Um equipamento eletrônico muito comum e que eventualmente é levado a uma oficina para reparos é o relógio digital, normalmente incorporando um rádio AM/FM. Esse equipamento de cabeceira utiliza diversas tecnologias, que evoluíram ao longo dos anos passando do uso de componentes discretos e lógica TTL/CMOS para circuitos altamente sofisticados com microprocessadores e circuitos especialmente projetados para essa aplicação. Neste artigo damos informações importantes para o profissional que deve espar preparado para reparar este tipo de equipamento, não importando qual seja a sua tecnologia de construção.
Um equipamento digital que a maioria das pessoas tem, sem se dar conta da sua importância é o relógio digital.
O relógio digital tanto pode ser de pulso, de parede ou mesmo de enorme porte como os que ficam no alto de grandes edifícios como pode estar incorporado a outros aparelhos como por exemplo o rádio de cabeceira.
Na verdade, os rádio-relógios com despertadores e outras funções interessantes consistem em equipamento indispensável para a maioria das pessoas. O profissional de reparação que souber trabalhar com esse tipo de equipamento tem mais uma fonte de lucro garantida
Observamos entretanto, que muitos relógios e rádio relógios modernos usam tecnologias tão compactadas em CIs que os tornam praticamente descartáveis. A não ser que o problema seja muito simples como um componente passivo, um mau contacto ou ainda uma solda fria, a troca de circuitos não é compensadora e nem sempre simples, pela dificuldade de se obter o tipo original.
Isso deve ser alertado ao cliente quando ele trouxer esse tipo de equipamento para reparo.
Neste artigo vamos tratar de dois tipos de circuitos de relógios digitais: os que funcionam de modo independente como os de mesa e parede, e os que funcionam em conjunto com rádios.
O trabalho mais eficiente, conforme veremos, é possível apenas nos aparelhos que possuem circuitos convencionais e que portanto podem ser acessados com facilidade.
O RELÓGIO DIGITAL
Na figura 1 temos um diagrama de blocos de um relógio digital comum.
O circuito é formado basicamente por um contador, que é dividido em três blocos separados, para a contagem dos segundos, dos minutos e das horas.
Nos modelos mais simples temos apenas dois blocos que se destinam à contagem dos minutos e das horas.
O contador de segundos é um contador até 60 em que temos dois d¡gitos: um deles está ligado a um contador até 10 e o outro, a um contador até 6, de modo que no total tenhamos a contagem até 60.
Quando a contagem chega aos 59, o pulso seguinte zera o contador , possibilitando o reinício da contagem e aparecendo assim no seu indicador o valor 00.
Perceba que na entrada deste circuito devem ser aplicados pulsos a uma razão de 1 por segundo.
Existem diversas formas de se obter um pulso por segundo para esses circuitos. O modo como isso é feito determina a precisão do relógio.
Nos relógios alimentados pela rede de energia, podemos aproveitar sua freqüência de 60 Hz, que é bastante estável para obter 1 Hz.
Assim, o que se faz é inicialmente modificar o sinal senoidal tornando-o retangular através de um disparador ou um multivibrador monoestável.
Isso é necessário para que esse sinal de 60 Hz se torne compatível com os circuitos digitais.
Depois, passamos este sinal por um divisor de freqüência por 6 e outro por 10, conforme mostra a figura 2.
Veja que existem países em que a rede é de 50 Hz. Assim, pode ocorrer que um relógio comprado num país de rede 50 Hz, ao ser ligado na nossa rede, passe a atrasar.
Para a maioria dos relógios comuns existe uma chavinha interna ou jumper que permite modificar o seu sincronismo conforme a freqüência da rede.
Nos relógios de pulso, ou mesmo usados no carro, não é possível contar com os 60 Hz da rede.
Para esses relógios, são usados cristais que geram um sinal de freqüência mais alta e que, passando por um divisor apropriado acabam por fornecer o sinal de 1 Hz, que os contadores precisam para funcionar, conforme mostra a figura 3.
Lembramos que, quando a energia falha, os relógios de cabeceira possuem um oscilador interno que é ajustado para gerar um sinal de 60 Hz, enquanto faltar energia e com isso manter apenas os contadores funcionando. Com isso, ao voltar a energia, o relógio estará na hora certa.
