Informações adicionais sobre CDs
Um CD comum tem espessura de 1,2 mm. Tradicionalmente é composto de 99 trilhas. Seu tempo médio de reprodução é de 60 a 74 minutos. Seu diâmetro tradicional é de 12cm ou 8cm (menos popular). O sistema de CD musical tem uma resposta de freqüência de 20hz a 20khz, gama dinâmica de 90dB, distorção harmônica de 0,01%. Quando em giro, o disco digital inicia sua rotação a uma velocidade de 539 RPM, caindo posteriormente para 197 RPM quando se aproxima das bordas do disco. Esta variação de giro torna-se necessária para que sua velocidade linear fique constante no valor de 1,3 m/s. O circuito responsável por este controle (CLV) será estudado oportunamente.
Com o passar dos anos, os CDs receberam alguns códigos que especificavam sua origem tecnológica dentro do procedimento de fabricação, chamados código SPARS. Assim temos:
AAA: Gravação analógica, mixagem analógica, matrizagem analógica e prensagem analógica.
AAD: Gravação analógica, mixagem analógica, matrizagem e prensagem digitais.
ADD: Gravação analógica, mixagem, matrizagem e prensagem digitais.
DDD: Todo o processo é digital.
Todo CD deveria ter este registro no selo do disco. Infelizmente isso não ocorre.
Existe em todo o processo de fabricação um grande cuidado para que não ocorra um efeito crítico chamado birrefringência, também denominado refração dupla. Este é o nome dado ao efeito de uma onda de luz se dividir em outras duas ondas perpendiculares no instante em que são aplicadas ao policarbonato, espalhando-se sobre a superfície do disco e prejudicando a focalizarão do feixe sobre as trilhas de dados. Alguns problemas de leitura em discos de qualidade duvidosa estão justamente neste aspecto, exigindo uma focalização crítica para a unidade leitora. Quando o equipamento não consegue compensar esta falta de qualidade do disco, iniciam-se as dificuldades de leitura.
Cabe lembrar os amigos que essa breve descrição não esgota de forma alguma esse assunto que é por demais extenso.
Teoria de Funcionamento de Unidades de CD e Estudos de Circuitos
Em primeiro lugar, ao ligarmos nosso aparelho leitor de CD, seja qual for o tipo de unidade, sempre existirá uma rotina básica e comum a ser executada:
1. Recolher o disco da bandeja
2. Posicionar a unidade óptica próxima à circunferência interna do disco e ligá-la (acender o diodo laser).
3. Executar a focalização +¥ e -¥sobre a superfície do disco.
4. Ler o conteúdo da tabela que existe na primeira trilha do CD (TOC, Table Of Contents), pois é neste local que são encontradas informações como tempo de música, número de faixas, etc
5. Por fim, basta acionar a tecla Play ou então clicar no ícone do CD e rodar o programa desejado.
Assim, depois de ocorrido esse rápido processo, poderemos iniciar a leitura do disco propriamente dito. Obviamente essa rotina de passos só será realizada se tudo estiver correto, isto é, se todos os circuitos estiverem em pleno funcionamento. Sendo assim, vamos analisar, por etapas, as principais partes de um leitor de CD. São elas:
Fonte de Alimentação
Unidade Óptica
Placa de Processamento Digital
Sensores
Unidades Mecânicas
Motores
Fonte de Alimentação
Este estágio só existe nos aparelhos utilizados fora do computador, como, por exemplo, os DVDs e os CDs de mesa.
A fonte desses modelos em geral é muito simples: possuem um transformador para baixar a tensão da rede, um conjunto de diodos retificadores, filtros e um circuito transistorizado para regulagem e estabilização das tensões de +12V e +5V (entre outras menos importantes).
Em situações normais, raramente esse circuito apresenta defeitos. Em modelos mais recentes nota-se a tendência à utilização de fontes do tipo chaveada. Acreditamos não ser necessário entrar em detalhes sobre este circuito, visto que o CD-ROM utiliza alimentação da fonte do gabinete do micro.
Unidade Óptica
Trata-se de um dispositivo axial duplo que possui, em suas cavidades internas, uma junção semicondutora PN (cristal), um conjunto de lentes colimadoras e cilíndricas, um conjunto de bobinas para movimentação horizontal e vertical da lente colimadora (ou objetiva), um prisma não polarizado, grade de difração e fotodetectores.
Quando aplicamos corrente sobre a junção semicondutora PN, geralmente formada por compostos de arseniato de gálio aluminizado (GaAl-As) ou outras derivações que surgiram ao longo dos anos, tenderá a oscilar, emitindo fótons e produzindo uma radiação infravermelha (feixe laser). O próprio termo laser significa “amplificação da luz por emissão estimulada de radiação”, um processo bastante engenhoso onde a própria luz se realimenta, emitindo ainda mais radiação. A luz obtida por este dispositivo é monocromática e coerente, proporcionando uma luz altamente direcional como é necessário. Seu comprimento de onda está na ordem de 780 nm (nanômetros). Existem variações deste comprimento entre 690 nm a 780 nm.
As lentes colimadoras (objetiva), têm a função de tornar os feixes paralelos, e é construída para proporcionar uma precisão absoluta, pois é através dela que os feixes de leitura se concentram sobre o disco.
