula, utiliza e até veste sistemas computacionais (mesmo as geladeiras têm displays gráficos coloridos com comando de toque). Falando em termos mais técnicos, nosso dia-a-dia é repleto de sistemas embarcados, IoT (internet das coisas), switchs gerenciáveis e VLANs, modulação digital, etc…

Então, todo empolgado, um estudante chega ao curso técnico ou de engenharia (neste último, somente após sobreviver às disciplinas de cálculo), o que ele encontra: junções de silício, fontes lineares (procurei lá em casa, não achei nenhuma…), polarização de transistores, mapa de Karnaugh, meio-somador e somador completo, ALU de 4 bits!

É conhecida aquela palestra do Mário Cortella onde ele diz que a criança aos 7 anos já viu mais de 5000 horas de TV, com tudo que se possa imaginar, e quando chega na escola a professora escreve na lousa “A pata nada”. O aluno de engenharia com um Smartphone no bolso resolvendo mapa de Karnaugh em um caderno é só outra versão da mesma ironia.

Aprendizagem como escada

porque estudar eletrônica

Os planos curriculares, a grosso modo, partem do que se considera importante na formação de um determinado profissional. Essa complexa matriz de conhecimento é quebrada em áreas, por sua vez quebradas em disciplinas, e as disciplinas finalmente organizadas por tópicos. Do mesmo jeitinho que Descartes nos ensinou em 1637. Na hora de executar esse plano curricular toma-se o caminho inverso: partindo do que consideramos fundamentos e se vai acrescentando ou somando conhecimento, como se subíssemos uma escada para chegar ao topo de um edifício, de onde o estudante quando formado tenha (espera-se) a visão do todo. A questão é que a escada é muito longa, isto é, a tecnologia usada no cotidiano (profissional ou não) está muito além daquilo considerado fundamento, dos primeiros degraus. Novas tecnologias surgem a cada momento, portanto o edifício não para de crescer, o que é agravado pela redução nas cargas horárias dos cursos. Em resumo, o estudante entra no curso e começa a subir um prédio de 10 andares, degrau por degrau, mas só tem tempo para subir até o 7º e, quando lá chega, o prédio já está com 15 andares.

Estudantes e professores precisam ter em mente que a tecnologia que será utilizada na maior parte da carreira dos profissionais que estão se formando hoje, ainda não foi sequer desenvolvida!

Novo enfoque

Como já foi dito, o objetivo deste artigo não é apresentar soluções, mas provocar reflexão e questionamento. No entanto, alguns caminhos podem ser propostos para discussão.

Fundamentos

Se o tempo é limitado e a tecnologia constantemente se torna obsoleta e se renova, é razoável pensar que a educação em eletrônica deve focar no ensino dos fundamentos que permitam ao estudante, uma vez formado, continuar a evoluir e aprender. Esse raciocínio é, de forma geral, aceito por professores e profissionais. Equívocos são cometidos, no entanto, na definição do que são de fato conceitos fundamentais. Dois exemplos a seguir ilustram essa discussão.

Em eletrônica analógica, muita gente defenderia que amplificador é um tema fundamental. Basta olhar as ementas da maioria dos cursos, estarão lá a junção os BJTs PNP e NPN, as várias formas de polarização de transistor, as classes de amplificador. Na verdade, nada disso é fundamento, é apenas a implementações de uma tecnologia (diga-se de passagem, ultrapassada). Quem, nos dias atuais, monta um amplificador para fins práticos, polarizando transistores discretos? Por que se dedica tanto tempo a esse assunto, então? Mas o que é, de fato, fundamento no assunto amplificador? São conceitos de ganho, resposta em frequência, distorção harmônica, realimentação, linearidade. Esses conhecimentos aplicam-se a amplificadores com transistores, com válvulas, com AmpOp, com circuitos integrados de potência, em amplificadores de RF.