Esses osciladores, entretanto não são muito precisos, o que pode significar que a hora em que ele retorna pode ter pequenas alterações.
Passando para o bloco de minutos:
A cada 60 pulsos o contador de segundos é zerado, conforme vimos, mas ao mesmo tempo, ele gera um pulso para o contador de minutos.
Isso significa que a cada 60 segundos ou 1 minuto o contador de minutos recebe o seu pulso, que conta de maneira semelhante.
Esse contador também tem dois blocos, um para contar até 10, e outro até 6, e quando ocorre a passagem do pulso 59 para o 60, ele zera produzindo agora um pulso para o contador de horas.
O contador de horas pode ser programado de duas maneiras: pode contar até 12 ou até 24 conforme o tipo de relógio ou conforme o seu ajuste.
No contador até 12 quando chegarmos ao décimo terceiro pulso de horas, ele passa a marcar 1 ou ainda quando passamos do décimo primeiro para o décimo segundo, ele marca 00.
Os circuitos de contagem podem ser acoplados a circuitos auxiliares, como, por exemplo, memórias que podem "gravar" um determinado valor da contagem.
Quando esse valor é atingido, um oscilador de áudio é disparado alimentando um transdutor: o despertador toca.
Esse sinal pode também ser usado na forma digital para acionar o circuito de alimentação do rádio: o rádio entra em funcionamento no horário programado.
Nos relógios mais sofisticados os contadores podem ser usados de forma independente como cronômetros e a contagem pode ser invertida, de modo a termos contagens progressivas ou regressivas.
Na figura 4 temos alguns tipos de relógios digitais que podem ter muitas funções.
Na verdade, os relógios tendem a incorporar equipamentos sofisticados como, calculadoras, controles remotos, GPS e muito mais. Até mesmo TVs já são disponíveis nos tipos de pulso.
OS MOSTRADORES
Existem diversos tipos de mostradores que são usados tanto nos relógios digitais de pulso, rádio-relógios como também em outros aparelhos eletrônicos.
Analisemos estes mostradores:
a) diodo foto emissor (LED).
Neste tipo de mostrador, cada dígito é formado basicamente por 7 segmentos, que nada mais são do que LEDs acionados de modo independente. Conforme o LED que seja alimentado, o segmento correspondente acende e, com a combinação dos 7 segmentos, podemos formar todos os algarismos de 0 a 9, conforme mostra a figura 5.
Nos tipos mais sofisticados, em lugar dos 7 segmentos, podemos ter uma disposição de segmentos os pontos conforme as mostradas na figura 6.
Esses tipos de disposição permitem que letras sejam formadas, assim como outros símbolos e até mesmo figuras.
Assim, além de informações numéricas, podem aparecer letras com mensagens como, por exemplo AM (antes do meio dia) ou PM (depois do meio dia), etc.
Uma vantagem importante do display com LEDs é que ele "acende" com um bom brilho, e portanto pode ser visto no escuro.
Como desvantagem, temos o alto consumo de energia, que praticamente impede que ele seja usado em relógios de pulso ou alimentados por baterias, pois elas teriam uma durabilidade muito pequena.
Os primeiros relógios digitais de pulso usavam este tipo de mostrador, mas para evitar o elevado consumo de energia, eles mantinham o display desligado ficando em funcionamento apenas o contador.
Quando o usuário desejava ver as horas, apertava um botão que ativava o display.
Atualmente os displays de LEDs são usados apenas em rádios-relógios e relógios alimentados pela rede de energia, no carro e em outros dispositivos indicadores (instrumentos, computadores, etc.) em que o consumo de energia não seja tão importante.
No carro, para evitar o consumo elevado de corrente dos displays, eles só são ativados quando o sistema elétrico do carro recebe energia da chave de contacto.
Os primeiros displays de LEDs tinham a cor predominantemente vermelha. Atualmente, displays de outras cores são comuns.
b) Filamentos ou plasma
Alguns aparelhos possuem como displays indicadores os formados por um tubo com gás que é submetido a uma alta tensão.
