Eletricidade Básica


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Eletricidade Básica para Computadores - Curso Completo por Marcos Monteiro

ELETRICIDADE BÁSICA PARA COMPUTADORES

Um pouco de história

A origem da palavra electricidade (pt) ou eletricidade (pt-br) é de Tales de Mileto, quando na Grécia antiga observou que ao esfregar um pedaço de âmbar na pele de um carneiro, este tinha a capacidade de atrair pequenos pedaços de palha, somente em 1600 o físico e medico inglês William Gilbert publica o livro De Magnete, Magneticisque Corporibus, et de Magno Magnete Tellure sobre os ímãs, os corpos magnéticos e o grande imã terrestre, em seu livro, ele também estudou eletricidade estática usando âmbar; em grego, âmbar é chamado eléktron (λεκτρον), então, Gilbert decidiu chamar isso de eletricidade e pronto.

O âmbar é uma resina fóssil sendo muito usado para a manufatura de objetos ornamentais.

Sabe-se que as árvores (principalmente os pinheiros) cuja resina se transformou em âmbar viveram há milhões de anos em regiões de clima temperado. Nas zonas cujo clima era tropical, o âmbar foi formado por plantas leguminosas.

Especula-se que objetos encontrados no Iraque, datados de 250 AC, seriam usados como uma forma de bateria.

Entendendo isso

“A electricidade se origina da interação de certos tipos de partículas sub-atômicas. A partícula mais leve que leva carga eléctrica é o eléctron, que assim como a partícula de carga eléctrica inversa à do eléctron , o próton, transporta a unidade fundamental de carga (1,60217646x10 − 19C), cargas eléctricas de valor menor são tidas como inexistentes em subpartículas atômicas como os quarks.” (http://pt.wikipedia.org/wiki/Eletricidade)

Para entender isso tudo vamos começar com o Potencial elétrico que é a capacidade que um corpo energizado tem de realizar trabalho, ou seja, atrair ou repelir outras cargas elétricas, o maior potencial elétrico que existe é a terra com o valor zero. A brincadeira começa quando aproximamos dois corpos de potenciais elétricos diferentes, a isto chamamos de diferença de potencial (d.d.p.) ou tensão elétrica, feito isto, então o corpo de menor potencial elétrico tende a querer compartilhar de suas cargas com o corpo de maior potencial elétrico, e isto irá acontecer pelo caminho mais fácil provocando um movimento ordenado das cargas elétricas do menor potencial elétrico para o maior potencial elétrico, a este fenômeno chamamos de Corrente elétrica.

Corrente elétrica

O fluxo dos elétrons pode se dar de varias formas, quando este é feito de maneira ordenada, constante e sempre na mesma direção chamamos de Corrente Continua (C.C.) ou do inglês D.C.(Direct Current), na corrente continua podemos definir um pólo positivo e um pólo negativo, esta corrente é normalmente gerada por baterias de automóveis ou de motos (6, 12 ou 24V), pequenas baterias (geralmente 9V), pilhas (1,2V e 1,5V), dínamos, células solares e fontes de alimentação de várias tecnologias, que retificam a corrente alternada para produzir corrente contínua. Normalmente é utilizada para alimentar aparelhos electrônicos (entre 1,2V e 24V) e os circuitos digitais de equipamento de informática (computadores, modems, hubs, etc.).

Transmitir corrente elétrica por longas distancia era um problema até Nikola Tesla criar a Corrente Alternada (C.A.) ou A.C. (inglês ) nela os elétrons invertem o seu sentido várias vezes por segundo.

Na primeira metade do século XX havia sistemas de Corrente Alternada de 25 Hz no Canadá (Ontário) e no norte dos EUA. Em alguns casos alguns destes sistemas (por exemplo, nas quedas de Niágara) perduram até hoje por conveniência das fabricas industriais que não tinham interesse em trocar o equipamento para que operasse a 60 Hz. As baixas freqüências facilitam construção de motores de baixa rotação.

Há também sistemas de 16,67 Hz em ferrovias da Europa (Suíça e Suécia).

Sistemas AC de 400 Hz são usados na indústria têxtil, aviões, navios, espaçonaves e em grandes computadores.

No Brasil a variação (freqüência) da rede elétrica é de 60 Hz. Na América do Sul, além do Brasil, também usam 60 Hz o Equador, Peru, Venezuela e a Colômbia. Em outros países, por exemplo, a Argentina, a Bolívia, o Chile e o Paraguai, bem como na Europa é usada a freqüência de 50Hz.

