Baixe Eletricidade e eletronica para automoveis e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Elétrica, somente na Docsity! ELETRICIDADE E ELETRÔNICA PARA AUTOMÓVEIS SENAI-RJ • Automotiva versão preliminar FIRJAN CIRJ SESI SENAI IEL SENAI-RJ 2002 FIRJAN CIRJ SESI SENAI IEL ELETRICIDADE E ELETRÔNICA PARA AUTOMÓVEIS versão preliminar Ficha Técnica Eletricidade e Eletrônica para Automóveis 2002 SENAI – Rio de Janeiro Diretoria de Educação Gerência de Educação Profissional Luis Roberto Arruda Gerência de Produto Automotivo Darci Pereira Garios Produção Editorial Vera Regina Costa Abreu Pesquisa de Conteúdo Docentes da Agência de Manutenção Automotiva – Unidade Tijuca Revisão Pedagógica Kátia Lúcia Oliveira Barreto Revisão Gramatical e Editorial Mário Élber dos Santos Cunha Revisão Técnica Denver Brasil Pessôa Ramos Sílvio Romero Soares de Souza Projeto Gráfico Artae Design & Criação Compilação dos trabalhos publicados pela Mercedes Benz do Brasil, edição revista. SENAI – Rio de Janeiro GEP – Gerência de Educação Profissional Rua Mariz e Barros, 678 – Tijuca 20270-002 – Rio de Janeiro – RJ Tel.: (0xx21) 2587-1117 Fax: (0xx21) 2254-2884 http://www.rj.senai.br Sumário 1 2 3 4 APRESENTAÇÃO............................................................................ 11 UMA PALAVRA INICIAL ................................................................ 13 UNIDADE I – CONCEITOS BÁSICOS DE ELETRICIDADE ÁTOMO ............................................................................................ 19 CORRENTE ELÉTRICA.................................................................. 25 Íons .................................................................................................................................... Grandezas elétricas ....................................................................................................... TENSÃO E CORRENTE ................................................................. 31 GERADORES ................................................................................... 35 Associação de geradores ........................................................................................ 39 Analogia dos circuitos hidráulico e elétrico ....................................................... 40 RESISTÊNCIA ELÉTRICA .............................................................. 41 Lei de OHM ................................................................................................................ 43 Códigos de cores para resistores ........................................................................ 44 Praticando – Exercícios .......................................................................................... 47 5 Noções básicas dos esquemas elétricos ....................................................................................... 142 Praticando .............................................................................................................................................. 143 ANEXOS .............................................................................................................. 147 SENAI-RJ – 11 Eletricidade e Eletrônica para Automóveis – Apresentação Apresentação A dinâmica social dos tempos de globalização exige dos profissionais atualização constante. Mesmo as áreas tecnológicas de ponta ficam obsoletas em ciclos cada vez mais curtos, trazendo desafios renovados a cada dia, e tendo como conseqüência para a educação a necessidade de encontrar novas e rápidas respostas. Nesse cenário, impõe-se a educação continuada, exigindo que os profissionais busquem atualização constante durante toda a sua vida – e os docentes e alunos do SENAI-RJ incluem-se nessas novas demandas sociais. É preciso, pois, promover, tanto para os docentes como para os alunos da educação profissional, as condições que propiciem o desenvolvimento de novas formas de ensinar e aprender, favorecendo o trabalho de equipe, a pesquisa, a iniciativa e a criatividade, entre outros aspectos, ampliando suas possibilidades de atuar com autonomia, de forma competente. Diante desses desafios e ciente de sua responsabilidade