Quando os segmentos que devem acender são aterrados por um circuito especial de excitação, o gás nas suas proximidades ioniza emitindo luz.
Dessa forma, os eletrodos parecem acesos e em conjunto formam o dígito que se deseja apresentar, conforme mostra a figura 7.
A principal desvantagem desse tipo de display, é que nos aparelhos alimentados por bateria é preciso gerar alta tensão para os tubos.
É preciso contar com um circuito inversor que gera tensões da ordem de 80 V para este tubo.
Num outro tipo, também encontrado em alguns relógios de tecnologia mais antiga, temos displays que são formados por finos filamentos que emitem luz, como lâmpadas incandescentes, quando percorridos por uma corrente.
Esses filamentos estão dispostos de modo a termos a configuração de 7 segmentos tradicional.
Também, uma das desvantagens deste tipo de display, é o elevado consumo de corrente, que dificulta seu uso em aplicações alimentadas por baterias e pilhas.
Evidentemente, nos casos em que isso ,e necessário, pode-se acrescentar um botão que ative o display somente no momento em que se desejar fazer a leitura.
Nesses mostradores, como nos anteriores, a disposição dos filamentos ou segmentos pode ser programada de modo a ter todas as funções de um relógio com sinais especiais tais como os dois pontos entre as horas e minutos, eventualmente com um acionador que os faz piscar ao ritmo de uma piscada por segundo, etc.
c) Mostradores de cristal líquido
Pelas suas características de consumo e facilidade de acionamento direta pelos circuitos digitais, os mostradores mais usados tanto em relógios como também na maioria dos instrumentos digitais, é o de cristal líquido.
Nesses mostradores existe uma substância denominada cristal líquido cujas moléculas possuem a interessante propriedade de poderem ser orientadas através de campos elétricos.
Assim, conforme mostra a figura 8 , quando essa substância se encontra sem polarização elétrica, as suas moléculas ficam posicionadas de tal forma que a luz pode atravessá-la sem problemas.
Quando isso ocorre, a substância é totalmente transparente.
Quando existe uma polarização elétrica obtida de uma tensão no seu meio, as moléculas da substância giram e como uma espécie de "persiana" impedindo a passagem da luz, ou seja, ela se torna opaca.
Nos displays, o que se faz é colocar a substância que tem essas propriedades entre dois eletrodos transparentes extremamente finos que podem ser ligados ao circuito de controle.
Assim, conforme o eletrodo que seja energizado, provocando o aparecimento de um campo, a região abaixo dele se torna opaca.
Na figura 9 temos um exemplo de display de cristal líquido usado num relógio digital.
As regiões que formam os segmentos são determinadas pelos eletrodos transparentes que têm conexão com o circuito integrado de acionamento.
Na face posterior do display existe um eletrodo comum para todos, funcionando como terra.
Para se evitar problemas de eletrólise e polarização permanente, este display não pode ser alimentado ou excitado por corrente contínua, pois se assim fosse, haveria uma pequena corrente circulando num sentido único na substância, afetando sua integridade.
Assim, nos circuitos de mostradores de cristal líquido, os setores são alimentados por uma pequena tensão alternada gerada por um circuito especial.
O fundo do painel pode ser feito de diversas formas conforme a apresentação dos símbolos que desejamos.
Por exemplo, podemos deixar o fundo com um eletrodo transparente e colocar uma lâmpada por trás de modo que teremos um mostrador luminoso, em que acendem somente os segmentos que forem orientados de modo a deixar passar a luz, conforme mostra a figura 10.
Mas, o mais comum é deixar o fundo preto, de modo que tenhamos o aparecimento de segmentos nesta cor, quando eles forem energizados.
A maioria dos relógios de pulso que usa mostrador de cristal líquido faz este tipo de acionamento.
Diversas são as vantagens que o uso de mostradores de cristal líquido apresentam:
A principal delas é a economia de energia, já que o consumo desses dispositivos é extremamente baixo. Correntes da ordem de micro-ampères podem excitar mostradores de vários dígitos com muitas informações disponíveis.
