Como Determinar a Espessura dos Fios de uma Montagem (AR1442)

A espessura dos fios usados num projeto assim como a largura das trilhas de uma placa de circuito impresso está determinada por diversos fatores, sendo o principal a intensidade da corrente que deve ser conduzida.

Como determinar a espessura mínima que um fio deve ter para uma aplicação ou ainda a largura da trilha da placa de circuito impresso, sem o perigo de ter problemas? Esse é justamente o assunto deste artigo.

A utilização imprópria de um fio num projeto ou ainda o mal dimensionamento da trilha de uma placa de circuito impresso pode ter diversas conseqüências para um projeto.

No caso de linhas de alimentação, um fio mais fino ou uma trilha mais estreita pode causar o aquecimento e consequentemente um rompimento, com a queima da placa e até mesmo efeitos mais graves.

Também se deve considerar que um fio muito fino, apresenta uma resistência que pode afetar o funcionamento provocando uma realimentação através da fonte.

Esta realimentação é bem conhecida no caso de amplificadores causando o ruído denominado “motor boating” ou ruído de motor de popa ou pipocar do alto-falante.

 

RUÍDO DE BARCO (motor boating)

Ao ligar o aparelho que possua alto-falante ou fone, ele emite um ruído semelhante ao de um barco a motor, lancha ou moto. Em inglês o termo usado para designar este problema é "motor boating".

Este problema é normalmente devido à oscilação provocada por um desacoplamento deficiente da fonte de alimentação, ou devido a alta resistência interna da fonte, ocorrendo normalmente com rádios, gravadores e outros aparelhos de som alimentados por pilhas quando as pilhas enfraquecem ou ainda apresentam um problema de contacto em seu suporte.

Outra possibilidade é um contato deficiente do interruptor geral (liga/desliga) que pode estar oxidado.

* Verifique em primeiro lugar as pilhas, testando-as (12)

* Ligue em paralelo com as pilhas (suporte) um capacitor eletrolítico de 220 µF a 1 000 µF depois do interruptor geral. Se o problema desaparecer, ele pode significar que o eletrolítico do aparelho é insuficiente para a filtragem ou que as pilhas estão realmente fracas.

* Verifique o estado do interruptor geral que pode estar apresentando alguma resistência quando ligado (17).

* Teste o capacitor ou capacitores de acoplamento das diversas etapas de áudio do aparelho, principalmente a etapa de potência ou saída (41).

* Verifique o circuito de realimentação negativa, se for rádio ou amplificador (53).

* Verifique se o controle de volume está em ordem, devidamente aterrado (32) e (52).

Do livro: Conserte tudo de Newton C. Braga

 

Em alguns casos, esse ruído pode ser eliminado com o desacoplamento da fonte através de um capacitor, no entanto, ele claramente mostra que no caso de um amplificador de maior potência, temos um mau dimensionamento de cabos de alimentação ou trilhas da placa.

E, é claro numa aplicação em que o fio deve ser longo, a utilização de um fio mais fino (com resistência maior) pode causar perdas com a queda de tensão ao seu longo.

É o caso de alto-falantes, que são cargas de baixa impedância e que, portanto, uma pequena resistência do fio já influencia na transmissão de energia.

 

Figura 1 – Um fio de 8 Ω absorve 50 % da potência de um amplificador
Figura 1 – Um fio de 8 Ω absorve 50 % da potência de um amplificador

 

Para os sinais de áudio, o uso de fios ou trilhas também tem outras conseqüências como uma maior sensibilidade à captação de roncos e interferências.

Algumas regras simples permitem escolher o cabo apropriado com base na corrente máxima que eles podem conduzir, com base na tabela abaixo.

 

Espessura mínima (AWG) Corrente máxima (A)
22 0.5
20 1
18 3
16 6
14 12
12 20
10 32

 

Assim, por exemplo, para uma fonte de alimentação de 2 A, será recomendado que entre ela e a carga seja usado um fio pelo menos AWG 18.

É claro que, se puder ser dada uma tolerância será melhor, e se o comprimento for razoável (acima de 5 m) a situação deve ser melhor analisada para que a resistência apresentada não afete o desempenho do sistema.

Veja que no caso específico de alto-falantes, a potência e a resistência da carga determinarão a corrente média nos fios e a partir de daí sua espessura.

Podemos aplicar a Lei de Joule, usando a fórmula:

I = raiz(P/R)

 

Onde:

I é a corrente no circuito em ampères (A)

P é a potência em watts (W)

R é a resistência da carga em Ω (?)

 

Por exemplo, para um amplificador de 80 W com carga de 8 Ω, a corrente será:

I = raiz(80/8)

I = raiz(10)

I = 3,2 A (aproximadamente)

O melhor fio, se não for usado cabo especial para alto-falantes, deve ser o AWG 16.

Para as placas de circuito impresso, uma regra simples, normalmente adotada quando não se deseja fazer cálculos mais complexos, é a de se utilizar 1 mm de largura para cada ampère de corrente.

Assim, a trilha do amplificador de áudio tomado como exemplo de 30 W, que vai para a saída dos alto-falantes, deve ter pelo menos 3,5 mm de largura. É claro que uma tolerância será altamente conveniente.

Uma trilha de 5 mm na saída não será excessiva.

Para os sinais, a regra básica é sempre manter as conexões curtas e nos casos em que for necessário, usar fios blindados.

Para terminar, temos ainda o caso importante da realimentação que ocorre pelas linhas de terra.

Quando interligamos dois equipamentos de áudio, ou ainda etapas de áudio, por exemplo, os dois têm seus aterramentos próprios.

Ocorre, entretanto, que por pequenas diferenças que sempre são manifestadas, os potenciais de terra dos dois equipamentos podem ter uma diferença que variará entre alguns microvolts até alguns milivolts.

Esta diferença é suficiente para que entre eles haja um interacoplamento capaz de fazer com que ruídos passem de um para outro, ou ainda sejam captados ruídos externos.

Um procedimento comum nestes casos, além dos fios mais grosso é usar uma barra de terra de acoplamento comum ou uma barra ônibus com um fio muito grosso, ou mesmo uma tira de cobre, onde todos os terras são conectados num ponto comum.

 

Figura 2 – Usar fio grosso de interligação de terras ou uma barra comum
Figura 2 – Usar fio grosso de interligação de terras ou uma barra comum

 

Na figura abaixo uma barra de terminais com parafusos que pode ser usado como terra comum em amplificadores de áudio ou mesmo entre equipamentos.

 

Figura 3 – Barra de terra – o terminal do meio vai à terra
Figura 3 – Barra de terra – o terminal do meio vai à terra

 

 

O resultado é uma resistência muito baixa que evita o acoplamento entre os circuitos e com isso o aparecimento de instabilidades, oscilações, roncos e ruídos.

 

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