16 setembro 2011

Bactéria do estômago provoca danos ao DNA humano

Bactéria do estômago
A bactéria estomacal Helicobacter pylori é um dos maiores fatores de risco para o desenvolvimento do câncer gástrico, a terceira causa mais comum de mortes relacionadas ao câncer no mundo.
Agora, biólogos da Universidade de Zurique, na Suíça, identificaram pela primeira vez o mecanismo que esta bactéria usa para danificar o DNA das células da mucosa gástrica, induzindo-as à transformação maligna.
O estudo mostrou que a infecção das células hospedeiras produz “quebras” em ambas as fitas da dupla hélice do DNA.
O dano ao DNA induzido pela H. pylori é feito acionando os mecanismos naturais de sinalização e reparo da própria célula.

Duração da infecção
A equipe também demonstrou que a frequência das quebras da fita dupla depende da intensidade e da duração da infecção.
Se a bactéria for morta por antibióticos dentro de algumas horas após a infecção, a maioria dos danos às fitas de DNA pode ser reparada com sucesso pelo próprio organismo.
Infecções prolongadas, por outro lado, como nas condições de uma infecção crônica, esgotam a capacidade de resposta da célula, e os perigosos danos ao DNA não são reparados, ou são reparados apenas parcialmente.
Isso pode causar mutações genéticas ou a morte da célula.

Câncer gástrico
O câncer gástrico é um dos cânceres mais comuns e muitas vezes fatal: cerca de um terço de todas as mortes por câncer é devido ao carcinoma gástrico.
O principal fator de risco para o desenvolvimento de câncer gástrico é a infecção crônica da mucosa gástrica pela bactéria Helicobacter pylori.
Desde que esta bactéria do estômago foi descoberta, em 1983, os cientistas tentavam descobrir os mecanismos moleculares que ela usa para provocar a carcinogênese.
http://enfermagematualizada.com

Dispositivo é capaz de armazenar fotos por até 100 anos

Aparelho da SanDisk utiliza tecnologia que preserva dados por longos períodos de tempo.

A SanDisk acaba de lançar um produto desenvolvido para preservar dados a longo prazo. Chamado de Memory Vault, o dispositivo funciona como um álbum de fotos que pode armazenar as imagens por até 100 anos. 
 De acordo com a empresa, o produto se diferencia dos CDs (que podem ser arranhados) e dos HDs (que contêm partes móveis). Ele utiliza uma tecnologia que incorpora todos os principais elementos do armazenamento em estado sólido. A companhia realizou testes de variação acelerada de temperatura para simular os efeitos da retenção de dados por longos períodos de tempo, e garante que os arquivos armazenados ali estão seguros por cerca de 100 anos. Nem mesmo um incêndio conseguiria corromper os dados gravados neste aparelho.
Junto do aparelho, a empresa ainda divulgou resultados de um pesquisa online conduzida pela Harris Interactive. O estudo, que entrevistou 2.294 americanos maiores de 18 anos, descobriu que 79% das pessoas pretendem compartilhar suas fotos digitais com futuras gerações e 64% não aceitariam vender sua coleção de fotos de família por nenhuma quantia de dinheiro.
O Memory Vault SanDisk está disponível nas capacidades de 8 GB e 16 GB, e pode armazenar milhares de imagens e horas de video em HD. 

OlharDigitalOnline

Um Inversor barato para o seu Carro

A Política dos Três Rs
Muito se tem noticiado sobre reciclagem. Recicla-se metais, plásticos, cerâmica, vidro, uma infindável lista de materiais cada um com um processo diferente, uma cadeia de reciclagem diferente, etc. Mas, a reciclagem é parte de um processo muito mais interessante e racional. O processo como um todo é como se fosse uma “peneira”, e para surpreender vários leitores, a reciclagem não é a primeira opção de reutilização para muitos materiais.
O conjunto todo desta grande peneira se resume em três “Rs”: Reduzir, Reaproveitar e Reciclar, a “peneira” funciona nesta ordem mesmo. Primeiro se reduz o material desperdiçado, pode ser uma embalagem menor com produto concentrado, um material mais facilmente tratado para ser reaproveitado, ou reciclado posteriormente; a ideia é reduzir o volume do que se joga no lixo. A segunda ponta do triângulo dos três “Rs” é o Reaproveitar, nesta direção podemos citar como exemplo os usos das garrafas PET (Politereftalato de Etileno) para artesanato, barcos, móveis etc.
A mais radical de todas as modificações sobre um produto-alvo é o processo de reciclagem, sendo o mais conhecido de todos. Nesta ponta do triângulo há uma mudança mais radical no processamento do material de interesse para que seja possível uma outra utilização. Podem ser acrescentados, por exemplo, grânulos de borracha de pneu na mistura do asfalto; picar e derreter garrafas PET para transformar em linha de costura; transformar latas de alumínio em novas latas; pedaços de vidro em objetos como vidros planos para janelas; ou matéria prima para artesanato e decoração.