Agora um exemplo na eletrônica digital: é quase certeza encontrar na disciplina de eletrônica digital o tema Mapa de Karnaugh. Admitamos, é uma forma muito boa de simplificar circuitos combinacionais complexos, mas sua utilidade prática é nula. Quem simplifica circuitos combinacionais hoje? Qual o objetivo de tentar reduzir o número de portas lógicas? Quem faz projetos utilizando portas lógicas discretas? Por outro lado, um conteúdo de múltiplas aplicações como máquinas de estado raramente aparece nas ementas ou, quando aparece, tem uma pequena carga horária.

Esses dois exemplos propositalmente atacam dois temas que são, em geral, considerados fundamentos. É necessária uma reflexão sobre todo o conteúdo da eletrônica para identificar o que de fato é conceito fundamental útil para o futuro profissional e o que é tecnologia dos anos 70. Numa situação onde o tempo é limitado, o assunto crescente e a tecnologia fora do contexto das pessoas, temos que tomar decisões corajosas de definir em que devemos focar os esforços dos professores e estudantes.

Abordagem top-down e Subsistemas

porque estudar eletrônica: top down

Uma proposta ousada seria tratar os grandes temas a serem estudados de forma top-down, isto é, dos sistemas de maior complexidade como um todo em direção às suas partes componentes, analisando cada vez de forma mais detalhada. Seguindo essa abordagem, os temas a serem estudados deveriam ser organizados com uma visão sistêmica, e não de tecnologia.

A tabela a seguir (que é apenas um esboço incompleto para ilustrar a discussão) tenta exemplificar o que poderia ser uma reformulação de temas tipicamente encontrados em Eletrônica Analógica. No fim, praticamente os mesmos assuntos são abordados, porém, com um enfoque diferenciado.

Organização Tradicional em Tecnologias/Componentes

Organização em Subsistemas

  • Física dos semi-condutores

  • Junção PN

  • Diodo

    • Aplicações de diodos (ceifador, dobrador, etc…)

  • Fontes lineares

    • Retificador de meia-onda (com e sem filtro)

    • Retificador de onda completa com CT (com e sem filtro)

    • Retificador de onda completa em ponte (com e sem filtro)

    • Reguladores de tensão

  • Transistores

    • Transistores BJT

      •  PNP e NPN

      • Amplificadores de sinal

      • Amplificador base comum

      • Amplificador coletor comum
      • Amplificador emissor comum
      • Capacitor de desacoplamento
      • Amplificador classe B
      • Amplificador classe AB
      • Transistor como Chave
    • Transistores FET
      • FET

      • FET como chave

      • FET como amplificador

  • Amplificadores Operacionais

    • Amplificadores diferenciais e fundamentos de AmpOp

    • Inversor e não-inversor

    • Somador e subtrator

    • Integrador e diferenciador

    • Comparadores

  • Eletrônica de Potência

    • SCR

    • TRIAC

    • Controlador AC

    • Retificador monofásico controlado de meia-onda

    • Retificador monofásico controlado de onda completa

    • Retificador monofásico semi-controlado de onda completa

    • Retificador trifásico controlado de meia onda

    • Retificador trifásico controlado de onda completa

    • Retificador trifásico semi-controlado de onda completa

  • Sistema de Alimentação

    • Fundamentos

    • Conversão de energia

    • Parâmetros de qualidade (regulação, estabilidade, ripple, tolerância)

    • Eficiência

    • Fontes lineares

      • Retificadores monofásicos

      • Retificadores trifásicos

      • Retificadores controlados

    • Fontes chaveadas

      • Topologias de fonte chaveadas

    • Sistemas alimentados à bateria

    • Energias renováveis

  • Amplificadores
    • Amplificadores operacionais (inversor e não-inversor)

    • Ganho e Decibéis

    • Resposta em frequência

    • Filtros ativos (Chebychev, Butterworth e Bessel)

    • Parâmetros de qualidade (linearidade, distorção harmônica)

    • Somadores e subtratores de sinais

    • Amplificadores de potência

      • Amplificadores discretos (classe B e AB)

      • Amplificadores integrados

      • Amplificadores chaveados (classe D)