A Corrente Alternada foi adotada para transmissão de energia elétrica a longas distâncias devido à facilidade relativa que esta apresenta para ter o valor de sua tensão alterada por intermédio de transformadores. No entanto as primeiras experiências e transmissões foram feitas com Corrente contínua.

Aterramento

Eletricidade só existe quando há diferença de potencial. Por exemplo, se temos dois fios, um com potencial 12 e outro com potencial 0, então temos uma diferença de potencial de 12V. Se temos dois fios com potencial 12, então não há diferença de potencial e a tensão elétrica obtida entre esses dois fios será zero.

Assim, a rede elétrica é formada por dois fios, um chamado fase e outro chamado neutro. O fio neutro possui potencial zero e o fio fase é por onde a tensão elétrica é transmitida. Como haverá diferença de potencial entre a fase e o neutro, haverá tensão elétrica. Na rede elétrica a tensão é alternada, já que potencial elétrico do fio fase é uma forma de onda senoidal, isto é, varia ao longo do tempo.

O terra é um sinal que contém zero volt absoluto. Ele é usado para igualar o potencial elétrico entre equipamentos elétricos. Normalmente o terra é ligado à carcaça metálica do equipamento. Em equipamentos onde o gabinete seja plástico, o terra é ligado à carcaça metálica existente no interior do equipamento.

Você deve estar se perguntando qual é a diferença entre o terra e o neutro, já que ambos possuem potencial zero.

Acontece que o fio neutro pode ficar "sujo" devido a fugas apresentadas pelos equipamentos elétricos presentes na sua casa ou trabalho. Por exemplo, ele vem da rua com potencial zero mas, devido aos equipamentos que existem em sua casa, houve uma fuga (que é normal) e o neutro passou a ter um potencial ligeiramente maior, digamos 6 V. Se comparado com o fio fase, então, a diferença de potencial baixou, nesse caso, 6 V. Mas, como os equipamentos elétricos normalmente possuem uma tolerância alta, essa queda na tensão não alterará funcionamento deles (a tensão baixou de 127 V para 121 V nesse exemplo, o que fará com que os equipamentos continuem funcionando normalmente).

O terra apresenta, portanto, um potencial de zero volt absoluto. Isso é conseguido através da instalação de uma barra de ferro no solo (e daí o nome "terra"). Como a terra é uma fonte inesgotável de elétrons, o seu potencial é inalterável. Caso algum equipamento tente "sujar" o terra (como ocorre com o neutro), o excesso de tensão é encaminhado para a terra, mantendo o potencial elétrico sempre em zero.

Como Fazer?

No computador o terra fará uma d.d.p. com o neutro, por essa razão há a necessidade de ligar a tomada seguindo a regra onde o fase estará a direita do terra conforme a figura ao lado, se esta regra não for seguida não há aterramento. No Terra você ligará um fio de bitola de 4mm a 6mm em uma haste de cobre próprio para fazer o aterramento, esta ficará aterrada; o tamanho da haste vai variar da qualidade do solo que pretende atingir, solos mais profundos as vezes possuem uma capacidade de condução superior, uma haste de 1,5m é quase sempre eficaz. Tudo isso você encontra facilmente em armazéns de material de construção.

Para montar o aterramento em vários computadores basta ligar as hastes em serie mantendo uma distancia entre elas de 3 metros (ideal) ou no mínimo de 2 metros conforme figura abaixo:

Modelo com 4 hastes ligadas em serie capaz de aterrar até 14 microcomputadores.

A primeira haste suporta até 5 computadores, acima disto uma haste adicionada servira para cada 3 computadores, ou seja 1h=5 micros, 2h=8 micros, 2h=11 micros e por ai vai.

 

Eficácia do Aterramento

Imagine que quando você finca uma haste na terra você de fato não esta ligando na Terra, você está se comunicando com o solo este que será responsável por conduzir a eletricidade para o nosso planeta que apresenta o maior potencial elétrico, então você precisa ficar atento a qualidade do solo, este tem que ser capaz de conduzir a eletricidade, solos ricos em minerais são ótimos condutores. Quando o solo tem baixa capacidade de condução elétrica o chamamos de solo hipo-condutivo, para estes o aterramento não é eficaz ou inexiste, para aumentar a condutividade do solo você poderá enriquecê-lo com sais minerais, funciona adicionando ao solo sal grosso, areia de praia ou carvão. O solo também pode se apresentar com a qualidade de conduzir muita eletricidade, a este chamamos de solo hiper-condutivo, quando isso ocorre haverá um aumento no consumo de energia, é possível diminuir a condutividade adicionando serragem ao solo.

