Fonte de alimentação linear

A fonte de alimentação é um dispositivo que tem a mesma função que uma bateria. A diferença é que a energia elétrica não fica armazenada em células de voltagem (como ocorre com pilhas e baterias), e sim, é extraída da rede elétrica. Muitos aparelhos são alimentados diretamente a partir da rede elétrica, como é o caso de lâmpadas e motores. A voltagem da rede elétrica não é adequada para aparelhos eletrônicos, portanto esses aparelhos possuem fontes de alimentação. São circuitos que convertem a tensão da rede elétrica (110 volts em corrente alternada) para tensões adequadas ao seu funcionamento (em geral inferiores a 20 volts, em corrente contínua).A figura 73 mostra a diferença entre uma fonte de tensão contínua e uma alternada. Na fonte de tensão contínua (CC), a corrente trafega sempre no mesmo sentido. O valor da tensão é constante, e se ligarmos um circuito de características constantes, como lâmpadas e resistores, a corrente também será constante. Como já mostramos, existem dois terminais, o positivo e o negativo. Na fonte de corrente alternada (CA), a corrente trafega, ora em um sentido, ora em outro sentido. A fonte CA empurra e puxa a corrente, indefinidamente. A rede elétrica usada no Brasil opera com 60 ciclos por segundo, ou seja, empurra a corrente, depois puxa a corrente, e repete este ciclo 60 vezes a cada segundo. Dizemos que a tensão da rede é 60 Hz. Em alguns países,sobretudo na Europa, a rede opera com 50 Hz. O gráfico da tensão alternada tem a forma de uma senóide porque a geração é feita por eixos rotativos, existentes nos geradores das usinas de energia. Uma vantagem da tensão alternada é que pode ser facilmente convertida em valores mais altos ou mais baixos, através de transformadores, coisa que não pode ser feita tão facilmente com a corrente contínua. Uma fonte de alimentação recebe corrente alternada a partir da rede elétrica, com freqüência de 60 Hz e voltagem que pode ser de 110 ou 220 volts. Inicialmente esta tensão é reduzida para um valor menor, através de um transformador. Temos então corrente alternada, mas com um valor menor. Aseguir é feita uma retificação, que consiste em fazer a corrente trafegar sempre no mesmo sentido. O próximo passo é a filtragem, e finalmente a regulação. A figura 74 mostra as etapas da geração de tensão contínua em uma fonte.As fontes que operam como motramos na figura 74 são as chamadas “fontes lineares”. Sua principal desvantagem é que requerem transformadores muito pesados para fazer a redução de voltagem, e capacitores muito grandes para fazer a filtragem. São adequadas quando a potência a ser fornecida (potência = tensão x corrente) é pequena. Os chamados “adaptadores AC”, usados

para alimentar caixas de som e dispositivos que não possuem fonte própria, consomem pouca potência. Eles são na verdade fontes lineares de alimentação, com operação similar ao mostrado na figura 74.

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Fonte de alimentação chaveada

Tanto os transformadores quanto os capacitores usados nas fontes de alimentação poderiam ser bem menores se a freqüência da rede elétrica fosse mais elevada, ao invés de operar com apenas 60 Hz. Por isso foram criadas as fontes chaveadas, utilizadas nos PCs e em todos os equipamentos eletrônicos modernos. Elas não necessitam de tranformadores e capacitores grandes, e por isso podem fornecer muita potência, porém mantendo peso e tamanho reduzidos.Não existe dificuldade técnica na retificação de tensões elevadas. Quanto à filtragem, podem ser usados capacitores de menor valor, pois a corrente é mais baixa, apesar da tensão ser elevada. O resultado é uma tensão contínua de valor elevado. Esta tensão passa por um transistor de chaveamento que a transforma em uma onda quadrada de alta freqüência, entre 100 e 200 kHz. Este transistor opera como uma chave elétrica que abre e fecha o circuito para a passagem de corrente, em alta velocidade. Esta onda quadrada passa por um transformador e tem sua tensão reduzida, porém com valor de corrente maior. Este transformador pode ser pequeno, já que opera com freqüência muito mais elevada, e quanto maior é a freqüência, maior é a facilidade que um transformador tem para fazer o seu trabalho. Temos então uma corrente alternada, mas com amplitude menor e freqüência maior. Esta corrente é retificada e filtrada, desta vez usando capacitores de menor tamanho, já que a filtragem também é facilitada pela freqüência elevada. Finalmente temos a etapa de regulação, na qual imperfeições são eliminadas, resultando em um valor constante na saída. Uma fonte de alimentação usada em um PC possui várias seções para a geração dos diversos valores de voltagem.