no atendimento às demandas sociais, em especial na área de educação, o SENAI-RJ está sempre atualizando e diversificando suas ofertas de ensino, entre elas a de formação básica de profissionais para o setor automotivo. O Curso Básico de Eletricidade e Eletrônica resulta, portanto, desse esforço contínuo, voltado à prestação de um serviço de qualidade a todos os cidadãos que procuram aperfeiçoar seus estudos, confiantes na proposta educacional da instituição. Este material didático tem como objetivo primordial orientar a aprendizagem do aluno, na medida em que contém informações essenciais acerca do processo da utilização de instrumentos de medição para grandezas elétricas, além de conceitos de leitura e interpretação dos esquemas elétricos do veículo. Por isso, é importante ser lido, a cada passo, durante a realização do curso. Contudo, importa também lembrar que essa leitura, por si só, não é suficiente para o alcance de uma formação sólida do profissional. No processo de aprender, buscar aprender mais, trabalhar em equipe, por exemplo, o convívio entre professor e alunos torna-se essencial. E é tão-somente através dessa convivência que o aluno, diante de qualquer dúvida, pode deixar seus constrangimentos de lado para, então, apresentar suas idéias, fazer perguntas ao professor ou aos colegas, e conhecer o que eles têm a dizer. Será, certamente, nesse ambiente de troca de experiências que todos irão aprender mais e, com isso, o Curso Básico de Eletricidade e Eletrônica terá cumprido, enfim, seu principal objetivo. Eletricidade e Eletrônica para Automóveis – Uma Palavra Inicial SENAI-RJ – 15 governo – assuma, em todas as situações, atitudes preventivas, capazes de resguardar a segurança de todos. Deve-se considerar, também, que cada indústria possui um sistema produtivo próprio, e, portanto, é necessário analisá-lo em sua especificidade, para determinar seu impacto sobre o meio ambiente, sobre a saúde e os riscos que o sistema oferece à segurança dos trabalhadores, propondo alternativas que possam levar à melhoria de condições de vida para todos. Da conscientização, partimos para a ação: cresce, cada vez mais, o número de países, empresas e indivíduos que, já estando conscientizados acerca dessas questões, vêm desenvolvendo ações que contribuem para proteger o meio ambiente e cuidar da nossa saúde. Mas, isso ainda não é suficiente... faz-se preciso ampliar tais ações, e a educação é um valioso recurso que pode e deve ser usado em tal direção. Assim, iniciamos este material conversando com você sobre o meio ambiente, saúde e segurança no trabalho, lembrando que, no seu exercício profissional diário, você deve agir de forma harmoniosa com o ambiente, zelando também pela segurança e saúde de todos no trabalho. Tente responder à pergunta que inicia este texto: meio ambiente, a saúde e a segurança no trabalho – o que é que eu tenho a ver com isso? Depois, é partir para a ação. Cada um de nós é responsável. Vamos fazer a nossa parte? Unidade I Conceitos básicos de eletricidade SENAI-RJ – 21 Eletricidade e Eletrônica para Automóveis – Átomo Definição Átomo é a menor partícula física em que se pode dividir um elemento, sendo configurado por duas regiões principais: nuclear e orbital. Regiões do átomo Região central ou núcleo O núcleo do átomo é constituído por dois tipos de partícula: prótons e nêutrons (partículas desprovidas de cargas elétricas). Ao redor do núcleo, movimentam-se os elétrons. Colocando dois prótons um próximo do outro, eles se repelem; o mesmo ocorre com dois elétrons. Entretanto, um próton e um elétron atraem-se mutuamente, quando colocados um próximo do outro. região central ou núcleo Fig. 1 região periférica ou orbital 22 – SENAI-RJ Eletricidade e Eletrônica para Automóveis – Átomo Para explicar as causas destas interações, dizemos que os elétrons e os prótons são dotados de cargas elétricas de espécies diferentes. Por convocação, a carga elétrica do próton é uma carga positiva, e a do elétron, negativa. Região periférica ou orbital A região periférica do átomo é constituída por órbitas produzidas pelo giro dos elétrons (partículas que possuem cargas elétricas