Manutenção de Unidades de CD
Por Fernando Costa Kiszewski *

Inicialmente quero dizer que o objetivo principal deste trabalho é proporcionar uma base fundamental nos processos técnicos de manutenção de aparelhos de CDs genéricos. Para tanto, será necessário recorrermos a uma base teórica indispensável para um melhor entendimento do trabalho de manutenção, visto que todos têm um mesmo princípio, as diferenças entre eles serão oportunamente comentadas. Este material será uma soma de várias literaturas especializadas, manuais de serviços e um pouco da experiência acumulada nestes 14 anos de trabalho. Não é necessário dizer que o assunto não se esgotará aqui, já visto sua complexidade e contínuo aprimoramento. Assim, espero que a obra seja útil a todos os colegas da classe!

Introdução

Antes de falar sobre tecnologias de CD, vale lembrar que, ao contrário do que muitos pensam, as pesquisas e experimentos com a luz servindo como veículo de informação datam de antes do início da década de 20. O próprio Einstein, já em 1917, desenvolveu fantásticas teorias sobre o efeito fotoelétrico e emissão estimulada por radiação, teorias que seriam tomadas como base para muitos dos futuros estudos sobre laser. Muitas anos depois se conseguiu o domínio do laser, hoje algo comum na vida de todos nós.

Sem dúvida alguma o advento do compact disc representa para todas as pessoas ligadas ou não ao mundo tecnológico um marco na evolução das técnicas de leitura e gravação de informações. Em 1967 registraram-se os primeiros experimentos quanto a gravação digital do som, desenvolvida pela NHK Techical Research Institute. A técnica ficou conhecida como PCM (Pulse Code Modulation). Em meados de 1972, a Denon, uma divisão da mega empresa Nippon Columbia fez em definitivo a primeira gravação digital para servir de matriz a um LP: nascia o primeiro disco pseudo-digital. Baseadas nestes experimentos três empresas japonesas (Sony, Mitsubishi e Hitachi) desenvolveram o primeiro equipamento DAD (Digital Audio Disc). Em 1977 estas mesmas empresas demonstraram publicamente o novo sistema que, comparado com o atual CD, era um tanto ou quanto primitivo, pois utilizavam discos do tamanho de LPs comuns e com pouca capacidade (cerca de meia hora de musica contínua). O disco laser tal como conhecemos hoje surgiu nos laboratórios da Philips em Eindhoven, Holanda. Foram nestes laboratórios que se aprimoraram as técnicas de gravações ópticas e digitalização de dados. A Sony, empresa que também desenvolvia pesquisas nesta área tecnológica, em meados de 1980 uniu-se à Philips para a troca e soma de tecnologias e assim, juntas, criam o que o mundo conheceria como CD player. Nesta divisão de trabalho, a Sony se dedica ao desenvolvimento de todo o software do sistema (algoritmo) enquanto a Philips se aplicava ao projeto de hardware.

A apresentação oficial do CD para mundo só ocorreu em outubro de 1982, quando levado para Tóquio e apresentado num stand de novidades internacionais de tecnologia (All Japan Audio Fair), que logo consolidou-se como a revelação do ano. Nesta feira de áudio foram lançados 30 modelos de toca-discos digitais e 145 títulos de discos produzidos pela CBS/Sony e por gravadoras européias lideradas pela Polygram. Em março de 1983, a novidade tecnológica entra na Europa e brilha em Paris. Nos EUA o áudio digital só chegou em junho de 83, no Consumer Electronics Show, realizado em Chicago. Os primeiros modelos comercializados tiveram preços que variavam entre U$ 900 e U$ 7.500. A abertura de vendas, em nível mundial, só ocorreu no final de 83. Em 1984, a Sony lançou o Discman , anunciado como o sucessor do Walkman - e que na verdade frustraria a todos. Ao final de 5 anos, já haviam sido vendidos mais de 30 milhões de leitores de CD e aproximadamente 450 milhões de discos digitais. Para nós simples mortais do Brasil, a Philips lançou em outubro de 84 o primeiro CD player (CD-204) que chegou as lojas em novembro, vencendo a corrida contra a Gradiente, que só lançou seu modelo no natal daquele ano.

É notória e indiscutível a superioridade do compact disc sobre os aparelhos analógicos, porém esses equipamentos de alta tecnologia, grande precisão e incrível fragilidade têm uma duração muito menor do que realmente gostaríamos. Enquanto os discos ópticos duram décadas, o leitor poderá durar apenas algumas mil horas! É isso mesmo, muitos destes, durante o uso, já apresentam problemas muito antes de completar sua primeira milésima hora . Só para esclarecer, uma unidade óptica era projetada, no início, para durar até 10.000 horas. Infelizmente, na prática, pelo mau uso e com a queda de qualidade da produção, estas unidades duram entre 3.000 e 5.000 horas, com otimismo. Assim, pagamos um preço alto pelos benefícios do laser. A troca da unidade é algo crítico devido a seu preço, as unidades de CD mais baratas custam cerca de US$ 42 , já unidades de CD-ROM tem valores mais elevados, em torno de US$ 58, e as unidades de DVD podem superar a quantia de US$ 200. No caso de unidades ópticas de CD-R o problema é maior, visto que no modo gravação aumentamos a corrente sobre o diodo laser, desgastando-o mais rapidamente.

É importante dizer que nem sempre a falha de leitura se dá por esgotamento do cristal oscilador, principalmente quando as unidades são mais novas. Existem muitos outros fatores, como sujeiras e oxidações, que geram problemas idênticos, sem falar na necessidade dos ajustes. Por todas essas razões veremos durante nossa série de aulas como proceder para uma manutenção correta nestas frágeis unidades, com alguns cuidados podemos mantê-las funcionando por mais tempo.

Como não poderia faltar, a padronização do CD-DA (áudio) veio rápido. Para sua internacionalização através de códigos e normas, adotou-se o padrão Red Book A origem deste nome deve-se a um fato pitoresco: todas as anotações dessa tecnologia eram feitas em livros de capa vermelha. Com o passar dos anos e o aparecimento de novos formatos de CD, obviamente, houve a necessidade de novas padronizações, as principais que regem o mundo do CD são:

 CD-DA (1982): Red Book

 CD-ROM (1985): Yellow Book

 CD-I (1987): Green Book

 CD-ROM MO/WO (1990): Orange Book

 DVD(1994): White Book

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 birrefrigência, 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.

* Fernando Costa Kiszewski * é técnico  especialista  no assunto, que a mais de 12 anos acompanha este setor e fabricantes como Philips, Sony, Sanyo, Sharp, Cougar, Sansui, entre outros.