Os Porquês!
Talvez o mais importante dos “Rs” para a indústria seja o processo de reciclagem, já que é um dos poucos em que participa ativamente e o único em que a participação é direta e fundamental para a redução de custos.
 Na fase de redução de resíduos, a indústria tem o papel fundamental de modificar seus produtos devido à conscientização de seus clientes. Ninguém quer perder clientes e deixar de associar o seu produto com a característica de “verde”.
O processo de reutilização é um campo de atividades educacional e artesanal. É empregado nas escolas para a conscientização dos alunos, desenvolvimento da criatividade, artesãos etc.
Na reciclagem, o mais importante é a redução de gastos com o consumo de matérias primas (por exemplo, ao reciclar o alumínio, se reduz o consumo da bauxita) e há grande economia de energia elétrica. Acrescenta-se nesta mistura o marketing “verde” que chama cada vez mais a atenção do consumidor consciente. A economia na cadeia de reciclagem do alumínio chega a 30% do total de energia gasto para se transformar a bauxita em alumínio. Se a economia de 30% para o consumidor comum é algo significativo, imagine, então, numa indústria de grande porte.
 
A Eletrônica e os três “Rs”
Dissemos acima que cada material possui uma cadeia de como pode retornar a ser útil sem ser descartado como resíduo. Na eletrônica isso não é exceção. Temos por meta seguir à risca este processo racional, mais ainda agora, após a aprovação recente da Política Nacional de Resíduos Sólidos (Lei Nº 12.305, de 2 de agosto de 2010), onde foram definidos alguns tópicos importantíssimos como, por exemplo, a responsabilidade dos geradores de resíduos e suas atribuições com o consumidor e o meio ambiente. Essa lei tem impacto profundo na destinação das baterias, por exemplo, dos celulares, pilhas, componentes com chumbo, mercúrio etc.

Um Road Map da nossa proposta
Analisando nossas possibilidades diante dos três “Rs”, temos que, pouco podemos fazer diretamente em relação ao item reduzir. Aqui na Revista, não nos seria possível desenvolver processos complexos para reduzir, mesmo porque na eletrônica “quase tudo é moído” a grosso modo, e posto em locais muito específicos, nos quais, para serem retirados, necessitaríamos de alguns anos de estudo de Química. Como a Revista é de Eletrônica, o que nos resta é reaproveitar. Mas, como reaproveitar equipamentos ou circuitos eletrônicos? Começamos por separar o que temos disponível, observando os equipamentos, para que servem, como funcionam e analisando o seu diagrama de blocos. Procure na internet maiores informações sobre eles. O nosso primeiro equipamento a ser reutilizado é o no-break, em inglês UPS (Uninterruptible Power Supply, curiosamente não é no-break em inglês). Para isso, vamos resumir algumas de suas funções básicas. O no-break é conectado na energia elétrica e na sua saída temos o equipamento que desejamos que funcione, mesmo por pouco tempo, na falta de energia elétrica, como se nada tivesse acontecido para que possamos desligá-lo normalmente.
Na condição de queda de energia o no-break se utiliza de bateria própria que, através de um circuito especial, idealmente fornece energia elétrica em condições muito semelhantes à da rede da concessionária. Para isso ocorrer durante o tempo em que a energia da rede estiver normal, o no-break, entre outras funções, carrega/mantém carregada a(s) bateria(s) de modo automático, sem interferência do usuário. Existem dois tipos básicos de no-break, o de simples conversão e o de dupla conversão. O no-break de simples conversão é mais simples e normalmente é encontrado em equipamentos mais baratos, de uso residencial ou semelhante. Já os de dupla conversão são mais caros, têm foco de exportação, são mais profissionais e atendem a normas rígidas de qualidade. Os diagramas de blocos descrevendo seu funcionamento básico estão nas figura 1 e 2. As linhas cheias mostram os blocos energizados nas duas condições.




Observe que inicialmente a energia da entrada é conduzida até um supressor de picos de rede e um filtro de linha, seguindo por um “relé” ou comutador eletrônico, que está conectado à carga.
Em paralelo com esta linha alimentada existe um outro circuito, em espera (stand-by), que enquanto existe energia regular, alimenta um carregador de bateria mantendo-a pronta para uso (a bateria em stand-by pode apresentar vários problemas que vamos citar depois em outro artigo).
Na falta de energia elétrica, o comutador fecha o circuito com a parte de baixo do esquema e, agora, a energia elétrica de 110/220 V em corrente alternada (AC) é fornecida da energia da bateria (DC) através de um conversor DC/AC. Ou seja, não há necessidade alguma de modificações na carga para funcionamento em rede elétrica para um modo de emergência.
Quantos aos no-breaks de dupla conversão, o seu circuito é um pouco diferente em blocos, mas fisicamente pouca coisa muda. Possui circuitos e programa embarcado que aumentam a qualidade de energia fornecida e seu custo final. Figura 3.
 