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Fabricação de Placas

Vamos completar nossas noções sobre eletrônica mostrando como funciona uma linha de montagem para a fabricação de placas. Essas informações puderam chegar a você graças à cortesia da Asus do Brasil e da Itautec. Naverdade a linha de montagem de placas da Asus é de propriedade da Itautec. As placas lá produzidas são utilizadas nos PCs da Itautec e o excedente é usado para abastecer o mercado de varejo. Outros fabricantes de placas de CPU também possuem fábricas no Brasil, como FIC e Gigabyte. Outros fabricantes estão representados na Zona Franca de Manaus. Todo o piso da fábrica é pintado com tinta dissipativa anti-estática, e os funcionários utilizam “calcanheiras”. São presas aos pés e dissipam rapidamente para a terra quaisquer cargas eletrostáticas. Os fabricantes sabem que a eletricidade estática danifica os componentes eletrônicos. Pena que os lojistas, usuários e boa parte dos técnicos não tomam o mesmo cuidado. Para entrar na linha de montagem é preciso pisar em uma espécie de “balança” para medir se a dissipação da calcanheira anti-estática está funcionando bem.A Asus envia diretamente de Taiwan os kits de componentes para a montagem de placas, a começar com as placas de circuito propriamente ditas, ainda sem os componentes. Neste ponto as placas possuem apenas as trilhas de circuito impresso, os furos metalizados e a serigrafia. Placas de expansão (vídeo, por exemplo), são fornecidas em grupos de 4. As máquinas montam simultaneamente 4 placas de cada vez, e ao final do processo de montagem, as 4 placas são separadas.A primeira etapa da montagem é a aplicação da pasta de solda. É uma espécie de “cola” impregnada por minúsculas esferas de solda em estado sólido. A aplicação é feita pela primeira máquina da linha. A pasta é aplicada em todos os pontos de soldagem. Esses pontos de soldagem já são previamente estanhados nas placas de circuito impresso. A máquina que aplica pasta de solda move a placa e localiza 4 pontos de referência, fazendo assim um alinhamento. Uma vez com a placa devidamente alinhada, a pasta de solda é aplicada nos pontos de soldagem. É um processo similar ao de uma impressora a jato de tinta, exceto que ao invés de tinta temos a pasta de solda.É preciso checar a espessura da camada de pasta de solda, que deve estar dentro de parâmetros máximo e mínimo apropriados. Pode ser preciso descartar algumas placas até que esta máquina esteja regulada.Ao sair da primeira máquina que faz a aplicação da pasta de solda, as placas passam por duas outras máquinas muito interessantes. Elas fazem a colocação automática dos componentes eletrônicos SMD (montados na superfície). A pasta de solda fica entre a placa e o componente. Mais adiante, um forno derreterá a solda e fixará os componentes SMD.As máquinas da linha de montagem são conectadas entre si, formando uma seqüência. Ao sair de cada máquina, a placa é transportada através de uma esteira para a máquina seguinte. Na figura 81 vemos ao fundo a máquina que aplica pasta de solda, seguida pela primeira máquina de inserção de componentes SMD.É muito interessante ver os componentes sendo colocados na placa. A máquina de inserção usada na linha de montagem da Asus faz a colocação de 40.000 componentes por hora, cerca de 11 por segundo. No seu interior existe um enorme tambor rotativo com várias cabeças. Cada cabeça é alimentada com um tipo de componente. Por trás deste tambor existem vários carretéis com os componentes a serem inseridos. Cada placa que entra na máquina é movimentada rapidamente sob o tambor, e suas cabeças colocam precisamente cada componente em seu lugar. Uma placa leva cerca de 3 minutos para receber os componentes. A primeira máquina de inserção coloca capacitores, resistores, diodos e transistores. FiguraTerminado o trabalho da primeira máquina de inserção, as placas entram na segunda máquina, onde vão ser colocados os chips SMD (chipset, super I/O, chips MSI e SSI).Na segunda máquina existem braços mecânicos que rapidamente e precisamente colocam os chips nos seus lugares. Depois de receber todos os componentes SMD, as placas passam por um forno que aumenta lentamente sua temperatura até 70 graus, e depois as resfriam gradualmente até a temperatura ambiente, para evitar trincamentos e problemas de soldagem. Nesta etapa as minúsculas partículas de solda encontradas na pasta de solda são derretidas e fazem a fixação elétrica dos componentes SMD.Na próxima etapa as placas são testadas para verificar se todas as ligações eletrônicas estão corretas. É verificado se existem circuitos em aberto ou curto-circuitos. Isto é feito em poucos segundos através de um equipamento de medição. Ele utiliza uma espécie de “cama de pregos”, com centenas de agulhas que fazem contato com todos os pontos a serem medidos, e em poucos segundos verifica se está tudo corretamente ligado. Este equipamento possui módulos removíveis, um para cada modelo de placa.

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A fase de inserção manual de componentes

Neste momento as placas estão com todos os componentes SMD em seus lugares. A seguir são colocados os componentes que não são SMD, como os slots, conectores e soquetes. Esses componentes são encaixados nos furos da placa de circuito. Sua inserção é feita manualmente em uma linha de várias montadoras (agora são pessoas, não máquinas), cada uma responsável pela colocação de um grupo de componentes.As placas são movimentadas por uma esteira ao longo de uma seqüência de montadoras.Depois de passar por todas as montadoras, as placas já estarão com os slots, soquete do processador, soquetes das memórias, bobinas, capacitores, reguladores de voltagem e soquetes para jumpers.Terminada a colocação de todos os componentes, as placas entram em um outro forno onde recebem um “banho de solda” na sua parte inferior, fixando os componentes nos furos de soldagem. Note que este forno é bastante diferente do primeiro. Na fixação dos componentes SMD, apenas é aplicado calor, que faz a pasta de solda derreter, fixando os componentes. Neste segundo forno não existe pasta de solda, e sim uma “piscina” de solda em estado líquido. As placas são movidas pela superfície desta solda, e ao saírem do outro lado, a solda é solidificada, fixando todos os componentes desta etapa.Ao sair do banho de solda, as placas estão totalmente montadas, mas ainda não liberadas para uso. Passam por outro equipamento testador (cama de pregos) para a verificação dos contatos relativos aos componentes recém soldados. É feita a colocação do BIOS para que sejam finalmente levadas ao último teste. Há alguns anos atrás, o BIOS era armazenado em ROM, produzidas aos milhares e já com o programa gravado. Atualmente é usada a Flash ROM, que deve ser gravada na fábrica.Passando pela “cama de pregos”, o BIOS é instalado. As placas vão à última bancada, onde é feito o último teste. As placas são ligadas em um teclado, monitor, disco rígido e demais componentes que formam um PC. É feito um rápido boot e é executado um programa de diagnóstico para verificar seu funcionamento.

/////////// FIM /////////////////

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