negativas). atração Fig. 2 repulsão p p p ee e Fig. 3 Fig. 4 núcleo próton nêutron orbital núcleo próton nêutron orbital elétron Corrente elétrica Nesta Seção... íons 4 Grandezas elétricas «4 SENAI-RJ – 27 Eletricidade e Eletrônica para Automóveis – Corrente Elétrica Corrente elétrica Todos os elétrons podem ser removidos dos seus átomos através da aplicação de uma força externa, bastando alterar o equilíbrio entre a força centrípeta que os mantém em suas órbitas. A remoção dos elétrons das suas órbitas provoca o desequilíbrio elétrico do átomo. Como os elétrons possuem cargas negativas, o átomo torna-se eletricamente positivo. A facilidade com que o elétron pode ser removido está relacionada com a órbita na qual ele se localiza. Os elétrons dos níveis mais externos podem “escapar” dos átomos originais e passar a se deslocar entre os níveis dos átomos vizinhos. Esses elétrons são chamados elétrons livres, e seu movimento é ao acaso, em todas as direções. Portanto, os elétrons livres são elétrons das órbitas externas dos átomos e, principalmente, da última órbita. Cargas elétricas em movimento ordenado formam a corrente elétrica. Em materiais, como os metais e a grafita, a corrente elétrica é formada pelo movimento dos elétrons livres, os quais se libertaram das camadas mais afastadas do núcleo atômico. Condutores e isolantes elétricos São denominados condutores elétricos os materiais em que há facilidade de movimento das partículas eletrizadas. Exemplo: prata, cobre, alumínio. Os meios que não conduzem (ou conduzem muito pouco) a corrente elétrica são chamados isolantes ou dielétricos. Nestes meios, os elétrons são firmemente ligados eletricamente aos seus átomos e não têm facilidade de se movimentar por entre os outros átomos, como no caso dos condutores. Exemplos: óleo, água, borracha, etc. Íons Os átomos no estado natural são sempre eletricamente neutros, ou seja, o número de cargas positivas é igual ao de cargas negativas (número de prótons = número de elétrons). Quando esses números são diferentes, aparecem os íons. Tensão e corrente 3 Geradores 4 Nesta Seção... Associação de geradores Analogia dos circuitos hidráulico e elétrico SENAI-RJ – 37 Eletricidade e Eletrônica para Automóveis – Geradores Geradores Os dispositivos que transformam em energia elétrica as outras formas de energia, como a química luminosa, térmica e mecânica, denominam-se geradores, os quais movimentam as cargas livres de um condutor, fornecendo-lhes energia; por isso, mantêm uma diferença de potencial (ddp) ou tensão entre os dois pontos de um condutor. Esta energia potencial também recebe a denominação de força eletromotriz (FEM). A função de um gerador num circuito elétrico pode ser comparada à de uma bomba de água numa instalação hidráulica. Representando o pólo de potencial menor do gerador pelo sinal (–) e o pólo de potencial maior pelo sinal (+), os elétrons do condutor ligado aos pólos do gerador vão do pólo negativo ao positivo. Por isso, como por convenção a corrente elétrica tem o sentido contrário ao movimento dos elétrons, indo do ólo positivo para o negativo. Fig. 1 R (carga) Circuito aberto Diz-se que um gerador está em circuito aberto, quando não há percurso fechado para a corrente elétrica. sentido convencional da corrente sentido dos elétrons + – 40 – SENAI-RJ Eletricidade e Eletrônica para Automóveis – Geradores Analogia dos circuitos hidráulico e elétrico Circuito hidráulico Fig. 5 hidrômetro Circuito elétrico Fig. 6 manômetro bomba turbina registro amperímetro A voltímetrogerador interruptor lâmpada VG Resistência elétrica 5 Nesta Seção... Lei de OHM Códigos de cores para resistores Praticando – Exercícios SENAI-RJ – 45 Eletricidade e Eletrônica para Automóveis – Resistência Elétrica Os três primeiros anéis coloridos representam o valor do resistor; o quarto anel, o percentual de tolerância. 