Não está descrito no diagrama, mas não existem peças móveis, toda a comutação da energia principal é feita em “estado sólido” por transistor (MOSFET, IGBT, etc). Há um sincronismo entre a rede elétrica e a tensão de saída do no-break que pode ser gerada, o microprocessador recebe dados da rede como frequência, fase e qualidade da energia de entrada, controla ainda o carregador das baterias, às vezes até a própria bateria e o circuito de potência gera um sinal senoidal com potência suficiente para alimentar o transformador de saída e elevar a tensão para 110/220 volts que a carga precisa. O no-break fica em stand-by até ser “convocado” para trabalhar no exato ritmo de jogo em que a carga estava conectada à rede, antes da queda de energia. Fisicamente, o transformador isolador pode estar enrolado com o de saída.
Toda esta estrutura tem o intuito de aumentar a eficiência, reduzir o risco de mais um pico na rede da saída que poderia danificar os equipamentos, melhorando a qualidade do produto. Não conseguiríamos entrar em todos os detalhes construtivos do no-break aqui, mesmo porque  não é esse o nosso objetivo inicial.
Resumidamente, a operação do no-break é essa, varia com alguns modelos mas a sua filosofia de funcionamento basicamente não muda muito. Um grande “detalhe” do projeto como um todo e que não aparece no diagrama, é que os no-breaks são produtos normatizados, seguem normas rígidas de qualidade tanto de construção quanto de características elétricas e performance, ISO 9000, CE (Comunidade Européia), etc. E que depois de algum uso, por um motivo pouco racional, os descartamos no lixo como resíduos.

O que fazer com um No-Break?
A proposta deste artigo é a de reutilizar equipamentos. Analisamos o diagrama de blocos de alguns modelos, e agora apresentamos o verdadeiro motivo de utilizarmos este equipamento para reuso.
Quase todos nós temos um celular com um carregador, um rádio, uma lanterna ou um outro equipamento qualquer ligado à rede ou através de baterias, recarregáveis; alguns gostam de pescar, acampar, são escoteiros (como eu) e estão às voltas com algo que funciona em 110/220 V e não há uma bendita tomada para ligarmos o que precisamos de noite, no meio do mato!
A nossa proposta é utilizar uma parte do no-break como inversor da potência do tipo 800 ou até 1300 VA, usando para isso o conversor DC/AC conectado numa bateria do carro ou do barco, por exemplo. Lembrando que a qualidade da tensão de saída é compatível com padrões internacionais mais rigorosos do mercado !!! Condição que quase nenhum inversor específico de baixo custo, atende. Só os custos de certificação já inviabilizariam o inversor, considerando o seu baixo volume de consumo.

Como fazer o inversor?
Isto é relativamente simples, mas não trivial. Vamos caminhar passo a passo. Colete o maior número de informações possível sobre o seu no-break, por exemplo, no site do fabricante. O ideal é ter um no-break conhecido de sua sucata (Figura 4).


Desmonte a tampa e analise o circuito através de seus componentes fisicamente, “escute” o circuito. Observe se há algum dano nos componentes de potência, algum explodido? Antes de ligar o no-break, verifique os seguintes itens:
  • A tensão da bateria na etiqueta ou medindo seu valor com o multímetro;
  • Fusíveis (desconecte a bateria e teste a continuidade);
  • Verifique se há componentes queimados;
  • Continuidade dos cabos de força.
Ligue o no-break com uma lâmpada de 100/150 W em série, como se ligava os rádios a válvula de “antes”, como indica a figura 5.

 
Conecte os terminais do multímetro nos terminais da bateria, meça a tensão em DC e em AC, desta vez com o no-break conectado. Se o carregador de bateria estiver bom, a leitura do multímetro será a de carga da bateria (14/13,8 Vdc, se ela for de 12 volts) e na medida de Volts AC será o ruído (ripple) da fonte do carregador. Ao fazer este teste você já verifica as condições da fonte de alimentação do equipamento, o que deve ser bastante baixo perto do nível Vdc. O ideal é escolher um no-break cuja tensão seja de 12 volts para conectarmos na bateria do carro. Há no-breaks de 24 volts que poderiam ser adaptados para caminhão.
Ligue a bateria do no – break, conecte-o à lâmpada-série, ligue- o e responda. Na saída do no-break tem tensão AC? É 110 V ou 220 V como escolhido na chave seletora de tensão? Pode ser que seja de saída única , sem seleção; mas tendo a saída com a tensão nominal, em princípio o circuito está funcionando. Ligue uma lâmpada de potência baixa na saída. Acende mais fraca, o brilho da lâmpada em série aumenta? Tem grandes chances de funcionar!
O carregador e a parte de potência de saída estando bem, pode significar que o problema de sucateamento do no-break tenha sido a bateria. Quando o problema for a bateria, ficará mais fácil de reaproveitar o seu antigo no-break. Até a caixa do no-break será utilizada na caixa do inversor.

