senai-ba - eletricidade e eletr_nica veicular

7/31/2019 Senai-BA - Eletricidade e Eletr_nica Veicular

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CIMATEC


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ELETRICIDADE E

ELETRNICAVEICULAR

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CIMATEC


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ELETRICIDADE EELETRNICA

VEICULAR

SALVADOR2 00 5

Copyright 2003 por SENAI CIMATEC. Todos os direitos reservados.

rea Tecnolgica Automotiva

Elaborao: Enoch Dias Santos Junior; Tcnico.

Reviso Tcnica: Renato Jorge Santos Arajo, Tcnico.

Reviso Pedaggica: Ana Cristina Luz Santos

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Normalizao: Maria do Carmo Oliveira Ribeiro

Catalogao na fonte (Ncleo de Informao Tecnolgica NIT)

________________________________________________________SENAI CIMATEC Centro Integrado de Manufaturae Tecnologia. Eletricidade e Eletrnica Veicular. Salvador, 2005.70p il. (Rev.00)

I. Eletricidade e Eletrnica Veicular I. Ttulo

CDD________________________________________________________

SENAI CIMATECAv. Orlando Gomes, 1845 - PiatSalvador Bahia BrasilCEP 41650-010Tel.: (71) 462-9500Fax. (71) 462-9599http://www.cimatec.fieb.org.br

MENSAGEM DO SENAI CIMATEC

O SENAI CIMATEC visa desenvolver um programa avanado de suporte tecnolgicopara suprir as necessidades de formao de recursos humanos qualificados,

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http://www.cimatec.fieb.org.br/http://www.cimatec.fieb.org.br/


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prestao de servios especializados e promoo de pesquisa aplicada nastecnologias computacionais integradas da manufatura.

Com uma moderna estrutura laboratorial e um corpo tcnico especializado, oCIMATEC desenvolve programas de intercmbio tecnolgico com instituies deensino e pesquisa, locais e internacionais.

Tudo isso sem desviar a ateno das necessidades da comunidade, atendendo suasexpectativas de formao profissional, suporte tecnolgico e desenvolvimento,contribuindo para uma constante atualizao da indstria baiana de manufatura epara a alavancagem do potencial das empresas existentes ou emergentes no estado.

APRESENTAO

A eletricidade que a menos de um sculo era uma fora misteriosa e assustadora seconverteu com o avano cientfico, em mais um importante instrumento dedesenvolvimento tecnolgico.

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Tornou-se indubitavelmente um fator importantssimo na vida social e econmica domundo. O uso que dela faz o homem distingue o sculo atual de todas as pocasanteriores de sua existncia na Terra.

O avano da cincia, como da tecnologia est intimamente ligado ao uso daeletricidade nos mais variados ramos dos seus campos.

A indstria automobilstica, por exemplo, usa nos seus veculos um grande nmerode componentes eltricos ou acessrios, os quais sofrem continuamentemodificaes e aperfeioamentos.

, portanto de suma importncia para o tcnico mecnico e eletricista estar a pardestas recentes transformaes; estar sempre se atualizando e que conhea essescomponentes, circuitos e seus princpios de funcionamento.

Com a eletrnica embarcada existentes nos veculos atuais, em componentes desdemotor at acessrios mais suprfluos, o mecnico deixa de ser uma pessoa quedeva ter conhecimentos apenas do ramo mecnico, passando a ter a necessidade deconhecimentos em eletro-eletrnica, com o intuito de poder compreender ofuncionamento de sistemas modernos, bem como poder executar reparos.

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SUMRIO

ELETRICIDADE E ELETRNICA VEICULAR ......................................................................2ELETRICIDADE E ELETRNICA VEICULAR ......................................................................3

I A ELETRICIDADE

1.1 - IntroduoPor se tratar de uma fora invisvel, o princpio bsico de eletricidade explicado naTeoria atmica.Torna-se difcil ento visualizar a natureza da fora eltrica, mas facilmente notvelos seus efeitos.

A eletricidade produz resultados e efeitos perfeitamente previsveis.Para que possamos compreender melhor a eletricidade, observemos as seguintesdefinies:

1.1.1 - Matria toda a substncia, slida, lquida ou gasosa que ocupa lugar no espao.

1.1.2 - Molcula a menor partcula, a qual pode dividir uma matria, sem que esta perca suaspropriedades bsicas.Ex: Quando dividimos um p de giz at o momento em que ele ainda conserve suaspropriedades de p de giz, se tornado invisvel a olho nu, mas visvel commicroscpios, temos ento uma molcula.

1.1.3 - tomo.So as partculas que constituem a molcula. Podemos assim afirmar que um

conjunto de tomos constitui uma molcula, que determina uma parte da matria. no tomo que se d o movimento eletrnico (corrente eltrica). O tomo composto por um ncleo e partculas que giram a seu redor, em rbitas concntricas,muito parecidas com a configurao dos planetas em torno do sol.

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O ncleo constitudo de prtons e nutrons, convencionando-se a prtons comcarga eltrica positiva (+) e nutrons carga eltrica nula (0).

As partculas que giram ao redor do ncleo so denominadas eltrons, com cargaeltrica negativa (-).

As cargas negativas dos eltrons so atradas pelo ncleo, que tem carga positivadevido aos prtons. Essa atrao compensa a fora centrfuga que tende a afastaros eltrons do ncleo. Dessa forma, os eltrons mantm o seu movimento ao redordo ncleo.Normalmente, um tomo tem o mesmo nmero de prtons e eltrons e, portanto, eltrica-mente neutro.Podemos admitir que num tomo, na condio de equilbrio, o nmero de prtons igual ao nmero de eltrons. Se ele perde um eltron toma-se eletricamente positivo(on Positivo), se ele ganha um eltron torna-se negativo (on Negativo). A estedesequilbrio que chamamos "carga eltrica". O conjunto dos fenmenos queenvolvem estas "cargas eltricas" que foi definido como eletricidade. A eletricidadese apresenta de duas maneiras.

1.1.4 - Eletricidade Esttica - o tipo de eletricidade que envolve cargas eltricasparadas. gerada por atrito, pela perda de eltrons durante o friccionamento. Porexemplo, um basto de vidro e l de carneiro, choque ao descer de um veculo, etc.

1- Haste de vidro.2- Falta de eltrons.3- Pano de l.4- Excesso de eltrons.

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Inicialmente, os tomos da haste de vidro e da haste de plstico so eletricamenteneutros. Isto significa que o nmero de cargas negativas e de cargas positivas noncleo do tomo exatamente igual. Quando se esfrega a haste de vidro com opano de produz-se trabalho, atravs do quaI se afastam eltrons da superfcie dahaste. Estes eltrons permanecem no pano.

1.1.5 - Eletricidade Dinmica ou Corrente Eltrica - o fluxo de cargas eltricasque se desloca atravs de um condutor. Desta forma como a eletricidade seapresenta que nos interessa estudar. E para que este fenmeno ocorra

necessrio, no mnimo, uma fonte de energia, um consumidor e condutores fechandoo circuito.

1.2- GRANDEZAS ELTRICAS

1.2.1 Tenso eltrica

Se uma haste de borracha for esfregada com o pano de l, alguns eltrons do panode l aderem superfcie da haste de borracha. A haste passa a ter mais carganegativa do que positiva: fica carregada com carga negativa. "Carga negativasignifica excesso de eltrons" (figura abaixo). Entre cargas diferentes ocorre umafora de atrao. Para tentar separar cargas diferentes necessrio produzir

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CONDUTORES

CONSUMIDOR

FONTE


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trabalho contra a fora de atrao. Este trabalho armazenado nas cargas sob aforma de energia. O resultado uma fora entre as cargas que recebe a designaode "tenso"."A tenso o resultado da separao de cargas".

1- Haste de plstico.2- Falta de eltrons.3- Pano de l.4- Excesso de eltrons.

Tenso eltrica a diferena depotencial existente entre dois pontos

distintos no circuito. Pode ser definida tambm como a fora impulsora ou presso,que fora a passagem da corrente eltrica nos condutores.Quando afirmamos que uma bateria tem 12 volts, estamos dizendo que a diferenade potencial existente entre um plo e outro de 12 volts. A tenso que a alimentaos circuitos das residncias pode ser normalmente de 127 V ou 220V.

A tenso pode ser representada pelas letras E, d.d.p.(diferena de potencial ou U esua unidade de medida o volt (V).Por definio, 1volt a diferena de potencial necessria para impelir 1Ampereatravs de 1ohm.O instrumento de medio de tenso eltrica o voltmetro simbolizado:

O voltmetro ligado em paralelo com o circuito a ser medido.

