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O Básico da Eletrônica do Automóvel Newton C. Braga Patrocinado por 2 http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/component/banners/click/157 São Paulo - Brasil - 2019 Instituto NCB www.newtoncbraga.com.br leitor@newtoncbraga.com.br Diretor responsável: Newton C. Braga Coordenação: Renato Paiotti Impressão: AgBook – Clube de Autores 3 http://www.newtoncbraga.com.br/ mailto:leitor@newtoncbraga.com.br O Básico da Eletrônica do Automóvel Autor: Newton C. Braga São Paulo - Brasil - 2019 Palavras-chave: Eletrônica - Engenharia Eletrônica - Componentes – Circuitos práticos – Coletânea de circuitos – Eletrônica Automotiva Copyright by INTITUTO NEWTON C BRAGA. 1ª edição Todos os direitos reservados. Proibida a reprodução total ou parcial, por qualquer meio ou processo, especialmente por sistemas gráficos, microfílmicos, fotográficos, reprográficos, fonográficos, videográficos, atualmente existentes ou que venham a ser inventados. Vedada a memorização e/ou a recuperação total ou parcial em qualquer parte da obra em qualquer programa juscibernético atualmente em uso ou que venha a ser desenvolvido ou implantado no futuro. Essas proibições aplicam-se também às características gráficas da obra e à sua editoração. A violação dos direitos autorais é punível como crime (art. 184 e parágrafos, do Código Penal, cf. Lei nº 6.895, de 17/12/80) com pena de prisão e multa, conjuntamente com busca e apreensão e indenização diversas (artigos 122, 123, 124, 126 da Lei nº 5.988, de 14/12/73, Lei dos Direitos Autorais). 4 Índice Apresentação..............................................................................7 Introdução da Edição Original.....................................................8 Eletricidade no carro.................................................................10 Unidades elétricas.....................................................................16 A capacidade de fornecimento de energia de uma bateria..........19 Os fusíveis................................................................................21 A instalação elétrica de seu carro..............................................24 Os resistores.............................................................................28 Os potenciômetros e os trimpots...............................................32 Capacitores...............................................................................35 Capacitores variáveis e ajustáveis.............................................40 Diodos.......................................................................................41 Transistores..............................................................................43 Relés.........................................................................................45 LEDs..........................................................................................47 Os circuitos eletrônicos.............................................................49 A ignição do seu carro...............................................................57 Os problemas da ignição convencional......................................61 Ignição assistida.......................................................................63 Ignições por descarga capacitiva...............................................66 O som de seu carro...................................................................71 O rádio......................................................................................73 Como melhorar a recepção .......................................................79 Os receptores de FM..................................................................85 A qualidade de som...................................................................89 A ligação de alto-falantes no carro............................................98 A potência dos alto-falantes....................................................103 Os filtros.................................................................................106 Amplificadores........................................................................111 Outros aparelhos.....................................................................116 a) pisca-piscas:............................................................116 b) Intervaladores:.........................................................118 c) Lembrete eletrônico...................................................119 d) Alarmes...................................................................120 e) Chaves de código......................................................122 f) VU-meter.................................................................123 g) Equalizador gráfico....................................................123 h) Alarme de pêndulo....................................................124 AS MONTAGENS.......................................................................126 5 A placa........................................................................126 Montagem....................................................................130 VU de LEDS.............................................................................134 Montagem....................................................................136 Ligação........................................................................137 Usando em casa:..........................................................138 VOLTÍMETRO AUTO.................................................................140 Funcionamento.............................................................142 Instalação....................................................................142 TERMÓMETRO..........................................................................144 Funcionamento.............................................................145 Montagem....................................................................146 MEDIDOR DE COMBUSTÍVEL....................................................148 Como funciona.............................................................148 Montagem....................................................................150 TACÔMETRO............................................................................153 Como Funciona.............................................................155 Montagem....................................................................156 Os outros mais de 100 livros sobre Eletrônica .........................161 6 NEWTON C. BRAGA Apresentação Mais um livro que levamos gratuitamente aos nossos leitores sob o patrocínio da MOUSER ELECTRONICS (www.mouser.com). Trata-se de um livro publicado em 1983, mas que aborda um assunto que ainda é atual para o caso dos leitores que possuam ou recuperem carros mais antigos, sem a eletrônica atual da ignição e injeção eletrônica, além das redes automotivas. O livro é de uma época em que reparar, não apenas era possível, como também um bom negócio. Fizemos algumas melhorias, alterações e atualizações ao republicar esse trabalho, esperando que seja do agrado de nossos leitores. A maioria dos conceitos apresentados ainda é ainda atual e elas encontram aplicações práticas. Tudo depende dos recursos, necessidade e imaginação de cada um. A maioria dos componentes citados pode ser adquirida na Mouser Electronics (www.mouser.com). Enfim, mais um presente que damos aos nossos leitores que desejam enriquecer sua biblioteca técnica e aprender muito, e sem gastos. Newton C. Braga (*) (*) Na época, por ter publicado o livro por uma segunda editora, diferente daquela em que trabalhava, o autor usou pseudônimo. 7 O Básico da Eletrônica Automotiva – Mouser Electronics Introdução da Edição Original Qual é a importância da eletricidade no seu carro? Se o leitor possui um carro e gosta um pouco de mecânica, a ponto de mexer em suas partes quando estas dão algum tipo de problema, ou que gostade fazer seus próprios “acertos”, sabe que a eletricidade é fundamental no carro. Sem ela o veículo não anda, não tem a necessária segurança no tráfego, e não apresenta o mesmo conforto com o qual estamos acostumados. De fato, partindo da ignição do veículo que é uma parte elétrica que se responsabiliza pelo funcionamento do motor, passamos pelo dínamo que gera eletricidade para as lâmpadas de sinalização e iluminação, pelos instrumentos e finalmente chegamos aos equipamentos de som. Se bem que na maioria dos veículos a parte elétrica seja simples, existe muita coisa que pode ser feita para se ter um pouco mais em seu carro. A eletrônica com seus recursos modernos pode colocar em seu carro coisas que talvez você nunca tenha antes imaginado, incrementando de tal modo o seu veículo que, sem dúvida ninguém deixar de notá-lo. Se o leitor já tem a habilidade mecânica para mexer no seu carro, fazendo seus ajustes e pequenos consertos, por que não desenvolver a habilidade eletrônica para fazer acessórios dos mais interessantes e dar algo mais a ele? Eletrônica é algo relativamente simples quando praticada como hobby. Conhecendo certo número de técnicas básicas e componentes, o leitor pode facilmente realizar suas próprias montagens a baixo custo e instalá-las em seu carro com facilidade. No Brasil, a disponibilidade de componentes eletrônicos que podem ser usados em montagens para carros é grande, o que facilita aos leitores interessados. Do mesmo modo, os componentes são de baixo custo e podem mesmo ser retirados de aparelhos fora de uso, o que significa muitas possibilidades para os montadores dotados de menos recursos. 