Vamos relembrar alguns detalhes. Se formos utilizar o inversor (não é mais um no-break) no carro, não vamos precisar de bateria nem do carregador, somente da placa e da caixa. Muitos no-breaks possuem um buzzer que é acionado avisando o usuário que o equipamento está consumindo a bateria. Temos aqui duas opções: você pode retirar o buzzer da placa ou ligar dois fios e um interruptor nele e fixá-lo na parte interna do inversor. Para o interruptor faça um pequeno furo na caixa. O aviso pode ser útil para te lembrar que a bateria em uso é do automóvel e que vai precisar dela para a partida. Aqui vale a pena lembrar, quando é que algo eletrônico apresenta defeito? Quando está ligado. Quando é que você vai ligar o inversor? No meio do mato? Na praia? E se o inversor causar problemas no sistema de carga da bateria instalado no SEU automóvel quando você estiver lá com a família? Tenha atitudes seguras e viva melhor. Antes de usar o inversor, teste bastante e verifique se não apresenta problema algum e tenha certeza disso.
Cortamos os terminais da bateria, descascamos as pontas e colocamos uma barra de terminais de fios grossos (preto e vermelho), tipo 6 mm. Nesta barra de terminais fixamos os fios de aproximadamente 2 a 3 metros, com 4 mm2 de área de secção reta, de preferência um cabo tipo PP e na sua outra extremidade soldamos um par de garras-jacaré de tamanho médio, com isolação. Neste cabo, em série com o circuito e do lado de dentro da caixa, solde um pequeno fusível de vidro comum para proteger o inversor sem causar problemas no veículo. Este cabo é para que o inversor seja colocado próximo do local de uso, mas longe do automóvel.
O fusível a ser utilizado, claro, depende da potência do seu inversor. Lembrando que quase nunca chegará a ser usado a plena carga (100%) por muito tempo. É só fazer umas contas com o nossa velha Lei de Ohm.

A bateria do veículo tem a capacidade de carga de 70 Ah, ou seja, durante uma hora ela pode fornecer 70 ampères, teoricamente, até terminar toda a sua carga. Como isso é uma coisa que não queremos que aconteça, pois a bateria é do carro agora, teremos que controlar o tempo de uso e a potência da carga conectada ao inversor, então tudo que conectarmos deverá ter sua potência conhecida antecipadamente. O antigo no-break era de 1300 VA de potência. A unidade VA (Volt-Ampère) não pode ser entendida como Watts RMS. Esta unidade significa que a medida de potência é a aparente, que temos que considerar o Fator de Potência, a eficiência do equipamento, este é um dado que normalmente não é especificado em vários modelos. Pela internet, procure as especificações do fabricante e verifique a potência real (em RMS) do no-break; por exemplo um fabricante especifica que o seu equipamento de 1000 VA tem uma potência real fornecida de 670 Wrms. Se utilizarmos toda a capacidade do inversor, teríamos uma corrente de 55,3 ampères.


A potência tem que ser igual tanto na entrada quanto na saída, mesmo considerando as tensões diferentes:


Claro que não estamos considerando as perdas internas do inversor e nem a energia para seu funcionamento normal. Acredito que na entrada do inversor um fusível rápido de 25 ampères está adequado, mesmo porque estes componentes têm uma tolerância de 150% de sua corrente nominal; ou seja, um fusível de fio de 25 A tem grandes chances de desarmar com 31,25 A. Para conectar o fusível, instale um suporte de fio. Feche a caixa, reutilizando os mesmos parafusos. Lembre-se, a energia do inversor vem da bateria do carro, se utilizar uma carga de potência alta, a bateria irá se descarregar.
Na partida, o carro precisa de um pico de 80 a 120 ampères para fazer o motor funcionar. De vez em quando acione o motor e deixe – o carregando a bateria, quando isso ocorre, em alguns veículos, uma luz vermelha se apaga no painel. Para fazer funcionar o seu novo inversor, basta ligá-lo como se fazia no seu antigo equipamento, use o botão de liga/desliga. Nesta “reutilização” você economizou mais de R$ 400,00, e ainda tem uma excelente “rede elétrica” de baixa potência, com excelente qualidade de projeto, componentes etc, dependendo do no-break escolhido.
Matéria originalmente publicada na revista Eletrônica Total; Ano: 20; N° 148; Mai / Jun - 2011 

12 setembro 2011

Google, Apple e Microsoft são as três marcas mais valiosas do mundo

De acordo com estudo divulgado pela consultoria britânica Brand Finance, Google, Apple e Microsoft são, nessa ordem, as três marcas mais valiosas do mundo.

Os dados fazem parte do ranking anual divulgado pela Brand Finance. Para criar a lista de 100 empresas, a consultoria analisa diferentes questões, como potencial de negócios, riscos, oportunidades de crescimento em relação aos concorrentes, entre outros fatores.

O Google lidera a lista como a marca mais valiosa do mundo, com valor de US$ 48,2 bilhões. A Apple aparece em segunda posição, com US$ 39,3 bilhões. A empresa é seguida de perto pela Microsoft, que apresenta um valor de US$ 39 bilhões, segundo o levantamento. Além delas, a quarta posição do ranking também é ocupada por uma fornecedora de TI, a IBM. 

Em relação ao estudo publicado em 2010, o Google manteve a liderança, enquanto a Apple subiu seis posições. Já a Microsoft perdeu uma colocação no levantamento de 2011. 


Também entre as empresas de TI, a Samsung aparece na 12ª colocação na lista divulgada pela Brand Finance, com US$ 26,5 bilhões, a HP fica em 15º lugar, com US$ 24,9 bilhões, e a Intel está posicionada na 18ª posição, com US$ 23,4 bilhões.

