Quanto uma Fonte Genérica de 500 W Realmente Fornece?
Por Gabriel Torres e Cássio Lima em 02 de abril de 2008

Introdução

Nós decidimos pegar uma fonte de alimentação “genérica” de 500 W – mais especificamente uma Advanced Electronics FX-500 (também conhecida como ATX-LPJ22-23) – e a testá-la usando a mesma metodologia usada nas fontes de alimentação de “marca”. A idéia por trás deste teste é de ser o mais educativo possível e responder a algumas questões importantes: quanto uma fonte de alimentação genérica realmente consegue fornecer? Quais são as diferenças entre uma fonte de alimentação genérica e uma de “marca”? Corremos algum risco em usarmos uma fonte de alimentação genérica em nosso PC? Porque fontes genéricas custam tão pouco? Continue lendo e veja nossas descobertas.

Nós chamamos de “genérico” qualquer produto simples e barato que nós não conseguimos descobrir qual é o verdadeiro fabricante – normalmente porque o fabricante não quer ser encontrado! No caso das fontes de alimentação, fontes genéricas custam poucos reais (a fonte que testamos custa R$ 50,00) e normalmente vêm de graça em gabinetes mais simples. Nenhuma atenção é dada ao acabamento do produto e elas seguem o tradicional projeto ATX, com uma ventoinha de 80 mm na parte traseira e algumas ranhuras na parte frontal da fonte. Elas são menores e muito mais leves do que fontes de alimentação de “marca”. Na verdade, antigamente quando era difícil encontrar boas fontes de alimentação um macete usado por vários técnicos era escolher a fonte de alimentação mais pesada. Elas também têm uma tomada CA na parte traseira para você conectar seu monitor de vídeo e este recurso não é mais visto em fontes de “marca”.


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Figura 1: Fonte de alimentação Advanced Electronics FX-500 (ATX-LPJ22-23).


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Figura 2: Fonte de alimentação Advanced Electronics FX-500 (ATX-LPJ22-23).

Aqui nós podemos ver a primeira diferença importante entre uma boa fonte de alimentação e uma fonte genérica: refrigeração. Mesmo quando uma boa fonte de alimentação usa apenas uma ventoinha de 80 mm na parte traseira ela tem muito mais ranhuras na parte frontal (com várias fontes substituindo o painel frontal por uma grade), o que aumenta o fluxo de ar e evita que o seu computador se superaqueça. A fonte de alimentação é um elemento chave na dissipação de calor dentro do micro já que ela é responsável por puxar o ar quente de dentro para fora do micro (através dessas ranhuras), através da ventoinha da fonte de alimentação. Na Figura 3 nós ilustramos isto.


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Figura 3: Fluxo de ar e dissipação de calor em um PC típico.

Claro que para diminuir os custos as fontes de alimentação genéricas não têm circuito PFC (leia mais sobre o PFC em nosso tutorial Fontes de Alimentação) e também assumimos que elas têm uma baixa eficiência, abaixo de 70%, mas claro que mediremos a eficiência durante nossos testes com esta fonte de alimentação. Quanto maior a eficiência, melhor – uma eficiência de 80% significa que 80% da potência extraída da rede elétrica é convertida em potência nas saídas da fonte de alimentação e apenas 20% é desperdiçada, o que significa uma conta de luz mais baixa.

Outra principal diferença externa entre uma boa fonte de alimentação e uma fonte genérica são os cabos usados. Fontes de alimentação genéricas usam fios mais finos do que o recomendado, normalmente com bitola 20 AWG. A bitola mínima exigida para os padrões de hoje é 18 AWG. Além disso, as fontes de alimentação genéricas vêm com poucos cabos se comparadas com fontes de “marca”. A fonte de alimentação que testamos, a Advanced Electronics FX-500 (ATX-LPJ22-23), por exemplo, tinha apenas dois cabos, um com dois conectores de alimentação para periféricos e outro também com dois conectores de alimentação para periféricos mais um conector de alimentação para a unidade de disquete, mais o cabo de alimentação principal da placa-mãe e um cabo ATX12V – nenhum conector de alimentação SATA (apesar de algumas fontes de alimentação genéricas terem esses conectores) e nenhum conector de alimentação auxiliar para a placa de vídeo.