8 NEWTON C. BRAGA Se o leitor já faz parte do clube dos mecânicos de porta- de-casa, por que não partir para o clube dos eletrônicos de porta- de-casa, fazendo seus próprios aparelhos? Este livro tem justamente esta finalidade: levar ao leitor os conhecimentos básicos de eletrônica necessários a montagens destinadas ao seu carro. Depois de levarmos ao leitor estes conhecimentos, daremos projetos práticos com os quais o carro do leitor sem dúvida passará a ser o mais incrementado de sua rua, de seu bairro ou mesmo de sua cidade. E, o mais importante de tudo isso: os projetos que o leitor vai aprender a montar podem se constituir numa fonte de rendimento extra. O leitor ficará surpreso pela quantidade de amigos e conhecidos que estarão dispostos a lhe pagar para colocar no seu carro, os mesmos aparelhos que você montou para o seu. Mas, quais são os aparelhos eletrônicos que podem ser colocados num carro? Existem os aparelhos que visam melhorar o desempenho do veículo, existem os aparelhos que servem de enfeite simplesmente e também os que apresentam utilidade prática como acessório. No primeiro grupo, que visa melhorar o desempenho do veículo, citamos a ignição eletrônica e os instrumentos de painel. A ignição poderá lhe ajudar a economizar combustível e evitar o desgaste do platinado, do mesmo modo que os instrumentos lhe ajudarão a verificar sempre o funcionamento correto das partes mecânicas do carro, evitando assim seu desgaste. No segundo grupo, dos enfeites, citamos os sistemas de pisca-pisca e sinalização sequencial ou simples, os aparelhos de som e seus complementos, e também alguns tipos de indicadores sonoros de funções. Finalmente, no terceiro grupo colocamos os intervalores para limpadores de para-brisas, os alarmes, os sinalizadores, os carregadores de baterias, etc. Como é, então? O leitor deseja começar a mexer em seu carro de modo diferente? Se sim é a sua resposta, mãos à obra, começando por uma breve lição de eletrônica básica. O autor 9 O Básico da Eletrônica Automotiva – Mouser Electronics Eletricidade no carro A principal fonte de energia elétrica de seu carro é a denominada “bateria”. Na realidade, o nome certo a ser dado a esta fonte de energia é “bateria de acumuladores”, porque ela é forma por um conjunto de acumuladores de chumbo-ácido que são dispositivos que convertem energia liberada em uma reação química em energia elétrica. Cada acumulador de sua bateria é formado por um par de placas, as quais são responsáveis pela produção de uma tensão elétrica da ordem de 2 V. Assim, se o seu carro usa uma bateria 12 V, é porque esta bateria é formada por 6 acumuladores ou pares de placas. Na figura 1, ilustramos a construção interna de um acumulador comum e o símbolo que adotamos para representá- lo. Veja que em eletrônica é muito mais vantagem usarmos determinados símbolos para representar os componentes, pois 10 NEWTON C. BRAGA assim não temos necessidade de desenhá-los com o seu aspecto real. Com isso podemos obter desenhos muito mais simples, denominados “diagramas” nos quais é mais fácil verificar o modo ligação de todas as peças. O que o acumulador faz então, é fornecer energia elétrica forçando a circulação de uma corrente elétrica num circuito. Aparecem então dois termos que o leitor precisa conhecer bem para entender a eletricidade e a eletrônica em seu carro corrente e circuito. O acumulador estabelece num fio ligado em seus extremos, conforme mostra a figura 2, uma espécie de pressão que “empurra” uma grande quantidade de elétrons do polo negativo para o polo positivo. O polo negativo caracteriza-se justamente por ter um “excesso” dos elétrons, enquanto que o polo positivo se caracteriza por ter uma falta de elétrons. A pressão que o acumulador estabelece é a sua TENSÃO, que é medida em Volts (V). Assim, um acumulador que fornece uma tensão de 2 V, empurra os elétrons de um fio com menos força que uma bateria de 12 V. Veja então, que se a “pressão” estabelecida num mesmo fio por uma bateria for maior, maior quantidade de elétrons fluirá por este fio. Esta quantidade de elétrons dá justamente o que denominamos “corrente elétrica”. 11 O Básico da Eletrônica Automotiva – Mouser Electronics Esta corrente que é medida em ampères (A) se relaciona justamente com a quantidade de elétrons que passa por um fio (figura 3) Num acumulador ou bateria, a tensão é fixa, pois depende do material usado na sua construção, de sua ligação interna (dos elementos, etc.). A corrente, entretanto, dependerá da facilidade maior ou menor que os elétrons tenham em passar pelo meio condutor que interliga os polos da bateria. Se for usado um fio fino, por exemplo, os elétrons terão maior dificuldade em circular, ou seja, terão pela frente maior “resistência” e a corrente será menor. Se o fio usado for grosso, a resistência será menor e a corrente será maior. Veja então, que para que a corrente circule, é preciso haver um caminho ou percurso para a corrente ir do polo negativo ao polo positivo da bateria (raciocinar em termos contrários, ou seja, do polo positivo para o negativo também “dá certo”. daí muita gente preferir tratar em termos de corrente “convencional” para esta). Este caminho ou percurso fechado para a corrente é denominado “circuito elétrico”. Se o circuito for formado apenas por um fio de baixa resistência de modo que a corrente seja muito intensa, conforme mostra a figura 4, a bateria esgota-se rapidamente fornecendo sua energia, e o fio pode aquecer-se a ponto de queimar-se. Temos então um “curto-circuito”. 12 NEWTON C. BRAGA Por outro lado, se no caminho da corrente, colocarmos um dispositivo qualquer que possa receber a energia que os elétrons transportam na forma de corrente elétrica, este dispositivo absorverá esta energia e a usará para alguma coisa e tudo estará bem. Na figura 5, temos o caso em que o dispositivo “alimentado” pela bateria é uma lâmpada comum, que então recebe sua energia. Veja que os elétrons devem passarpela lâmpada indo de um polo a outro da bateria. A lâmpada não “consome” estes 13 O Básico da Eletrônica Automotiva – Mouser Electronics elétrons, mas simplesmente recebe sua energia convertendo-a em luz e calor. Os elétrons devem passar pela lâmpada o que significa que temos deter sempre dois fios de ligação para o circuito. Se um dos fios for interrompido, impedindo assim a circulação da corrente, não importa que ele esteja antes ou depois da lâmpada. Os elétrons não poderão circular e a lâmpada apaga. A função do interruptor, ligado antes ou depois da lâmpada, conforme mostra a figura 6, é justamente interromper a passagem da corrente, quando desejamos desligar algum aparelho alimentado pela bateria. A corrente fornecida por uma bateria tem polaridade certa, ou seja, existe um sentido certo para sua circulação, o que quer dizer que os elétrons sempre fluem do polo negativo para o polo positivo. Esta Corrente é denominada “corrente contínua” (CC) ou ainda “corrente direta” (DC). Esta corrente é diferente da encontrada nas tomadas de alimentação das residências, a qual é alternada (AC ou CA). Assim, além de haver uma diferença de tensão entre a eletricidade de um carro que é de 12 V e a eletricidade da tomada que pode ser de 110 V ou 220 V, temos também uma diferença de tipo, já que a primeira é contínua e a segunda é alternada. 14 NEWTON C. BRAGA Na corrente alternada o que ocorre é uma constante inversão do sentido de circulação dos elétrons, que ora são forçados num sentido e ora noutro. No caso da nossa corrente alternada domiciliar, os elétrons são forçados 60 vezes em cada sentido, o que nos leva a dizer que a corrente alternada da rede local é de 60 Hz (Hertz) e a representamos por uma curva denominada “senoide”, conforme mostra a figura 7. 