Confira a lista das 20 marcas mais valiosas do mundo abaixo:


Reprodução
Fonte: OlharDigital 

Nova versão do Android será lançada em outubro ou novembro

Boatos apontam que a Ice Cream Sandwich deve chegar ao mercado junto com o Nexus Prime, novo smartphone do Google.


Durante evento na cidade de São Francisco (Estados Unidos), o presidente do conselho do Google, Eric Schmidt, deu a entender que a atualização do sistema operacional Android, apelidada de Ice Cream Sandwich, será lançada em breve. 


"Temos um novo sistema operacional, internamente conhecido como Ice Cream Sandwich,que está sendo lançado entre outubro e novembro. Todos estão animados", comentou Schmidt, de acordo com notícia veiculada pelo site Gadget Venue. A versão deve substituir o Gingerbread.

De acordo com o site Android and Me, é mais provável que o lançamento ocorra em novembro, já que o Nexus Prime, novo aparelho do Google, vai chegar ao mercado nesse mês e, portanto, seria uma ocasião ideal para atualizar o Android.

Dispositivo de gerenciamento de bateria em um único chip para aplicações de ferramentas elétricas e e-bikes

Dispositivo independente e altamente integrado oferece proteção completa e balanceamento de células para conjuntos de baterias de lítio de 4 a 10 células.

A Texas Instruments apresentou recentemente a primeira solução totalmente integrada de proteção e balanceamento de células para conjuntos de baterias Li - Íon e de fosfato férrico de lítio. 
O dispositivo de gerenciamento e proteção de baterias bq77910 é capaz de gerenciar conjuntos de baterias de 4 a 10 células, e dois dispositivos podem ser empilhados para proteger conjuntos de 11 a 20 células. 
O dispositivo simplifica os projetos de conjunto de baterias para bicicletas elétricas (e-bikes), patinetes/motocicletas elétricas, ferramentas de jardinagem portáteis, ferramentas elétricas e fontes de alimentação ininterrupta (UPS), e também pode ser usado na substituição de baterias de chumbo ácido. 
Para amostras e módulos de avaliação, acesse www.ti.com/bq77910-pr 

O bq77910 protege o conjunto de baterias ao monitorar  a tensão de cada célula, e  usa dois transistores  Power MOSFETs de canal N para interromper o  fluxo  de  corrente  em  situações  de falha. A detecção de falhas e os critérios de recuperação do dispositivo são totalmente programáveis em memória não volátil para adequarem-se  a todos os tipos de sistemas de baterias de lítio.
Principais recursos e benefícios do bq77910:
  • Gerenciamento e proteção de baterias de lítio de 4 a 10 células: o monitoramento individual de cada célula e balanceamento com transistores de efeito de campo (FETs) maximiza a vida útil e o desempenho do conjunto de baterias.
  • Operação em  baixa  potência:  a corrente  quiescente  baixa  (em geral  50  uA,  2,5  uA  em  modo desligado) minimiza a descarga da bateria  durante  a  armazenagem ou  períodos  de  inatividade  para otimizar a vida útil da bateria.
  • Suporte  a  combinações  químicas adicionais nas baterias de lítio: limiares de detecção de falhas e atrasos programáveis (EEPROM) tornam o bq77910 adaptável a todas as variações de sistemas de lítio, incluindo LiCoO2 e LiFePO4.
  • Solução integrada e independente não requer um controlador ou processador externo. 
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06 setembro 2011

Cristais: Saiba como utilizá-los corretamente em seus projetos


Dentro de muitos equipamentos eletrônicos bate um “coração invisível” que determina comum ritmo preciso o seu funcionamento. Nos relógios, cronômetros, computadores, equipamentos de comunicações e muitos outros aparelhos, minúsculos cristais de quartzo vibram com precisão garantindo que seus circuitos funcionem de maneira totalmente ordenada e sincronizada. É difícil prever o que seria da Eletrônica em nossos dias sem a presença desses elementos.

Newton C. Braga

O que faz com que um relógio eletrônico mantenha seu ritmo exato, independentemente das variações das condições ambientais, das diversas situações em que ele deve funcionar e até mesmo do próprio estado da sua bateria?
O que faz com que todas as operações de um computador sejam totalmente sincronizadas em uma velocidade enorme, com um mínimo de variações? O que faz com que os transmissores das estações de rádio e TV e das estações de telecomunicações mantenham suas frequências com grande precisão, não interferindo umas nas outras, permitindo que o leitor as sintonize sempre no mesmo ponto do mostrador de seu rádio, ou sempre que tocar a mesma tecla de seu televisor, ou ainda quando utilizar seu telefone celular?
Se o leitor respondeu que é o cristal de quartzo, acertou, mas acreditamos que na maioria dos casos, essa resposta deve estar acompanhada de uma grande interrogação: mas como um cristal de quartzo pode fazer isso?
A maioria dos equipamentos eletrônicos que exija alguma espécie de sincronismo preciso, ou seja, um “relógio interno” para funcionar, aproveita as propriedades dos cristais de quartzo.
Esses cristais são instalados em invólucros que possibilitam seu acoplamento a um circuito e, normalmente, podem ser encontrados com as aparências mostradas na figura 1



O Cristal de Quartzo
Os cristais são estruturas em que os átomos se dispõem de uma forma ordenada que se repete em toda a sua extensão. Assim, forma-se uma espécie de rede de átomos com uma disposição totalmente ordenada em toda sua extensão, conforme ilustra a figura 2.



