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O Mistério dos filtros

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O Mistério dos filtros

Mensagem por ALF007 em Seg 1 Abr 2013 - 2:05

Filtros cerâmicos encontrados em praticamente todos os equipamentos de rádio comunicação são na verdade componentes extremamente úteis. Pequenos, baratos e eficientes, essas “pequenas caixas pretas” são largamente usadas por todos os fabricantes. Eu achava que eles eram quase indestrutíveis, pois nunca havia visto um apresentar defeito – mas isso mudou.

Eu me deparei com vários casos de tranceptores de VHF-UHF que ficaram surdos de uma hora pra outra, ouvindo com dificuldade apenas sinais acima de -60dBm. A culpa era do filtro cerâmico da segunda FI (450 ou 455Khz) em todos os casos. Todos os filtros que examinei apresentaram o mesmo sintoma: O lado da saída apresentava uma baixa resistência (algumas dezenas de Ohms) em relação ao terra, quando deveria apresentar uma resistência quase infinita.

Depois de algum tempo (e tendo substituido vários filtros em transceptores de amigos), fiquei curioso e investiguei as razões pelas quais um componente tão robusto estragou.

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Em primeiro lugar vamos falar um pouco sobre sua estrutura (veja o diagrama que fiz, clique nele para ampliar). Muitos dos filtros cerâmicos de 6 polos usados nos transceptores de radioamador tem em geral essa estrutura.

Ele apresenta seis elementos ressonantes, três em série e três shunts, conectados como mostra o diagrama. Os elementos em série são grossos, os elementos shunt são finos, e ambos tem sua superfície plana metalizada, possivelmente por uma liga de prata. As bordas não são metalizadas.

Pequenas lâminas metálicas fazem o contato da parte metalizada de um elemento com o outro, bem como com a parte externa. A estrutura toda é acondicionada num pequeno invólucro plástico preenchido com resina, ficando apenas os contatos com o mundo externo aparentes na parte de baixo.

E qual foi o problema? Enquanto eu aguardava um filtro para substituir em um transceptor, resolvi dar uma espiada dentro do filtro defeituoso. Eu o abri com um estilete bem fino, e cuidadosamente removi o invólucro plástico. Um ressonador cerâmico caiu e, com ele, também uma lâmina que tem a função de mola, que mantêm tudo firmemente preso dentro do invólucro.

Era evidente que havia algo errado, pois a lâmina tensora estava oxidada e haviam manchas estranhas nas extremidades dos elementos cerâmicos. (veja na parte direita superior do elemento na foto abaixo).

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Medi com um multímetro e descobri que aquele elemento era o que estava estragado, pois apresentava uma resistência de apenas 19 Ohms, a mesma que eu havia medido entre a saída e o terra. Se olhar bem a foto macro abaixo vai perceber que as bordas de outros elementos também apresentam manchas, do que parece um material depositado de baixa resistência que colocam os elementos em curto (ilustrado na parte inferior do diagrama acima). Para minha surpresa, com o auxílio de uma lupa, observei pequenas gotinhas de um líquido transparente (provavelmente água) nas paredes internas do invólucro.

O que aconteceu aqui?

Olá eletromigração! A “cena do crime” tinha todos os elementos necessários para que a eletromigração causasse grande estrago. Mas vamos colocar as coisas na ordem.

a) Fabricantes de filtros cerâmicos (todos eles!) expressamente alertam sobre o perigo da presença de tensão DC nos pinos de entrada e saída dos filtros. Porque? Por causa de eletromigração!

b) Eletromigração é o processo onde, sobre influência de um campo elétrico e umidade, metais (especialmente prata) começam a migrar e formar caminhos condutivos sobre os materiais isolantes. Esse fenômeno é a causa de grandes dores de cabeça para os fabricantes de circuitos integrados, significantemente diminuindo a confiabilidade de seus produtos.

c) O resultado final no nosso caso (especiamente entre as bordas dos elementos cêramicos finos) é a formação de caminhos condutivos metálicos (e óxidos do processo eletrolítico, porque existe umidade dentro do filtro), curto-cirtuitando-o.

Adeus filtro?

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Não tema, há esperança! (se você tem habilidade no manuseio de componentes pequenos – essa é a pegadinha). Eu pensei que se eu conseguisse tirar os elementos cerâmicos de sua estrutura, um a um, limpando suas extremidades, eliminando o caminho condutivo, talvez o filtro funcionasse novamente.

Na realidade isso é muito fácil, pois eles não são soldados no lugar, são apenas prensados no invólucro por aquelas lâminas metálicas (molas). Se resolver se aventurar nisso, com o auxílio de uma pinça, tirando apenas um elemento por vez e com um pequeno pedaço de lixa fina, lixe cuidadosamente as extremidades até remover os depósitos e coloque-o de volta no mesmo lugar em que estava – não mude suas posições! Também não toque nas superfícies metalizadas, os óleos de nossas mãos contaminarão o elemento e possivelmente sua frequência de ressonância mudará. Cuidadosamente elimine qualquer ponto de oxidação por raspagem, sempre tendo o cuidado de não deixar tudo pular pra fora do envólucro. Se você fizer isso, ele poderá ser montado novamente apenas se você fez fotos e anotações sobre sua estrutura.

Eu fiz a limpeza e sequei o interior do invólucro. Antes de colocar cada elemento de volta, conferi com o multímetro que a resistência era infinita. Qualquer coisa diferente disso indica que terá de repetir o precesso de limpeza.

Por fim, selei o invólucro com Super Bonder e soldei-o de volta no transceptor. O receptor voltou à vida – e em sua máxima especificada sensibilidade, conforme minhas medições confirmaram. A resposta da banda passante não mudou nada. Eu acho que depois do delicado tratamento com lixa, o filtro está muito menos sujeito a ser vítima da eletromigração novamente, pois as extremidades estão todas limpas e não tem mais nenhum vestígio de curto. Só o tempo dirá.

Conclusão: Fabricantes de filtros cerâmicos estão corretíssimos em alertar sobre o perigo da presença de tensão DC entre os terminais de entrada e saída dos filtros. Eles especificamente alertam para usar capacitores para bloquear tensões DC que causam a eletromigração e corrosão (especialmente em ambientes úmidos onde variações de temperaturas eventuamente causam condensação dentro do filtro se houver falha no encapsulamento).

O mais curioso é que, muitos fabricantes de transceptores para radioamador (e comercial) incrivelmente e inexplicavelmente não usam capacitores para bloquear tensões DC! Muito pelo contrário, eles ousadamente aplicam tensões DC diretamente nos pinos dos filtros! Uma análise de vários diagramas esquemáticos confirmam isso. A razão disso é além do meu entendimento, talvez para economizar alguns centavos por um par de capacitores para cada filtro, criando um tremento problema de confiabilidade.

O radioamador experimentado pode sempre adicionar por conta própria os capacitores (100nF, 50V, SMD tamanho 0603 é o ideal) e se livrar do risco de ter um receptor surdo por causa das decisões equivocadas dos engenheiros do projeto. Vale salientar que pode ser uma operação um pouco difícil em razão das pequenas dimensões dos transceptores atuais, mas certamente valerá a pena.

O artigo original pode ser visto em: “SV8YM Amateur radio, technical and other records“. Caso queria reproduzí-lo, não deixe de dar o crédito ao autor.

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Re: O Mistério dos filtros

Mensagem por [ThunderS] em Qui 4 Abr 2013 - 23:07

Mais uma bela informação..

Até tem videos no Youtube q ajudam a trocar e a reparar certos transceptores.

abraço
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