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V

Voltmetro


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1.2.2 Corrente eltrica

Se unirmos dois corpos com potenciais diferentes, utilizando um condutor, eles

tendem a equilibrar-se eletricamente. Para isso, o corpo de maior potencial negativoir perder eltrons, enquanto que o corpo de menor potencial negativo ir recebereltrons.Os eltrons livres do condutor entraro em movimento, passando de um tomo aoutro, em direo ao corpo com menos carga.

Corrente eltrica a quantidade de cargas eltricas que flui atravs de um condutornum determinado intervalo de tempo, ou ainda, a tendncia para restaurar o

equilbrio eltrico num circuito onde exista diferena de potencial (d.d.p.).Como a quantidade de eltrons sempre muito grande, criou-se a unidade de cargaeltrica, o Coulomb (C).1 C =6,28x1018 eltrons.E 1C/s = 1 A .

A corrente eltrica num circuito apresentada pela letra I e sua unidade de medida o Ampre (A).

Por definio, 1 Ampre a corrente que flui atravs de um condutor com resistnciade 1 Ohm quando a diferena de potencial entre os seus terminais for igual a 1 Volt.

O instrumento de medio de corrente eltrica o ampermetro simbolizado:

O ampermetro ligado em srie com o circuito a ser medido.

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+++++++++++++++++++++

+++++++++

- - - - - - - - -- - - - - - - - -- - - - -

A

AMPERMETRO


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A corrente eltrica assim como a tenso eltrica pode ser de dois tipos:Contnua ou alternada.

Tenso alternada - Varia periodicamente sua polaridade. Invertendo o sentido dacorrente eltrica ao longo do tempo. Exemplo: tenso residencial.

Tenso contnua - No sofre variao de polaridade ao longo do tempo. Exemplo:Pilha e bateria de automvel.

1.2.3 Resistncia Eltrica

A oposio que um condutor eltrico oferece passagem da corrente eltrica oque denominamos resistncia Eltrica.

O valor da resistncia eltrica est diretamente ligado a combinao de quatrofatores:

Material que constitui o condutor (resistividade) Comprimento do condutor rea da seo transversal Temperatura de trabalho do condutor

O que determina a resistividade do material () a ser utilizado em condutores aquantidade de eltrons livres. Os metais so os melhores condutores de corrente

eltrica, destacando o cobre, o alumnio e a prata.

O comprimento de um condutor tambminterfere diretamente no valor da resistncia.Quanto maior o comprimento do condutor,maior a oposio passagem de correnteeltrica.

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TENSOALTERNADA TENSOCONTNUA


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A rea da seo transversal ou o dimetrodo condutor tambm altera o valor daresistncia do condutor. Quanto maior odimetro menor oposio passagem de

corrente eltrica.O aumento da temperatura causa um aumento da resistncia do condutor. Umexemplo prtico seria o cabo que alimenta o motor de partida do veculo. Comopodemos observar ele oferece menor resistncia a circulao de alta correnteconsumida pelo motor de partida, por possuir pequeno comprimento e maior bitola(dimetro ).Matematicamente, a resistncia pode ser expressa na seguinte frmula:

R = .L /A

Onde: R = resistncia eltrica da matria ()L = Comprimento do condutor ( m).A =rea da seo transversal (m) = resistividade especfica (.m)

A resistncia eltrica representada pela letra R e sua unidade de medida o ohm().

Um ( 1 ) ohm a resistncia que permite a passagem de uma corrente de 1 Ampresob tenso de 1 Volt.

O instrumento de medio de resistncia eltrica o hommetro simbolizado:

Para medir resistncia eltrica usa-se o ohmmetro, ligado em paralelo aocomponente que se deseja medir, desde que este se encontre desenergisado.

1- Consumidor ou resistnciaeltrica.

2- Interruptor e fios(resistnciaeltrica).

3- Ohmmetro.

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A tabela abaixo apresenta a resistividade de alguns materiais, a uma temperatura de20 C. a unidade de resistividade dada em ohm x metro ( m).

Resistividade (a 20 C)

Cobre 1,77 x10-8 mAlumnio 2,83 x10-8mBismuto 119 x10-8mPrata 1,63 x10-8mNquel 7,77 x10-8m

Nicrome 99,5 x10-8

mRESISTORES

Os componentes que so utilizados nos circuitos com o objetivo de oferecerem umadeterminada resistncia passagem de corrente, so chamados de resistores.Os resistores so fabricados de formas e caractersticas diferentes, dependendo daaplicao a que se destinam. O seu valor pode ser indicado alfanumericamente, oupor meio de anis de cores diferentes gravados nas mesmas. Os outros valores deidentificao de um resistor so a sua tolerncia (percentual) e a potncia, indicadaem Watts.

1- Inscrio no corpo2- Anis com cores.

Resistncia e temperatura

.A resistncia de um material condutor varia com a temperatura. O carbono e amaioria dos semicondutores so melhores condutores quando aquecidos. Por essemotivo, so tambm denominados "condutores a quente". Existe, no entanto, umpequeno nmero de materiais semicondutores como, por exemplo, o titanato debrio, que so melhores condutores quando frios. A sua resistncia eleva-se com oaumento da temperatura, e so designados de "condutores a frio".

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1 Fio de cobre a 20C2 - OhmmetroValor da resistncia R=27,8m

TIPOS DE RESISTORES

Resistores fixos (cuja resistncia no pode ser alterada).

Resistor de enrolamento de fio: enrolamento de fiocom uma resistncia especial. Destinam-se a serutilizadas para elevadas potncias ou comoresistores de preciso.

Resistores de pelcula de carbono: possuem comobase um corpo cermico cilndrico, revestido comuma camada de carbono, que constitui a resistnciapropriamente dita. Estes resistores servem parapraticamente todas as aplicaes.

Resistores de xidos metlicos: possuem como baseum elemento cilndrico de cermica, revestido comuma camada de xido metlico que por sua vez revestido com uma camada desilicone. Estaconstruo torna estes resistores praticamenteIndestrutveis em termos mecnicos.

Resistores de pelcula metlica: possuem como base

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Resistores de compensao(ballast) de um injetor do sistemade injeo.


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um suporte, por exemplo, de vidro endurecido, noqual depositado uma camada de metal precioso.Estes resistores distinguem-se pela sua elevadapreciso e confiabilidade.

Os resistores fixos tm, entre outras, as seguintesutilizaes nos veculos automveis:

- resistores de compensao (baIlast) no injetor dosistema de injeo.

- resistores de compensao (baIlast) para abobina de ignio.

- resistores das velas de ignio.

RESISTORES VARIVEIS

Os resistores variveis (regulveis) so normalmente chamados de potencimetros.Trata-se normalmente de resistores de carbono ou de fio.Um contato rotativo sobre oresistor (ou sobre o enrolamento do fio) dotado de uma ligao eltrica permiteselecionar o valor de resistncia desejada dentro da faixa total do resistor.Desta forma, altera-se tambm a tenso atravs do contato rotativo. Assim, opotencimetro tambm pode ser utilizado como divisor de tenso.Os potencimetros possuem normalmente um eixo de ligao entre o contato rotativoe o boto de acionamento. Desta forma pode-se facilmente efetuar regulagensdurante sua utilizao.Um exemplo da sua utilizao a bia de nvel de combustvel, que variando o seucursor varia a resistncia do potencimetro.

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Potencimetro da bia de combustvel


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Trimpot

Ajusta-se com uma chave de fenda para umdeterminado valor que permanece constante ao

longo do seu funcionamento. No entanto, com odecorrer do tempo o valor se altera e, aregulagem pode ser novamente efetuada.

Os resistores variveis tm as seguintes utilizaes nos automveis:

- resistor varivel do sensor do tanque de combustvel (nvel combustvel).- resistor varivel da iluminao do painel de instrumentos .

- resistor varivel do intervalo de funcionamento do limpador de pra-brisas.Resistores no lineares (no hmicos).

Trata-se de resistores variveis, cuja variao no acontece, por meios mecnicos,mas sim por meio de alterao da temperatura, da tenso aplicada ou da incidnciade luz.

TERMISTORES (NTC) compem-se de umamistura de xidos metlicos e cristais mistos oxida-dos, comprimidos uns contra os outros por umprocesso de sinterizao e em seguida revestidoscom uma camada de vidro ou colocados numalojamento. Quando estes resistores so aquecidos,a sua resistncia diminui. NTC (do Ingl "NegativeTemperature Coefficient": coeficiente de temperaturatura negativo).

Aplicao em automveis :

Sensor da temperatura do lquido de arrefecimento(ECT).Sensor da temperatura do ar de admisso (IAT), etc.

Grfico do sensor de temperatura doliquido de arrefecimento.(Exemplo : motor 2.0 DOHC).X Temperatura do liquido de arrefecimentoem C.

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Sensor da temperatura do liquido dearrefecimento (ECT). um tipocomum de NTC.


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Y Resistncia em ohms.