Os átomos de um cristal não precisam ser, necessariamente, todos do mesmo elemento. Um cristal pode ser formado por átomos de dois tipos como, por exemplo, de um metal como o silício, o alumínio, etc., e o oxigênio como elemento “intruso”. Muitos cristais de grande efeito decorativo e também muito valiosos, como o rubi, a turmalina etc., são estruturas formadas por átomos de dois tipo, normalmente um deles sendo o oxigênio. A maioria dos cristais apresenta um estrutura perfeitamente simétrica, o que significa que as forças de natureza elétrica manifestadas pelos átomos no seu interior são balanceadas, e nada de anormal acontece ou é notado em termos de seu comportamento.
No entanto, dependendo da disposição dos átomos que formam o cristal, pode ocorrer que haja uma assimetria em relação às forças elétricas manifestadas entre partículas. O resultado disso é a manifestação de forças de natureza elétrica em determinadas condições. Assim, existem os casos em que essa assimetria se manifesta de tal maneira que as faces do cristal predominem cargas de determinadas polaridades, ou seja, o material permanece constantemente carregado com cargas estáticas, de acordo com a figura 3.



Um material desse tipo é denominado piroelétrico, ou seja, trata-se de um eletreto. As cargas que esse material manifesta são intrínsecas, bem diferente das cargas que um corpo acumula quando, por exemplo, o atritamos com outro. Mas, o caso que nos interessa é um pouco diferente: existem cristais que em condições normais não manifestam qualquer desequilíbrio elétrico no seu interior. Entretanto, quando esses cristais sofrem algum tipo de deformação homogênea, tal como uma compressão, extensão ou torção, aparecem cargas elétricas localizadas, ou seja, eles se tornam polarizados. Qualquer cristal que não possua um centro de simetria, apresenta essa propriedade, que é a de ser piezoelétrico.
A intensidade com que o efeito se manifesta depende da direção do deslocamento que os átomos sofrem com a deformação em relação às suas posições originais de equilíbrio. O efeito contrário também pode ser observado: se aplicarmos às faces de um cristal esse tipo de tensão elétrica, ele se deformará. Um material que pode manifestar essa propriedade é o quartzo, isso quando seus cristais são cortados de determinada maneira, o que é indicado na figura 4.


Desse modo, o corte de um cristal de quartzo comum, que é uma forma de óxido de silício (SiO2), em qualquer das maneiras mostradas na figura, resulta em cristais piezoelétricos.


Ressonância

Os cristais piezoelétricos de quartzo, em consequência do fato de apresentarem uma polarização elétrica em suas faces devidos às deformações, têm outras propriedades importantes que relatamos a seguir. Uma dessas propriedades é a ressonância. Qualquer corpo possui uma frequência natural de vibração. Quando batemos numa lâmina de metal presa numa morsa, vide figura 5, esta lâmina tende a vibrar numa única frequência que depende de seu formato, tamanho e material de que é feita.



As vibrações mecânicas fazem com que forças elásticas entrem em ação determinando o modo como essas vibrações se realimentam e, portanto, a frequência natural com que o corpo tende a oscilar. Esse é o princípio de funcionamento do diapasão que produz sempre a mesma nota musical quando excitado mecanicamente, ou das teclas de um xilofone, conforme mostra a figura 6.



Até o ar no inteior de um tubo de órgão ou de um instrumento musical, vibra em frequência que depende de suas dimensões, o que resulta no princípio de funcionamento de todos os instrumentos musicais de sopro. No caso do cristal de quartzo, as suas dimensões e também as forças elásticas que agem no seu interior, e que dependem da direção de sua atuação determinada pelo corte, fazem com que ele tenda a vibrar sempre em uma única frequência quando excitado mecanicamente ou eletricamente. Em outra palavras, podemos dizer que um cristal de quartzo se comporta, quando excitado, como um diapasão elétrico. Para termos então correntes elétrica ou sinais de determinadas frequências a partir de um cristal de quartzo, basta cortar esse cristal com as dimensões apropriadas e excitá-lo eletricamente de modo que ele entre em vibração.
As vibrações então ocorrerão na sua frequência de ressonância, ou ainda num múltiplo dessa frequência, ou seja, em frequências harmônicas. O que sucede em relação às frequências harmônicas pode ser entendido tomando por sua base uma corda de violão, observe a figura 7.