1o 2o 3o 4o (anéis) Fig. 3 1o 2o 3o 4o Fig. 4 os anéis que indicam o valor da resistência do resistor (o anel mais afastado) indica a tolerância A tabela a seguir apresenta o código de cores completo. Cor Dígitos significativos Multiplicador Tolerância Preto 0 1 × Marrom 1 10 × Vermelho 2 100 × Laranja 3 1.000 × Amarelo 4 10.000 × Verde 5 100.000 × Azul 6 1.000.000 × Violeta 7 Cinza 8 Branco 9 Ouro 0,1 × ± 5% Prata 0,01 × ± 10% Sem cor ± 20% 46 – SENAI-RJ Eletricidade e Eletrônica para Automóveis – Resistência Elétrica 1a faixa/ 1o dígito Cor Dígito Preto 0 Marrom 1 Vermelho 2 Laranja 3 Amarelo 4 Verde 5 Azul 6 Violeta 7 Cinza 8 Branco 9 2a faixa/ 2o dígito Cor Dígito Preto 0 Marrom 1 Vermelho 2 Laranja 3 Amarelo 4 Verde 5 Azul 6 Violeta 7 Cinza 8 Branco 9 3a faixa/ multiplicador Cor Multiplicador Preto 1 Marrom 10 Vermelho 100 Laranja 1.000 Amarelo 10.000 Verde 100.000 Azul 1.000.000 Prata 0,01 Ouro 0,1 4a faixa/ tolerância Cor Tolerância Prata ±10% Ouro ±5% Sem faixa ±20% SENAI-RJ – 47 Eletricidade e Eletrônica para Automóveis – Resistência Elétrica Praticando 1) Em um circuito elétrico em que circula uma corrente elétrica igual a 5A sob uma tensão de 10 volts, determine o valor da resistência elétrica. _______________________________________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 2) Um circuito elétrico com uma tensão de 100 volts alimenta uma carga com 20 amperes. Determine a corrente elétrica que irá circular por esse circuito. _______________________________________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Ensaios 1) Monte o circuito a seguir na placa de contatos e confirme os resultados segundo a lei de Ohm. R1 = 100Ω I = ? E = 30V A SENAI-RJ – 51 Eletricidade e Eletrônica para Automóveis – Resistências Equivalentes Associação de resistores A associação de resistores é um conjunto de resistores que, convenientemente ligados, formam um circuito em série, em paralelo ou misto. associação em série Fig. 1 associação em paralelo associação mista Resistência equivalente Resistência equivalente é a resistência equivalente de um único resistor que pode substituir a associação de resistores, sendo calculada de formas variadas. Associação de resistores em série Na associação de resistores em série, a resistência equivalente é igual à soma das resistências componentes da associação. Matematicamente, Re = R1 + R2 + R3 + Rn; onde Re é a resistência equivalente e R1, R2, R3 e Rn são as resistências que compõem a associação. 52 – SENAI-RJ Eletricidade e Eletrônica para Automóveis – Resistências Equivalentes Aplicação Determinar a resistência equivalente da associação a seguir. RE = R1 + R2 + R3 RE = 2 + 3 + 4Ω RE = 9Ω Fig. 2 R1 = 2Ω R2 = 3Ω R3 = 4Ω Observação A resistência total no circuito em série é sempre maior que os valores dos resistores que compõem a associação. Associação de resistores em paralelo A resistência equivalente de uma associação em paralelo é sempre menor que o valor dos resistores que compõem a associação. Em uma associação em paralelo composta apenas por dois resistores, calculamos a resistência equivalente utilizando a seguinte fórmula: Fig. 3 RE = R1 X R2 R1 + R2 R1 R2 SENAI-RJ – 55 Eletricidade e Eletrônica para Automóveis – Resistências Equivalentes Ensaios 1) Monte na placa de contatos o circuito a seguir e confirme o valor da resistência equivalente. 2) Monte na placa de contatos o circuito a seguir e confirme o valor do resistor equivalente. R1 = 470Ω R2 = 2,2KΩ R3 = 5,6KΩ R1 = 470Ω R2 = 470Ω R3 = 100Ω Capacitores Nesta Seção... Conceito «4 Tipos de capacitor «4 60 – SENAI-RJ Eletricidade e Eletrônica para Automóveis – Capacitores Tipos de capacitor Capacitores fixos ou constantes São os capacitores que não mudam sua capacitância, permanecendo sempre invariáveis. As representações de capacitores fixos são mostradas como se segue. Fig. 1 sem polaridade Fig. 2 com polaridade + – + – Capacitores ajustáveis Os capacitores ajustáveis podem assumir uma série de valores de capacitância dentro dos limites do seu valor total. Este tipo de capacitor não é projetado para ser variado continuamente, sendo bastante utilizado para a calibração de circuito de radiofreqüência como transmissor e receptor. É comumente conhecido como trimmer. A representação, em circuitos eletroeletrônicos, de capacitores ajustáveis é mostrada a seguir. Fig. 3 Capacitores variáveis São constituídos, fundamentalmente, de duas séries de placas isoladas