A distribuição de potência é também uma diferença muito importante entre fontes genéricas e fontes de “marca”. Fontes genéricas são normalmente baseadas na primeira especificação ATX, que foi desenvolvida na época que a maior parte do consumo do micro era concentrada na linha de +5V. Atualmente o consumo é concentrado nas saídas de +12V, já que o processador (através dos conectores ATX12V e EPS12V) e as placas de vídeo são conectados na saída de +12V, não na saída de +5V. Portanto normalmente as fontes genéricas têm um maior limite de corrente nas saídas de +5V enquanto que as boas fontes de alimentação de “marca” atuais têm um maior limite de corrente nas saídas de +12V. Existe ainda uma diferença principal de como a saída de +3,3V é obtida, mas falaremos sobre isto adiante.

Mas a principal “característica” das fontes de alimentação genéricas é que elas fornecem muito menos potência do que rotulado. A Advanced Electronics FX-500 (ATX-LPJ22-23) é rotulada como uma fonte de alimentação de 500 W (apesar de no site da Advanced Electronics dizer que ela é uma fonte de 230 W) e um dos objetivos deste teste é verificar qual é a potência real desta fonte.

Existem várias maneiras dos fabricantes de fontes de alimentação rotularem seus produtos:

  • Rotular a fonte de alimentação com a potência de pico, que pode ser obtida apenas durante alguns segundos e, em alguns casos, em menos de um segundo.
  • Medir a potência máxima da fonte com uma temperatura ambiente não condizente com a realidade, normalmente a 25°C, enquanto que a temperatura dentro o micro será sempre maior do que este valor – pelo menos 35°C. Os semicondutores perdem a capacidade de fornecer corrente (e conseqüentemente potência) com a temperatura (fenômeno conhecido, em inglês, como “de-rating”). Portanto a potência máxima medida em uma temperatura baixa pode não ser obtida quanto a temperatura é aumentada.
  • Simplesmente mentir, que talvez seja o caso das fontes genéricas.

Agora que você sabe quais são as diferenças externas entre uma fonte de alimentação genérica e uma de “marca”, vamos ver as diferenças internas.

Por Dentro da Advanced Electronics FX-500 (ATX-LPJ22-23)

Nas figuras baixo você pode ter uma visão geral da fonte de alimentação genérica (Advanced Electronics FX-500) que testamos. Uma diferença entre esta fonte e fontes de “marca” que podemos ver logo de cara é a bitola dos fios usados na conexão CA (18 AWG) e na chave 110/220 V (20 AWG), muito mais finos do que os usados em boas fontes de alimentação. Quanto mais grossos forem os fios, mais corrente eles podem conduzir.

Outra diferença visível inclui o tamanho da placa de circuito impresso (menor nas fontes genéricas), o tamanho do transformador principal (menor nas fontes genéricas, o que significa que menos corrente/potência pode ser fornecida), e a quantidade de componentes disponíveis (menos componentes nas fontes genéricas).


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Figura 4: Visão geral.


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Figura 5: Visão geral.


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Figura 6: Visão geral.

Os fabricantes de fontes de alimentação reduzem o custo dos seus produtos usando componentes baratos e/ou simplesmente removendo componentes. No primário você pode ver que praticamente todos os componentes do estágio de filtragem de transientes estão faltando e no secundário menos capacitores e bobinas foram usadas no estágio de filtragem.

Os componentes recomendados para o estágio de filtragem de transientes são duas bobinas de ferrite, dois capacitores cerâmicos (capacitores Y, normalmente azuis), um capacitor de poliéster metalizado (capacitor X) e um varistor (MOV). Esta fonte genérica de 500 W tem apenas os dois capacitores Y e todos os demais componentes foram removidos. Se você prestar atenção na placa de circuito impresso você notará que os locais para instalação desses componentes existem e possivelmente o fabricante poderia instalá-los em uma versão “melhorada” desta fonte de alimentação (ZNR1 e ZNR2 para os varistores, CX1 para o capacitor X e LF1 para a bobina de ferrite, como você pode ver na Figura 7).


