Outros dispositivos eletrônicos
Terminamos nosso curso com mais alguns aparelhos de uso doméstico que em versões mais modernas usam recursos eletrônicos, ou ainda que já foram criados contendo eletrônica e que o profissional deve conhecer.
LÂMPADAS FLUORESCENTES
Nas instalações elétricas tradicionais as lâmpadas fluorescentes usam um reator (que consiste numa bobina com milhares de espiras num núcleo de ferro laminado) e um starter que nada mais é do que um interruptor térmico de lâminas, num circuito conforme mostra a figura 1.
No entanto, os reatores são substituidos por reatores eletrônicos, e a configuração para acender uma lâmpada fluorescente muda para a mostrada na figura 2.
Como normalmente os componentes deste tipo de circuito são muito pequenos e até embutidos em alguns casos na própria base da lâmpada qualquer tentativa de reparo é muito difícil (e não compensa pelo custo de uma lâmpada nova).
CONVERSORES AC/AC OU INVERSORES DE TENSÃO (transformadores)
Mesmo em nosso país existem diferenças entre as tensões encontradas nas redes de energia de diversas localidades. Em alguns casos temos 110/117/127 V e em outras podemos ter 220/240 V. Se bem que muitos aparelhos modernos sejam projetados para funcionar com qualquer uma destas tensões e em alguns sem precisar sequer ter algum tipo de chave acionada, isso não é uma regra.
Para podermos alimentar aparelhos que tenham tensões diferentes da rede local precisamos de um conversor AC/AC ou de um transformador. Assim, existem transformadores em que entra 220/240 V e sai 110/117/127 V e também existem em que a entrada é de 110/117/127 V e a saída é de 220/240V. Na verdade, eles são o mesmo componente bastando inverter os terminais de entrada e saída...
Ao procurar um transformador para poder ligar um aparelho numa rede diferente devemos estar atento à potência do aparelho a ser alimentado. Assim, não podemos usar um transformador que só suporta 200 W para alimentar a partir de uma rede de 220 V uma geladeira de 110 V mas que exija 300 W! O transformador aquecerá e queimará.
ESTABILIZADORES DE TENSÃO
A tensão da rede de energia pode sofrer muitas flutuações durante o dia e de lugar para lugar afetando o funcionamento de aparelhos elétricos e eletrônicos.
Assim, numa tomada em que deveria haver teoricamente 110 V durante um dia podemos medir valores numa faixa típica que vai de 90 a 120 V. A maioria dos aparelhos modernos possui recursos para compensar estas variações não apresentando qualquer modificação de seu funcionamento. No entanto, existem equipamentos mais sensiveis como televisores antigos, computadores, etc que podem ter seu desempenho afetado por variações da tensão da rede de energia.
Para compensar as variações da tensão da rede, mantendo constante a tensão de alimentação de um aparelho usamos estabilizadores de tensão, reguladores de tensão, condicionadores de potência ou ainda como são chamados reguladores de voltagem. Os tipos manuais em que existia uma chave para que o usuário em função da tensão lida num mostrador fizesse ele mesmo a compensação já não existem mais.
Os estabilizadores de tensão são totalmente automáticos e podem ser encontrados numa faixa muito grande de potência sendo usados principalmente com computadores. No caso dos computadores estes estabilizadores podem ainda conter recursos adicionais como circuitos de proteção contra transientes e até nos chamados :no breaks" que nada mais são do que fontes que possibilitam que o computador funcione por alguns minutos quando há um corte de energia dando assim tempo de se salvar o trabalho que está sendo realizado.
Ao usar um estabilizador esteja atento para que a potência que ele pode controlar seja sempre maior do que a do aparelho que realmente vai ser ligado nele. Os tipos comuns têm potências na faixa de 500 a 1200 W.
INTERCOMUNICADORES
Existem mutios tipos de intercomunicadores que podem ser encontrados em residência, estabelecimentos comerciais e industriais além de outras localidades. Muitos deles estão intimamente ligados à instalação elétrica, conforme o leitor vai ver daí a necessidade de conhecermos melhor este tipo de equipamento. Os intercomunicadores, intercons, babás eletrônicas ou porteiros eletrônicos podem ser do tipo com fio ou sem fio.