15 O Básico da Eletrônica Automotiva – Mouser Electronics Unidades elétricas Já vimos que existe uma diferença entre a pressão que uma bateria faz num circuito para provocar a circulação de uma corrente, e a quantidade de elétrons que realmente passa por este circuito. No primeiro caso, a pressão é denominada “tensão” e sua medida é feita em volts. No caso de uma bateria de carro comum, a tensão que ela manifesta quando carregada e da ordem de 12 V. Na prática, este valor pode ser maior, chegando até 13,6 V ou mesmo um pouco mais, pois os pares de placas podem fornecer tensões entre 2 e 2,2 V quando em funcionamento normal. Este valor é muito importante quando pensamos em alimentar qualquer coisa pela bateria de um carro, pois ele é constante no veículo. Retirando a alimentação para um rádio, toca-fitas, amplificador, num carro em que a bateria seja de 12 V, teremos obrigatoriamente esta tensão. É claro que em carros de modelo antigo, podemos ter a bateria com a tensão de 6 V. Esta tensão mais baixa, significando uma “pressão” mais baixa significa também uma menor capacidade de fornecimento de energia ao circuito. A quantidade de elétrons que vai passar pelo circuito, ou seja, que deve passar por dentro de cada aparelho que está sendo alimentado, depende de suas necessidades de energia. Os aparelhos que precisam de maior quantidade de energia exigem, portanto, uma intensidade de corrente maior. A intensidade da corrente no caso, é medida em ampères (A) e pode variar desde 0,1 ou 0,2 A para as lâmpadas dos painéis dos instrumentos de seu carro, até 10 ou mais ampères para o motor de partida ou farol. (figura 8). Veja que esta intensidade de corrente que passa por um determinado dispositivo que está ligado em seu carro está associada a uma resistência. Isto quer dizer que os dispositivos que tem maior necessidade de energia, ou seja, que consomem mais energia apresentam menor resistência. 16 NEWTON C. BRAGA Uma regra simples permite calcular a resistência associada a cada aparelho ou dispositivo de seu carro: basta dividir a tensão que ele precisa para funcionar pela corrente consumida em funcionamento normal. Por exemplo, se uma lâmpada ligada em 12 V tem uma corrente consumida de 2 A, sua resistência é 12/2 = 6 ohms. O “ohm” é a unidade de resistência cuja abreviação é (Ω) e que será encontrada em muitos dispositivos como especificação mais importante. Os múltiplos do ohm são usados em muitos casos, assim como os submúltiplos do ampère. Assim, em lugar de dizermos que uma corrente tem uma intensidade de 0,002 A o que seria para nós “2 milésimos de ampère", escrevemos 2 mA e dizemos “2 miliampères". Se uma resistência tem um valor de 5.000 ohms, em lugar de a expressarmos deste modo, falamos que seu valor é 5 quilohms e escrevemos simplesmente 5 k. Do mesmo modo, em lugar de dizermos que uma resistência tem um valor de 2.000.000 ohms, dizemos que seu valor é “2 megohms” e escrevemos simplesmente 2 M. Veja então que uma resistência de “4k7” significa 4.700 ohms e que 3M3 significa 3.300.000 ohms. Além das unidades de tensão, corrente e resistência, temos uma quarta, muito importante que é a unidade de potência. Por isso, se a quantidade de energia que um aparelho recebe depende tanto da “pressão” elétrica estabelecida pela fonte de energia como da corrente que passa é muito mais interessante fazer esta especificação de um modo que “inclua” as duas grandezas. 17 O Básico da Eletrônica Automotiva – Mouser Electronics Existe então uma unidade denominada “Watt” (W) que é a unidade de potência e que é dada pelo produto da tensão pela corrente. Assim, se um aparelho precisa de uma corrente de 2 A sob tensão de 12 V para funcionar é porque ele precisa de uma energia de 2 x 12 = 24 W. Um aparelho que ligado em 6 V precisa de 4 A, consome também 4 X 6 = 24 W. Veja que podemos obter a mesma quantidade de energia de baterias de tensões diferentes. Se a tensão for menor, a corrente exigida será maior, mas o produto será constante. 18 NEWTON C. BRAGA A capacidade de fornecimento de energia de uma bateria A quantidade de energia que uma bateria pode fornecer aos aparelhos de seu carro, tais como o farol, as lanternas, a buzina, etc., não é ilimitada. O que ocorre na prática é que a medida que a energia da bateria vai sendo gasta, existe um dispositivo de reposição, o dínamo ou o alternador que às custas de energia fornecida pelo movimento do motor, gera eletricidade que se acumula na bateria. Se o dínamo ou alternador parar de funcionar, a energia que a bateria pode fornecer é limitada a certo valor, o que significa que depois de certo tempo ela estará totalmente descarregada. (figura 9). O tempo que uma bateria pode fornecer energia a certa quantidade de dispositivos consumidores de um carro depende não só das características desta bateria como também do consumo de energia destes aparelhos. Assim, quanto maior for a corrente exigida pelos dispositivos, por menos tempo a bateria 19 O Básico da Eletrônica Automotiva – Mouser Electronics pode fornecer-lhes energia. Veja então que, se o leitor possui em seu carro um rádio que consome uma corrente de apenas 1 ou 1,5 ampères em funcionamento normal, o leitor, com o carro parado pode usá-lo durante várias horas sem problemas. Mas, se o leitor possui um equipamento de som de dezenas de watts que exigem correntes que podem chegar até perto dos 10 A, se usado com o carro parado, a durabilidade da carga da bateria não ultrapassará uma ou duas horas. Levar em conta a capacidade de fornecimento de energia da bateria de seu carro é importante não só para evitar problemas de ficar sem a partida num momento inoportuno, como também para evitar problemas com a própria bateria. Veja que, se uma bateria se esgotar totalmente, na recarga ela pode apresentarproblemas. Os fabricantes recomendam que nunca se deixe descarregar totalmente uma bateria para que ela possa ter uma durabilidade maior. Na compra de equipamentos eletrônicos para o seu carro, na sua instalação ou montagem o leitor deve ter em conta este fator importante que é a capacidade de fornecimento de energia da bateria. Os amplificadores de potência muito elevada, acessórios de alto-consumo como sirenes, conjuntos de faróis adicionais, motores que fazem a abertura e fechamento automático de vidros devem ser usados de modo conveniente e moderado, prevendo- se as limitações da bateria do carro. Uma bateria de 12 V de carro, tem uma capacidade de fornecimento de energia de 36 Ah (ampère-hora) o que significa que ela pode fornecer uma corrente de 36 ampères a um aparelho qualquer durante 1 hora. Se o consumo do aparelho for de 6 ampères, basta dividir 36/6 para se obter o valor do tempo durante o qual ela pode fornecer sua energia, ou seja, 6 horas. Esta mesma bateria pode fornecer uma corrente máxima de 41 ampères ou mais mas isso por pouco tempo. É o que ocorre, por exemplo, no momento da partida do veículo. Mais adiante veremos de que modo uma bateria é mantida carregada, e como poderemos fazer o nosso próprio carregador com facilidade, para os casos de emergência. 20 NEWTON C. BRAGA Os fusíveis Os fios que formam a instalação elétrica de um carro tem uma capacidade máxima de corrente que é dada pela sua espessura. Os fios mais grossos permitem a passagem de correntes mais intensas, sem problemas. (figura 10). Se uma corrente mais intensa do que aquela que pode passar por um fio for forçada a circular por ele o resultado é a produção de uma grande quantidade de calor que acabará por queimar o fio causando os mesmos danos ao próprio veículo. Imagine o perigo de um fio próximo a um local em que haja presença de gasolina queimar. O perigo de uma corrente maior do que a máxima especificada por um fio circular está presente sempre, já que não sabemos em que condições pode haver um curto circuito. Basta, por exemplo, que o fio que alimenta o seu rádio ou toca-fitas esteja descascado para que ele encoste no chassi do carro e com isso a corrente pode circular diretamente entre os polos da bateria sem uma resistência que limite sua intensidade, conforme mostra a figura 11. 