Uma corda de violão quando excitada, pode vibrar somente de determinadas maneiras, as quais são determinadas por seus pontos fixos, ou seja, pelos nodos, conforme mostra a figura.
Assim, a frequência mais baixa que ela pode produzir é a denominada fundamental, que é aquela em que temos os dois nodos nos pontos de fixação da corda e um ventre em seu meio. Mas, a vibração poderá ocorrer também de tal forma que tenhamos um segundo nodo no meio, o que corresponde ao dobro da frequência, ou à segunda harmônica. Da mesma forma, podemos ter três, quatro, cinco, etc., nodos que permitirão que a corda vibre sempre em frequências múltiplas da fundamental. O mesmo acontece com um cristal, pois ele pode ser forçado a operar em modos de vibração que venham a produzir frequências harmônicas da denominada fundamental. Esta possibilidade é interessante se considerarmos que, quanto maior for a frequência que um cristal deve produzir, menor devem ser suas dimensões, o que nos leva a um ponto em que o componente se torna muito pequeno e o cristal tão fino que fica extremamente delicado.
Podemos, então, usar os cristais dessa forma para produzir sinais que tenham frequências muito mais elevadas que a fundamental e que, de outra forma, exigiriam componentes extremamente finos e delicados.

Os Cortes
Ao explicarmos no início que o modo como um cristal é cortado influi na maneira como ele pode vibrar e na intensidade com que o efeito piezoelétrico se manifesta, devemos ter apenas três orientações possíveis. Na prática, a Eletrônica pode aproveitar muito mais orientações e assim existem muitos tipos de cortes, os quais resultam em cristais com aplicações específicas. Na figura 8 temos uma ilustração onde são mostrados todos os tipos de corte com as suas respectivas denominações.


Esses cortes irão determinar não só o modo segundo o qual o cristal vibra quando excitado, na sua aplicação principal, como também a faixa de frequências e o uso a que se destina. Temos, então, os seguintes cortes principais:

  • Duplex 5 X – Designação J: Nesse corte, o cristal vibra no sentido de seu comprimento e pode operar em frequências entre 0,8 e 10 kHz. Trata-se, pois, de um corte para baixas frequências, obtendo-se um coeficiente nulo de temperatura na temperatura ambiente.
  • XY: Nesse corte, o cristal pode vibrar tanto no sentido do comprimento quanto na largura, numa faixa de frequência entre 3 e 50 kHz. Também temos neste caso um corte destinado a operação em baixas frequências.
  • NT – designação N: Os cristais com este corte vibram no sentido de seu comprimento em frequências entre 4 e 150 kHz, sendo indicados para aplicações em osciladores de baixa frequência e filtros. Uma estabilidade de frequências de 0,0025% pode ser obtida na temperatura ambiente sem a necessidade de controles de temperatura.

Os Osciladores
Um cristal sozinho não pode entrar em vibração espontaneamente. A excitação que coloca um cristal em oscilação e depois a mantém, é obtida por meio de um circuito especial. Esse circuito, conforme sugere a figura 9, nada mais é do que um amplificador que tem um elo de realimentação. Ao conjunto assim obtido denominamos “oscilador”.
Dessa forma, os circuitos que produzem sinais com certas frequências e são controlados por cristais de quartzo, são denominados osciladores controlados por cristal, ou simplesmente osciladores a cristal (utiliza-se também a abreviação XTAL-OSC). Para que tenhamos um oscilador a cristal é preciso que o circuito empregado na excitação tenha um certo ganho, ou seja, que o sinal obtido na sua saída seja maior do que aquele que se requer para excitar o cristal.
Se isso não ocorrer, o sinal de saída que serve para excitar de novo o cristal, ficará cada vez mais fraco, e o que teremos é a produção de uma oscilação amortecida, conforme ilustra a figura 10.



Com um ganho maior que 1,0, “sobra” sempre um pouco de sinal necessário à realimentação que mantém as oscilações e que pode ser usado no circuito externo. Existem centenas de aplicações eletrônicas em que os cristais controlam a frequência de osciladores, cujos sinais, (que são correntes de determinadas frequências) são os responsáveis pelos seus ritmos de funcionamento.

Aplicações para cristais
Algumas aplicações dos cristais se destacam. Por isso, será interessante que os leitores as conheçam.

Relógios
O ritmo de um relógio mecânico é dado pelo balanço de um mecanismo controlado por uma mola. A tensão dessa mola determina o ritmo das oscilações. Os relógios modernos são eletrônicos e seu ritmo é dado por um cristal. Mesmo que exista um micromotor acionando os ponteiros, veja a figura 11, seu ritmo e portanto a precisão do relógio dependem do cristal.

Evidentemente, o cristal de um relógio não tem a frequência mínima que estamos acostumados a visualizar, que é a de 1 Hz, ou um impulso por segundo. Seria muito difícil fabricar um cristal com essa frequência (e ele também seria muito grande). Assim, os relógios utilizam cristais de frequências mais altas, sendo elas divididas por circuitos apropriados de modo a se obter um ritmo que seja ideal para o andamento do relógio. A precisão obtida num sistema deste tipo é excelente, com pequenas variações que normalmente ocorrem em vista das diferentes temperaturas que o relógio encontra nos ambientes em que trabalha. O anúncio de que um relógio é de quartzo refere-sejustamente à presença deste elemento no circuito, determinando assim seu ritmo preciso de funcionamento. Devido ao espaço limitado que existe num relógio de pulso, evidentemente, os cristais usados devem ter dimensões muito pequenas, o que implica também que eles não consigam oscilar em frequências muito baixas. Assim, os minúsculos cristais dos relógios produzem oscilações de vários megahertz para a divisão posterior pelos circuitos de que já falamos.

