ARLA/CLUSTER: O misterioso caso dos filtros das FI que definharam

[João Costa > CT1FBF]

*Por Anastasios Thomaidis, SV8YM.*

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.

<http://www.cram.org.br/wordpress/wp-content/uploads/2012/12/estrutura.jpg>

<http://3.bp.blogspot.com/__x0GoP1Gvgo/TDsid_ky0ZI/AAAAAAAAAEA/OaDCYgHWDcA/s1600/FILTERS.jpg>

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).

<http://www.cram.org.br/wordpress/wp-content/uploads/2012/12/DSC009681.jpg>

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?

* *

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.

*Fonte: Artigo gentilmente cedido por Tasos, SV8YM, para ser traduzido e
publicado pelo CRAM (Clube de Radioamadores de Americana). O artigo
original pode ser visto em: “SV8YM Amateur radio, technical and other
records<http://sv8ym.blogspot.com.br/2010/07/mysterious-case-of-withering-filters.html>“.
Caso queria reproduzí-lo, não deixe de dar o crédito ao autor.*
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