entre si. Uma série de placas pode ser girada, e a outra é fixa, sendo o dielétrico, no caso, o próprio ar. Através da rotação da parte móvel, a capacitância é variada, tornando-se maior, à medida que a série de placas móveis SENAI-RJ – 61 Eletricidade e Eletrônica para Automóveis – Capacitores penetra entre as placas fixas. É projetado para poder ser variado continuamente, sem ocorrer desgaste prematuro. Muito utilizado no circuito de sintonia de rádios e receptores. Fig. 4 SENAI-RJ – 65 Eletricidade e Eletrônica para Automóveis – Magnetismo Conceito O magnetismo é uma propriedade que certos materiais possuem, a qual faz com que estes materiais exerçam uma atração sobre os materiais ferrosos. As propriedades dos corpos magnéticos são grandemente utilizadas em eletricidade (motores, geradores) e eletrônica (instrumentos de medida, transmissão de sinais, etc.). Magnetismo natural – ímãs Alguns materiais encontrados na natureza apresentam propriedades magnéticas naturais, sendo denominados de ímãs naturais. A magnética é um minério de ferro naturalmente magnético, ou seja, um ímã natural. Ímãs artificiais Os ímãs artificiais são barras de materiais ferrosos que o homem magnetiza por processos artificiais. São muito empregados, porque podem ser fabricados com os mais diversos formatos, de forma a atender às necessidades práticas. Os ímãs artificiais geralmente têm propriedades magnéticas mais intensas que os naturais. Pólos magnéticos de um ímã Externamente, as forças de atração magnéticas de um ímã manifestam-se com maior intensidade nas suas extremidades. Por esta razão, as extremidades são denominadas de pólos magnéticos do ímã. Cada um dos pólos apresenta propriedades magnéticas específicas, sendo chamados de pólo sul e pólo norte. 66 – SENAI-RJ Eletricidade e Eletrônica para Automóveis – Magnetismo Como as forças de atração magnéticas dos ímãs são mais concentradas nos pólos, conclui-se que a intensidade destas propriedades decresce para o centro do ímã. Na região central do ímã, estabelece-se uma linha onde as forças de tração magnéticas do pólo sul e do pólo norte são iguais e se anulam. Esta linha é denominada de linha neutra, sendo, portanto, a linha divisória entre os pólos do ímã. O magnetismo tem a sua origem na organização atômica dos materiais. Cada molécula de um material é um pequeno ímã natural, que se chama ímã molecular ou domínio. Fig. 1 SN linha neutra Inseparabilidade dos pólos Os ímãs têm uma propriedade característica: por mais que sejam divididos em partes menores, elas sempre têm um pólo norte e um pólo sul. Interação entre ímãs Quando os pólos magnéticos de dois ímãs estão próximos, as forças magnéticas dos dois ímãs reagem entre si de forma singular. Se os dois pólos magnéticos próximos forem diferentes (norte de um com sul do outro), haverá uma atração entre os dois ímãs. Fig. 2 SNSN SENAI-RJ – 67 Eletricidade e Eletrônica para Automóveis – Magnetismo Se os dois pólos forem iguais (norte de um próximo ao norte de outro), ocorrerá uma repulsão entre os dois ímãs. Fig. 3 SN SN Campo magnético – linhas de força Os efeitos de tração ou repulsão entre dois ímãs ou de atração de um ímã sobre os materiais ferrosos devem-se à existência de um campo magnético que provém do ímã. O espaço ao redor do ímã, em que existe atuação das forças magnéticas, é denominado de campo magnético. Como artifício para estudar este campo magnético, admite-se a existência de linhas de força magnéticas ao redor do ímã. Com o objetivo de padronizar os estudos relativos ao magnetismo e às linhas de força estabeleceu-se, como convenção, que as linhas de força de um campo magnético se dirigem do pólo norte em direção ao pólo sul. Esta convenção aplica-se às linhas de força externas ao ímã. Fig. 4 SN Multímetro 1 Nesta Seção... Conceito Classificação Medição com multímetro SENAI/RJ – 75 Eletricidade e Eletrônica para Automóveis – Multímetro Medição com multímetro Em eletroeletrônica, são feitas calibrações e manutenções de circuitos, nas quais a correta utilização do multímetro é fundamental à precisão das medidas e conservação do instrumento. A medição com multímetro é o processo para obter medidas das principais grandezas elétricas, como tensão, corrente e resistência, através de um multímetro. Tal medição é classificada, quanto à grandeza a ser medida, em: • medição de tensão; • medição de corrente; • medição de resistência. Medição de tensão 1. Ajustar o multímetro, para medir a tensão em CC ou CA. 2. Selecionar a faixa de tensão adequada através do seletor de alcances, de forma que a tensão a ser medida nunca seja maior que a tensão do fundo de escala. Se o valor da tensão a ser medida for totalmente desconhecido, ajustar o seletor de alcances para medição de máxima tensão. 