21 O Básico da Eletrônica Automotiva – Mouser Electronics Para proteger o seu carro, sua instalação e mesmo a bateria de uma rápida descarga em caso de um curto-circuito existem componentes denominados fusíveis. O fusível funciona como "o elo mais fraco de uma corrente”, conforme mostra a (figura 12). Se alguma coisa tiver de acontecer num circuito provocando sua destruição pelo aumento da intensidade da corrente, em primeiro lugar ocorre a queima do fusível. Com sua queima, a corrente é interrompida e o perigo é eliminado. O fusível comum consiste num pequeno tubo de Vidro ou então base de porcelana em que existe uma trilha de metal cuja espessura determina a corrente em que ocorre sua queima. (figura 13). Nota: os fusíveis automotivos modernos têm outro forma to. 22 NEWTON C. BRAGA Assim, se tivermos um aparelho qualquer no carro que funcione com uma corrente normal de 3 A, para protegê-lo usamos um fusível de 5 ou 6A. Se algum problema ocorrer com a instalação deste aparelho e a corrente se elevar excessivamente no seu fio, o fusível queimará interrompendo assim a corrente que pode causar problemas. Veja que o fusível deve ter um valor intermediário entre aquele que corresponde ao consumo normal do aparelho protegido e o valor máximo que o fio suporta. Examinando a instalação elétrica de seu carro você verá que para ligar os dispositivos de maior consumo tais como o farol, a buzina, existem fios grossos e associados a eles, fusíveis de maior capacidade de corrente. Para a ligação de dispositivos de menor consumo tais como o rádio, as lâmpadas do painel existem fios mais finos e fusíveis de menor capacidade. Importante: na troca de um fusível queimado de seu carro, sempre faça-o por um de mesma capacidade, pois este valor já está dimensionado para as características de sua instalação. Trocar por um de menor capacidade de corrente pode significar sua queima imediata quando a instalação for solicitada e trocar por um de maior capacidade pode significar o perigo do mesmo não se romper em caso de curto e com isso estragar a instalação do veículo ou mesmo ocorrer um incêndio. Tenha sempre na reserva fusíveis de diversos valores, segundo as especificações do fabricante de seu veículo. 23 O Básico da Eletrônica Automotiva – Mouser Electronics A instalação elétrica de seu carro Partindo da fonte de energia básica de seu carro, que conforme vimos é a bateria, podemos agora fazer um estudo da instalação elétrica de seu carro para sabermos como e onde, podemos mexer para colocar acessórios eletrônicos. Ligado à bateria do carro temos o dínamo ou alternador que se encarrega de mantê-la carregada. O dínamo ou alternador é um dispositivo que gera energia elétrica a partir do movimento do motor, ou seja, aproveita parte da energia mecânica do motor para produzir eletricidade para a bateria. O que diferencia o dínamo do alternador é que o primeiro produz uma corrente contínua, já de acordo com as características da bateria, portanto, e o segundo uma corrente alternada que deve ser trabalhada para ser aplicada à bateria de modo a fazer sua carga. Conforme veremos futuramente esta função pode ser exercida por diodos semicondutores (figura 14). A partir da bateria, a energia é então enviada para os diversos dispositivos do carro que devem ser alimentados pela sua energia. Na figura 15 temos um diagrama simplificado destas ligações. Veja um fato importante: como a estrutura do carro é metálica e portanto boa condutora de eletricidade podemos aproveitá-la como um dos fios de conexão de energia. Esta conexão é denominada “terra”, daí, cada aparelho que ligarmos ao carro precisa apenas de um fio de alimentação da bateria. O outro “terra” é ligado ao próprio chassi do carro. 24 NEWTON C. BRAGA Nos veículos modernos, o chassi ou terra ou ainda massa, é ligado ao polo negativo da bateria, daí ser esta configuração denominada comumente de “negativo a massa”, ficando o polo positivo como conexão por fios aos aparelhos que devem ser alimentados. Os fios destes aparelhos alimentados passam então pelos fusíveis de proteção para depois seguirem ao painel de controle do veículo onde é feita sua ligação no momento oportuno. Veja que todas as ligações dos aparelhos alimentados por uma bateria são feitas de tal modo que sempre a energia vem diretamente da bateria, isto é, todos são sempre submetidos a uma tensão de 12 V. Este tipo de ligação é denominada “paralelo”, conforme mostra a figura 16, e se diferencia da ligação em série mostrada na mesma figura, em que a tensão não é a mesma em todos os dispositivos e que a corrente que passa num dispositivo dependa da corrente que passa nos outros. A ligação em paralelo garante que todos os dispositivos alimentados sejam independentes no funcionamento e que recebam a tensão nominal da bateria, ou seja, os seus 12 V. Como oportunamente veremos as diversas partes da instalação elétrica do seu carro em separado, deixaremos este item por aqui. 25 O Básico da Eletrônica Automotiva – Mouser Electronics Numa instalação elétrica simples de um veículo encontraremos basicamente poucos componentes elétricos que são os fios, os interruptores ou chaves dos painéis, os fusíveis, as lâmpadas,.etc. Teremos também alguns dispositivos eletromecânicos com os relês e solenoides (figura 17), e um pouco mais raro os componenteseletrônicos como os diodos, transistores, etc. Como o que estamos pretendendo é levar a eletrônica ao seu carro, para começar precisamos conhecer os seus componentes que são bem diferentes daqueles com que o leitor está acostumado a ver em suas “mexidas" sob o capô. 26 NEWTON C. BRAGA Os componentes eletrônicos são especificados por símbolos e valores. Os símbolos estão associados às funções dos componentes que dizem o que eles fazem num aparelho, enquanto que os valores estão associados a números que dizem de que modo estes componentes cumprem suas funções. Em muitos casos o leitor verá, que os componentes podem ser substituídos por seus “equivalentes”. Estes equivalentes são componentes que podem ter formatos diferentes e mesmo marcações diferentes, mas que colocados num aparelho podem exercer as mesmas funções. A utilização de um equivalente exige muito cuidado dos montadores, pois um componente considerado equivalente a outro numa aplicação pode não ser em outra. Um único componente pode exercer funções diferentes num circuito e isso é importante ao se tentar substituí-lo por um equivalente. 27 O Básico da Eletrônica Automotiva – Mouser Electronics Os resistores Os resistores são componentes cujo símbolo e aparência são mostrados na figura 18. Sua função básica é “oferecer uma resistência” à passagem da corrente. Os resistores podem ser feito de carbono, filme metálico ou então de fio de nicromo. Duas são as especificações principais encontradas nos resistores: sua resistência e sua potência. A resistência que é dada em ohms (Ω) diz “quanto de oposição” ele oferece a passagem da corrente, podendo variar entre 0,1 ohm e 22.000.000 ohms para os tipos comuns. A potência diz quanto de corrente ele pode suportar sob determinada tensão o que quer dizer quanto de calor ele pode gerar na tarefa de “oferecer uma resistência”. Veja que os resistores aquecem quando são percorridos por uma corrente, o que quer dizer que se o calor gerado não for transferido ao meio ambiente, sua temperatura pode elevar-se a ponto de ocorrer sua destruição. A potência de um resistor está diretamente associada ao seu tamanho, já que a quantidade de calor que pode ser transferida ao meio ambiente depende de sua superfície de contacto com ele. Na figura 19 mostramos resistores de diversas dissipações (dadas em watts = W) que são encontrados nas principais aplicações eletrônicas. Um problema importante para a utilização de resistores está na leitura de seus valores, já que estes não vem marcados 28 NEWTON C. BRAGA no invólucro por meio de números, mas sim através de anéis coloridos, segundo um código. Os resistores possuem em seu invólucro 3 ou 4 anéis que indicam o seu valor. Os três primeiros anéis indicam o valor da resistência propriamente dita, enquanto o quarto anel, quando existe, indica a tolerância, isto é, a diferença que pode haver entre o valor marcado no componente e o seu valor real. Para os resistores comuns pode-se admitir uma tolerância de até 20% em seu valor sem que isso impeça que ele seja usado numa aplicação prática (figura 20). 29 O Básico da Eletrônica Automotiva – Mouser Electronics Cor Valores Significativos (1a e 2a Faixas) Multiplicador (3a Faixa) Tolerância (4a Faixa) Coeficiente de temperatura (ppm/°C) Preto 0 1 - - Marrom 1 10 1% 100 Vermelho 2 100 2% 50 Laranja 3 1 000 - 15 Amarelo 4 10 000 - 25 Verde 5 100 000 0,5% - Azul 6 1 000 000 0,25% 10 Violeta 7 10 000 000 0,1% 5 Cinza 8 100 000 000 0,05% - Branco 9 1 000 000 000 - 1 Dourado - 0.1 5% - Prateado - 0.01 10% - O terceiro anel quando presente pode ser: prateado = 10% dourado = 5% (a ausência do 4 anel indica 20% de tolerância) 30 NEWTON C. BRAGA Para entender como funciona o código de cores, tomemos um exemplo: Um resistor possui anéis na seguinte sequência (do extremo, para o meio) 1º anel - amarelo 2ºanel - violeta 3.