Circuitos Digitais

Para chegarmos ao assunto propriamente dito da nossa primeira aula, precisamos entender a diferença entre uma quantidade analógica e uma quantidade digital. Sabemos que é muito importante representarmos uma quantidade, assim veremos a importância dos números, que nada mais são do que os símbolos de uma linguagem, chamada matemática, que nos ajuda a representar essas quantidades. A necessidade de contar fez com que construíssemos uma linguagem, representada por padrões: os números. Podemos representar de várias maneiras, mas podemos citar essas quantidades ou esses números de duas formas: analógica ou digital.

Representação Analógica

A representação analógica é uma quantidade representada por um indicador proporcional continuamente variável. Existem dois exemplos que vão ilustrar para você esse conceito facilmente (Figura 2).

Pense no velocímetro do carro, no qual a posição do ponteiro representa a velocidade, seguindo com alterações quando diminuímos ou aumentamos a velocidade do carro.

Outro exemplo seria o termômetro de mercúrio. Esse é o termômetro que mais usamos quando estamos com febre, constituído de uma coluna de mercúrio, cuja altura varia de acordo com o corpo do paciente ou ambiente onde é inserido.

Nos dois exemplos, podemos notar que as quantidades físicas (velocidade e temperatura) estão sendo associadas a um indicador puramente mecânico. Essas quantidades têm uma importante característica, pois variam ao longo de uma faixa contínua de valores.

Representação Digital

Na representação digital, as quantidades não são representadas por quantidades proporcionais, mas por símbolos denominados dígitos. Ou seja, o tempo em um relógio analógico varia de forma contínua, enquanto em um relógio digital, os números variam em saltos ou degraus, ou seja, de uma maneira discreta. Assim, podemos dizer que a maior diferença entre analógico e digital é o sinal. A representação do analógico é contínua, enquanto que a representação digital é por amostragem ou por pontos discretos no tempo com amplitude também discreta. Veja uma ilustração dessas representações na Figura 3.

Como você já sabe, é cada vez maior o interesse por aplicações em eletrônica de natureza digital, ou seja, utilizar técnicas digitais para aprimorar funções que antes eram realizadas por sistemas analógicos. Vamos ver a seguir alguns dos motivos que fazem isso acontecer:

1. Os sistemas digitais são, geralmente, mais fáceis de serem implementados. Isso porque os circuitos trabalham com circuitos de chaveamento. O controle remoto da sua TV, por exemplo, internamente, tem um circuito digital. Os circuitos digitais trabalham apenas com dois valores (‘$0$’ ― nível baixo = $0\ \text{Volts}$) ou (‘$1$’ ― nível alto = $5\ \text{Volts}$), e não com valores exatos de voltagem ou tensão como operam os circuitos analógicos, e por isso mesmo também são menos suscetíveis a ruídos.
2. Armazenamento da informação é mais fácil, porque as técnicas digitais podem armazenar uma quantidade muito grande de bits por longos períodos de tempo.
3. Maior precisão e exatidão do sistema. Depois que o valor é convertido para binário ou bits, dificilmente essa informação se perderá ou sofrerá deteriorização, diferente das tensões ou correntes que podem ser distorcidas devido à variação de temperatura ou, por exemplo, umidade.
4. As operações podem ser programadas e os circuitos integrados podem ser fabricados replicando exatamente o mesmo circuito sem ocorrer variações no projeto. Os circuitos analógicos têm dispositivos como capacitores de alto valor, resistores de precisão, indutores e transformadores (Figura 4) que não podem ser integrados em um único chip. Olhando a Figura 4, você pode perceber que temos circuitos integrados, ou seja, circuitos dentro de um mesmo chip, e temos os capacitores, os resistores, os diodos que não podem ser colocados em uma mesma pastilha de silício ou chip.

Agora é óbvio que, apesar de muitas vantagens, existem também as desvantagens que podemos concentrar em duas razões.

Em primeiro lugar, o nosso mundo na verdade é analógico, pois quando, por exemplo, você fala e grava a sua voz, o gráfico resultante terá valores de tons e de altura que não são apenas “0” ou “1“, mas teremos vários valores para a altura da voz. E isso se repete no controle de temperatura do ar condicionado, em que temos valores de 0 até 30 graus, por exemplo. Assim, temos que sempre realizar a conversão de analógico para digital e depois devemos devolver ao meio o sinal analógico, realizando a conversão então de digital para analógico.

Isso implica em mais tempo de processamento e na inserção de módulos adicionais que adicionam custo ao projeto. Como no nosso mundo atual os sistemas são cada vez mais digitais, temos que estudar como essa tecnologia influencia os nossos projetos e como na realidade podemos trabalhar com componentes e circuitos digitais no ambiente analógico que vivemos. O primeiro passo será entendermos o sistema de numeração digital.