Para testar a eficácia do aterramento você vai precisar usar um equipamento chamado de multímetro, Destinado a medir e avaliar grandezas elétricas, um Multímetro ou Multiteste (Multimeter ou DMM - digital multi meter em inglês) é um instrumento que pode ter mostrador analógico (de ponteiro) ou digital, será usado para o teste a função de voltímetro, pois o que iremos medir é a tensão elétrica de uma corrente alternada, que é nossa tomada elétrica, em seu multímetro você irá escolher a opção de corrente alternada no valor superior a 220V, que é a tensão que você medirá, a maioria dos multímetros encontrados no mercado apresentam 750V a tensão superior, esta que você irá escolher, após isso verifique a tensão do Fase com o Neutro e em seguida repita a operação do Fase com o Terra, então você irá subtrair o primeiro valor encontrado com o segundo valor, o resultado deverá ser de 0 a 3, ou seja: (Fase,Netro) – (Fase,Terra) = 0 a 3, se o resultado for superior a 3 é necessário aumentar a condutividade de seu aterramento que pode ser feito substituindo a haste de cobre por uma maior, adicionando mais uma haste de cobre em serie ou aumentando a condutividade do solo, conforme acabamos de citar; se o valor for inferior a 0 o solo está se apresentando hiper-condutivo.

Dica: Desconfie de aterramentos que apresentam o valor 0, apensar deste ser o valor ideal para seu aterramento pode ser que alguém tenha ligado o teu Neutro no Terra, fazendo entender que há um aterramento, para verificar se isto está acontecendo basta aferir a resistência do neutro com o terra, o valor não deve apresentar quaisquer continuidade por se tratar de fios distintos.

Fonte de Alimentação

Internamente o nosso computador trabalha com baixas tensões de corrente continua, temos então em nosso computador uma fonte de alimentação, esta é responsável por transformar a tensão 110V ou 220V de corrente alternada que recebemos da companhia elétrica nas tensões que o computador utiliza.

Fonte chaveada

Nos computadores, usa-se um tipo de fonte conhecido como "Fonte Chaveada". Trata-se de um padrão que faz uso de capacitores e indutores no processo de conversão de energia. A vantagem disso é que há menos geração de calor, já que um mecanismo da fonte simplesmente desativa o fluxo de energia ao invés de dissipar um possível excesso. Além disso, há menor consumo, pois a fonte consegue utilizar praticamente toda a energia que "entra" no dispositivo. Por se tratar de um equipamento que gera campo eletromagnético (já que é capaz de trabalhar com freqüências altas), as fontes chaveadas devem ser blindadas para evitar interferência em outros aparelhos e no próprio computador.

Tensões fornecidas pelas fontes

Os dispositivos que compõem o computador requerem níveis diferentes de tensão para seu funcionamento. Por isso, as fontes de alimentação fornecem, essencialmente, quatro tipos de tensão (em Volts - V):

5 V - utilizada na alimentação de chips, como processadores, chipsets e módulos de memória;

- 5 V - aplicada em dispositivos periféricos, como mouse e teclado;

12 V - usada em dispositivos que contenham motores, como HDs (cujo motor é responsável por girar osdiscos) e drives de CD ou DVD (que possui motores para abrir a gaveta e para girar o disco);

- 12 V - utilizada na alimentação de barramentos de comunicação, como o antigo ISA (Industry Standard Architecture).Os valores descritos acima são usados no padrão de fonte conhecido como AT (Advanced Technology). No entanto, o padrão ATX (Advanced Technology Extended), quando lançado, apresentou mais uma tensão: a de 3,3 V, que passou a ser usada por chips (principalmente pelo processador), reduzindo o consumo de energia. As fontes ATX também trouxeram um recurso que permite o desligamento do computador por software.Para isso, as fontes desse tipo contam com um sinal TTL (Transistor-Transistor Logic) chamado PowerSupply On (PS_ON). Quando está ligada e em uso, a placa-mãe mantém o PS_ON em nível baixo, como se o estive deixando em um estado considerado "desligado". Se a placa-mãe estiver em desuso, ou seja, não estiver recebendo as tensões, deixa de gerar o nível baixo e o PS_ON fica em nível alto. Esse sinal pode mudar seu nível quando receber ordens de ativação ou desativação dos seguintes recursos:

Soft On/Off - usado para ligar/desligar a fonte por software. É graças a esse recurso que o Windows ou o Linux consegue desligar o computador sem que o usuário tenha que apertar um botão do gabinete;

Wake-on-LAN - permite ligar ou desligar a fonte por placa de rede;

Wake-on-Modem - possibilitar ligar ou desligar a fonte por modem.

