Leitor de CD

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Antecedentes

Um CD, também conhecido popularmente como CD, é um meio de armazenamento óptico com dados digitais gravados em sua superfície. Um CD player é um dispositivo que lê os dados gravados por meio de um feixe óptico e reproduz com precisão as informações originais (música, imagens ou dados). Como o player lê as informações por meios ópticos, não há desgaste físico e rasgo no disco. A tecnologia básica usada em todos os reprodutores de discos compactos é essencialmente a mesma, independentemente de o reprodutor ser projetado para aplicativos de áudio, vídeo ou computador. Este artigo se concentrará em reprodutores projetados para aplicativos de áudio (especificamente, áudio doméstico).

A história do sistema de disco compacto pode ser rastreada até o início dos anos 1970, quando ocorreu o rápido avanço em eletrônica digital, óptica de laser e tecnologias de integração em grande escala (LSI). Muitas empresas começaram a explorar a possibilidade de armazenar sinais de áudio na forma óptica usando meios digitais em vez de analógicos. Um método prático de modular os sinais de áudio foi encontrado usando teorias publicadas em 1948 por um cientista chamado Claude E. Shannon. Este método, conhecido como Pulse Code Modulation (PCM), faz a amostragem dos sinais de áudio durante um curto intervalo de tempo e, a seguir, converte as amostras em valores numéricos para armazenamento em formato digital.

O armazenamento de áudio em formato digital (conhecido como codificação de áudio) requer grandes quantidades de dados. Por exemplo, armazenar um segundo de informações de áudio requer um milhão de bits de dados. Discos ópticos capazes de armazenar bilhões de bits de dados em uma área muito pequena foram considerados ideais para tais aplicações. Um disco óptico pode armazenar até um milhão de bits de dados em uma área tão pequena quanto uma cabeça de alfinete. Assim que as tecnologias de gravação e armazenamento de áudio digital foram encontradas, os fabricantes começaram a procurar maneiras de ler e processar os dados armazenados em uma área tão pequena. Experimentos com dispositivos a laser (um laser emite um feixe de luz muito estreito, capaz de focar em uma área muito pequena) se mostraram bastante bem-sucedidos. O desenvolvimento de técnicas LSI significou que a enorme quantidade de dados armazenados no disco poderia ser processada rápido o suficiente para fornecer música contínua. O cenário agora estava montado para o desenvolvimento de um sistema de CD completo.

Embora muitas empresas tenham participado das primeiras pesquisas e experimentações com as várias tecnologias envolvidas em um sistema de disco compacto, duas empresas - Sony do Japão e Philips da Holanda - foram creditadas com sucesso na fusão dessas tecnologias em um sistema completo. As duas empresas colaboraram para desenvolver padrões específicos para o sistema de discos compactos e um consórcio de 35 fabricantes concordou em adotar esses padrões em 1981. Os primeiros leitores de discos compactos foram introduzidos nos mercados europeu e japonês no final de 1982 e nos Estados Unidos em início de 1983.

Matérias-primas

Um CD player é um equipamento eletrônico muito sofisticado. O exterior simples contém mecanismos internos complexos para ler e processar sinais de áudio em música muito clara e nítida. Os vários componentes incluem um gabinete de alojamento, um conjunto de pick-up óptico e placas de circuito impresso (PCBs), que contêm microchips que direcionam os processos eletrônicos do sistema.

O gabinete que abriga o labirinto de componentes geralmente é feito de alumínio leve e reforçado. O laser é um pequeno tubo de vidro cheio de gás e uma pequena fonte de alimentação para gerar um feixe de laser, enquanto o fotodiodo - uma parte semicondutora da luz que é refletida do disco compacto em um sinal elétrico - é geralmente feito de silício ou germânio . As lentes e os espelhos da pick-up ótica são feitos de vidro ou plástico polido. Este conjunto é alojado em seu próprio invólucro de plástico. A maioria dos componentes eletrônicos - resistores, transistores e capacitores - está contida em microchips conectados a PCBs. O material de base desses componentes geralmente é o silício. O hardware que conecta os vários subconjuntos consiste em uma variedade de porcas, parafusos, arruelas, polias, motores, engrenagens, correias e cabos de plástico e metal.

Design

Um disco compacto é um disco de plástico de policarbonato de 4,75 polegadas (12,065 centímetros) de diâmetro que contém aproximadamente 74 minutos de informações de áudio. Nem todas as informações do disco são música; alguns deles são usados ​​para detecção de erros, sincronização e fins de exibição. As informações em um CD são codificadas em uma trilha em espiral na forma de indentações chamadas terras e poços que representam altos e baixos binários. São essas reentrâncias que o laser do CD player "lê".