3. Conectar as pontas de prova em paralelo com o circuito ou componente no qual deve ser medida a tensão, respeitando as polaridades (+ e –) no caso de CC. Fig. 3 10Vcc + _ e 2 2Vcc + _ 76 – SENAI/RJ Eletricidade e Eletrônica para Automóveis – Multímetro 4. Ler no mostrador o valor da medida e, se necessário, selecionar outro alcance de escala para maior precisão. Medição de corrente 1. Ajustar o multímetro, para medir a CC ou CA. 2. Selecionar a faixa de tensão adequada através do seletor de alcances, de modo que a corrente a ser medida nunca seja maior que a corrente do fundo de escala. Se a intensidade da corrente a ser medida for totalmente desconhecida, ajustar o seletor de alcance para medição de máxima tensão. 3. Conectar as pontas de prova em paralelo com o circuito ou componente no qual deverá ser medida a corrente, respeitando as polaridades (+ e –) no caso de CC. 4. Ler no mostrador o valor da medida e, se necessário, selecionar outro alcance de escala para maior precisão. Medição de resistência 1. Desenergizar o circuito ou componente em teste. 2. Ajustar o multímetro para medição de resistência. 3. Selecionar uma faixa de resistência adequada através do seletor de alcances. Fig. 3 10Vcc + _ 2 3Acc + _ 31 SENAI/RJ – 77 Eletricidade e Eletrônica para Automóveis – Multímetro 4. Curto-circuitar as pontas de prova e verificar no mostrador se a leitura é de 0 amperes. Caso contrário, fazer o ajuste de 0 amperes, se houver um controle para este fim. 5. Conectar as pontas de prova em paralelo com o circuito ou componente. 4. Ler no mostrador o valor da medida e, se necessário, selecionar outro alcance de escala para maior precisão. Fig. 3 10Vcc + _ X 1Ω + _ 1 0 10100 Componentes eletrônicos 1 Nesta Seção... Resistores Potenciômetros Capacitores Praticando SENAI-RJ – 85 Eletricidade e Eletrônica para Automóveis – Componentes Eletrônicos Vamos imaginar que temos em mãos um resistor como o da fig. 2, com o primeiro anel vermelho, o segundo anel amarelo, o terceiro anel laranja e o quarto anel dourado. Quais são o valor da resistência desse componente e a sua tolerância? Fig. 2 vermelho amarelo laranja dourado O primeiro e o segundo anéis fornecem os dois algarismos da resistência: vermelho 2 e amarelo 4. Formamos, por enquanto, 24. O terceiro anel fornece o fator de multiplicação: laranja × 1.000. Portanto, o valor da resistência é de 24 ×1.000 ou 24.000. O quarto anel define a tolerância: dourado, 5%. Portanto, a diferença entre o valor real do resistor e o valor marcado de 24.000 ohms pode chegar até 5% desse mesmo valor, para mais ou para menos. Potenciômetros Potenciômetros são resistores variáveis, isto é, nos quais o valor da resistência elétrica pode mudar. Os potenciômetros possuem uma lingüeta metálica (cujo nome é cursor) ligada a um eixo que pode movimentá-la. Conforme a posição do cursor, o valor da resistência do potenciômetro varia. Fig. 3 86 – SENAI-RJ Eletricidade e Eletrônica para Automóveis – Componentes Eletrônicos Capacitores Os capacitores (também chamados condensadores) são componentes eletrônicos formados por placas de metal separadas por um isolante. O material isolante, também denominado dielétrico, define o tipo de capacitor. Pode ser mica, poliéster (um plástico), vidro, etc. Por exemplo: um capacitor cujo isolante é poliéster chama-se capacitor de poliéster. Placas metálicas separadas por dielétrico adquirem a capacidade de armazenar cargas elétricas e, conseqüentemente, energia elétrica. A capacidade de um capacitor armazenar cargas elétricas