º anel - vermelho 4º anel - prateado O primeiro e o segundo anel determinam os dois algarismos significativos da resistência, ou seja: amarelo = 4 violeta = 7 Temos então 47 O terceiro anel indica o fator de multiplicação: vermelho = x 100 Temos então 47 x 100 = 4 700 ohms A resistência obtida é então 4 700 ohms ou simplesmente 4k7. A tolerância dada pelo 4ºanel é de 10%. 31 O Básico da Eletrônica Automotiva – Mouser Electronics Os potenciômetros e os trimpots Os potenciômetros e trimpots têm seus símbolos e aparências mostradas na figura 21. Estes componentes são classificados no grupo das “resistências variáveis”, ou seja, são dispositivos que podem ter alterada a resistência que apresentam num circuito quando em funcionamento. No caso do potenciômetro, temos um eixo através do qual podemos mudar a resistência apresentada pelo componente num circuito. Num potenciômetro de 100 k (100 000 ohms), por exemplo, atuando sobre seu eixo podemos variar a resistência apresentada num circuito entre 0 e 100 000 ohms. Os potenciômetros podem ser de carbono quando a resistência é obtida por meio de uma trilha de carbono ou grafite, e de fio, quando a resistência é obtida por meio de um fio de níquel-cromo ou nicromo. Os potenciômetros de carbono são usados nos casos em que as correntes controladas são de pequena intensidade sendo, portanto, componentes de pequena potência, enquanto que os potenciômetros de fio são usados nas aplicações em que intensidades maiores de corrente devem ser controladas. Os potenciômetros podem ter conjugados interruptores ou chaves que servem para ligar e desligar um segundo circuito. Na Figura 22 temos um exemplo de potenciômetro com chave, como o que é usado no controle de volume de seu carro em que ao mesmo tempo em que temos uma variação da intensidade sonora pela atuação em seu eixo, também podemos ligar e desligar o aparelho. 32 NEWTON C. BRAGA Existem ainda os potenciômetros duplos, em que, através de um mesmo eixo podemos alterar a resistência de dois circuitos independentes; Estes são usados nos aparelhos estereofônicos, por exemplo, em que os funcionamentos dos dois canais é feito de modo independente. Na figura 23 temos um exemplo de potenciômetro duplo sem chave. A ligação dos potenciômetros é feita soldando-se os fios de ligação nos terminais, em número de 3, existentes em seu corpo. Em algumas aplicações podemos usar apenas 2 dos terminais caso em que dizemos que o dispositivo funciona como um “reostato” e em outras podemos usar as 3 ligações, caso em que ele pode funcionar como um divisor de tensão. Na ligação do potenciômetro é preciso ter muito cuidado com a posição das ligações, já que se houver inversão ele funcionará “ao contrário”. Ao girar para a direita o volume do rádio diminui em lugar de aumentar, por exemplo. Os valores dos potenciômetros dados em “ohms” vêm marcados diretamente em sua parte metálica. 33 O Básico da Eletrônica Automotiva – Mouser Electronics Os trimpots são resistores variáveis usados no ajuste de determinados equipamentos. Através de um trimpot podemos ajustar a resistência para um determinado valor que se obtenha o melhor funcionamento de um circuito. Os trimpots possuem também três terminais de ligação e permitem a variação da resistência entre zero e um valor final que é o valor “nominal” do componente. Por exemplo, para um trimpot de 1 k podemos variar a resistência entre 0 e 1 000 ohms, atuando sobre seu cursor. A atuação sobre o cursor pode ser feita diretamente com os dedos ou com a ajuda de uma chave de fendas. 34 NEWTON C. BRAGA Capacitores Os capacitores fixos são componentes cuja finalidade básica e armazenar cargas elétricas. Nos circuitos eletrônicos estes componentes podem servir para outras finalidades tais comoimpedir ou ajudar a passagem de sinais de determinados tipos “filtrar” determinadas correntes, etc. Os capacitores aparecem numa grande variedade de tipos conforme a aplicação a que se destinam. Na figura 24 temos o símbolo básico adotado para representar um capacitor e os seus aspectos mais comuns. Um capacitor pode ser descrito em sua estrutura básica como dois condutores metálicos entre os quais existe um material isolante que lhe dá nome. Assim, num capacitor de cerâmica, o material isolante é a cerâmica, num capacitor de papel, o material isolante é uma tira de papel, e assim por diante. Um capacitor está em bom estado quando o isolamento entre os dois condutores, denominados “armaduras”, e perfeito. Se o isolamento e perdido, dizemos que o capacitor entra em “curto” e ele não mais pode ser usado em nenhuma aplicação prática. A quantidade de eletricidade que um capacitor armazena é dada pela sua “capacitância” a qual é medida em submúltiplos de uma unidade denominada Farad (F). Assim, podemos usar os milionésimos do Farad para medir um capacitor, chamando esta unidade de microfarad. Podemos usar o bilionésimo do Farad, chamando esta unidade de nanofarad, e o trilionésimo do Farad chamando esta unidade de picofarad. 35 O Básico da Eletrônica Automotiva – Mouser Electronics Os valores e as indicações destes submúltiplos são dadas abaixo: 1 microfarad = 0,000 001 Farad = 1 uF 1 nanofarad = 0,000 000 001 Farad = 1 nF 1 picofarad = 0,000 000 000 001 Farad = 1 pF Veja então que: 1 microfarad = 1 000 nanofarad : 1 000 000 picofarad Os capacitores mais comuns usados nos trabalhos de eletrônica apresentam capacitâncias entre 1 pF e mais de 50 000 uF , o que representa uma faixa de valores extremamente ampla. Dentro desta faixa teremos muitos tipos de capacitores, cada qual indicado para determinadas funções. Damos a seguir alguns destes tipos com suas principais funções: Capacitores de papel: estes são tipo “tubulares”, pois as tiras de condutores e do isolante são “enroladas” de modo a formar um cilindro, conforme mostra a figura 25. Estes capacitores são usados nos circuitos de baixas frequências, ou seja, que trabalham com sinais correspondentes a sons e com correntes contínuas. Capacitores a óleo: estes têm estrutura semelhante ao dos capacitores de papel com a diferença de que a folha de papel que forma o isolante é impregnada de um óleo especial. 36 NEWTON C. BRAGA Capacitores de poliéster e policarbonato: estes são capacitores em que o isolante é uma espécie de plástico que lhe dá nome. Estes capacitores são usados nos circuitos de baixa e de média frequência. Capacitores de cerâmica: nestes o elemento isolante é a cerâmica, sendo usados nos circuitos de altas frequências e também de baixas frequências. Capacitores eletrolíticos: estes são capacitores de valores altos que são usados em circuitos de baixas frequências, e na filtragem de correntes contínuas. Os capacitores possuem duas especificações básicas: A primeira refere-se à “quantidade de eletricidade” que pode ser armazenada que é a capacitância, e que pode aparecer numa das unidades vistas, submúltiplos do Farad. A outra é a tensão de trabalho, dada em volts que indica quantos volts no máximo podemos aplicar ao capacitor sem que ocorra perigo de sua queima. Em alguns tipos de capacitores como os de poliéster metalizado, os valores são dados de um modo semelhante ao usado nos resistores, ou seja, por meio de cores. Na figura 26 temos um capacitor deste tipo em que a leitura das faixas se faz da cabeça em direção dos terminais do seguinte modo: a) Os três primeiros anéis ou faixas dão a capacitância ou valor do capacitor em picofarads. b) A quarta faixa dá a tolerância do componente que é a diferença entre o valor marcado e o valor real. c) A quinta faixa dá a tensão de trabalho do capacitor. 37 O Básico da Eletrônica Automotiva – Mouser Electronics O código é então mostrado a seguir: Nota: estes capacitores não mais são fabricados, assim, só são encontrados em equipamentos antigos. O leitor deve conhecer o código se deseja restaurar o aparelho. Tomemos como exemplo o capacitor mostrado na figura 27: 1º anel = vermelho 2º anel = violeta 3º anel = laranja 4º anel = preto 5º anel = vermelho Os dois primeiros anéis indicam que os dois primeiros algarismos do valor da capacitância são 2 e 7. Temos então 27. O terceiro anel indica que devemos multiplicar este valor por 1 000. 