Termistores (PTC)

Compem-se de xidos metlicos e titanato de brio, comprimidos em conjunto edepois revestidos com uma camada de vidro e armazenados num alojamento.Quando so aquecidos, as suas resistncias aumentam. PTC (do Ingls "PositiveTemperature Coefficient": coeficiente de temperatura positiva).

Resistores dependentes da tenso (VDR)

So compostos de p de carbonato de silcio comprimido por meio de um processode sinterizao e em seguida colocado num alojamento. Varistores ou VDR (doIngls "Voltage Dependent Resistor": resistor dependente da tenso). A partir de umadeterminada tenso (o valor depende do tipo de resistor), a resistncia diminui.

Utilizao nos automveis:

Estabilizao da tenso.Proteo contra excessos de tenso.

Resistores sensveis luz (LDR)So feitas de materiais semicondutores como o antimonieto de ndio ou sulfureto dechumbo. A luz que incide nos materiais semicondutores provoca o aumento donmero de eltrons livres, reduzindo consequentemente a sua resistncia.LDR (do Ingls "Light Dependent Resistor": resistncia dependente da luz).

Utilizao no veiculo:Medio da intensidade da luz - como luxmetro, durante a regulagem dos faris.Sensor solar em sistemas de ar condicionado.

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LDR (do Ingls "Light Dependent Resistor": resistncia dependente da luz)


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1.3 LEI DE OHM

A lei fundamental da eletricidade dinmica a lei de Ohm. Ela relaciona: Tenso (V),Corrente (I) e Resistncia (R); de maneira bastante simples. Vrias de suasaplicaes so executadas por ns diariamente, at mesmo sem conhec-la.Observemos o circuito abaixo:

Se mantivermos constante o valor da resistncia e aumentarmos o valor da tenso,observamos um aumento do valor da corrente e vice-versa.

No entanto, vimos que a corrente tambm determinada pela resistncia, ela umaoposio ao fluxo de corrente. Imaginando que a tenso permanece constante,verificamos que um aumento no valor da resistncia causar uma diminuio novalor da corrente. Ento, resumindo podemos observar:

ou

ou

Se ento conhecemos os valores de no mnimo duas grandezas, chegaremos aoresultado da terceira.

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Para exemplificar:

Qual seria a corrente consumida pela lmpada no circuito abaixo?

Qual seria o valor da resistncia equivalente do circuito abaixo?

Qual o valor da tenso da bateria no circuito abaixo?

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Uma maneira fcil de lembrar os princpios da Lei de Ohm a utilizao do crculoabaixo. Lembre-se que a letra E tambm simboliza a tenso eltrica.

- Cobrindo R, obtm-se E/I. Resulta da a resistncia em ohms.

- Cobrindo E, obtm-se I x R. Obtm-se a tenso em volts.- Cobrindo I, obtm-se E/R, que a corrente em amperes.

1.4 CIRCUITOS ELTRICOS

Podemos considerar o circuito eltrico como o caminho para a passagem deeletricidade. Para obtermos um circuito completo deveremos ter, no mnimo: umafonte de energia (bateria), um consumidor (lmpada) e condutores fechando ocircuito.

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SENTIDO DA CORRENTE

Nos circuitos eltricos, a corrente eltrica circula do plo negativo para o positivo.Este o chamado sentido real da corrente eltrica.

Entretanto, durante muitos anos se pensou que a corrente flua do positivo para onegativo. Este o sentido convencional de corrente, que at hoje utilizada noslivros e trabalhos tcnicos para representar o sentido da corrente nos circuitoseltricos.Nos veculos automotivos o negativo da bateria e consequentemente do alternadorfluem para os consumidores atravs do chassi e a carroceria que servem comomassa (terra) para os consumidores.

Os

Valores das grandezas eltricas so, muitas vezes, muito grandes ou muitopequenos, dificultando os clculos. Devido a isso, so muito utilizados os mltiplos esubmltiplos das unidades de medida.

A tabela seguinte traz os mais usados:

SMBOLOFATOR

MULTIPLICADORMULTIPLICARO VALOR POR :

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M

LTIPLOS

TERA (T)

GIGA (G)

MEGA (M)

QUILO (K)

X1012

X109

X106

X103

1000000000000

1000000000

1000000

1000

SUBM

LTIPLOS

mili (m)

micro ()

nano ( n)

pico (p)

X10-3

X10-6

X10-9

X10-12

0,001

0,000001

0,000000001

0,000000000001

Exemplos:

15k = 15 x10

3

= 150006GV = 6 x109 = 6000000000V4mA = 4x10-3 = 0,0004A

1.4.1 Configurao dos circuitos

As diversas cargas dos circuitos eltricos podem estar associadas entre si de trsformas diferentes: srie, em paralelo ou em mista (associao srie-paralela).

Circuito srie

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Em um circuito srie temos os componentes ligados de maneira a existir um nicocaminho contnuo para a passagem da corrente eltrica.

Corrente em um circuito srie - a mesma em todos os pontos do circuito,independente do valor de resistncia dos componentes do circuito.

Ento, se voc interrompe o circuito em qualquer parte, toda a circulao de correnteno circuito interrompida.

Um exemplo prtico seria a instalao de fusvel de proteo no circuito. O fusvel sempre inserido em srie no circuito a ser protegido, pois um aumento no valor dacorrente acima de sua capacidade nominal faz com que ele interrompa toda acirculao de corrente, desligando o circuito.

A tenso em um circuito srie - A soma das quedas de tenso em cada componentedo circuito igual tenso da fonte (bateria).

Se

fizermos uma ligao em srie de duas lmpadas de 12 volts em uma bateria de 12volts, as lmpadas acendero fracamente. Se as lmpadas forem idnticas cadauma delas receber 6 volts, no atingindo ento a intensidade luminosa nominal.

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It = I2=I3=I4=.....=In

Ut = U1+U2+U3+....+Un


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A resistncia equivalente em um circuito srie - Para se calcular o valor da correntetotal consumida em um circuito necessrio se conhecer o valor da resistncia total,ou equivalente do circuito.No caso do circuito srie a resistncia equivalente do circuito a soma das

resistncias de cada componente.

Para efeito de clculo podemos representar o circuito como:

Circuito Paralelo

O que caracteriza um circuito paralelo a ligao de seus componentes de tal formaque exista mais de um caminho para a passagem de corrente.

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Req = R1+R2+R3+...+RN


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A corrente em um circuito paralelo - A corrente total fornecida pela fonte (bateria) igual soma das correntes em cada ramo do circuito. Podemos explicar como: maisvias de passagem possibilitam mais passagem de corrente.

A tenso em um circuito paralelo - A diferena de potencial em cada componente do

circuito paralelo a mesma da fonte (bateria). Isto quer dizer que se ligarmos duaslmpadas de 12 volts em paralelo, a tenso aplicada em cada lmpada ser idntica da bateria, 12 volts.

Normalmente, as lmpadas so ligadas em paralelo, a fim de que cada uma produzasua luminosidade nominal e mesmo que uma delas queime as outras continuaroacesas.

A resistncia equivalente em um circuito paralelo - Para se calcular a resistnciaequivalente que causaria o mesmo efeito de um conjunto de resistncias ligadas emparalelo devemos:

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It = I1+I2+I3+....+In

Ut = U1=U2=U3=....=Un

Req= R1.R2/R1+R2


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Ento o circuito resumido para clculo, torna-se:

Isto quer dizer que o efeito provocado por uma lmpada de 2 ohms, em termos deconsumo de corrente o mesmo que o circuito de quatro lmpadas(6//6//10//15) em paralelo.

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O clculo direto da resistncia equivalente em um circuito paralelo :

No circuito paralelo, o valor da resistncia equivalente ser:

Circuito Misto

Chama-se circuito misto, o circuito formado pela combinao de componentes emsrie e paralelo.O comportamento da corrente e tenso em um circuito misto obedecem s regras docircuito srie e do circuito paralelo, quando analisado por partes.Ex:

EXEMPLOS DE ANLISE DE CIRCUITOS

Exemplo 1:

Qual o valor da corrente que circula no circuito abaixo? E a queda de tenso emcada lmpada.

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Encontrar o valor da resistncia equivalente(Req). Como se trata de um circuito sriea resistncia equivalente a soma das resistncias.

Req = 2 + 4 = 6

O circuito resumido para clculo seria:

A queda de tenso na lmpada L1 ser:

V1 = R1 x I1V1 =2x2AV1= 4V

A queda de tenso na lmpada L2 ser:

V2 = Ut v1 =12V 4V = 8VOuV2 = R2 x I

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V2 = 4 x 2 A = 8V

EXEMPLO - 2

No circuito abaixo, calcular a corrente que circula em cada lmpada:

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EXEMPLO - 3Se inserirmos no circuito anterior uma resistncia em srie no valor de 2, qual seriao comportamento da corrente em cada componente do circuito?