A segunda é o baixo custo e durabilidade que permite que estes mostradores sejam usados, não só em relógios mas também em instrumentos de medida, em vídeo-games portáteis, computadores e até mesmo em televisores de bolso.
Na figura 11 mostramos um computador que faz uso de um display de cristal líquido.
Para a excitação dos mostradores normalmente são usados circuitos especiais CMOS.
Apesar de todas as vantagens, estes mostradores também têm suas desvantagens:
Uma delas está no fato de que eles precisam de iluminação para serem usados, ou seja, não produzem luz. Ou eles usam uma fonte própria que pode ser uma lâmpada ou outro dispositivo, ou aproveitam a iluminação ambiente.
Outra é a fragilidade, já que eles podem ser facilmente danificados se forem pressionados ou se tiverem um impacto muito forte.
É comum encontrarmos relógios que tenham sofrido quedas, ou calculadoras, em que os dígitos passam a aparecer de forma incompleta, ou seja, sem alguns dos seus segmentos, por problemas que ocorrem com o display.
OS CIRCUITOS DOS RÁDIOS RELÓGIOS
Na maioria dos casos, os rádio-relógios usam apenas um circuito integrado para a função de relógio, Nele são reunidas todas as funções que vimos e mais algumas como, por exemplo, de programação e controle.
Os rádios, por outro lado, ou podem se basear num único chip ou ainda terem uma configuração tradicional como, por exemplo, com transistores nas etapas de FI e áudio, além de misturadores.
Na figura 12 temos um diagrama simplificado de um rádio relógio comercial que se baseia em dois circuitos integrados bastante conhecidos.
O primeiro deles é o módulo MA1023, que consiste num relógio digital completo que inclui também o mostrador. Ou seja, numa pequena placa temos a pastilha com montagem "on board" e o display correspondente a todo o circuito do relógio.
A montagem "on board" consiste em se fixar na placa de circuito impresso diretamente o chip, fazendo a soldagem de suas ligações através de "micro-fios.
Depois uma espécie de "pingo" de epóxi ou outra cola, protege diretamente o chip, evitando assim a necessidade de um invólucro.
Na figura 13 temos um exemplo de montagem "on board" muito usada em aparelhos comerciais de baixo custo.
Observe que é impossível fazer qualquer reparação num chip "on board", pois ele não pode ser retirado da placa para substituição, e a própria medida de tensões em seus terminais não é nada fácil.
Estes são os componentes preferidos das montagens descartáveis de baixo custo, como módulos de relógios, brinquedos (video-games, órgãos eletrônicos de baixo custo, bonecas falantes, etc.) e até mesmo calculadoras.
Um ponto importante que deve receber atenção especial dos técnicos que trabalham com estes módulos é o relacionado com aos pinos de programação de contagem, conforme já vimos, pois existem redes de 50 Hz e 60 Hz.
Conforme mostra a figura 14 podemos ter um pino que admite dois níveis lógicos: ligado ao positivo da alimentação (nível alto) ele programa a contagem na rede de 60 Hz ; colocado no nível baixo (terra) ele programa o relógio para funcionar na rede de 50 Hz.
Outra maneira, mostrada na mesma figura, consiste em se conectar um determinado pino a um de dois pontos da placa, conforme a rede.
Diante de um relógio deste tipo, o técnico pode identificar este pino e fazer a alteração da programação de modo a funcionar na nossa rede de energia.
Esses relógios possuem ainda um oscilador interno, cuja freqüência é ajustada por um trimpot, de modo a manter o contador funcionando quando há um corte de energia.
Conforme já explicamos, esse oscilador funciona com uma bateria externa, normalmente de 9V, e atua somente sobre o contador, pois se mantivesse o display acionado, o alto consumo faria com que ela se esgotasse rapidamente.
Assim, quando a energia volta, a contagem continua normalmente, com os 60 Hz normais, e o relógio não precisa ser acertado novamente.
Na placa do relógio encontramos diversas saídas de controle importantes, mostradas na figura 15.
Duas delas são as correspondentes aos acerto rápido e ao acerto lento.
Essas saídas fazem com que os contadores sejam acelerados para se acertar as horas.