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Figura 7: Localização do estágio de filtragem de transientes – esta fonte de alimentação tem apenas dois capacitores Y.

Vamos falar agora em mais profundidade sobre os componentes usados na Advanced Electronics FX-500 (ATX-LPJ22-23).

Análise do Primário

Como explicamos, uma das maneiras dos fabricantes de fontes de alimentação cortarem custos dos seus produtos é usando componentes baratos. Com componentes semicondutores (diodos e transistores) eles fazem isto colocando componente com limites de corrente (e conseqüentemente potência) menores.

No que diz respeito ao primário da fonte de alimentação, fontes genéricas usam quatro diodos discretos em vez de uma ponte de retificação – que é um componente que tem quatro diodos em um só bloco. Esses diodos podem ser vistos na Figura 7, presente na página anterior.

A Advanced Electronics FX-500 (ATX-LPJ22-23) usa quatro diodos 1N5408, que podem suportar até 3 A cada, rotulados a 105°C. Fontes de alimentação de “marca” usam pontes de retificação que podem suportar pelo menos o dobro.

Na seção de chaveamento fontes de alimentação genéricas usam transistores unijunção em vez de transistores de potência MOSFET, que são muito mais caros e teoricamente oferecem maior eficiência. Além disso, a quantidade de corrente que cada transistor pode suportar é menor se comparado com fontes de “marca”, já que, como dissemos, o fabricante escolhe usar componentes mais baratos.

A Advanced Electronics FX-500 (ATX-LPJ22-23) usa dois transistores 2SD13007K. Infelizmente não encontramos seus datasheet, portanto não podemos comentar suas especificações. O terceiro transistor na Figura 8 é para a linha +5VSB da fonte de alimentação, que é independente do resto da fonte.


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Figura 8: Transistores chaveadores.

Vamos agora dar uma olhada no secundário desta fonte de alimentação.

Análise do Secundário

Esta fonte de alimentação usa três retificadores Schottky em seu secundário, um para cada tensão principal (+12 V, +5 V e +3,3 V). Nós ficamos surpresos ao ver um retificador independente para a saída de +3,3 V nesta fonte de alimentação – que é o mesmo projeto usado pelas atuais boas fontes de alimentação –, já que em fontes de alimentação antigas a saída de +3,3 V era obtida por um regulador de tensão conectado na saída de +5 V e nós esperávamos ver isto acontecer nesta fonte de alimentação. A maneira como os retificadores são conectados, no entanto, é parecida com as fontes antigas (projeto descrito como “A” na seção “Secundário” do nosso tutorial Anatomia das Fontes de Alimentação Chaveadas; boas fontes de alimentação usam o projeto descrito como “B”).

Como explicamos, uma das maneiras de cortar custos é usar componentes baratos, que fornecem menos corrente.

A saída de +12 V é produzida por um retificador de potência F12C20C (não um dispositivo Schottky como em outras fontes de alimentação), que pode fornecer até 12 A (a 125°C), o que equivale a 144 W. A corrente máxima que esta linha pode realmente pode fornecer dependerá de outros componentes, especialmente o transformador, a bobina, o capacitor e a bitola dos fios usados. Está claro pelo retificador usado que esta fonte nunca poderia ser de 500 W. A piada é que na etiqueta da fonte diz que ela pode fornecer até 20 A na saída de +12 V, o que é uma grande mentira, já que o retificador pode fornecer apenas 12 A – e como o limite de corrente depende de outros componentes raramente conseguimos extrair tudo que o retificador pode fornecer.

A saída de +5 V é produzida por um retificador Schottky SBL2040 que suporta até 20 A (a 95°C). Portanto a potência máxima teórica que a saída de +5 V pode fornecer é de 100 W. Claro que a corrente máxima (e conseqüentemente a potência) que esta linha realmente pode fornecer dependerá de outros componentes, especialmente o transformador, a bobina, o capacitor e a bitola dos fios usados. A piada, novamente, é que na etiqueta da fonte diz que ela pode fornecer até 40 A na saída de +5 V, o que é uma grande mentira, já que o retificador só fornecer 20 A – e como o limite de corrente depende de outros componentes raramente conseguimos extrair tudo que o retificador pode fornecer.