Como j calculamos a resistncia equivalente das teres lmpadas req = 2Ento a resistncia equivalente do circuito vale:

Req = 2 +2=4

O circuito pode ser representado por :

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O conhecimento do comportamento da corrente e tenso em partes do circuitoauxiliam bastante num diagnstico preciso.Quando torna difcil o acesso a pontos para medio com instrumentos, a maneiramais fcil utilizar os clculos matemticos.

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1.5 TRABALHO ELTRICO

A energia a capacidade de realizar trabalho.De acordo com a fsica, todo corpo em movimento realiza trabalho.

Trabalho eltrico o trabalho realizado pelos eltrons em movimento (correnteeltrica) ao atravessar um corpo submetido a uma diferena de potencial.Exemplo: aquecimento da resistncia de um chuveiro, incandescncia do filamentode uma Impada.

O trabalho eltrico diretamente proporcional quantidade de eltrons queatravessa o corpo (Q) e tenso aplicada (V). A unidade de trabalho no SI o joule(J).

T= Q x VSe q = I x t

Ento, a frmula matemtica para clculo de trabalho eltrico :

1.6 POTNCIA ELTRICA

A potncia eltrica expressa a relao entre o trabalho realizado e o tempo gastopara realiz-lo, ou ainda, a rapidez com que se produz trabalho ou a rapidez comque se gasta energia. sua unidade de medida no . SI o watt (W) e seu smbolo (P)..Cada componente de um circuito tem uma potncia especfica.Quanto mais tempo permanecer ligado, maior ser o consumo de energia eltrica.

Por exemplo, considere dois aquecedores de gua. O aquecedor "A" aquece 1 litrod'gua em uma hora, enquanto que, no mesmo tempo de uma hora, o aquecedor "Baquece dois litros d'gua.O aquecedor "B" mais potente, pois realiza mais trabalho que o outro, no mesmotempo.

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T = V x I x t Onde :T = trabalho ( j ).V = tenso ( V).I = corrente (A).T = tempo ( s ).


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A potncia obtida atravs do produto da tenso pela corrente eltrica

P = U x I.

Existem outras maneiras de realizar o clculo da potncia, usando o parmetroresistncia eltrica.

P= R xI2

Utiliza-se a frmula mais conveniente para cada tipo de circuito, de acordo com osdados disponveis.Independente do tipo de associao dos resistores do circuito eltrico, a potnciatotal fornecida pela fonte ser soma das potncias de cada resistor.

EXEMPLO -1:

Calcule a potncia dissipada por uma carga de R= 100 ligada a uma fonte deV=50v

EXEMPLO 2:

Em uma associao em paralelo de 4 resistores cujas potncias so,respectivamente, 10W,25W,100W e 50W , qual ser a potncia total ?

Pt = P1 + P2 + P3 + P4 = 10W + 25W +100W + 50W Pt = 185W

EXEMPLO 3:

Qual a potncia dissipada por um resistor de R=120 percorrido por uma correntede 2 A?

P= R xI2 = 120 x 22 P=480W

EXEMPLO 4:Qual ser a potncia de um circuito alimentado por uma fonte de V= 12VE corrente de 20mA?

P = V x I P = 12V x 0,02 A P = 0,24W

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R

UP

2

=

R

VP

2

=

100

502

=P P = 25W


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1.7 CAPACITOR

E um componente que armazena cargas eltricas em forma de campo eltrico'Sua funo armazenar energia, e ele se compe de duas placas condutoras

separadas por um dieltrico (isolante).PROCESSO DE CARGA EM C.C.

Considerando o capacitor descarregado, ao fechar a chave, comea a circularInstantaneamente uma corrente eltrica, em regime transitrio, at que a tenso nosterminais do capacitor chegue a um valor prximo da tenso da fonte. Nestemomento a corrente pra de fluir, e o capacitor est carregado com a mesma tensoda fonte. Ele ir manter esta tenso (regime permanente) at que sejadescarregado.Em regime permanente no h corrente eltrica entre as placas.

Assim, o capacitor considerado como uma alta resistncia para circuitos de tenso

contnua.

O capacitor compe-se essencialmente de dois condutores eltricos (por exemplo,placas metlicas), separados por um material isolador (um dieltrico).Quando o capacitor ligado a uma tenso contnua, ocorre um fluxo de corrente decarga por breves momentos, durante os quais a fonte de tenso absorve eltrons deuma das placas e comprime-os para a outra placa.

Assim, uma placa fica com falta de eltrons e a outra com excesso, criando-se umatenso entre as placas que corresponde tenso aplicada originalmente.Se a origem da tenso aplicada for desligada, o capacitar permanece carregado por

um curto perodo de tempo. Isso significa que o capacitor possui capacidade dearmazenamento de carga eltrica.Se, por exemplo, o capacitor for descarregado atravs de uma resistncia, h umfluxo de corrente que chamada de corrente de descarga.

A capacidade de um capacitor (capacitncia) ser maior quanto maior for a constantedieltrica, a rea das placas, e quanto menor for distncia entre elas.

Construo bsica de um capacitor

1 Material isolador.2 Terminais.3 Placas metlicas.

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Carregamento das placas metlicas.

1 Fonte de tenso.2 Interruptor.3 Placas de metal.4 Placa isoladora.IL Corrente de cargaIE Corrente de descarga.

CAPACITNCIA

a capacidade que um capacitor possui de armazenar cargas eltricas. Sua unidadeno SI o farad ( F ).No entanto, esta unidade grande para os valores que ocorremnas utilizaes prticas, e normalmente usam-se as seguintes unidades:

1 microfarad (F) = 0,000001F1 nanofarad (nF) = 0,000000001F1 picofarad (pF) = 0,000000000001F

Fatores que interferem na capacitncia.

Onde: = Permissividade do material ( Fm).A = rea das placas (m2).d = Distncia entre as placas(m).C = capacitncia (F).

Smbolo grfico do capacitor:

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dAC =


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CARGA ARMAZENADA

A quantidade de cargas armazenadas por um capacitor obtida atravs do produtoda capacitncia pela diferena de potencial entre as placas.

Q = C X V Onde: Q = Carga eltrica (C).C = Capacitncia (F).V = Diferena de potencial entre as placas (v).

TIPOS DE CAPACITORES

Os capacitores podem ser de 3 tipos :

Plsticos

Normalmente utilizam poliestireno ou polister comodieltrico.Podem ser construdos com duas folhas de alumniobobinadas com uma folha de material plstico, ou atravs davaporizao do alumnio nas duas faces do dieltrico, numprocesso conhecido como metalizao.

Cermicos

O dieltrico constitudo de material cermico, oque proporciona baixos valores de capacitncia ealta tenso de isolao.

Eletrolticos

Ao contrrio dos cermicos, tm altascapacitncias com baixa tenso deisolao. O dieltrico normalmente seconstitui de xido de alumnio ou xidode tntalo.Exigem ateno na montagem, pois sopolarizados, e a montagem pode seraxial ou radial.

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Ao ligar capacitores eletrolticos indispensvel observar a polaridade correta ("+ e"-") a fim de evitar a sua destruio.Os capacitores encontram utilizaes diversas nos automveis - no sensor MAP, porexemplo, como elemento determinador da frequncia, no temporizador da luz do

habitculo, em filtros de interferncias, mdulos de controle, sistemas de ignio, etc.Com o envelhecimento do eletrlito ou do dieltrico, os capacitores eletrolticosperdem a sua capacidade. Dependendo da sua aplicao, isto pode resultar nadeteriorao da eficincia do filtro e na alterao da temporizao indicada.No sensor MAP, a alterao da capacidade pode resultar numa alterao dafrequncia de sada, o que poder originar um consumo mais elevado ou dificuldadesna partida do motor. Contudo, um sinal fora da faixa de funcionamento normal, oumesmo a falha total da unidade, so reconhecidos pelo mdulo controle eletrnico domotor.

ASSOCIAO DE CAPACITORES

Assim como os resistores os capacitores tambm podem ser ligados em srie ou emparalelo.

LIGAO DE CAPACITORES EM SRIE

As capacitncias dos capacitores ligados em srie so iguais, dado que a soma dastenses dos capacitores igual tenso total aplicada.Quando os capacitores esto ligados em srie, a capacitncia total sempre menordo que a menor capacidade individual.

LIGAO DE CAPACITORES EM PARALELO

Quando os capacitores esto ligados em paralelo, a capacitncia total igual somadas capacitncias individuais.

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CnCCCCg

1....

3

1

2

1

1

11++++=


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1.8 MAGNETISMO

Chamamos de magnetismo a propriedade que certas substncias possuem de atraircorpos de ferro, nquel ou cobalto. A estas substncias denominamos ms.