é chamada capacitância, medida em farads, cuja abreviatura é F. Como a unidade farad é muito grande, costuma-se usar seus submúltiplos. O microfarad corresponde à milionésima parte do farad; o nanofarad, à milésima parte do micrifarad. Utiliza-se, também, o picofarad, que corresponde à milésima parte do nanofarad. Existem capacitores de muitas formas diferentes. Os tubulares são utilizados nos motores a gasolina ou a álcool, no circuito que produz faíscas nas velas. Esses capacitores são formados por folhas de condutores e isolantes enrolados. Os capacitores eletrolíticos são os que utilizam uma substância quimicamente ativa como dielétrico. A vantagem desses capacitores é que eles permitem a obtenção de capacitâncias muito altas com componentes relativamente pequenos. Os capacitores eletrolíticos são componentes polarizados, ou seja, o terminal positivo é sempre o mesmo, não podendo ser carregado negativamente, pois, fazendo isso, o capacitor é destruído. Além da capacitância, os capacitores são identificados também pela sua tensão de trabalho. Se um capacitor for submetido a uma tensão elétrica muito grande, uma faísca poderá saltar entre suas placas condutoras e destruí-lo. A tensão de trabalho, ou tensão de isolamento, determina a tensão máxima em que se pode ligar o capacitor sem perigo de destruição. Fig. 4 0,1/250V poliéster 100nF 600V tubular – poliéster 10µF 16V eletrolítico 10000J tubular Styroflex10000J tubular Styroflex 10J tubular cerâmico5,6µF/100N poliéster mica SENAI-RJ – 87 Eletricidade e Eletrônica para Automóveis – Componentes Eletrônicos Praticando Antes de prosseguir, responda às questões do teste. A seguir, releia o texto, certificando-se de que suas respostas estão corretas. Caso não esteja seguro das respostas, volte ao texto, até eliminar todas as dúvidas. Somente então passe ao item seguinte. Teste I 1. Resistores são componentes que aumentam a ________________________________ de um circuito. 2. A unidade de medida de potência é o _____________________________, cujo símbolo é ___________. 3. O primeiro e o segundo anéis indicam 2 ___________________________, e o terceiro anel é um _________________________ de ___________________________ . 4. Os resistores de resistência elétrica variável são chamados ___________________ . 5. Os capacitores são componentes eletrônicos formados por placas de ______________________ separadas por um _____________________ . 6. A principal característica de um capacitor é sua capacidade de armazenar ______________________________________ 7. Os capacitores têm muitas formas: os utilizados em motores de automóveis são ______________________________________ . SENAI-RJ – 91 Eletricidade e Eletrônica para Automóveis – Semicondutores – Junções e Diodos Semicondutores – junções e diodos Os resistores e capacitores são componentes passivos de um circuito, pois não amplificam nem geram sinais ou correntes. Os componentes ativos de um circuito são, por exemplo, os transistores e circuitos integrados. Os semicondutores são materiais empregados na fabricação dos transistores. Estes são montados a partir de outro componente passivo, que é o diodo, feito com materiais semicondutores. Materiais semicondutores Como já vimos anteriormente, existem materiais bons condutores, como o alumínio, o ouro e o cobre; e há materiais isolantes, como o papel, a borracha e os plásticos. Os materiais semicondutores não são bons condutores de eletricidade, mas não chegam a ser bons isolantes, ficando numa faixa intermediária. Os elementos químicos que formam materiais semicondutores muito utilizados em eletrônica são o germânio (Ge) e o silício (Si). O germânio ou silício puros não têm utilidade em eletrônica, pois seus átomos não apresentam elétrons livres necessários à formação de corrente elétrica. Mas, se adicionarmos algumas “impurezas” a esses materiais, eles poderão se transformar em um condutor especial. Adicionando pequenas quantidades de arsênio (As) ao germânio (Ge), surgem, nesse material, elétrons livres que podem conduzir energia elétrica. Em tal caso, como o transporte de cargas é feito pelos elétrons, dizemos que o material produzido é um semicondutor do tipo N (N de negativo). 