Essas mesmas saídas, em conjunto com uma terceira, da função despertador, permitem levar o contador até a hora em que se deseja que o relógio desperte.
A saída do despertador pode ser usada para acionar o rádio ou então um buzzer (transdutor cerâmico) que é acionado por um oscilador constante do próprio relógio.
Outras funções importantes são do "soneca" (slumber), que faz com que o relógio toque o despertador novamente depois de um certo tempo se ele não for atendido, ou seja, se o operador desligar durante o toque e não desativar o alarme.
Para o receptor de rádio podemos tomar como exemplo um circuito integrado bastante popular em alguns modelos que podem aparecer em sua oficina.
Nesse receptor um único circuito integrado TDA7000 (existem muitas versões deste integrado, algumas mais modernas e outras com designações que dependem do fabricante, mas que no fundo são bastante semelhantes).
Esse circuito integrado consiste num receptor de FM completo que funciona apenas com uma bobina e necessita de poucos componentes externos para polarização, desacoplamento e um amplificador de áudio, conforme mostra a figura 16.
Observe que neste circuito o que temos basicamente em torno do circuito integrado são capacitores, já que estes não são facilmente integráveis.
O receptor de FM tem seu controle feito tanto pelo painel externo onde o operador pode fazer seu acionamento, controlar o volume e mudar de estação como também um acionamento controlado pelo sistema despertador.
Assim, se o usuário quiser, ele pode programar o despertador para ligar o rádio na hora desejada, despertando com música.
Evidentemente, muitos rádios relógios operam também na faixa de AM, além do que, existem os que possuem outros recursos como toca-fitas e até CD-players.
Outros ainda, incorporam o circuito de telefone sem fio ou mesmo telefone comum.
O princípio de funcionamento, entretanto é sempre o mesmo, como o circuito que vimos, podendo ser analisado de forma totalmente independente conforme os blocos que analisamos, todos geralmente contidos num único circuito integrado dedicado.
RELÓGIOS ESPECIAIS
Evidentemente, para os relógios de pulso, a contagem do tempo é um mero complemento.
Os relógios modernos possuem muitas funções que certamente nunca foram previstas nem por Alberto Santos Dumont que, pela primeira vez "amarrou" um relógio no pulso, por ser mais cômodo consultá-lo. (Para os que não sabem, não foi só o avião que Santos Dumont inventou: até sua época os relógios eram carregados no bolso, presos por correntes, exigindo assim um incômodo movimento de retirada, para serem consultados...).
Os relógios modernos podem ter as seguintes funções adicionais:
- Calculadora
- Cronômetro
- Barômetro
- Altímetro
- Termômetro
- Controle remoto
- Medidor de batimentos cardíacos
- Pedômetro
- Medidor de profundidade
- Agenda
- GPS
- Telefone Celular
Para que os leitores possam explicar aos seus clientes "não eletrônicos" como funcionam essas funções vamos ajudá-lo:
a) Calculadora
O relógio possui um chip com as funções básicas de calculadora além da contagem de horas. Na sua parte frontal existe um teclado, normalmente para ser acionado com a ponta de uma caneta, dadas suas dimensões.
b) barômetro, medidor de profundidade e altímetro
Estas funções são obtidas com a utilização de um sensor semicondutor de pressão, instalado no lado do relógio, conforme mostra a figura 18.
Este sensor consiste num chip de silício com uma membrana que o pressiona de modo a mudar sua condutividade com a pressão.
A pressão tanto pode ser do ar atmosférico como da água.
Quando usado no ar, o sinal pode ser levado ao chip interno, que processando-o faz a conversão em termos de altura (a pressão diminui com a altitude) ou em termos absolutos (como barômetro).
Quando usado na água, o sinal é convertido para indicação em metros ou pés de profundidade segundo programação do chip interno.
Em todos os casos devem ser feitos ajustes prévios de modo a compensar as condições locais (zerado).
c) Cronômetro
Esta é uma função simples que existe na maioria dos relógios, já que um cronômetro nada mais do que um contador de tempo e os relógios já o possuem.