Este aparelhos tem por base um amplificador de áudio integrado que é alimentado por uma fonte. Uma chave comuta a função de dois alto-falantes. Quando a chave está na posição falar, o alto-falante que está junto ao aparelho funciona como um microfone e o que se fala diante dele é reproduzido no alto-falante da estação remota. Quando a chave passa para a posição ouvir o alto falante remoto funciona como microfone e podemos ouvir no alto-falante da estação local o que se fala diante dele.
Este tipo de aparelho funciona bem em pequenas distâncias, quando o cabo não tem mais do que 20 metros. Para maiores distâncias existem circuitos mais sofisticados que usam alto-falantes e microfones separados e cabos especiais.
CONTROLES REMOTOS
Uma grande quantidade de utiidades domésticas, muitas ligadas à rede de energia, podem ser acionadas por sistemas de controle remoto. O eletricista que vai mexer com o aparelho acionado em sí não tem problemas com a parte de alimentação, pois ela não temn segredos. No entanto, é preciso conhecer um pouco mais sobre o princípio de funcionamento dos circuitos eletrônicos de acionamento para se ter mais segurança na instalação e mesmo na reparação de pequenos problemas.
Vamos analisar os principais tipos de aparelhos de com trole remoto encontrados nas instalações residenciais, comerciais e mesmo industriais.
a) Por sinais de rádio
Este é o tipo mais comum constando de um transmissor e um receptor ligado ao dispositivo que se deseja controlar como um portão de garagem, um alarme, uma fechadura, um ventilador de teto ou mesmo um sistema que acenda uma luz remotamente. Na figura 1 temos o diagrama de blocos do transmissor deste tipo de sistema de controle remoto.
Um teclado faz a codificação dos sinais e acordo com a função que deve ser exercida. Esta codificação normalmente é feito por um CI que usa combinações que impede que os sinais de outros aparelhos sejam reconhecidos peo receptor. Estes sinais são enviados ao receptor que normalmente consiste em módulos hibridos, conforme mostra a figura 4.
Estes módulos operam na faixa de 300 a 400 MHz em frequências padronizadas para não causar interferências em equipamentos comuns.
O receptor, também usando módulos híbridos reebe e decodifica os sinais acionando o dispositivo desejado.
b) Infravermelho
No sistema infravermelho os mesmos sinais codificados pelo CI apartir do teclado modulam uma etapa de potência eu aciona um ou mais LEDs infravermelhos. É produzido um sinal que ao incidir num foto-sensor e ser levado ao receptor é decodificado. A desvantagem em relação ao sistema por rádio é que no sistema infravermelho o sensor deve ver o transmissor, ou seja, não deve haver nenhum obstáculo na linha de ação. Este é o tipo mais usado com eletroeletrônicos como televisores, videocassetes, etc.
c) Ultrassons
Os sistemas de controle remoto por ultrassons quase não mais são usados. O princípio de funcionamento é o mesmo dos anteriores com a diferença de que o sinal de controle modula um sinal de áudio na faixa dos 40 kHz o qual é transmitido. O receptor é um pequeno microfone ligado ao circuito amplificador e decodificador. A principal desvantagem deste tipo de sistema está na sua sensibilidade à interferências, principalmente ruídos ambientes.
d) Via rede de energia
O mesmo sistema usado pelos intercomunicadores sem fio para transmitir a voz pode ser empregado para enviar sinais de comando de um local a outro usando a rede de energia. Os sinais de um teclado de comando modulam um sinal de alta frequência que é aplicado à rede de energia.
PROTETORES DE REDE
Pulsos de curta duração e alta intensidade que podem estar presentes na rede de energia são perigosos para os aparelhos alimentados. Em alguns casos estes pulsos, denominados surtos e transientes podem atingir valores que superam os 1000 Volts. Para proteger os aparelhos existem tomadas protegidas ou protetores de rede que usam VDRs como elemento básico.
Ligados em paralelo com a linha de energia estes componentes absorvem os pulsos de alta tensão evitando que eles cheguem aos aparelhos alimentados.
Observamos que não são todos os aparelhos que são sensíveis aos transientes e surtos.