38 NEWTON C. BRAGA Obtemos então a capacitância de 27 000 pF que é o mesmo que 27 nF. O quarto anel indica que a tolerância para o valor é de 20% o que quer dizer que pode haver uma diferença de até 20% entre o valor real apresentado pelo componente e o valor marcado em seu invólucro. Finalmente, o quarto anel ou faixa indica que a tensão de trabalho deste capacitor é de 250 V. Não devemos liga-lo em pontos de um circuito em que a tensão seja maior do que 250 V. 39 O Básico da Eletrônica Automotiva – Mouser Electronics Capacitores variáveis e ajustáveis Do mesmo modo que no caso dos resistores, temos também capacitores cujos valores podem ser modificados pela ação externa. Estes capacitores podem ser ajustáveis ou variáveis e seus símbolos e aparências são mostrados na figura 28. O primeiro tipo, um capacitor ajustável tem seu valor ajustado pela movimentação de um parafuso com a ajuda de uma chave de fenda. Este tipo de componente é usado para se fixar o ponto de funcionamento de circuitos de altas frequências tais como rádios e transmissores em sua aplicação mais comum. O segundo tipo tem sua ação sobre um eixo como elemento de mudança de capacitância, sendo sua função mais comum a de troca de frequência nos circuitos receptores de rádio. 40 NEWTON C. BRAGA Diodos Os diodos semicondutores recebem este nome não porque conduzem a corrente num único sentido que é sua propriedade básica, mas sim porque são feitos com materiais como o germânio ou silício que apresentam uma característica de conduzir a corrente intermediária entre os metais que não condutores e os isolantes. Conforme dissemos, a propriedade que caracteriza este componente é a de conduzir a corrente num único sentido. Na figura 29 mostramos o símbolo adotado para representar um diodo semicondutor comum e as aparências mais comuns com que podemos encontra-lo. Para ilustrar o seu funcionamento podemos imaginar a bateria do carro BI e uma lâmpada no circuito da figura 30. Quando o diodo se encontra ligado da maneira indicada em (a) dizemos que ocorre sua polarização no sentido direto, e a corrente pode fluir livremente fazendo com que a lâmpada acenda. 41 O Básico da Eletrônica Automotiva – Mouser Electronics Quando ligamos o diodo da maneira indicada em (b) ocorre sua polarização no sentido inverso e nenhuma corrente pode circular para acender a lâmpada. Os diodos podem funcionar como “válvulas retentoras” deixando que a corrente só passe num sentido. Uma aplicação importante dos diodos é retificar uma corrente, ou seja, fazer sua transformação de alternada para contínua. Nos circuitos eletrônicos encontraremos diodos de diversos tipos exercendo as mais diversas funções. Os diodos têm duas especificações principais: A corrente máxima que podem conduzir quando são polarizados no sentido direto, ou seja, a máxima corrente direta de funcionamento que é dada em ampères, e a tensão inversa de pico que é a máxima tensão que podemos submeter o diodo quando o polarizamos no sentido direto e que ele pode impedir a passagem de qualquer corrente. Os diodos são especificados por números de série que são gravados nos seus invólucros tais como 1N4001, BY127. Para saber as características detais componentes deve-se fazer a consulta a manuais especiais. 42 NEWTON C. BRAGA Transistores Os transistores são dispositivos semicondutores porque são feitos dos mesmos materiais usados na construção dos diodos, mas possuem uma estrutura diferente que permite sua utilização como “chaves eletrônicas” ou ainda como elementos capazes de ampliar ou gerar sinais elétricos. Na figura 31 temos os símbolos adotados para representar os dois tipos mais comuns de transistores, assim como os aspectos com que poderemos encontrá-los. No caso do transistor NPN existem três terminais que correspondem ao emissor (E), coletor (C) e base (B), e para identificar o emissor temos uma seta que neste caso aponta para fora. No transistor PNP existem também os mesmos três terminais de ligação, mas a seta que identifica o terminal de base aponta para dentro. Funcionalmente, um transistor PNP pode fazer o mesmo que um NPN, sendo a única diferença na ligação na polaridade da fonte externa de alimentação. As correntes dos transistores NPN são opostas às dos transistores PNP. Veja então, que nada impede que num projeto troquemos transistores NPN por PNP, mas desde que façamos isso com todos e invertamos a polaridade da fonte de alimentação, ou seja, da bateria. Na sua função básica como amplificador, o transistor é ligado conforme mostra a figura 32. Nesta configuração denominada emissor comum quando forçamos a circulação de uma corrente fraca entre a base e o emissor, aparece uma corrente proporcionalmente mais forte circulando entre o coletor e o emissor. 43 O Básico da Eletrônica Automotiva – Mouser Electronics Podemos dizer que a corrente de coletor neste caso consiste numa ampliação da corrente de base. Para os transistores comuns, a corrente de coletor pode ser ampliada de 50 à 500 vezes conforme o tipo. Em alguns casos, em que a corrente que passa pelo transistor é muito intensa suficiente para colocar em risco a estrutura deste componente. Para dissipar o calor gerado, transferindo-o para o meio ambiente, algumas montagens exigem a sua montagem em irradiadores especiais. Na figura 33 temos um “dissipador de calor” para transistores de grande capacidade de corrente que são denominados transistores de potência. Na ligação dos transistores deve-se ter sempre cuidado com a identificação dos terminais, para que não se invertam as funções exercidas pelo emissor, coletor e base. A inversão acidental pode em muitos casos causar a sua queima. 44 NEWTON C. BRAGA Relés Os relês são dispositivos eletromecânicos de grande utilidade, encontrados em muitos pontos do circuito elétrico de um automóvel. Do mesmo modo, os relês podem ser usados em muitos aparelhos eletrônicos de veículos, conforme veremos. O símbolo de um relê é mostrado na figura 34 assim como seus aspectos mais comuns. Para exemplificar damos o aspecto de um relê usado num carro, e também de um relê usado em circuitos eletrônicos. O funcionamento de um relê ocorre do seguinte modo: Basicamente, este componente é formado por uma bobina, ou seja, por muitas voltas de fio esmaltado fino, enroladas num núcleo de material ferroso como, por exemplo, o ferro doce. Este ferro doce se magnetiza com facilidade, mas não retém este magnetismo. Nas proximidades da bobina podem ser colocados dois contatos fixos e um móvel, conforme mostra a figura 35. O contacto móvel em condições normais fica encostado no contacto fixo superior, de modo que entre eles pode passar uma corrente. Nenhuma corrente pode, entretanto passar do contacto fixo inferior para o móvel. 45 O Básico da Eletrônica Automotiva – Mouser Electronics Se fizermos circular uma corrente pela bobina, esta criará um campo magnético que fará com que o núcleo atraia o contato móvel para baixo. Nestas condições, ele desligará do contato superior e passará a fazer contacto com o inferior. Se entre o contacto móvel e o contacto inferior for ligado a um dispositivo, a ação da corrente na bobina fará com que ele seja ligado. Se o aparelho for ligado entre o contacto móvel e o superior, a ação da corrente na bobina fará com que ele seja desligado. Os relês são utilizados nos casos em que se deseja o controle de correntes intensas por meio de correntes mais fracas. Isso é possível porque a corrente que aciona o relê, aplicada à sua bobina, pode ser muito mais fraca que a corrente controlada pelos contatos. Com uma chave que suporte apenas 1 ou 2 ampères, com a ajuda de um relê podemos controlar correntes da ordem de dezenas de ampères sem problemas. Uma aplicação para os relês é na buzina, em que uma corrente bem menor de acionamento de sua chave, permite o controle da corrente da ordem de 4 a 6 ampères, exigida para o funcionamento deste dispositivo. Os relês são especificados pela tensão que pode se aplicada em sua bobina, pela corrente que provoca seu acionamento e pela corrente máxima suportada pelos contatos. 