Os ms podem ser encontrados de forma permanente, que retm a propriedademagntica por tempo indeterminado, e tambm na forma de im temporrio, que tmdurao limitada.

Os ims possuem sempre dois plos magnticos onde esto concentradas as forasde atuao:

Por conveno, as linhas de fora partem do plo norte, por fora do Im, e penetramno plo sul, mantendo um campo de atrao chamado "campo magntico".

Ento: "Campo magntico a regio do espao onde se manifesta a foramagntica.

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Cg = C1+C2+C3+...+Cn


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Como as linhas de fora partem sempre do plo norte para o plo sul, ento plos demesmo nome se repelem e plos de nomes diferentes se atraem.

1.9 ELETROMAGNETISMO

Alm dos ms, tambm acorrente eltrica pode produzir umcampo magntico.Em 1820, Hans Christian Oersteddescobriu que um condutor sendo,percorrido por uma correnteeltrica cria ao redor de si umcampo magntico capaz de alterara direo de uma agulha imantada.

Por isso nunca esquea:

Todo condutor quando percorridopor uma corrente eltrica, gera emtorno do mesmo um campoeletromagntico.

41


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As linhas de fora do campo magnticogerada pela corrente em um condutorretilneo tm a forma de crculosconcntricos em torno do condutor.

Assim, se o condutor for enrolado na forma de uma bobina e receber uma pequenacorrente eltrica, obtm-se um forte campo magntico, devido interao (soma)das linhas de fora.

Para se conseguir uma maior intensidade do campo magntico deve-se:

A) Aumentar o nmero de voltas do condutor (espiras);B) Aumentar a corrente eltrica que circula;C) Introduzir no interior da bobina um ncleo de ferro, que diminua a disperso docampo magntico.

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Assim sempre que circular uma corrente eltrica por uma bobina gerado um"Campo Magntico". Este artifcio utilizado na construo de Rels, InterruptoresMagnticos, etc...

A outra propriedade :Quando um campo magntico corta ou cortado por um condutor induzida umacorrente eltrica neste condutor.

A intensidade da corrente induzida diretamente proporcional a:

A) Comprimento do condutor (n. de espiras da bobina);B) Intensidade do campo magntico;C) Velocidade do movimento condutor ou do campo magntico;

Este o princpio bsico de gerao de energia eltrica atravs do movimento(Queda d'gua. Geradores a leo combustvel, alternadores, etc...).Esta propriedade utilizada tambm na construo de motores eltricos.

1.10REL

O rel constitui um exemplo prtico da aplicao do efeito magntico.Quando uma bobina percorrida por corrente, forma-se nela e no seu ncleo deferro um campo magntico, que provoca a atrao do brao de contato em direo bobina, fechando-se em consequncia os contatos eltricos do circuito. Se aalimentao de corrente bobina for interrompida, desfaz-se o campo magntico.Com a ajuda de uma mola de retomo, o brao de contato regressa sua posioinicial e o circuito aberto.Nos veculos, os rels so usados para inmeras funes, essencialmente para a

transferncia de altas correntes.Alm disso, a converso de impulsos eltricos em movimento mecnico pode serutilizada, por exemplo, nas vlvulas de solenide.Quando o campo magntico se desfaz, surge uma contra tenso muito elevada noscomponentes atuadores (vlvula de solenide, vlvula do ar de pulsao). Estacontra tenso (tenso de induo) tem de ser mantida baixa por meio de circuitosadequados.

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1 Brao de contato com contato eltrico.2 Bobina com ncleo de ferro.

3 Mola de retorno.4 Ligao fonte de tenso.IS Circuito de controle (comando).IL Circuito de potncia (carga).

Os rels podem ser:

NA Normal Aberto: Alimenta a carga (fecha o contato) quando energizado.NF Normal Fechado: Tira a alimentao da carga quando energizado.

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85 e 86 Circuito de Controle (comando).30 e 87 Circuito de Potncia (carga).


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1.11 GERAO DE UMA TENSO ALTERNADA SENOIDAL

Conforme vimos, quando um condutor percorrido por uma corrente eltrica, surgeao seu redor um campo magntico.

Michael Faraday descobriu que quando um condutor colocado na presena de umcampo magntico varivel, cria-se nos terminais deste condutor uma diferena depotencial.Heinrich lenz, estudando os fenmenos descritos por Faraday, formulou uma lei parao, sentido da corrente induzida. Segundo a lei de lenz, "o sentido. da correnteinduzida tal que o campo magntico por ela criado contrarie o campo que a gerou".

Se o m for movimentado, aproximando e afastando da espira condutora, a variaodo campo magntico ir gerar uma tenso induzida na espira. Esta tenso induzidatambm chamada de fora eletromotriz (f.e.m.), e dada em volts.

Os eltrons livres do condutor movem-se juntamente com este. Sobre qualquerpartcula carregada que se mova num campo magntico, exercida uma foradesignada por fora de Lorenz (Lorenz:cientista holands). Isso resulta em que oseltrons livres do condutor so conduzidos para um dos'seus lados. Gera-se assimexcesso de eltrons de um lado do condutor e escassez do outro lado, onde cria-seuma tenso entre as extremidades do condutor.

[

45

1 Movimento.2 Enrolamento condutor de fio de cobre.3 Im permanente.4 Campo magntico.


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A direo da tenso induzida depende dadireo de movimentao do condutor e daorientao do campo magntico.

A tenso alternada aumenta de 0V at ao

seu valor positivo mximo (amplitude) e caiem seguida abaixo da linha dos 0V para oseu valor negativo mximo, regressandodepois novamente aos 0V, e assimconsecutivamente.

Ao nmero de vezes por unidade de tempo(segundos) que estas oscilaes acontecemd-se o nome de frequncia.

PRINCPIO DE FUNCIONAMENTO DO GERADOR

Tal como acontece com a gerao de tenso alternada unifsica, a tenso alternadatrifsica gerada em combinao com um movimento rotativo.

Existem trs bobinas idnticas em crculo defasadas de 120. Segundo a lei dainduo, a rotao do rotor induz tenses senoidais AC igual disposio dasbobinas, e as tenses nelas induzidos so tambm defasadas de 120.

1.12 TRANSFORMADOR

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Alterao da tenso representada em onda senoidal1 Amplitude2 1 oscilao total = 1ciclo =T

U Tenso em voltst Tempo em segundosA unidade da frequncia o Hertz (Hz)Tf 1=

U Tenso em volts.T Tempo em segundos.

1 Estator com enrolamentos2 Rotor com enrolamentos de excitao


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E um dispositivo utilizado para aumentar ou diminuir uma tenso alternada, semvariar a potncia.

Constitui-se de dois enrolamentos distintos, bobinados sobre um ncleo de ao

laminado. O enrolamento primrio aquele onde se aplica a tenso, e o secundrio o enrolamento do qual se retira tenso modificada.No h ligao eltrica entre os enrolamentos primrio e secundrio. Ao percorrer asespiras do enrolamento primrio, a corrente cria um campo magntico, cujas linhasde fora passam pelo ncleo e enlaam o enrolamento secundrio, induzindo nesteuma tenso.

Um mesmo transformador pode ser elevador ou abaixador de tenso, dependendodo lado em que a tenso de alimentao aplicada.O lado de maior tenso tem menor corrente. Seu enrolamento, de resistncia eltricaalta, contm mais espiras e feito com fio de dimetro reduzido. O outro lado,aquele, de tenso menor tem corrente maior. Sua bobina de baixa resistnciaeltrica e tem menos espiras, de fio de maior dimetro.

O transformador quase no tem perdas, por no possuir peas mveis.Um transformador ideal obedece s seguintes equaes.

47

Potncia do primrio = Potncia do secundrio ( Pp = Ps)

Vp. Ip = Vs.Is

Vp = Tenso do primrioIp =Corrente do primrioNp = Nmero de espiras do primrio.Vs = Tenso no secundrio.Is = Corrente no secundrio.Ns = Nmero de espiras do secundrio

Ip

Is

Ns

Np

Vs

Vp==


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Se o nmero de espiras do secundrio for maior que o numero de espiras doprimrio o transformador ser elevador de tenso. Caso contrrio, ser abaixador detenso.

Exemplo:

Calcule a tenso de sada (secundrio) de um transformador que possui as seguintesespecificaes:

Tenso do primrio igual a 110V.N. de espiras do primrio 400 espiras.N. de espiras do secundrio 800 espiras.

Soluo:

Dados: Vp =110VVs = ?Np = 400 espirasNs = 800 espiras

400Vs = 110.800

400Vs = 88000

Vs = V220400

88000=

Tenso no secundrio 220V (Transformador elevador de tenso).

48

Ns

Np

Vs

Vp=

800

400110=

Vs


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II - MULTMETRO AUTOMOTIVO

Agora que conhecemos os conceitos bsicos de Corrente (A), Tenso(V) eResistncia () vamos ver como devemos operar o nosso multmetro de forma a

obter as medidas desejadas.