LÂMPADAS DE LEDs
Até há algum tempo os LEDs comuns eram fontes de luz de baixa intensidade, monocromáticas, utilizadas apenas em painéis, indicadores e outros dispositivos que não visavam especificamente iluminação. No entanto, os avanços das tecnologias de fabricação de LEDs nos últimos anos, levaram a obtenção de componentes com altíssimo rendimento, capazes de fornecer luz com intensidade suficiente para aplicações e que envolvam iluminação.
Do LED vermelho primitivo, desenvolvido a partir dos tipos iniciais infravermelhos, os LEDs podem ser reunidos em chips capazes de produzir luz num largo espectro de frequências, se comportando como fontes de iluminação convencionais e mais do que isso. Pelo seu rendimento eles podem fornecer luz com muito maior rendimento, o que significa menor consumo de energia.
Mas, os maiores avanços ocorreram recentemente, com novas técnicas de dopagem que levaram os LEDs a apresentarem rendimentos até 20 vezes maiores do que até então. Além disso, esses novos LEDs podiam produzir luz semelhante a do dia, ou qualquer cor do espectro.
LEDs Brancos na Iluminação
As diferenças básicas entre os LEDs comuns e as lâmpadas incandescentes são mais patentes quando se necessita de luz monocromática. Os LEDs produzem diretamente essa luz com 100% de rendimento. No caso de uma luz incandescente, ela preenche um amplo espectro e para se obter a cor desejada é preciso usar um filtro.
Com esse filtro, normalmente 90% da luz produzida é perdida sendo bloqueada pelo filtro e apenas 10% passa, conforme mostra a figura 5.
Além disso, a maior parte da energia numa lâmpada incandescente é convertida em calor e não em luz. Sabemos também que além da baixa eficiência, a lâmpada é frágil, pois o vidro pode quebrar-se facilmente, o filamento é sensível a choques e vibrações e tem sua vida limitada por diversos fatores. Os LEDs, por outro lado não mais robustos, mais eficientes e têm uma vida útil muito mais longa.
No início, os LEDs substituíam apenas as lâmpadas pequenas. No entanto, com as novas tecnologias disponíveis, os LEDs podem ser encontrados numa ampla gama de tamanhos e potências, para aplicações em iluminação. Os LEDs comuns são dispositivos monocromáticos com uma faixa de emissão muito estreita.
A cor do LED é dada pela frequência de emissão que depende dos níveis de energia dos materiais usados, ou seja, da dopagem e do tipo de material. Assim, os LEDs comuns podem ser obtidos em comprimentos de onda que vão desde o infravermelho entre 830 ou 940 nanômetros, até os de menor comprimento de ondas na faixa dos 700 aos 400 nm que correspondem as cores do espectro do vermelho ao azul.
Colocando LEDs de cores diferentes, por exemplo, RGB, podemos combinar a intensidade de emissão de cada um e assim obter qualquer cor do espectro, conforme mostra a figura 6.
Para chegar aos LEDs com todas as cores possíveis de emissão, a tecnologia de fabricação desses componentes passou por um lento processo de evolução.
Comparando os LEDs com as Lâmpadas Incandescentes
A primeira vantagem a ser ressaltada para os LEDs em relação às lâmpadas incandescentes é o consumo. Os LEDs precisam de 80% a 90% menos energia que as lâmpadas incandescentes convencionais de filamento.
Além disso, a estrutura de estado sólido é muito mais robusta, tornando-os muito menos sensíveis a choques, vibrações ou outros esforços mecânicos, o que não ocorre com as lâmpadas comuns. Também temos a vida muito mais longa, que pode chegar a 100 000 horas.
Numa lâmpada incandescente comum a luz é produzida pelo aquecimento de um filamento de tungstênio no interior de um bulbo de vidro. A radiação branca consiste num espectro muito largo de radiação eletromagnética, uma estrutura bastante frágil, conforme já vimos, o que não ocorre com os LEDs.
Outra característica importante é o tamanho, já que os LEDs, não precisam de um volumoso bulbo de vidro e como o rendimento é muito maior, podem ser muito menores para uma mesma potência luminosa.
Onde os LEDs Brancos Podem Ser Usados
Se bem que as finalidades de uma lâmpada incandescente e de LEDs usado em iluminação sejam as mesmas existem ainda algumas diferenças a ser consideradas nas aplicações práticas. Existem casos em que os LEDs brancos não podem ser usados? Onde eles podem ser usados?