Basta acrescentar os controles que permitam modificar a maneira como relógio "conta o tempo", de maneira progressiva ou regressiva (contagem decrescente).
d) termômetro
Para a função de termômetro existem duas possibilidades. Uma delas, mais simples consiste num sensor comum como por exemplo um diodo polarizado no sentido inverso ou um NTC, cuja condução depende da temperatura ambiente.
Outra possibilidade está no uso de um sensor piroelétrico. Trata-se de um material cujas cargas estáticas dependem da incidência de radiação infravermelha.
Assim, apontando este sensor para um objeto, sua emissão infravermelha, que é função da temperatura, excita o sensor.
O sinal é processado por um circuito interno que então coloca no display a temperatura do objeto focalizado.
e) Controle remoto
Nesta função um teclado no painel aciona um circuito codificador, excitando um LED emissor infravermelho que deve ser apontado para o televisor ou outro aparelho.
Evidentemente, o aparelho a ser controlado deve ser do tipo que reconheça os sinais do emissor.
Os fabricantes de relógios "descobriram" que os sistemas de controle remoto dos diversos aparelhos são semelhantes, assim basta programar o relógio para que seus sinais sejam compatíveis com o do aparelho que se deseja controlar.
f) Pedômetro
O pedômetro é um medidor de passos cuja finalidade é indicar a um atleta a distância que ele percorre, ou quantos passos dá.
Basta programar ou o ritmo dos passos e sua distância para se ter um controle sobre um exercício.
Alguns tipos de pedômetros são acionados pelo próprio balanço do corpo quando caminhamos, registrando assim pelas variações bruscas desse movimento, cada passo dado pelo atleta.
g) Batimentos cardíacos
Para os batimentos cardíacos podem ser usados sensores de contacto que operam pela variação da resistência da pele com o bombeamento do sangue.
h) Agenda
Nesta função o relógio conta com um microprocessador e um teclado que permite programar números de telefones e nomes de pessoas.
Como o teclado é do mesmo tipo usado em calculadoras, os relógios com agendas normalmente possuem a função de calculadora.
Veja que todas essas funções não estão limitadas a relógios de pulso mas também a relógios de mesa e mesmo do tipo incorporado a agendas de uso executivo.
Evidentemente, o princípio de funcionamento é o mesmo, e a partir da leitura deste artigo o leitor terá maior facilidade em compreendê-los.
AS NOVAS FUNÇÕES DO TÉCNICO
Houve tempo em que o "técnico eletrônico" era o possuidor de uma oficina ou simplesmente mantinha uma placa na porta de sua casa anunciando que "consertava rádio e TV".
Hoje em dia a eletrônica é muito mais ampla e também mudou o modo como os aparelhos devem ser mantidos ou instalados.
Assim, a função do novo profissional de service não é simplesmente a de reparar aparelhos eletrônicos comuns, já que a tendência atual é de que os aparelhos sejam "descartáveis", mudando constantemente sua linha, saindo do mercado seus componentes o que os torna bem difíceis de serem reparados.
No entanto, o profissional não vai perder sua fonte de lucros por causa disso: muito pelo contrário.
As novas condições da eletrônica podem ajudar o profissional bem preparado a ganhar muito dinheiro.
Além da reparação (quando ela se torna economicamente viável) o profissional pode instalar equipamentos de segurança como alarmes, porteiros eletrônicos, portões automáticos‚ eletrodomésticos (que se tornam cada vez mais eletrônicos) são alguns exemplos de atividades altamente lucrativas.
O novo profissional também pode vender aparelhos, cuidando de sua instalação e manutenção. A venda de sistemas de segurança incluindo alarmes, circuitos fechados de TV com sua instalação ou ainda de antenas parabólicas com sua instalação, consistem em atividades das mais lucrativas para o profissional eletrônico bem preparado.
O profissional dos novos tempos também pode servir de consultor para seus clientes, informando-os sobre a melhor maneira de fazer uma escolha de um aparelho para uma determinada aplicação.
O profissional bem preparado sabe aproveitar as mudanças constantes da eletrônica moderna, acompanhando todas as suas novidades e sobretudo, procurando constante atualização.
A eletrônica é extremamente dinâmica! Tudo muda rapidamente. Não permanecer atualizado significa a falência. Lembre-se disso.