O multmetro uma ferramenta indispensvel ao eletricista, que o permitediagnosticar defeitos de maneira direta. Ele rene basicamente: um Voltmetro, um

Ampermetro e um Ohmmetro.Para medir, basta selecionar a funo e a escala desejada, e utilizar o instrumentode acordo com o que foi descrito anteriormente para medidas de corrente, tenso eresistncia, conforme o caso.

Existem multmetros convencionais (analgicos e digitais) e automotivos (digitais).Os convencionais podem ser utilizados na rea automotiva, porm precisam de uma

ateno especial nas medies de resistncia eltrica para que o mesmo no venhaa queimar alguns componentes eltricos automotivos, como por exemplo, o mdulode injeo eletrnica.O Multmetro automotivo foi fabricado exclusivamente para ser utilizado na reaautomotiva sem que o mesmo venha a danificar os componentes eltricos eeletrnicos do veculo se usado corretamente.

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MULTMETROS CONVENCIONAIS DIGITAIS E ANALGICOS

Analgico

Digital


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Abaixo temos um multmetro digital AUTOMOTIVO com seus elementos e suasfunes principais:

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TensoContnua Diodo e

continuidade

Milivoltcontnuo

Tensoalternada

Resistncia

Miliamprecontnuo ealternado

Correntecontnua ealternada.

Boto seletor

Borne para medio decorrente at 400mA ( 0,4A)

Borne para medio decorrente at 10A.

Borne para ponta deprova vermelha.Utilizado paramedio de tenso,

corrente, diodo econtinuidade.

Borne paraconexo da pontade prova preta.

Visor(Display)Hold (congela amedio executada)

Range escolhe onmero de casasdecimais para melhorpreciso na medio

MULTMETRO AUTOMOTIVO DIGITAL


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---- ( DCV / V )

__

----

----

( DCV / V )

__

__

Medindo tenso continua

Selecione as funes do multmetro conforme desenho e coloque as pontas de provaem paralelo com o componente a ser medido.

Medio de tenso alternada ( ACV/V )

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~

~


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----

( DCA /A )__

Selecione o multmetro conforme desenho e coloque-o em srie com o componente.

Ateno! A colocao do ampermetro em paralelo com o componente far

com que o fusvel do multmetro se abra instantaneamente.

Medindo corrente contnua

Selecione o multmetro conforme desenho e coloque-o emsrie

com o componente.

Ateno! A colocao do ampermetro em paralelo com o componente farcom que o fusvel do multmetro se abra instantaneamente.

52


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Medindo resistncia eltrica

Selecione conforme desenho e coloque as pontas de prova em paralelo com ocomponente.

Ateno! O circuito deve estar desligado da fonte de tenso.

Leitura da informao no display do multmetro

Tome cuidado com a leitura que est no display do aparelho de medio, ela podeestar sendo em mltiplos e submltiplos.

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1K = 10001M = 1000000OL ou 1 Significa que a resistncia infinita.

1mV = 0,001V


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Cuidados especiais com o multmetro:

Ao utilizarmos o multmetro temos que ter cuidados especiais para no danificar oaparelho e nem sofrer acidentes.

Chave seletora de funes e pontas de prova.

Deve haver coerncia entre a funo selecionada e a instalao das pontas deprova.

Obs.: A posio da ponta de prova Vermelha na medio de corrente diferenteda medio das outras funes.

Cuidado com os fusveis e valores mximos de medio:

O multmetro possui fusveis internos para proteo durante a leitura de correnteseltricas, jamais os substituam por fusveis que no tenham as mesmascaractersticas, estes fusveis so de ao rpida para se abrirem antes doscomponentes eletrnicos internos do multmetro.

54

Tome cuidado tambm com a capacidade mximade isolao dos componentes do multmetro.


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lll - SEMICONDUTORES

Os semicondutores so slidos cujos tomos se

encontram dispostos em padres regulares, ouseja,que possuem uma estrutura cristalina. Prximosdo zero absoluto (-273 C), os semicondutores purosatuam como isoladores. No entanto, temperaturaambiente tomam-se condutores, ainda que empequena escala.

Em termos de condutividade, estes materiais' encon-tram-se entre os metais e os isolantes, e so deno-.minados semi-condutores.

Para explicar a forma como os componentes dosemicondutor funciona, utilizaremos o silcio.como exemplo, pois trata-se do material semi-condutor mais amplamente usado. Os processosatmicos so semelhantes ao do germnio e deoutros materiais semicondutores.

Na rbita mais externa do tomo de silcio encon-

tram-se quatro eltrons aos quais se d o nome deeltrons de valncia. Cada eltron de valnciapertence ao seu prprio tomo e ao tomo maisprximo, o que liga os tomos entre si (ligao depar eletrnico).

A temperaturas muito baixas, o eltron de valnciano pode sair da sua posio na rede cristalina, poisnessas temperaturas, o cristal no conduz.

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tomo de Silcio

1 Primeira rbita - 2 eltrons.2 Segunda rbita - 8 eltrons3 Terceira rbita - 4 eltrons(de18 possveis)4 Ncleo

Si tomo de silcio1 Eltron de valncia2 Ligao de par eletrnico.3 Representao simplificada


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temperatura ambiente, os tomos dos semicondutores movimentam-se na redecristalina oscilam. Desse modo alguns eltrons separam-se dos seus tomos emovimentam-se livremente na rede cristalina. Se for aplicada uma tenso redecristalina, estes eltrons movem-se do plo negativo para o plo positivo da fonte de

tenso.Aos eltrons que se movimentam livremente no cristal d-se o nome de eltronscondutores. Quando um eltron da camada ou rbita de valncia se afasta da sualigao par, cria um espao (vazio), que denominado de lacuna (no caso, lacunapositiva, pois falta eltron). Estas lacunas contribuem tambmpara a movimentao de eltrons (corrente eltrica).Quando se aplica uma tenso a um cristal semicondutor, os eltrons condutorespassam do plo negativo para o positivo.

A temperaturas elevadas, existem no semicondutor mais eltrons condutores econsequentemente mais lacunas.A condutividade dos semicondutores aumenta com o aumento da temperatura. Emoutras palavras, a resistncia de um semicondutor diminui com o aumento datemperatura.

Representao simplificada:

Imaginemos o cristal de silcio como umrecipiente de vidro e observemos osseus aspectos mais importantes: asbolas (eltrons de valncia), que seperderam da rede cristalina,movimentam-se Ilivremente no cristal.Os crculos pontilhados representam aslacunas deixadas pelas bolas.Os nmeros de bolas e de crculospontilhados dependem da temperatura.

Se aplicarmos uma tenso ao recipiente de vidro (consideremos a placa de vidro dolado esquerdo como o plo negativo e a placa de vidro do lado direito como opositivo), as bolas transferem-se parao plo positivo atravs dos crculos (lacunas).O nmero de partculas livres portadoras de carga no semicondutor pode serconsideravelmente aumentado adicionando-se ao cristal determinadasImpurezas.

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Movimentao de eltrons numsemicondutorSi tomo de silcio1 eltron2 lacuna

1 Recipiente de vidroCrculos lacunasBolas eltron de valncia


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Se introduzirmos um tomo estranho com cincoeltrons de valncia na rede cristalina do silcio

(quatro na rbita externa), apenas quatro doseltrons de valncia podem ser combinados. Oquinto utilizado para a conduo de carga.

Dado que neste caso o transporte de carga se faz atravs de transportadores decarga negativa(eltrons), d-se a estes semicondutores o nome de condutores N.

Os semicondutores tipo N possuem eltrons livres como transportadores de carga.Quando se introduz um tomo com trs eltrons de valncia no cristal de silcio, ostrs eltrons so combinados, mas um encontra-se ausente da rede cristalina,surgindo uma lacuna.

Pode acontecer que, um eltron de valncia de um tomo vizinho salte para estalacuna na rede cristalina, criando outra lacuna.

Neste caso, o transporte da corrente feito por meio de transportadores de cargapositiva; por esse motivo este semicondutor designado de condutor P.

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1 Recipiente de vidroCrculos lacunasBolas eltron de valncia

Si tomo de silcio ( 4 eltrons de

valncia)Sb Antimnio (5 eltrons de valncia)1 eltrons Condutores

Si tomo de silcio( 4 eltrons de valncia)In tomo de ndio (3 eltrons de valncia)1 Eltron2 Lacuna


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Os semicondutores tipo P utilizam-se de lacunas para o transporte de carga.Pode-se dizer tambm que:

Os semicondutores do tipo N so redes cristalinas doadoras de eltrons.Os semicondutores do tipo P so redes cristalinas receptoras de eltrons.Quando se aplica uma tenso a um material condutor N, h uma passagem deeltrons do plo negatIvo para o positivo.Quando se aplica uma tenso a um material condutor P, h uma passagem delacunas do plo positivo para o negativo.3.1 DIODOS SEMICONDUTORES

Se juntarmos um semicondutor P a um N, cria-se a denominada juno PN. Estajuno forma um componente eletrnico: o diodo.No limite entre os condutores P e N h passagem de eltrons condutores docondutor N para o P as lacunas do condutor P passam para o condutor N.