A saída de +3,3 V é produzida por um retificador Schottky SB1040CT que suporta até 10 A (a 25°C). Portanto a potência máxima teórica que a saída de +3,3 V pode fornecer é de 33 W. Claro que a corrente máxima depende de outros fatores. Mais uma vez a piada é que na etiqueta da fonte diz que ela pode fornecer até 28 A na saída de +3,3 V, o que é mais uma vez uma grande mentira, já que o retificador usado só pode fornecer até 10 A – e como o limite de corrente depende de outros componentes raramente conseguimos extrair tudo que o retificador pode fornecer.


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Figura 9: Retificadores de +5 V, +12 V e +3,3 V.

Com base nos números mostrados acima podemos ver claramente que esta fonte de alimentação é, na melhor das hipóteses, um modelo de 290 W: 144 W (+12 V) + 100 W (+5 V) + 33 W (+3,3 V) + 10 W (valor típico para a saída de +5VSB) + 6 W (valor típico para a saída de -12 V). Lembre-se que somamos aqui apenas a potência máxima teórica que cada retificador pode fornecer, a quantidade real de potência que uma fonte de alimentação pode fornecer dependerá de outros componentes.

No secundário nós vimos claramente que a placa de circuito impresso tinha locais para a instalação de mais bobinas e capacitores na seção de filtragem, que foram removidas para reduzir o custo da fonte (as bobinas foram substituídas por fios).

Como esta é uma fonte de alimentação de baixo custo e de baixo desempenho, ela não tem um sensor térmico, componente encontrado apenas em fontes de alimentação onde a ventoinha gira de acordo com a sua temperatura interna e/ou implementa a proteção contra superaquecimento (OTP).

Falando em proteção esta também é uma maneira do fabricante cortar custos: simplesmente não implementando nenhum tipo de proteção, especialmente contra sobrecarga de potência (OLP, também conhecida como OPP), que é importante para evitar que a fonte de alimentação queime caso você puxe mais potência do que ela pode suportar. Esta fonte de alimentação, no entanto, é baseada em um chip (Weltrend WT7514L) que oferece proteção contra sub tensão  (UVP) e sobre tensão (OVP).

Nesta fonte de alimentação os capacitores eletrolíticos grandes do dobrador de tensão são da Canicon (uma empresa taiuanesa) e rotulados a 85°C, enquanto que os capacitores eletrolíticos do secundário são da Canicon e da Jun Fu e são rotulados a 105°C.

Testes de Carga

Nós fizemos vários testes com esta fonte de alimentação como descrevemos em nosso artigo Nossa Metodologia de Testes de Fontes de Alimentação.

Como não sabíamos de antemão qual era a potência real desta fonte de alimentação nós fizemos algo diferente do que costumamos fazer em nossos testes de fontes de alimentação. Nós carregamos esta fonte de alimentação com 50 W e então começamos a aumentar o padrão de carga em incrementos de 25 W até atingirmos a potência máxima que ela conseguisse fornecer – ou seja, até que a queimássemos.

A Advanced Electronics FX-500 (ATX-LPJ22-23) “morreu” quando tentamos extrair 275 W dela, portanto a quantidade máxima de potência que conseguimos extrair foi 250 W – metade do valor rotulado! Este valor condiz com as especificações dos componentes utilizados. Na tabela abaixo nós resumimos como os testes com esta fonte foram feitos. Na linha “Total” estamos usando a quantidade real de potência sendo fornecida, medida pelo nosso testador de carga.

+12V

11 A (132 W)

+5V

15 A (75 W)

+3,3 V

9 A (29,7 W)

+5VSB

1,5 A (7,5 W)

-12 V

0,5 A (6 W)

Total

251,1 W

Estabilidade da Tensão

Aprovada

Ripple e ruído

Reprovada

Potência AC

339 W

Eficiência

74,0%

Temperatura ambiente

41,5º C

Temperatura da fonte de alimentação

46,6º C

A fonte de alimentação “morreu” silenciosamente, sem explodir. Após a termos desmontado nós medimos todos os componentes principais e o componente que queimou foi o retificador de +5 V.