Para que possamos ter uma ideia de como os LEDs podem ser usados em iluminação é interessante ver como luz branca pode ser obtida desses componentes. Existem para isso duas tecnologias possíveis. A primeira consiste em se utilizar chips de LEDs nas cores básicas (RGB) num único invólucro ou cluster ainda fazer cobrir chips de LEDs azuis de Nitreto de Gálio com índio (InGaN) com fósforo.
Essa técnica é mais apropriada quando se necessita de cor única da luz emitida, como por exemplo, em painéis de elevadores. Os LEDs desse tipo podem ser recobertos com fósforo de diversos tipos, que vão resultar no tipo de luz produzido. Pode-se obter uma luz fria, luz branca pálida ou luz branca incandescente.
Nessa técnica a radiação de maior comprimento de onda da radiação azul é absorvida pelo fósforo e reemitida num espectro de frequências mais baixo que cobre a faixa visível, resultando em luz branca.
A técnica de se combinar LEDs RGB é muito mais interessante em certas aplicações, pois combinando a maneira como os LEDs são excitados, além do branco podemos criar centenas de cores diferentes. Um ponto interessante a ser observado é que existe a falsa ideia de que um LED branco de InGaN pode ser usado para iluminar lentes ou materiais de qualquer cor. Isso é errado.
O que ocorre é que, por exemplo, a luz vermelha não é representativa num LED branco, de modo que o LED branco só pode ser usado por trás de superfícies ou lentes brancas. Colocando um LED vermelho por trás de um painel ou lente vermelha a luz produzida será de cor rosa, enquanto que uma lente amarela transforma a luz em cor de limão e uma lente verde transforma a luz em esverdeado pálido.
Para manter cores brilhantes é preciso que a cor do LED se case exatamente com a cor da lente ou painel.
As lâmpadas
Para alimentar os LEDs a partir da rede de energia precisamos usar circuitos especiais que são embutidos nas lâmpadas de LEDs. Estes circuitos podem ser muito simples como formados por resistores, capacitores e diodos, mas também complexos com circuitos integrados especiais que garantem corrente constante e maior rendimento. Estes circuitos são embutidos na base da lâmpada e não podem ser testados por meios simples.
Na figura 7 temos exemplo de lâmpadas de LEDs de tipos comerciais.
Observe que em alguns deles os chips dos LEDs são ligados em série de modo a imitar um filamento de lâmpada comum incandescente.
CONCLUSÃO
Este curso foi apenas uma breve introdução à eletrônica dos aparelhos e dispositivos ligados à rede de energia. Existe muito mais, e o eletricista que pretende se familiarizar com todas as tecnologias envolvidas deve ir além.
As construções estão ficando cada vez mais sofisticadas com dispositivos que lhes agrega inteligência já sendo comuns tais como microprocessadores e microcontroladores.
No futuro o eletricista não deverá apenas conhecer as instalações básicas e um pouco de eletrônica, mas muito mais. Deve conhecer informáticas, telecomunicações e automação coisas que hoje apenas estão no domínio dos engenheiros e técnicos avançados.
Assim, prepare-se: procure entender mais de eletrônica se aprofundando a partir dos conhecimentos que demos aqui, de uma maneira algo superficial.
Índice:
Introdução
Parte 1 - As diferenças entre eletricidade e eletrônica
Parte 2 - Circuitos e componentes
Parte 3 - Diagramas, Símbolos e Componentes
Parte 4 - Componentes Passivos – Os Resistores
Parte 5 - Componentes Passivos – Capacitores e Indutores
Parte 6 - Componentes Passivos – Outros componentes indutivos
Parte 7 - Semicondutores – Materiais- Diodos e LEDs
Parte 8 - Transistores Bipolares e assemelhados
Parte 9 - Outros tipos de transistores
Parte 10 - Outros componentes semicondutores – IGBTs e Tiristores
Parte 11 - Outros componentes da família dos tiristores – Displays e válvulas
Parte 12 - Os circuitos integrados
Parte 13 - Circuitos Digitais – Microcontroladores - DSPs – Invólucros
Parte 14 - Diagnóstico e reparação
Parte 15 - Circuitos Práticos - Como funcionam
Parte 16 - Outros dispositivos eletrônicos
