Os circuitos eletrônicos estão sujeitos a vários tipos de perturbações e interferências internas e externas, as quais podem provocar o funcionamento defeituoso ou até a falha total (“queima”).
Interferências Externas aos Circuitos
a) Descarga Eletrostática
Quando certos materiais são friccionados entre si, o atrito transfere cargas elétricas negativas (elétrons) de uma superfície para a outra. Nesta situação, os materiais ficam carregados “eletrostaticamente”. Enquanto as superfícies permanecem separadas, mantém-se a diferença de potencial elétrico.
No entanto, ao aproximar as superfícies a uma massa ou terra, a diferença de potencial acumulada pode ser suficiente para formar um arco voltaico ou faísca de curta duração (alguns microssegundos). A intensidade da descarga depende das cargas acumuladas, as que, por sua vez, dependem do grau de umidade ambiente.
O clima seco favorece a acumulação de cargas. Dependendo das circunstâncias, a voltagem eletrostática está, geralmente, acima de 1.500 ou 2.000 volts.
b) Interferência Eletromagnética
Os dispositivos eletrônicos de baixa potência, utilizados atualmente, são bastante sensíveis aos sinais resultantes de interferência eletromagnética.
No veículo, este tipo de perturbação é produzido pela alta tensão nos sistemas de ignição e, em geral, quando a corrente em um condutor é chaveada abruptamente. As variações resultantes criam um campo magnético variável em torno dos cabos de alta tensão e outros condutores, o que, pelo fenômeno de indução eletromagnética, induz tensões parasitas nos cabos vizinhos.
c) Transientes Indutivos
São variações bruscas de tensão (picos de tensão) que aparecem em circuitos com cargas (consumidores) indutivas como válvulas solenoides, relés e motores, principalmente no momento da desativação.
Estas variações acentuadas podem provocar falhas no circuito de acionamento da carga indutiva ou induzir perturbações em circuitos próximos (interferência eletromagnética).
Perturbações Internas aos Circuitos
A principal causa deste tipo de defeito é a condição de curto-circuito, na cablagem ou no componente, ou de excessiva baixa resistência nas cargas. A condição de curto-circuito provoca a sobrecarga do circuito com o aumento excessivo da corrente.
Resumindo, as perturbações acima mencionadas podem ter origem em:
1. Interferência eletromagnética dos circuitos de alta tensão;
2.Sobrecorrente ou corrente excessiva provocada por curto-circuito;
3. Picos de tensão provocados pelo acionamento de cargas indutivas;
4. Picos de tensão provocados por descarga eletrostática.
Em todos estes casos, devem ser providenciadas medidas apropriadas por meio da inclusão, no circuito, dos denominados dispositivos de proteção. A seguir, algumas das técnicas utilizadas.
1. O capacitor é o principal dispositivo utilizado para proteger os circuitos eletrônicos deste tipo de perturbação. Outra medida é eliminar ou diminuir a captação de radiação, colocando malhas de blindagem nos sinais mais sensíveis. Também, instalando resistências nos circuitos de alta tensão, velas e cabos resistivos, com o objetivo de diminuir a emissão de radiação. Finalmente, outro método é providenciar várias ligações à massa.
2. Na maioria dos casos, a causa é curto-circuito em componente. Os dispositivos utilizados para este tipo de proteção são: fusível, “cabo-fusível”, disjuntor e resistor PTC.
Quando há excesso de corrente em um circuito, há também geração de calor nos condutores e, principalmente, no dispositivo de proteção pelo qual passa a corrente. É o calor (não a corrente) que provoca a abertura do dispositivo de proteção. Nas placas de circuitos eletrônicos, o dispositivo mais indicado é o resistor PTC.
A figura 1a mostra um circuito com um resistor PTC e uma lâmpada. Para a corrente que circula, o resistor PTC apresenta uma resistência de 0,2 ohm. A figura 1b apresenta o mesmo circuito, mas com a lâmpada em curto-circuito. Nesta situação, tenderia a circular uma corrente excessiva, a não ser pela presença do PTC que, ante o aumento de intensidade, aquece. O aquecimento provoca um considerável aumento da sua resistência interna (cinco vezes). No entanto, verifica-se que a corrente i2 é maior que i1. Assim, no circuito, circula uma corrente tal que mantém o PTC aquecido o suficiente para que sua resistência permaneça elevada e, então, limite a corrente de curto-circuito. Ao ser eliminado o curto, a corrente diminui e o PTC esfria, retornando ao seu valor normal.
3. Dispositivos eletromagnéticos, como relés e válvulas solenoides, têm a característica de poder provocar picos excessivos de tensão se não controlados. Estes picos podem ser suficientemente altos, como para danificar componentes do circuito de controle, especialmente dispositivos de estado sólido.
Diodos retificadores são utilizados na função de proteção dos circuitos de saída dos módulos, dedicados ao controle de dispositivos com características indutivas como relés, válvulas solenoides ou embreagens eletromagnéticas.
A função destes diodos é a de eliminar os picos de tensão no momento da desativação do componente. No caso de cargas elétricas com característica “indutiva”, no momento da desativação, a força contraeletromotriz (f.c.e.m.), gerada nos bornes do bobinado, provoca um pico de tensão de algumas dezenas de volts.
Na figura 2a, o exemplo de um interruptor controlando uma carga indutiva (uma embreagem eletromagnética, por exemplo). No instante t1 (Figura 3) o interruptor fecha e se estabelece a circulação da corrente i que ativa o solenoide (figura 2a). Este armazena energia com a polaridade indicada: terminal [1] negativo com relação ao [2].
No instante t2 o interruptor abre, provocando o colapso do campo magnético pela interrupção da corrente i (figura 2b). Nesse momento, aparece uma força contraeletromotriz que tenderia a estabelecer o terminal [1] positivo com relação ao [2]. No entanto, isso não é possível pela presença do diodo que, ao entrar em condução, permite a circulação da corrente i, a qual descarrega o solenoide. Com isto, é eliminado o pico de tensão. A corrente é máxima no momento em que abre o interruptor, e dura o tempo necessário à descarga do solenoide, que é de alguns milissegundos ou menos, na maior parte dos casos.
4. Este tipo de perturbação acontece, principalmente, durante o manuseio dos módulos eletrônicos. Para a função de proteção dos circuitos de entrada de sinal, são utilizados diodos “zener” especiais. São instalados internamente aos módulos, para eliminar os picos de tensão provocados por descarga eletrostática.
A figura 4 mostra diodos zener como proteção do circuito de alimentação e de uma linha de entrada de sinal de sensor.
O valor do zener de proteção é 30% ou 40% maior que a máxima tensão do circuito protegido. Assim, todo pulso de tensão que ultrapasse o mencionado valor é “absorvido” (recortado) pelo zener.