A este processo d-se o nome de difuso. Perto do limite P-N, qualquer eltron daregio N preenche uma lacuna na regio P e na regio P as lacunas so preenchidaspor eltrons da regio N.Isto significa que a regio de ambos os lados da juno PN possui muito poucostransportadores de carga e que, sem tenso aplicada, atua como camada isoladora.

A esta camada isoladora, d-se o nome de juno. uma zona neutra, pois ofereceuma barreira de potencial. Ser necessrio aplicar uma tenso mnima para queeltrons e lacunas conduzam cargas atravs desta barreira.

Se aplicarmos uma tenso na juno PN, a situao pode alterar-se de diversasformas, dependendo da polaridade: se o condutor P for ligado ao plo positivo e ocondutor N ao plo negativo, a tenso fora a passagem de eltrons condutores docondutor N e de lacunas do condutor P para a camada de juno.Esta gradualmente reduzida at desaparecer completamente na chamada tenso direta.Se o plo positivo for ligado ao condutor P e o negativo ao condutor N, a camada de

juno desaparece e a corrente flui atravs do diodo.

Se o plo positivo for ligado ao condutor N e o negativo ao condutor P, a camada dejuno aumenta e odiodo bloqueia a corrente eltrica.

As ligaes eltricas do diodo so designadas de "nodo" (+) e "ctodo" (-),correspondendo o nodo ligao do condutor P e o ctodo do condutor N.

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1 Material condutor2 Lacunas3 Material condutor P4 EltronsI direo da correnteI

ECorrente de eltrons

ILCorrente de lacunas

1 Condutor N2 Juno PN3 Condutor P4 Eltrons5 Camada de Juno6 Lacunas

1 Condutor P2 Juno P3 Condutor N4 Eltrons5 Smbolo do diodo.

6 Lacunas7Camada da juno

1 Condutor N2 Juno PN3 Condutor P4 Eltrons5 Smbolo do diodo6 lacunasI Fluxo da corrente


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Existem mltiplas utilizaes para os diodos nos automveis; por exemplo:retificadores, protetores de inverso de polaridade, diodos de rels de corte, vlvulasde solenide, vlvulas de controle do ar da marcha-lenta, diodos unidirecionais emcircuitos impressos, etc.

3.2 TIPOS DE DIODOS

Diodos retificadores

Os diodos de silcio so essencialmente utilizados em retificao.No caso do exemplo ao lado, as lminas de silcio, compostas de condutor N econdutor P, encontram-se dentro de um alojamento. Neste diodo de silcio, a correnteflui da cpsula para o cabo.

A curva caracterstica de um diodo retificador de silcio muito mais profunda nabanda passante do que aquela dos diodos de germnio. Assim, sendo a tensodireta a mesma, h uma passagem de corrente maior pelo diodo retificador de silcio.

Na camada de juno, a corrente reversa muito pequena, aumentando apenas umpouco quando a tenso reversa aumenta. S quando se alcana a tenso de rupturado nodo que h um aumento sbito da corrente reversa.Na prtica, o valor da tenso reversa no diodo retificador de silcio no deve de modoalgum atingir a tenso de ruptura, pois isso provocaria a sua destruio.

Diodos Zener

Normalmente, os diodos Zener s so usados na direo do bloqueio. Se a tensoaplicada exceder a tenso reversa admissvel (tenso Zener ou de Ruptura), o diodoZener conduz. Esta aplicao do diodo como limitador de tenso dura enquanto atenso aplicada exceder a quantidade admissvel. Os diodos Zener so usados paraproteo contra sobretenso (por exemplo, em instrumentos de medio). Uma outraaplicao importante a estabilizao de tenso em sistemas eletrnicos. Campos

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1 Smbolo2 Lmina de sillcio

3 Alojamento.4 Vedao de vidro.5 Cabo6 Terminal

UR Tenso reversaUF Tenso diretaIR Corrente reversaIF Corrente diretaUs Tenso limiarUD Tenso de rupturaSi Curva caracterstica do silcioGe Curva caracterstica dogermnio

Regio de bloqueio de um diodo delimitadorUR Tenso reversaIR corrente reversaUz tenso de ruptura ou zener1 Smbolo


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de aplicao no automvel: no mdulo de controle eletrnico do motor, paraestabilizao da tenso de alimentao de 5 V fornecida aos sensores.

Diodos emissores de luz

O diodo emissor de luz (LED: Light Emitting Diode)funciona no sentido de passagem.Dependendo do tipo utilizado, o diodo emite luzcom comprimentos de onda na faixa de infra-vermelho e luz visvel. Os diodosemissores de infravermelhos (IRED: Infrared Emitting Diode) so, por exemplo,usados em barreiras luminosas.

Os LED que emitem luz visvel apresentam-se nas seguintes cores: verde, amarelo,laranja, vermelho e azul.Em automveis, os LED so usados como fontes de luz e como indicadoresluminosos. O LED necessita de uma resistncia que atue como limitador de corrente.

Dependendo do tipo de diodo, a tenso limiar situa-se aproximadamente entre 1,35Ve 2,5 V, e a tenso de ruptura entre 3 e 6 V.

60

EU

Tenso de alimentao (por exemplo, 8-14V)

UV

Tenso de alimentao estabilizada (por

exemplo, 5V)1 Resistncia.

1 Diodo LED2 Smbolo


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3.3 RETIFICAO AC/DC

Retificadores de meia-onda

Quando se aplica uma tenso alternada (AC) a um diodo, a tenso retificada,sendo o resultado a produo de uma tenso denominada de contnua pulsada (DC).Se a meia-onda positiva da tenso alternada for, aplicada ao nodo, este conduz epermite passagem da meia onda, ou seja, h a passagem de uma corrente com aforma desta meia onda atravs do diodo. A subsequente meia onda negativa(negativa no nodo) bloqueada pelo diodo. Durante a meia onda negativa no hpassagem de corrente.

Consequentemente, a tenso fornecida ao consumidor consiste numa srie de meiasondas positivas, separadas por perodos que correspondem durao da tensonegativa, durante os quais a tenso baixa para 0 volts.

Retificadores de onda completa

O retificador de onda completa utiliza um circuito em ponte com quatro retificadores.O circuito montado de maneira que a meia onda negativa no suprimida, mas simtotalmente utilizada.

Quando a meia onda positiva da tenso alternada se encontra em L2, o plo positivo ligado extremidade superior e o plo negativo extremidade inferior doenrolamento secundrio.

Assim, a corrente passa atravs do diodo D2, do consumidor R1 e do diodo D3,regressando ligao negativa de L2.Os diodos D1 e D4 invertem.

A tenso que passa pelo consumidor corresponde meia onda positiva.

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U ~ Tenso alternadaL

1Erolamento primrio

L2 Enrolamento secundrioD

1Diodo

R1

resistncia de carga(Consumidor)

U ~ Tenso alternadaL

1Enrolamento primrio

L2 Enrolamento secundrioD

1-4Diodo

R1

resistncia de carga (consumidor)

EU Tenso de alimentaot Tempo1 Tenso de sada na resistncia de Carga

R1

EU

Tenso de alimentao

T Tempo1 Tensa de sada na resistncia decarga R1


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Se, a meia onda negativa da tenso alternada estiver em L2, o plo negativo ligado extremidade superior e o positivo extremidade inferior do enrolamentosecundrio. Deste modo a corrente percorre o diodo D4, o consumidor R1 e o diodoD1,regressando ligao negativa de L2 Os diodos D2 e D3 invertem. A corrente

gerada pela meia onda negativa percorre o consumidor na mesma direo que agerada anteriormente pela meia onda positiva.Assim, a tenso que percorre o consumidor R1 tem a mesma polaridade em ambosos casos.

A tenso que percorre R1, tambm pulsada continuamente.

As tenses e correntes de sada fornecidas pelos circuitos retificadores contmcomponentes de tenso alternada e de corrente alternada. Entretanto, para muitasaplicaes so necessrias tenses e correntes contnuas puras. Com a ajuda de umcircuito de filtragem, estes componentes alternados (AC) podem ser filtrados oureduzidos ao ponto de os seus resduos no mais serem prejudiciais. No possvel

eliminar totalmente os componentes AC.O circuito de filtragem compe-se normalmente de uma resistncia e um capacitor(circuito de filtragem RC) ou de uma bobina e um capacitor(circuito de filtragem LC).