Conceitualmente, o design de um CD player se assemelha ao de um toca-discos (vitrola). Como um disco, o CD é girado em um toca-discos e o áudio é lido por um captador. No entanto, ao contrário de uma vitrola, o motor não gira a mesa giratória a uma velocidade constante, mas a ajusta de acordo com a distância entre a pick-up e o centro da mesa giratória. Além disso, o dispositivo de captação em um CD player não é uma caneta mecânica (uma agulha), mas um feixe de laser óptico que não entra em contato físico com o CD. Este laser focaliza seu feixe na trilha do disco que contém as terras e poços, e o detector do CD player (o fotodiodo) detecta a diferença entre a luz refletida das terras e aquela refletida pelos poços. O fotodiodo transforma essa luz refletida em um sinal elétrico. Retransmitido para a placa de circuito eletrônico, esse sinal é então convertido de volta para som.

Existem basicamente três subconjuntos em um reprodutor de CD:o conjunto do mecanismo da unidade de disco; o conjunto de captação ótica; e o conjunto da placa de circuito eletrônico, que coordena os outros sistemas dentro do jogador e que inclui o servomecanismo e o circuito de decodificação de dados. Ao enviar sinais para o servomecanismo, a placa de circuito ajusta a velocidade do motor, focalizando e rastreando a pick-up ótica; gerencia o fluxo de dados para o circuito de decodificação; e fornece informações de exibição em resposta aos vários botões no painel de controle.

O mecanismo de acionamento do disco consiste em um eixo que segura o CD e um motor que o gira. O motor, denominado motor do fuso, é montado sob a bandeja de carregamento de disco de plástico ou plataforma giratória. Um motor separado montado no chassi (a base ou estrutura do reprodutor de CD) move a bandeja de carregamento para dentro e para fora do reprodutor; isso é feito por meio de uma engrenagem que é acoplada ao motor e que também opera uma engrenagem maior para levantar e abaixar uma braçadeira para segurar o disco no lugar.

A captação ótica consiste em um laser, um fotodiodo e várias lentes e espelhos. Todo o subconjunto desliza para frente e para trás nos trilhos e é controlado pelo servomecanismo que recebe os sinais de direção da placa de circuito. A pick-up ótica geralmente fica localizada embaixo da pinça que posiciona o disco, enquanto o motor que movimenta o conjunto é montado no chassi próximo aos trilhos. O mecanismo funciona direcionando um feixe de laser através de lentes e espelhos para a parte inferior do disco compacto. As lentes e espelhos mantêm o feixe devidamente focado. Se o feixe atingir um fosso no disco, nenhuma luz será refletida e o fotodiodo permanecerá desativado. Se o feixe atinge um terreno, a luz é refletida de volta através das lentes e espelhos para o fotodiodo, que então gera um sinal elétrico. Este sinal é transferido para o conjunto da placa de circuito eletrônico, onde é convertido pelo sistema de decodificação de dados em sinais de áudio para reprodução.

O conjunto da placa de circuito eletrônico consiste em placas de circuito impresso que contêm o circuito do servomecanismo, que opera o sistema de captação óptica, decodificação de dados e sistema de controle. Existem muitos chips de circuitos integrados, microprocessadores e componentes integrados de grande escala no conjunto da placa.

Um conjunto de chave em um CD player é o conjunto de captação ótica. Ele está situado em trilhos de modo que possa se mover para frente e para trás sob o CD. Funciona direcionando um feixe de laser para o CD; se o laser atinge um solo, a luz refletida viaja para o fotodiodo, que gera um sinal elétrico. Por sua vez, o sinal se move para a placa de circuito do CD player, que converte o sinal em música.

O processo de fabricação

No ambiente de fabricação de hoje, não existe um método único de fabricação e montagem. Os produtos são cada vez mais feitos como subconjuntos e reunidos como subconjuntos maiores ou como o produto final. A robótica e as linhas de execução do computador permitem que praticamente qualquer peça seja instalada em qualquer estado do subconjunto em qualquer ponto do processo. A sequência pode ser alterada em minutos para permitir modificações ou pontos de verificação de controle de qualidade. O processo de fabricação detalhado aqui, portanto, segue uma abordagem semelhante ao processo de fabricação real usado na indústria. O processo é primeiro descrito em termos de vários subconjuntos e, em seguida, a descrição detalha como os vários subconjuntos são reunidos para formar o produto final.

Submontagem de captação óptica

• 1 Adquirido de empresas terceirizadas, o laser e o fotodiodo são instalados sob a presilha do disco. As várias lentes e espelhos no conjunto devem ser devidamente espaçados e alinhados para que possam focalizar e direcionar a luz conforme necessário. Todo o conjunto é então alojado em uma caixa de plástico. O case é feito por um dos processos usuais de conformação de plástico, como extrusão ou moldagem por injeção, enquanto as lentes e espelhos (geralmente de silicone) são cortados no formato adequado e depois polidos com abrasivos. O fotodiodo semicondutor é feito preparando e polindo uma substância como silício ou germânio e, em seguida, adicionando impurezas para criar camadas. Os contatos elétricos são então adicionados. Depois que os componentes ópticos estão posicionados, as engrenagens e a correia que ajudarão a posicionar a pick-up óptica são colocados no lugar.