46 NEWTON C. BRAGA LEDs Os LEDs ou diodos emissores de luz são dispositivos semicondutores de estrutura semelhante à dos diodos comuns com a diferença de que, ao serem percorridos por uma corrente no sentido direto, emitem luz de cor única (monocromática), que pode ser vermelha, verde ou amarela para os casos mais comuns. Os diodos emissores de luz podem então ser usados como equivalentes de estado sólido das lâmpadas, com muito maior durabilidade, menor consumo de energia e mais robustez. De fato, os LEDs são usados como pequenas lâmpadas de sinalização ou para efeitos luminosos em muitas aplicações práticas. Na figura 36 temos o símbolo adotado para representar um LED e o aspecto mais comum. Veja que sendo seu comportamento elétrico semelhante ao de um diodo comum, os LEDs para terem um funcionamento normal precisam ser polarizados no sentido direto. Isso significa que, na hora de fazer a ligação de um LED, sua polaridade deve ser obedecida. E, indo além, o único ponto de fragilidade de um LED refere-se justamente a polaridade da fonte e à intensidade de sua corrente. Se a corrente for excessiva ele queima, e se a fonte for invertida, sendo sua tensão maior que 5 V, também ocorre sua queima. O uso do LED em sinalização, em aparelhos de efeitos, exige portanto cuidados especiais que nem sempre são observados, ocorrendo então sua queima. Os LEDs comuns têm uma tensão mínima de operação da ordem de 1,6 V, e corrente máxima da ordem de 50 mA. Na 47 O Básico da Eletrônica Automotiva – Mouser Electronics utilização dos LEDs, é preciso sempre colocar um limitador de corrente se a tensão da fonte for maior que 1,6 V, ou seja, na maioria das aplicações práticas. Nota: hoje temos LEDs brancos e de potência que supor tam correntes muito maiores que 50 mA. Os LEDs de menor custo são os que emitem luz vermelha. Esta luz vermelha, não se deve a cor do invólucro ou a recursos ópticos externos. A luz vermelha vem das próprias características do material semicondutor, de que é feito o dispositivo, não havendo, portanto, meios de fazer sua mudança. Uma vez que se compre um LED vermelho, ele sempre acenderá com luz vermelha. 48 NEWTON C. BRAGA Os circuitos eletrônicos Conforme vimos na introdução, os circuitos eletrônicos que podemos colocar em nosso carro podem ser de diversos tipos. Para entender cada um destes circuitos o leitor precisa muito mais do que conhecer seus componentes, pois os componentes em conjunto podem funcionar de maneira bem diferente quando passamos de circuito para circuito. Para que o leitor não se atrapalhe nas aplicações que serão dadas daqui por diante, será conveniente fazermos alguns esclarecimentos de ordem técnica e que sem dúvida lhe ajudarão na compreensãodo que ensinaremos. Daremos então uma espécie de “glossário", ou seja, uma relação de alguns termos técnicos que usaremos e seu significado: Circuito - denominamos circuito eletrônico a um conjunto de componentes através dos quais a corrente pode circular por um percurso fechado, fornecendo energia elétrica e, portanto, exercendo determinada função. Podemos então falar em termos de “circuitos de um rádio", referindo ao conjunto de componentes por onde as correntes passam e que formam o rádio, podemos falar em “circuito de um amplificador", como o conjunto de componentes que formam o amplificador e assim por diante. Diagrama - quando falamos em diagrama, referimo-nos ao desenho das peças que formam um aparelho, ou seja, seu circuito. Estes diagramas podem ser dados por meio de símbolos, como mostra a figura 31. Os leitores devem procurar familiarizar-se com estes símbolos, para entender tanto .a montagem como o funcionamento de qualquer aparelho eletrônico. Tensões - os diversos componentes de um circuito ficam sujeitos à determinadas tensões quando em funcionamento. Se bem que a tensão de alimentação disponível num carro seja da ordem de 12 V, quando um aparelho eletrônico está em funcionamento, não encontraremos em todos os seus pontos esta 49 O Básico da Eletrônica Automotiva – Mouser Electronics tensão. Existem pontos em que as tensões terão valores intermediários e também pontos em que a tensão pode ser maior, exemplo da ignição eletrônica. Fiação - entendemos por fiação ao conjunto de condutores que interligam as diversas partes de um aparelho. Numa montagem em placa de circuito impresso, a fiação pode ter parte formada por tiras de cobre fazendo parte de uma placa. Quando dizemos “fazer a fiação de um aparelho”, queremos dizer “fazer as ligações entre os diversos componentes”. Solda - é uma liga (mistura) de chumbo e estanho que se funde a baixa temperatura e que é usado para fazer a conexão entre os componentes de uma montagem eletrônica. A solda usada nos trabalhos de eletrônica é a solda 60/40, ou seja, em que temos uma proporção de 60 partes de estanho para cada 40 partes de chumbo. Dissipação - este é um termo usado para dizer quanto de calor um componente ou aparelho transfere para o meio ambiente. Um componente de grande dissipação é um 50 NEWTON C. BRAGA componente que pode transferir para o meio ambiente uma grande quantidade de calor. Chassi - o chassi de um aparelho eletrônico é a parte metálica sobre a qual são fixados os componentes. Em alguns casos, o chassi faz parte do circuito, sendo ligado ao polo negativo da fonte de alimentação, ou seja, da bateria. Fonte de alimentação - é a responsável pelo fornecimento de energia ao aparelho. Pode ser formada por um único elemento como no caso do carro em que ela é a bateria; pode ser formada por alguns elementos iguais como, por exemplo, um conjunto de pilhas, ou' ainda pode ser um circuito completo que “transforma" a corrente disponível na tomada em uma corrente própria para o uso do aparelho alimentado. Carga - Se uma fonte de alimentação está desligada, dizemos que ela não tem circuito na sua carga, ou que não possui carga, porque não circula nenhuma corrente. Quando uma fonte fornece sua energia a um circuito ou a um elemento, dizemos que ela está com uma carga, e esta carga está recebendo sua energia. Circuito aberto - dizemos que um circuito está aberto, quando não existe um percurso completo para a corrente, de modo que ela não possa circular. Nestas condições, o circuito não está recebendo sua energia. Um interruptor abre um circuito quando queremos desliga-lo, ou seja, interromper o seu fornecimento de energia. Circuito fechado - dizemos que um circuito está fechado quando existe um percurso completo para a circulação da corrente. Neste caso, a fonte de energia pode fornecer sua alimentação a alguma coisa que exista neste circuito e que deva receber a energia. Um interruptor fecha um circuito quando queremos ligar alguma coisa. Curto-circuito - dizemos que há um curto-circuito num aparelho quando a corrente pode ir diretamente de um polo a outro de uma fonte, sem encontrar nenhum elemento para entregar sua energia. A energia é então usada para “queimar” os fios que formam este circuito. Acoplamento - é a ligação entre dois pontos de um circuito. Dizemos que o acoplamento é capacitivo quando a 51 O Básico da Eletrônica Automotiva – Mouser Electronics ligação é feita através de um capacitor e que o acoplamento é indutivo quando é feito por meio de uma bobina ou indutor. Alternador - é um dispositivo que gera energia elétrica na forma de corrente alternada a partir da força mecânica disponível de um motor ou de outro dispositivo qualquer. Os alternadores se diferenciam dos dínamos que fornecem energia na forma de correntes contínuas. Amplificador - é um dispositivo ou circuito que aumenta a intensidade de uma corrente por meio de componentes eletrônicos apropriadamente interligados. Os amplificadores podem trabalhar com sinais de baixas frequências correspondentes aos sons, caso em que teremos os amplificadores de áudio ou então, trabalhar com sinais de altas frequências, caso em que teremos os amplificadores de radiofrequência, como os usados no reforço de antenas de rádio. Arco - o arco e uma descarga elétrica luminosa que ocorre no ar. Quando a tensão entre dois pontos é suficientemente alta, a corrente pode vencer a resistência do ar e passar através dele produzindo o efeito indicado. Blindagem - é um tipo de proteção metálica para fios ou componentes, evitando que interferências externas o atinjam, ou que interferências que ele possa produzir, saiam. Existem blindagens em fios que são malhas, e blindagens de componentes que são peças metálicas que os envolvem totalmente. As blindagens devem ser sempre aterradas, ou seja, ligadas ao chassi ou ao polo negativo da alimentação de um circuito. Bobina - É um componente formado por muitas voltas de fio enrolado, conforme mostra a figura 38. As bobinas podem ter núcleos ou peças de metal em sua parte interior. Estas são também denominadas “indutores”. A passagem de uma corrente por uma bobina produz um campo magnético. Cabo - é um conjunto de fios condutores trançados ou reunidos. Campo - é uma região do espaço em que se manifesta uma influência elétrica. Se a influência for provocada por cargas elétricas em repouso, temos um campo elétrico, e se for provocada por cargas elétricas em movimento, temos um campo magnético. As correntes elétricas sempre produzem campos magnéticos. 