A temperatura ambiente estava abaixo do patamar que normalmente usamos porque não conseguimos aumentar a temperatura dentro de nossa “caixa térmica”, já que a fonte de alimentação não estava extraindo muita potência e por isso ela não esquentou o ar suficientemente.

A regulação da tensão durante os testes estava satisfatória, com todas as saídas dentro de 3% de suas tensões nominais – a especificação ATX define que todas as saídas devem estar dentro de 5% de suas tensões nominal – exceto na saída +5 V, que estava a 4,81 V quando extraímos 250 W da fonte de alimentação. Este valor, no entanto, ainda está dentro da tolerância de 5% definida pelo padrão ATX. Claro que gostaríamos de ver todas as tensões próximas de seus valores nominais.

A eficiência surpreendentemente foi alta para uma fonte de alimentação genérica; nós estávamos esperando algo abaixo de 70%. O melhor valor foi quando extraímos 100 W (78,7%) e o pior valor foi quando extraímos 50 W (73,2%).

Mas o principal problema com esta fonte genérica foi o ruído e o ripple (oscilação). Isto é algo que os usuários comuns nem se dão conta: a maioria dos usuários escolhe uma fonte de alimentação levando em consideração apenas sua potência e não prestam atenção na qualidade das saídas – ou, em outras palavras, quão “limpa” estão as saídas da fonte.

As saídas da fonte de alimentação são tensões contínuas e quando analisamos as mesmas no osciloscópio elas deveriam ser linhas reta na tela. Isto, no entanto, não acontece; em nenhuma fonte de alimentação as saídas são perfeitamente contínuas. Elas podem ter uma pequena oscilação (chamada ripple) e, em cima dessa oscilação, alguns pequenos picos (chamado ruído). Se o valor desta oscilação e picos forem baixos o suficiente eles não oferecerão nenhum risco de danificar o equipamento o qual a fonte está alimentando.

A especificação ATX diz que o ripple e o ruído devem estar dentro da faixa de 120 mV para as saídas de 12 V e 50 mV para as saídas de +5 V e +3,3 V de modo que as saídas sejam consideradas seguras para os componentes eletrônicos usados dentro do micro (estes valores são tensões de pico-a-pico).

O problema com esta fonte de alimentação genérica é que seu nível de ruído estava acima desses valores o tempo todo! Quando começamos a 50 W o nível de ruído na saída de +5 V já era de 105 mV! Quando fornecemos 250 W o nível de ruído na saída de +5 V era de 220 mV e na saída de +12 V era de 180 mV!

Portanto mesmo se o seu equipamento não estiver puxando muita potência – por exemplo, você tem um computador muito básico com uma placa de vídeo simples ou mesmo com vídeo on-board – uma fonte de alimentação genérica pode causar a você muitos problemas por causa do grande nível de ruído (causado pela remoção das bobinas e dos capacitores do estágio de filtragem de modo a reduzir custos). Você já ouviu falar de problemas de instabilidade (erros aleatórios no Windows, computador reiniciando sozinho) resolvidos simplesmente substituindo uma fonte de alimentação genérica por uma de “marca”, mesmo quando o computador não estava puxando muita potência? Bem, esta é a explicação. Ou seja, potência não é tudo!

Isto explica também porque dizemos que 99% dos testes de fontes de alimentação publicados na internet estão errados: como a maioria dos sites não tem um osciloscópio, eles simplesmente não conseguem ver algo catastrófico como isto acontecer. Uma fonte de alimentação sendo capaz de fornecer suas tensões em seus níveis corretos não significa nada; nós precisamos saber a qualidade dessas tensões.

Só para esclarecer antes que alguém pergunte. Nós dissemos que o ruído na saída de +5 V estava em 220 mV mas no gráfico abaixo você vê 160 mV. O que acontece é que a fonte de alimentação estava produzindo rapidamente muitos picos altos que não estão sendo mostrados nesta tela capturada.


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Figura 10: Nível de ruído na saída de +5 V quando a fonte de alimentação estava fornecendo 250 W.