  • Sistemas de controle
    • Comparadores

      • Comparador

      • Comparador de janela

      • Comparador schmitd-trigger

    • Controlador On-Off

    • Controlador On-Off com histerese

    • Integrador e diferenciador

    • Controladores PID Analógicos

  

Aprendizado em espiral

porque estudar eletrônica: aprendizado em espiral

Usando uma abordagem top-dowm e partindo de sistemas mais complexos e aprofundados, haveriam várias ramificações e não poderia se escolher um único “caminho”. Em vez disso, uma abordagem em espiral passaria repetidamente por todas as áreas envolvidas, aprofundando e agregando cada vez mais, numa jornada multidisciplinar de análise das tecnologias. Uma abordagem assim não é simples, pois implica em sérias mudanças na estrutura curricular, que obrigariam temas, hoje isolados em disciplinas, serem tratados simultaneamente.

Por exemplo, o estudo da eletrônica digital em espiral começaria na primeira aula pelo Arduíno ou Raspberry Pi fazendo piscar um LED, e ao mesmo tempo abordaria arquitetura de computadores, introdução à programação e mesmo eletricidade básica. Mais à frente no curso chegaria uma hora onde hardware e software da porta serial seriam estudados juntos, analisando tanto protocolos de comunicação quanto circuitos de registrador de deslocamento, vistos nesse momento pela primeira vez.

A primeira pergunta que surge nesse caso é quais seriam as grandes áreas nas quais dividir cada assunto (os subsistemas). A segunda questão, que parece ser a mais difícil de responder, é quão profundo mergulhar. Por exemplo, se começássemos a estudar eletrônica para engenheiros de automação pelo CLP e aprofundássemos em espiral, abrindo uma caixa preta por vez, será que chegaríamos nas portas lógicas? Mais ainda, será que precisaríamos chegar nas portas lógicas para desenvolver as competências que importam?

Considerações finais

A tecnologia muda rapidamente e afeta a vida das pessoas. Quando essa tecnologia está ligada à profissão, a responsabilidade de proporcionar um aprendizado significativo é muito grande. Não é fácil manter os currículos atualizados com essa velocidade de mudança, porém, de tempos em tempos, é necessário tomar decisões que alterem a estrutura dos currículos e permitam a professores e alunos assimilarem as mudanças tecnológicas ocorridas e, principalmente, estar mais bem preparados para o futuro. A eletrônica sofreu grandes mudanças na última década, em especial no que se refere ao mercado de trabalho no Brasil. As faculdades de engenharia e escolas técnicas que não conseguirem incorporar essas mudanças aos seus currículos correm o risco de entregar ao mercado um profissional que, recém-formado, já está ultrapassado.

Qual sua opinião sobre o assunto? Para você o que caracteriza um verdadeiro fundamento da eletrônica? Como você avalia a forma que os cursos abordam o assunto eletrônica? A opinião de professores e profissionais é muito importante quando se discute a educação.

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Técnico em Eletrônica e Engenheiro de Telecomunicações, é fundador e diretor da Exsto Tecnologia. Trabalha com desenvolvimento de produtos desde 2000, focando mais recentemente nas áreas de automação e educação profissional. É tão nerd que quando coloca a mão no teclado, seus dedos vão automaticamente para A, W e D.

Licença Creative Commons Esta obra está licenciada com uma Licença Creative Commons Atribuição-CompartilhaIgual 4.0 Internacional.

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Hugo Oiko
Hugo Oiko
12/07/2018 16:20

Caro Domingos Adriano Nasci em 1960, em 1969 quebrei varias telhas de casa para descobrir por onde as imagens entravam na TV , ví a Apollo 11 subir , pousar o módulo e cair no oceano. Em 1972 fiz minha primeira fonte de meia onda com BY127, deu um zumbido que atrapalhou o som que saía. Aprendi a função do capacitor eletrolítico e suas características, um resistor shunt e outro capacitor para filtrar aquele zumbido. Quanta alegria aquilo me deu, e todas as alegrias que vieram depois. Consertei muito equipamentos tecnologicamente desenvolvido e evoluido das válvulas e transístores, quanta alegria… Leia mais »

Daniel Arbartavicius
Daniel Arbartavicius
05/02/2018 17:44

Excelente texto. Só acho que hoje os professores colocam bastante resistência a qualquer mudança de paradigma. Na rede estadual de São Paulo, por exemplo, a adoção de computadores nas salas de aula não decolam devido a dificuldade de uso da tecnologia. No ensino tecnológico isso melhora com o uso de várias mídias mas o paradigma do ensino expositivo persiste. Agora uma pergunta: “Como veêm o uso de simuladores em substituíção aos tradicionais kits de montagens?”