Com as lentes cilíndricas modificamos a forma com que o feixe de luz, que retorna do disco contendo informações, se apresenta. Ao passar por estas lentes, que ficam fixadas sobre os fotodetectores, o feixe de luz sofrerá difração horizontal e terá forma elíptica e, de acordo com este grau elíptico, teremos maior precisão no rastreamento da informação digital, haja visto que esta forma elíptica do feixe será aplicada sobre os fotodetectores.
As pequeninas bobinas fixadas à lente objetiva formam o conjunto eletromecânico axial duplo. Para podermos gravar um determinado dado ou ler alguma informação no disco óptico, torna-se necessário que o feixe de luz esteja constantemente focalizado sobre as pistas de covas que existem no disco, sem que delas saiam em nenhum momento. Como este conjunto é servo controlado, para cima e para baixo fará o movimento de foco e, para os lados, o de trilhagem, proporcionando a exatidão durante a leitura/escrita.
A grade de difração, situada à frente do cristal oscilador, tem a função de dividir o único feixe de luz gerado em outros dois pequenos, compondo a tríade, para que sirva de auxílio no processo de leitura e correção de erros.
O prisma não polarizado é constituído de um meio espelho que reflete parte da luz incidente sobre ele. Por este micro espelho apenas 1/4 da potência do feixe laser atingirá os fotodetectores, evitando seu desgaste prematuro ou queima.
Por último, temos os fotodetectores, dispositivos eletrônicos que têm a finalidade de converter níveis de radiação luminosa em pequenas variações de corrente elétrica pulsante. São eles que enviarão os dados digitais (reflexão de luz ou refração), lidos no disco e recebidos pelo conjunto óptico, ao circuito eletrônico do equipamento (placa), para sofrer demodulação e processamento lógico.
Atenção: Sempre que formos trabalhar com unidade ópticas devemos usar a pulseira e a manta anti-estática. O diodo laser é extremamente sensível a descargas eletro-estáticas! Por esta mesma razão, as unidades novas de diodo laser tem o seu pino de alimentação curto-circuitado ao terra! Este é o procedimento de todos os fabricantes de conjuntos ópticos. Para o trabalho com estas unidades, devemos também, ter o máximo cuidado na aproximação com os olhos (manter uma distância de, no mínimo, 15cm da lente objetiva). O feixe é muito concentrado e poderá afetar o olho humano (causando cegueira). Detalhe: o comprimento de onda do laser usado no CD é invisível ao olho humano. Ao longo das aulas veremos como confeccionar um prático dispositivo para averiguar se o diodo laser está aceso e emitindo feixe de luz, sem riscos à visão, além de ser infinitamente mais prático.
Na Figura 1 vemos a ilustração de uma unidade óptica genérica.
Figura 1: Funcionamento da unidade óptica.
Informações adicionais sobre unidades ópticas
Consumo médio de corrente: 40 a 70 mA
Corrente máxima suportável: 100 a 150 mA
Potência média de uma unidade de laser convencional: 0,25 mW
O ranger (raio de ação) de foco da objetiva (em que é possível leitura) atinge aproximadamente 2 mícron
Distâncias entre disco e protetor de lente: 1,04 a 1,44 mm
Descrição do circuito eletrônico APC (Automatic Power Control) da unidade óptica
Observe a Figura 2 para entender nossas explicações sobre este circuito.
Figura 2: Circuito APC (Automatic Power Control).
O diodo laser D1 é o componente semicondutor responsável pela geração do feixe laser principal. O diodo D2 executa a detecção do nível de radiação luminosa refletida no disco (mais intenso ou menos intenso), assim recebe o sugestivo nome de monitor laser.
Quando o sinal de reflexão do disco estiver deficiente, o diodo monitor, recebendo menos luz, diminuirá a corrente sobre R1, fazendo com que um grande desnível de tensão apareça nas entradas do detetor e comparador de erro (IC1), forçando-o a gerar uma tensão de erro proporcional a esta diferença, com objetivo de compensá-la. Desta maneira, aplica-se uma maior corrente sobre a unidade emissora (D1), aumentando a intensidade do feixe laser. O transistor T1 se encarrega deste controle final, conduzindo mais, nesta situação específica. Nos casos em que há condições normais de reflexão (discos em bom estado, unidade com bom ganho, etc) a corrente de D2, previamente calculada, será de tal forma levada às entradas do operacional IC1 que, quando comparada com uma referência padrão de tensão, fornecida por R2, terá como resultado um valor de erro tendendo a zero, mantendo, assim, o feixe com o máximo de estabilidade luminosa. Os valores da tensão padrão mudam um pouco de acordo com o projeto do equipamento. Na prática, porém, geralmente estes valores estão entre 2,5 e 5 V. A tensão de erro final aplicada à base do T1 está normalmente em torno de 0,8 V.
É importante que se diga que este micro circuito está normalmente embutido em um chip da placa de processamento. Temos acesso apenas ao transistor de controle (T1) e ao trimpot (R1), velho conhecido de todos, lá na plaquinha da unidade óptica.
Nesta rápida explicação deste modelo didático, fica fácil notar o quanto é importante o APC para a vida útil de uma unidade óptica, assim como, o seu correto ajuste.