O sinal PS_ON depende da existência de outro: o sinal 5VSB ou Standby. Como o nome indica, esse sinalpermite que determinados circuitos sejam alimentados quando as tensões em corrente contínua estãosuspensas, mantendo ativa apenas a tensão de 5 V. Em outras palavras, esse recurso é o que permite aocomputador entrar em modo de descanso. É por isso que a placa de vídeo ou o HD podem ser desativadose o computador permanecer ligado.

O sinal Power Good é uma proteção para o computador. Sua função é comunicar à máquina que a fonteestá apresentando funcionamento correto. Se o sinal Power Good não existir ou for interrompido,geralmente o computador desliga automaticamente. Isso ocorre porque a interrupção do sinal indica que odispositivo está operando com voltagens alteradas e isso pode danificar permanentemente um componentedo computador. O Power Good é capaz de impedir o funcionamento de chips enquanto não houvertensões aceitáveis.

O Power Good é um recurso existente já no padrão AT. No caso do padrão ATX, seu sinal recebe o nomede Power Good OK (PWR_OK) e sua existência indica a disponibilização das tensões de 5 V e de 3,3 V.

Potência das fontes de alimentação

Se um dia você já teve que comprar ou pesquisar o preço de uma fonte de alimentação para seu computador, certamente pode ter ficado em dúvida sobre qual potência escolher. No Brasil, é muito comum encontrar fontes de 300 W (watts), no entanto, dependendo de seu hardware, uma fonte mais potente pode ser necessária. Para saber quando isso é aplicável, deve-se saber quanto consome cada item de seu computador. A tabela abaixo mostra um valor estimado:

Item

Média de Consumo

 

Processadores (como Pentium 4 HT e Athlon64)

60 W – 110 W

Processadores econômicos (como Celeron e Duron)

30 W – 80 W

Placa-mãe

20 W – 100 W

HDs e drives de CD e DVD

25 W - 35 W

Placa de vídeo sem instruções em 3D

15 W - 25 W

Placa de vídeo com instruções em 3D

35 W – 110 W

Módulos de memória

2W - 10 W

Placas de expansão (placa de rede, placa de som, etc)

5 W - 10 W

Cooler

5 W - 10 W

Teclado e mouse

1 W – 15 W

Obviamente esses valores podem variar, pois não são precisos. Além disso, o consumo de energia de determinados dispositivos pode depender do modelo e do fabricante. O importante é que você analise a quantidade de itens existentes em seu computador e adquira uma fonte que possa atender a essa configuração de maneira estável. Por exemplo, se você tiver uma máquina com processador Athlon 64FX, com dois HDs, um drive de CD/DVD, placa de vídeo 3D, mouse óptico, entre outros, uma fonte de250 W não é recomendável. Basta somar as taxas de consumo desses itens para notar:Athlon 64 FX100 W (valor estimado)HD (cada)

25 W + 25 W (valor estimado) Drive de CD/DVD25 W (valor estimado)Placa de vídeo 3D80 W (valor estimado)Mouse óptico + teclado10 W (valor estimado)Total265 W

** sem considerar os demais itens (placa-mãe, pentes de memória, etc).

É importante considerar ainda que dificilmente uma fonte de alimentação fornece a potência máxima indicada. Por isso, é bom utilizar uma fonte que forneça certa "folga" nesse aspecto. Para a configuração citada acima, por exemplo, uma fonte de 350 W seria adequada.

Calculando a Potência Real de uma Fonte

Com os computadores modernos consumindo cada vez mais energia, a escolha de uma boa fonte de alimentação passou a ser crucial na hora de comprar um micro de alto desempenho. Para a nossa sorte existem no mercado várias fontes de alimentação de boa qualidade, tais como OCZ, Thermaltake, Cooler Master e Seventeam, só para citarmos algumas das marcas presentes em nosso mercado.

* As fontes de alimentação são classificadas de acordo com a sua potência (ex: 250 W, 300 W, 350 W, 400 W, etc), mas o grande problema das fontes de alimentação mais simples é que a sua potência real não é a que está rotulada na fonte. Por exemplo, você pode comprar uma fonte de 400 W mas na realidade ela não ser nem de 350 W. Em bom português, a maioria dos fabricantes de fontes de alimentação "maquia" o valor da potência de seus produtos.