Saulo Furtado
Saulo Furtado
01/04/2016 03:06

Sou totalmente contra a forma de ensino passada pelo Sr. Domingos. Não é possível entender o complexo primeiro e ir adentrando nos assuntos depois, e qualquer entendimento nesse processo será um falso entendimento. No processo (dito no artigo como ultrapassado) quando se programa um Arduino/PIC/RaspberryPi para piscar um LED, o aluno realmente vai entender o porquê o LED está piscando, não em termos de software, mas hardware, porquê ele estudou eletrônica básica antes. Enquanto no seu modo de ver, primeiro deve-se “enganar” o estudante fazendo um LED piscar e deixar ele sem entender, porquê depois ele verá o básico. Quando… Leia mais »

Tiago Giacomelli
Tiago Giacomelli
16/02/2016 23:08

Caro Domingos, gostei bastante do artigo que você escreveu. Acredito que a reflexão seja o início da caminhada para um bom sistema de ensino. Penso, entretanto, que certos tópicos como o BJT (citarei apenas este para não me tornar repetitivo) ainda são essenciais. Concordo que, via de regra, é mais importante para um estudante de engenharia de automação conhecer técnicas de controle, linguagens de programação destinadas aos CLP (ou CP como já o chamam hoje em dia), IHMs e supervisórios, teorias de robótica e programação de robôs. Penso, contudo, que existe uma tendência em formar profissionais cada vez mais específicos… Leia mais »

Franklin S.C. Bonfim
Franklin Bonfim
22/10/2015 17:51

Muito bom!

Franklin S.C. Bonfim
Franklin Bonfim
22/10/2015 17:44

Muito bom o artigo!

Ciro Peixoto
Ciro Peixoto
12/10/2015 22:42

Que bacana !!! O Sr. André Castelan pode escolhar a sua vontade os posts aqui publicados!!! – OK! Parabens!!! – Realmente é muito fácil ser “politicamente correto” sempre a seu favor…. Abraço

Thiago Lima
Reply to  Ciro Peixoto
13/10/2015 09:59

Ciro, o Andre nao e’ Administrador. Andre’, seu comenta’rio foi moderado pois continha palavras improprias.

Ciro Peixoto
Ciro Peixoto
12/10/2015 22:35

Como pelo menos aqui está sendo publicado(ao que parece) gostaria de dizer que antes do Sr. André fazer o segundo grau eu com certeza já projetava com microprocessadores e escrevia em C ANSI – Trabalho com projetos eletrônicos e programação desde 1983, sou Engenheiro e sei o que estou falando….

Assim, depois de dizer que estou falando besteira, PROVE com argumentos e não saia como um garôto boboca dando uma de magoado…. E principalmente não delete minhas respostas no post Original!

Abraço não fraterno – Só por educação mesmo…

Ciro Peixoto
Ciro Peixoto
12/10/2015 22:30

Beleza!!! – O Sr. ANDRÉ CASTELAN PODE FALAR QUE ESTOU FALANDO BESTEIRA MAS EU NÃO CONSIGO POSTAR MINHA RESPOSTA!!! PORQUE???

Thiago Lima
Reply to  Ciro Peixoto
13/10/2015 10:01

Ciro, deve ter ocorrido algum problema de instabilidade com o Disqus. Pedimos desculpa por isso.

Adilio Soares
Adilio Soares
12/10/2015 11:34

Gostei bastante desse artigo, vc poderia divulgar ele em pdf também, vlw.

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