92 – SENAI-RJ Eletricidade e Eletrônica para Automóveis – Semicondutores – Junções e Diodos Se adicionarmos pequenas quantidades de índio (In) ao silício (Si) no local onde os átomos de índio se fixam, ficará faltando um elétron, para neutralizar a carga naquele lugar. Essa falta de um elétron é chamada lacuna e corresponde, na prática, a uma carga positiva. Em tal caso, como o transporte de cargas é feito por lacunas, o semicondutor é do tipo P (P de positivo). Fig. 1 Ge Ge Ge Ge As Ge Ge Ge Ge Elétron que sobra Ge Ge Ge Ge As Ge Ge Ge Ge lacuna (elétron que falta) Fig. 2 SENAI-RJ – 95 Eletricidade e Eletrônica para Automóveis – Semicondutores – Junções e Diodos O diodo Zener Quando um diodo comum está ligado com a polarização inversa, ele não permite a passagem de corrente elétrica. Porém, se aumentarmos em demasia a tensão inversa aplicada no diodo, uma corrente poderá fluir pelo componente, rompendo a junção e danificando-o. Mas existem diodos fabricados para operar também com a tensão inversa máxima, os diodos Zener. A principal propriedade de um diodo Zener é que a tensão máxima, uma vez atingida, não se torna maior com o aumento da corrente elétrica que o atravessa. Dessa forma, os diodos Zener podem ser utilizados como reguladores de tensão. Fotodiodos Quando um diodo está ligado com polarização em sentido inverso, não há corrente elétrica atravessando-o. Existem, porém, diodos em que, mesmo ligados com polarização inversa, quando incide luz sobre eles, aparece uma corrente elétrica (que depende da intensidade da luz que está iluminando o diodo). A corrente elétrica surge devido a alguns portadores de carga da junção liberados pela incidência da luz. Por isso, tais componentes são chamados fotodiodos. Os fotodiodos são utilizados como sensores, podendo indicar queda ou aumento na iluminação de um lugar, ou, ainda, permitir a leitura de códigos de barras e cartões perfurados. Diodos emissores de luz (leds) Alguns diodos são feitos com materiais que emitem luz, quando há passagem de corrente elétrica por eles. Essa luz é produzida na junção. Alguns leds emitem luz laranja; outros, vermelha ou amarela. A cor de luz é uma característica do led e depende do material de que o diodo é feito. Fig. 6 R + circuito alimentado diodo Zener 96 – SENAI-RJ Eletricidade e Eletrônica para Automóveis – Semicondutores – Junções e Diodos Num led vermelho, por exemplo, a barreira de potencial é de 1,8 volt, o que significa que a tensão deve ser, no mínimo, essa, para que o led acenda. No entanto, a tensão máxima que um diodo de tal tipo suporta é de 5 volts. Por isso, não devemos sujeitar um led a uma tensão superior a essa, pois ele se danificará. Por exemplo: nunca devemos ligar um led diretamente nos bornes de uma bateria, uma vez que isso o danifica. A Fig. 6 C A C símbolo SENAI-RJ – 97 Eletricidade e Eletrônica para Automóveis – Semicondutores – Junções e Diodos Praticando Antes de prosseguir, pegue uma folha de papel e responda às questões do teste. A seguir, releia o texto, certificando-se de que suas respostas estão corretas. Caso não esteja seguro das respostas, volte ao texto, até eliminar todas as dúvidas. Somente então passe ao item seguinte. Teste II 1. Transistores e circuitos integrados são exemplos de componentes ___________________ de um circuito eletrônico. 2. Os elementos químicos que formam os materiais semicondutores mais utilizados são o _______________________ e o ______________________. 3. Acrescentando arsênio ao germânio, este último passa a ter _____________-____________, que podem conduzir energia elétrica. Neste caso, temos um semicondutor do tipo __________________________. 4. Quando dois materiais semicondutores de tipos diferentes, um N e um P, são associados, forma-se uma _________________________. 5. O pólo positivo de um diodo é também chamado ______________________, e o pólo negativo chama-se __________________. 6. Os diodos feitos com materiais que emitem luz denominam-se_____________________. 7. Um led vermelho apresenta barreira de potencial de ___________ volt e suporta uma tensão máxima de _______ volts.