Submontagem da unidade de disco

• 2 Em seguida, o motor que moverá a pick-up ótica é conectado às engrenagens e correia e colocado no chassi. A bandeja de carregamento agora está centralizada e o motor do eixo que girará o disco está instalado. Depois que a braçadeira à qual a unidade óptica foi fixada for posicionada adjacente à bandeja de carregamento, a bandeja, a braçadeira e o motor de captação são instalados na gaveta de carregamento, que é colocada no gabinete do CD player.

Subconjunto da placa de circuito eletrônico

• 3 Os últimos a serem montados são os componentes eletrônicos. Projetadas por engenheiros que usam pacotes de design auxiliado por computador (CAD), as placas de circuito consistem em uma base revestida de cobre que tem um padrão transferido para ela (máscara) através da impressão da tela ou um método semelhante. Depois de serem revestidas com um material fotossensível, as áreas padronizadas são removidas quimicamente para criar uma placa com várias camadas - as camadas compreendem os vários transistores e capacitores que compõem os circuitos. Os minúsculos microchips (geralmente feitos de silício) que são montados na placa são feitos da mesma maneira, exceto em uma escala muito menor. Dependendo do fabricante, o CD player pode ter uma placa de circuito grande ou várias placas menores. Depois de serem fixados no painel ou painéis, os circuitos são fixados no painel de controle frontal do CD player, no conjunto do interruptor e, finalmente, na fonte de alimentação.

Montagem final

• 4 Assim que os vários subconjuntos estiverem prontos, eles são conectados e interligados para concluir a montagem final. A maior parte do trabalho realizado nesta fase é feito por trabalhadores humanos. O CD player foi testado e enviado para embalagem.

Controle de qualidade

Como observado anteriormente, um CD player é um dispositivo muito sofisticado, e medidas rígidas de controle de qualidade são adotadas desde o estágio inicial até o final da fabricação para garantir o funcionamento adequado do player de acordo com os padrões da indústria.

Como muitos dos componentes de um CD player são feitos por fornecedores especializados, o fabricante do player deve depender desses fornecedores para produzir peças de qualidade. Alguns dos elementos mais importantes são aqueles no conjunto de captação ótica. As lentes e espelhos usados ​​na captação do laser, por exemplo, são feitos de vidro de alta qualidade, e o contato humano deve ser evitado durante o processo de fabricação para manter suas superfícies limpas e sem manchas. Da mesma forma, os componentes do circuito eletrônico devem ser feitos em um ambiente de "sala limpa" (contendo filtros de ar especiais, bem como requisitos de roupas), porque mesmo uma única partícula de poeira pode causar mau funcionamento no circuito. As placas de circuito e os chips são testados em vários níveis por máquinas de diagnóstico para localizar falhas nos circuitos.

Quanto ao controle de qualidade pelo fabricante do reprodutor, o conjunto da unidade de disco é inspecionado quanto ao alinhamento adequado do motor, eixo, bandeja de carregamento e as várias engrenagens. Além disso, a captação ótica é verificada quanto ao alinhamento adequado das lentes e do feixe de laser. Uma vez que os subconjuntos são amarrados no gabinete, todas as conexões da fiação são inspecionadas quanto ao contato elétrico adequado e interface correta com os outros componentes. As inspeções visuais para verificar as correias, polias e engrenagens são parte integrante do processo de controle de qualidade. A inspeção final consiste em reproduzir um disco de teste que gera sinais e padrões especiais, permitindo que os trabalhadores rastreiem falhas no sistema. Além disso, os vários interruptores e botões do painel frontal são verificados para garantir que executem as funções indicadas e exibam as informações apropriadas no painel.

O Futuro

A tecnologia do sistema de CD percorreu um longo caminho nos últimos anos, e novos aplicativos para sistemas de CD estão sendo descobertos todos os dias. O mercado já viu a introdução de CD-ROMs, CD-Vídeos e CD-Interativos. O produto mais recente a atrair a atenção do consumidor é o Photo-CD da Kodak, que pode exibir fotos na televisão e na tela do computador. Essas fotos podem ser editadas ou cortadas pelo usuário, assim como as imagens de clipart.

Os sistemas de CD de áudio verão a introdução de muitos novos recursos nos próximos anos. Os jogadores com funções avançadas de controle remoto estão agora em estágio de desenvolvimento. A caixa de um CD player inclui uma tampa superior ou "capô" e um painel de controle frontal. O CD fica em uma bandeja de carregamento que desliza para dentro e para fora do player. Essas funções permitem que o usuário exiba informações no próprio controle remoto, como títulos de músicas, nomes de artistas e as letras reais das músicas. Discos compactos com capacidade para tanto a gravação quanto a reprodução, como uma fita cassete, também estão em desenvolvimento. Os vastos recursos de armazenamento do CD também se prestam a muitas aplicações de multimídia de base ampla, e é bem possível que os discos compactos se tornem o meio comum de troca de dados para todos aplicativos de áudio, vídeo e computador.