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C

+

U ~ Tenso alternadaL1 Enrolamento primrioL2 Enrolamento secundrioD1-4 DiodoR1 resistncia de carga ( Consumidor)C Capacitor

Circuito de filtragem com capacitorU Tenso de alimentao na Resistncia decarga R1.T Tempo.


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3.4 O TRANSISTOR

O transistor constitudo por trs camadas semicondutoras. Nos transistores NPN,as duas camadas exteriores so condutores N, sendo a camada central um condutorP. O transistor possui, assim, duas junes PN, nas quais se formam camadas de

juno.

primeira destas camadas d-se o nome de emissor, dado que emite (envia)portadores de carga. camada central d-se o nome de base.Esta controla a emisso de portadores de carga. ltima camada d-se o nome decoletor, pois rene portadores de carga.

Existem dois tipos de transistor: o PNP e o NPN.Nos transistor NPN, o emissor envia "eltrons"; no transistor PNP, emite "lacunas". Osmbolo identificativo do emissor uma seta, a qual indica a direo convencional dacorrente do emissor.Nos transistores NPN, as direes dos diodos so opostas s dos transistores PNP,o que significa que as polaridades da fonte de tenso ligada tambm devem serinvertidas.

Em seguida, explicado o princpio de funcionamento do transistor, tomando comoexemplo o transistor NPN.

Se ligarmos o plo negativo de uma fonte de tenso ao emissor e o plo positivo aocoletor, no se verifica passagem de corrente.

Os eltrons do coletor deslocam-se em direo ao plo positivo, as lacunas da baseso repelidas pelo potencial positivo e deslocam-se para a juno entre a base e oemissor. Em consequncia, a camada de juno entre o coletor e a base aumenta.

Os eltrons do emissor so repelidos pelo potencial negativo da fonte de tenso emovem-se em direo juno entre o emissor e a base, tal como sucedeu com aslacunas da base. Assim, a juno entre oemissor e a base desaparece.

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1 Representao do transistor NPN

2 Smbolo do circuito do transistorNPNE EmissorB BaseC Coletor

1 Representao2 Smbolo do circuito do transistor PNPE EmissorB BaseC Coletor

E emissorB Base

C ColetorRLresistncia de carga.


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Se aplicarmos adicionalmente uma tenso positiva baixa base, h um fluxo de

eltrons do emissor para a base atravs da juno PN. O coletor, que se encontraligado ao potencial positivo, atrai a maior parte dos eltrons que se encontram nacamada da base e "suga-os" atravs da juno PN entre a base e o coletor.Consequentemente sai corrente do coletor. Uma pequena parte da corrente doemissor regressa fonte de tenso da base atravs desta ltima, formando assim acorrente de base (ou corrente de controle).

A relao entre a corrente do coletor e a corrente da base d-se o nome deamplificao de corrente contnua. Os esclarecimentos sobre o funcionamentotambm se aplicam ao transistor PNP com exceo de que deve-se levar em contaas diferenas de polaridade e de corrente.

Atravs da alterao da tenso na base (por meio de um potencimetro, porexemplo), a corrente do coletor pode ser aumentada ou diminuda e ainda ligada oudesligada. Desta forma, o transistor pode ser usado no s como amplificador, mastambm como interruptor.

Se for utilizado um transistor como interruptor, cria-se no transistor uma tenso baseemissor no sentido de passagem. A tenso aplicada tem de ser maior do que atenso limiar, a fim de deixar passar a corrente do coletor. O consumidor ligado aocabo do coletor. Se for utilizada, por exemplo, uma resistncia dependente da luz naalimentao de tenso da base-emissor, o transistor pode ser usado como interruptordependente da intensidade da luz.No se inclui nesta publicao uma explicao de outros tipos de transistor, pois istoultrapassa o mbito deste curso bsico.

Nos automveis, o transistor usado essencialmente como interruptor, pois no sebaseia na abertura e fechamento de contatos, constituindo um interruptorextremamente rpido e isento de desgaste (ver, por exemplo, igniotransistorizada).

ANALOGIA DO TRANSISTOR COM O REL

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E EmissorB BaseC ColetorR

LResistncia de carga.

RB

Resistncia de base


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Um transistor se parece muito como um rel numa forma eletrnica. Os rels soutilizados sempre que uma corrente precisar ser transferida por uma fonte remota.Um transistor pode executar esta funo com maior velocidade e maior

confiabilidade. Para explicar melhor como um transistor funciona, iremos compararsua funo quela de um rel executando a mesma tarefa.

Operao

Imagine a parte interna de um transistor NPN como sendo uma combinao de rel ediodo. O "rel" do transistor ativado para completar um circuito entre o coletor e oemissor sempre que a "bobina do rel" energizado.Veja como um "diodo" est ligado por fio dentro do transistor. A corrente s pode fluira partir da base ao emissor (devido ao diodo na extremidade do emissor). Quando otransistor tiver a polaridade e o nvel de tenso corretas fornecidos sua trajetriada base/emissor, ele chamado de transistor polarizado diretamente. Esta condiofaz com que o transistor se ative e se ligue do coletor ao emissor. Isto completa ocircuito carga.

Tanto a pequena corrente de controle (base/emissor) como a grande carga decorrente (coletor/emissor) compartilham do mesmo terminal ao terra do emissor. Istosignifica que o transistor NPN pode ser utilizado como um interruptor do lado do terraonde a tenso da bateria (B+) j foi fornecida ao dispositivo de sada. O dispositivonecessita somente de um terra (fornecido pelo transistor) para funcionar.

Os transistores podem transferir uma carga muito mais rapidamente que um rel.Eles so tambm mais confiveis, pois no possuem peas mveis que possam

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falhar ou desgastar-se. Nenhum tcnico de motores de desempenho moderno podeimaginar os atuais injetores de combustvel eletrnicos sendo acionados por relsindividuais.S para aguar a sua imaginao, voc acredita que injetores de combustvel

acionados por rels podem ser confiveis, durveis e com capacidade de execuona velocidade de um motor automotivo?Nota: Alguns transistores tm a capacidade de estarem parcialmente ligados. Elesproduzem sinais analgicos. Fototransistores,so um exemplo.

Polarizado diretamente - Tenso aplicada a um transistor de tal maneira que otransistor permite um grande fluxo de corrente atravs do mesmo (passa a conduzir).

3.5 SIMBOLOGIA DE COMPONENTES DE CIRCUITOS

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IV -SINAIS ELTRICOS - ELETRNICOS

Existem dois tipos de sinais eltricos utilizados nos sistemas controlados

eletronicamente:DIGITAL e ANALGICO

As entradas e as sadas comunicam e funcionam utilizando ambos os tipos de sinaiseltricos.

4.1 SINAIS DIGITAIS

Um sinal digital est LIGADO ou DESLIGADO. Quando visto com um osciloscpio,

um sinal digital gera um padro de onda quadrado quando ativado repetidamente.Os sinais digitais so produzidos por:

- Interruptores LIGA/DESLIGA.- Sensores de efeito hall.- sensores ticos.

Nota: Estes dispositivos esto explicados em detalhes no curso de injeo eletrnica.Por enquanto necessrio somente reconhecer que diferentes sinais eltricos soutilizados em diferentes situaes e que esses sinais so analgicos ou digitais.

DIGITAL-Um sinal eltrico com dois estados LIGADOS ou DESLIGADOS(ON/OFF).

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4.2 SINAIS ANALGICOS

Um sinal analgico varivel. A tenso varia dentro de uma certa faixa com o tempo.Quando visto com um osciloscpio, os sinais analgicos podem ser AC ou DC.

Analgico Um sinal de tenso que pode fornecer informaes numa faixa detenso.

DC Corrente ContnuaAC Corrente Alternada

Exemplos de ondas de sinais analgicos.

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Exemplo de um sensor analgico Sensor de posio da borboleta(TP)

Um dispositivo tal como o sensor de posio de da borboleta de acelerao(TP)

produz um sinal analgico.Por exemplo, a sada do valor da tenso de um sensor de posio da borboleta emmarcha-lenta tipicamente de 1V ou menos. A tenso gradualmente conforme aborboleta abre-se.

Os sinais de tenso de fontes analgicas podem variar entre os valores mximo e

mnimo.Os sinais digitais possuem somente dois possveis valores-LIGADO ou DESLIGADO.

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Referncias bibliogrficas:

1. Fiat Automveis - Sistemas eltricos I

2. Auto treinamento Ford Fundamentos de eletricidade e eletrnica automotiva.3. Auto treinamento Ford Conceito e funcionamento de sistemas eletrnicos.

4. Treinamento Mercedes- Benz Princpios bsicos de eletricidade

senai-ba - eletricidade e eletr_nica veicular

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