Computadores
Os computadores de tipo PC e mesmo outros, possuem circuitos que operam segundo o que se denomina lógica sincronizada. Todos os circuitos devem operar sincronizados por um determinado sinal de frequência única, denominado “clock”, o qual determina quando cada um deve realizar uma determinada operação, atender uma interrupção ou estar pronto para emitir o resultado de uma operação. Se isso não fosse feito, uma determinada etapa de um computador poderia estar já somando o valor de um dado a outro armazenado numa célula, antes mesmo que o outro tivesse chegado, dando com resultado um valor completamente errado.
Todos os circuitos de um computador são sincronizados por um oscilador único que determina seu ritmo de andamento. Dessa forma, quando dizemos que um computador “roda” a 3 GHz e portanto é muito mais rápido que outro que só “roda” a 2 GHz , estamos nos referindo à frequência do clock, que é justamente determinada por um oscilador por cristal, observe a figura 12.


A velocidade de um computador não pode ser alterada simplesmente pela troca de sinal de seu clock. A escolha de um determinado valor de frequência para um cristal de um computador depende da capacidade de seus circuitos operarem com tal frequência.
Se um computador que utiliza componentes projetados para operar com frequência máxima de 20 MHz, receber um sinal de clock de 40 MHz , ele não irá conseguir operar satisfatoriamente.
Um problema que surge na operação em velocidade maior (denominada overclock) é que há uma dissipação de calor maior. Esse fato justifica a existência de uma chave “turbo”. Em muitos computadores antigos que os dotam de duas velocidades: uma é a frequência original do clock dada pelo cristal, e a outra dada por um divisor por 2 que permite a operação na metade da velocidade. Em condições limites, num ambiente quente ou quando o computador tiver que funcionar por horas seguidas, se não estivermos com um programa que necessite de alta velocidade, será interessante aliviar os circuitos de um aquecimento maior com a operação em menor velocidade. Podemos dizer, de uma forma geral, que o oscilador de clock de um computador funciona como um “maestro”que determina seu ritmo e funcionamento de modo que tudo corra em harmonia. A quebra da harmonia poderá significar erros graves e a própria inoperância do aparelho. É importante observar que nos computadores mais modernos existe um oscilador de frequência única que determina a frequência básica de operação de um circuito de entrada. Através de programações por meio de jumpers ou ligações, é possível modificar os circuitos que ele controla de modo a se programar a velocidade do processador. Dessa forma, o profissional da Informática pode perfeitamente alterar a velocidade de um processador sem mexer no oscilador, apenas mudando a programação. É claro que o risco de se fazer esta operação de “overclock” é o que já explicamos: rodando mais rápido que o recomendado, pode-se levar o circuito a falhas ou mesmo sobreaquecimento. Existem instrumentos de medida onde a precisão da medida depende fundamentalmente da precisão com que se pode estabelecer um intervalo de tempo de referência. Esse é o caso de frequencímetros em que a medida de uma frequência é feita contando-se o número de ciclos num intervalo de tempo conhecido, conforme mostra a figura 13.



Por exemplo, num frequencímetro comum podemos fixar em 1/10 de segundo o intervalo de contagem dos pulsos ou “amostragem”. Assim, se nesse intervalo, para um sinal de frequência a ser medida, forem contados 5000 ciclos, então a frequência desse sinal (projetada no mostrador) será de 50 kHz. Os próprios circuitos internos fazem a multiplicação de valor ou a colocação do ponto decimal, desprezando os dígitos menos significativos, quando necessário.

Outra aplicações
Telefones sem fio, telefones celulares, instrumentos de medida de diversos tipos, walk-talkies,televisores em cores, videocassetes e DVDs são alguns outros exemplos de aparelhos em que encontramos os cristais exercendo funções decisivas relacionadas com o controle de frequência. Nos telefones sem fio, os cristais determinam a frequência de operação das estações garantindo, assim, uma estabilidade que de outra forma não poderia ser obtida. Se o ajuste da frequência fosse feito por circuitos sintonizados comuns (LC), a possibilidade de “escape” do sinal seria muito maior, resultando na necessidade constante de reajuste do aparelho com a consequente perda da confiabilidade. Nos walk-talkies, os cristais determinam com precisão o canal em que os aparelhos devem operar, fixando a frequência tanto do receptor quanto do transmissor. Finalmente, nos televisores, encontramos cristais nas etapas de processamento de cores, fixando a frequência dos circuitos de modo a detectar esse sinal com precisão.

Conclusão
O leitor teve, neste artigo, apenas uma amostra da importância dos cristais de quartzo na Eletrônica. Um aprofundamento maior poderá ser importante se o leitor for trabalhar com esses componentes. A variedade de tipos de frequências leva à necessidade de conhecer todas as propriedades específicas de cada um para que a escolha de um novo projeto seja aquela que o leve ao melhor desempenho.

 * Matéria originalmente publicada na revista Saber Eletrônica; Ano: 47; N° 454; Jul / Ago - 2011