* Se você pesquisar, verá que o preço das fontes "de marca" é maior do que o de fontes "comuns" de mesma potência. A principal razão é que essas fontes mais caras usam em sua classificação a sua "potência real" e não a sua potência "nominal". Nessas fontes mais caras, quando o fabricante diz que ela é de 350 W, ela realmente tem essa potência, ao contrário do que ocorre com as fontes mais baratas.

* Mas como saber qual é a potência real de uma fonte de alimentação? Para isso você precisará fazer alguns cálculos bem simples usando os números presentes na etiqueta que toda fonte de alimentação tem.

* Toda fonte de alimentação possui seis saídas: +3,3 V, +5 V, +12 V, -5 V, -12 V e +5 VSB (também chamado "standby"). Nesta etiqueta há descrita a corrente que cada uma dessas saídas é capaz de fornecer. A corrente é dada em uma unidade chamada Ampère (A). Para saber a potência que cada uma dessas saídas fornece, basta multiplicar a tensão (em volts) pela corrente (em ampères). No caso das tensões negativas, você não deve considerar o sinal de menos.

* Vamos tomar o exemplo real da fonte Troni PS-400S, que é rotulada como sendo de 400 W. Vamos ver qual é a potência real desta fonte. As suas saídas fornecem as seguintes correntes: 15 A (+3,3 V), 29 A (+5 V), 11,5 A (+12 V), 0,5 A (-5V), 0,5 A (-12 V) e 1,5 A (+5 VSB). Temos então as seguintes potências: 49,5 W (+3,3 V x 15 A), 145 W (+5 V x 29 A), 138 W (+12 V x 11,5 A), 2,5 W (-5 V x 0,5 A), 6 W (+12 V x 0,5 A) e 7,5 W (+5 VSB x 1,5 A).

* Para obtermos a potência total da fonte não podemos simplesmente somar todas as potências individuais porque as fontes de alimentação para PCs usam um conceito chamado potência combinada – aliás, somar todas as potências individuais é uma das formas de se maquiar a potência total da fonte. Para as saídas de +3,3 V e +5 V você deve considerar somente o valor da maior potência entre essas duas saídas (no nosso exemplo, devemos considerar 145 W da saída de +5 V e ignorar o valor 49, 5 W da saída de +3,3 V). Na prática, isso significa somar o valor de todas as potências individuais, ignorando, porém, o valor da potência da saída de +3,3 V.

* Aplicando esta regra, temos que a nossa fonte de alimentação é de 299 W (145 W + 138 W + 2,5 W + 6 W + 7,5 W) e não de 400 W como está rotulada!

* Em sua defesa, os fabricantes afirmam que rotulam suas fontes com a potência "de pico" que elas suportam. Mas, cá entre nós, é só uma justificativa para empurrar um produto mais simples como se fosse um outro mais potente.

Conectores AT e ATX

Os conectores das fontes AT e ATX são mostrados a seguir. Repare que o único que muda entre um padrão e outro é o conector que alimenta a placa-mãe. No caso do padrão AT, esse conector possui 12fios. No padrão ATX, esse conector possui 20 vias (há modelos com 24 vias).

Além disso, o encaixe do conector ATX é diferente, pois seus orifícios possuem formatos distintos para impedir sua conexão de forma invertida. No padrão AT, é comum haver erros, pois o conector é dividido em duas partes e pode-se colocá-los em ordem errada. A seqüência correta é encaixar os conectores deixando os fios pretos voltados ao centro.

Abaixo segue uma ilustração que mostra os sinais e tensões de cada pino dos conectores para placas-mãe de fontes AT e ATX:

Por fim, em alguns modelos (projetados principalmente para o processador Pentium 4) existe ainda um conector auxiliar de 6 pinos (com três vias em 0 V, duas em 3,3 V e uma em 5 V) e outro com 4 pinos denominado "conector 12V" (dois em 12 V e dois em 0 V), cujo local de encaixe é visto a seguir:

Esse esquema com 3 conectores para a placa mãe é denominado ATX12V.

 

 

 

 

 

Finalizando

Na hora de montar seu computador, é importante dar especial atenção não só ao processador, à placa-mãe e outros itens, mas também à fonte de alimentação. Uma fonte de qualidade tem menor risco de apresentar mal-funcionamento, consegue proteger a máquina em oscilações da rede elétrica e tem um eficiente sistema de dissipação de calor.

Por Marcos Monteiro