Para você entender ainda mais como esse nível de ruído é ruim, nós mostramos abaixo o nível de ruído na saída de +5 V de uma fonte realmente de 500 W, uma Antec EarthWatts, com nosso testador de carga programado exatamente com o mesmo padrão de carga mostrado na tabela acima. Ambos gráficos estão na mesma escala (2 ms T/div e 0,02 V/div).


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Figura 11: Nível de ruído na saída de +5 V em uma Antec EarthWatts 500 W fornecendo os mesmos 250 W.

Conclusões

Neste teste nós provamos o que todo mundo já sabia: fontes de alimentação genéricas não conseguem fornecer suas potências rotuladas. O que é ainda pior: os fabricantes deliberadamente mentem a respeito das especificações da fonte, já que nenhum matemático do mundo pode explicar como uma fonte de alimentação de 250 W pode ser rotulada como sendo de 500 W.

Nós também mostramos a você as principais diferenças entre uma fonte de alimentação genérica e uma fonte de “marca” e onde os fabricantes cortam custos. Fontes de alimentação genéricas usam fios mais finos fora e dentro da fonte, elas simplesmente não têm um estágio de filtragem de transientes, elas usam componentes baratos com baixos limites de corrente/potência, elas não tem proteções adicionais, porém importantes como proteção contra sobrecarga de potência, e os fabricantes simplesmente removem componentes (capacitores eletrolíticos e bobinas) da seção de filtragem da fonte de alimentação, o que aumenta o nível de ruído nas saídas da fonte.

O nível de ruído é o principal problema com fontes genéricas. Nesta fonte de alimentação que testamos o nível de ruído estava fora das especificações em qualquer potência que extraíssemos da fonte. Quando extraímos 250 W desta fonte, o nível de ruído na saída de +5 V estava em 220 mV, mais do que quatro vezes acima do limite.

Isto explica porque alguns problemas de estabilidade (isto é, computador travando, reiniciando sozinho, etc) em computadores usando uma fonte de alimentação genérica são resolvidos simplesmente substituindo a fonte por uma de “marca”, mesmo quando o computador não está extraindo muita potência.

A questão é a seguinte: evite fontes de alimentação genéricas. Mesmo computadores simples  devem usar uma fonte de alimentação decente de “marca”. A maioria dos fabricantes oferece modelos mais simples custando menos de R$ 200 (que é quase 10% do valor total de um bom computador) que oferecem saídas limpas e fazem com que o seu computador funcione bem, além de proteger seus componentes contra problemas – portanto a desculpa de preço é simplesmente inadmissível. Dessa forma sair de uma fonte de alimentação genérica para uma de marca não é apenas uma questão de permitir que seu computador extraia mais potência, mas também oferecer tensões mais limpas.

Apesar das informações educacionais oferecida pelo nosso site e vários outros na internet a fonte de alimentação ainda é o componente mais negligenciado do computador. Vários usuários são bastante seletivos em relação a todos os outros componentes para montar um micro novo, mas quando se trata da fonte de alimentação eles simplesmente escolhem o modelo mais barato. Claro que você não precisa comprar a fonte de alimentação mais cara e mais potente e instalar em um computador básico, mas usar uma fonte de alimentação genérica pode realmente castigar o seu micro – quem quer um micro travando toda hora?

Este teste também nos ajuda a explicar o porque 99% dos testes de fontes de alimentação postados na internet estão errados: a maioria dos “testadores” simplesmente testa fontes usando um multímetro para medir as tensões e a própria mão para medir (agora imaginem a precisão) a temperatura da fonte. Um micro típico não extrairá a quantidade de potência necessária para dizer se uma dada fonte de alimentação pode realmente fornecer sua potência rotulada ou não; além disso ao usar um multímetro esses “testadores de fontes” que existem por aí não têm nenhuma idéia do nível de ruído nas saídas da fonte, muitas vezes dizendo que uma fonte de alimentação é boa só porque o fabricante foi bacana por ter enviado uma amostra do produto de graça quando, na verdade, a fonte de alimentação é falha, já que produz muito ruído, o que pode fazer com que o micro trabalhe de forma instável.

Originalmente em http://www.clubedohardware.com.br/artigos/1475

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