52 NEWTON C. BRAGA Carga - é o mesmo que quantidade de eletricidade, podendo servir para especificar a quantidade de eletricidade de um capacitor ou de uma bateria, ou de um simples componente. Continuidade - dizemos que um circuito ou componente tem continuidade, quando a corrente pode circular através dele normalmente. A prova de continuidade de determinados componentes pode revelar com facilidade se ele se encontra ou não em boas condições. Conversor - existem dois tipos de conversores que podemos utilizar no carro. O primeiro é o conversor de corrente que permite obter 110 V ou 220 V dos 12 V da bateria, permitindo assim a alimentação de aparelhos, tais como, barbeadores, lâmpadas e pequenos televisores. Também é chamado de inversor ou conversor de tensão. Outro tipo de conversor é o que permite modificar as características de recepção de um rádio, passando sua sintonia da faixa normal para outra faixa. É denominado também conversorde frequência. Distorção - é a deformação de um sinal de modo que sua reprodução ocorra de maneira diferente do original. Este termo e usado para o caso de amplificadores em que a qualidade de som deixa a desejar. Quanto maior a distorção, maior é a deformação na reprodução, levando o som a uma má qualidade. Eletrodos - os eletrodos de um componente ou de uma bateria são os pontos de sua ligação onde deve ser feito o contacto com o restante do circuito e através do qual se faz a transmissão da energia elétrica. A bateria do carro possui dois eletrodos, um correspondendo ao polo positivo e o outro ao negativo. 53 O Básico da Eletrônica Automotiva – Mouser Electronics Espira - no enrolamento de uma bobina são dadas muitas voltas de fio. Cada volta é uma espira. Etapa - um dispositivo eletrônico é formado por diversas etapas, cada qual exercendo determinada função. Uma etapa é, portanto, um conjunto de componentes que realiza uma determinada função. Filtro - é um dispositivo ou circuito cuja finalidade é permitir a passagem de determinados tipos de componentes, bloqueando outras que por suas características sejam indesejáveis. Existem diversos tipos de filtros que trabalham com sinais de altas frequências (filtros eliminadores de interferências ou ruídos) e que trabalham com baixas frequências correspondentes aos sons, como os filtros usados nos alto- falantes. Frequência - é o número de vibrações de uma corrente, ou número de alterações que ela sofre em sua intensidade em cada segundo. A unidade de medida da frequência é o Hertz (Hz). Harmônicas - são oscilações múltiplas de um valor que é denominado fundamental e que podem aparecer em conjunto. Uma frequência de 500 Hz tem o segundo harmônio ou harmônica em 1 000 Hz, o terceiro em 1 500 Hz, etc. Impedância - este termo é usado para indicar a oposição que um elemento oferece à circulação de uma corrente alternada. Sua unidade de medida é, portanto, a mesma usada para o caso de resistências. Indução - é o fenômeno segundo o qual, um fio condutor cortando as linhas de influência de um ímã, tem entre os seus extremos manifestada uma força eletromotriz capaz de produzir uma corrente num circuito externo. Os dínamos e alternadores aproveitam este efeito em seu funcionamento. Interferência - é a reprodução por parte de um aparelho receptor de sinais de estações próximas daquelas que se deseja ouvir, prejudicando assim a audição. Fisicamente também podemos definir interferência como a superposição de dois sinais com fases diferentes, de modo que um anule o outro. Linha de força - é uma linha imaginária que serve para representar a região de influência de um ímã, ou seja, o seu campo magnético. 54 NEWTON C. BRAGA Microfonia ou realimentação acústica - é o fenômeno provocado pela captação de sinais de saída de um amplificador por sua entrada, quando por exemplo na entrada existe um microfone e na saída um alto-falante. O som reproduzido pelo alto-falante volta ao microfone e produz um apito contínuo denominado microfonia. Oscilador - é um circuito cuja finalidade é produzir correntes alternadas de certas características. Se o oscilador é de baixa frequência ou áudio como também é chamado, suas correntes ao serem aplicadas em dispositivos reprodutores como alto-falantes dão origem a sons; se o oscilador e de alta frequência, suas correntes, se aplicadas em antenas, dão origem a ondas de rádio. Polarização - denominamos polarização a tensão que deve ser aplicada entre dois pontos de um circuito para que circule a corrente necessária ao seu funcionamento. Regeneração - é a volta de um sinal de saída de um circuito para sua entrada, de modo que ele possa ser amplificado novamente. Regulador de tensão - é um circuito ou dispositivo que tem por finalidade manter constante a tensão aplicada a um circuito. Ressonância - é a característica que têm certos elementos ou circuitos de vibrarem ou oscilarem numa única frequência. Bobinas e capacitores formam circuitos ressonantes, ou seja, que respondem a sinais de uma única frequência. Na seleção das estações por um rádio são usados circuitos ressonantes. Retificação - é o processo usado para se obter uma corrente contínua a partir de uma corrente alternada. Na retificação são usados normalmente diodos semicondutores de silício que aproveitam sua propriedade de conduzir a corrente somente num sentido. Seletividade - é a característica dos receptores de rádio de separar as estações de frequências próximas. Um receptor de grande seletividade não “mistura” as estações enquanto que um receptor de pequena seletividade “mistura” as estações. Sensibilidade - é a característica de um receptor de rádio de receber sinais fracos. Um receptor de grande 55 O Básico da Eletrônica Automotiva – Mouser Electronics sensibilidade pode receber com facilidade sinais de estações mais fracas. Podemos dizer que um receptor de maior sensibilidade pode "pegar" mais estações que um de pequena sensibilidade. Shunt - é um resistor ligado em paralelo com os instrumentos medidores para “aumentar” seu alcance na medida de correntes. Os shunts são resistências de baixos valores ligadas em paralelo com os amperímetros. Sintonia - denominamos sintonia a operação de ajuste de frequência de um receptor, ou seja, a mudança de estação atuando sobre um capacitor variável nos casos mais comuns. Sobrecarga - ocorre uma sobrecarga quando um circuito solicita uma potência maior do que a que o alimenta pode fornecer. Quando as características de consumo de energia e fornecimento de energia de dois circuitos são diferentes, pode ocorrer a sobrecarga de um deles com consequências normalmente desastrosas para suas integridades. Transdutor - é um elemento que é utilizado na transformação de uma forma de energia em outra. Um microfone e um transdutor eletroacústico, pois transforma energia acústica na forma de som em energia elétrica de uma corrente. Um alto- falante também é um transdutor eletroacústico, mas que funciona de modo inverso. Trimmer - é uma espécie de capacitor ajustável, Válvulas - são dispositivos termiônicos, ou seja, que funcionam pela emissão de elétrons no vácuo e que são usados como elementos ativos de muitos circuitos eletrônicos. Na maioria das aplicações modernas as válvulas são substituídas por seus equivalentes menores, os transistores. Voltímetro - é um instrumento usado na medida de tensões elétricas. Zumbido - são sons de baixas frequências que aparecem nos alto-falantes sob determinadas condições. 56 NEWTON C. BRAGA A ignição do seu carro A queima do combustível (gasolina ou álcool) no interior do cilindro do motor é que fornece a energia necessária ao seu movimento. O combustível juntamente com o oxigênio do ar atmosférico é injetado no interior do cilindro e quando ocorre sua queima, a expansão dos gases resultantes é responsável por uma força que empurra o pistão, obtendo-se assim força mecânica (figura 38-A). Para queimar o combustível no momento exato é preciso uma ação externa que vem de uma vela. Esta vela produz então uma faísca elétrica que “explode” o combustível produzindo a pressão. Veja que esta vela deve produzir a faísca no momento em que os gases estiverem comprimidos pelo pistão em determinado ponto de sua trajetória de tal modo que, com sua expansão se obtenha força e movimento. O sistema de “explosão” do combustível de um motor, denominado sistema de ignição funciona a base de eletricidade. Na figura 39 temos então o circuito básico de um sistema comum de ignição por onde podemos explicar seu funcionamento.57 O Básico da Eletrônica Automotiva – Mouser Electronics Nota: o termo condensador é comum em eletricidade do automóvel, mas o mais correto é usar capacitor. Os 12 V da bateria do carro não são suficientes para produzir uma faísca elétrica na vela. Para que a faísca salte entre os dois elementos da vela é preciso uma tensão mínima já que o ar existente entre eles funciona como um isolante. Podemos dizer que, para cada milímetro de separação entre os dois elementos de uma vela precisamos no mínimo de 1 000 V para poder fazer saltar uma faísca. Assim, para poder fazer a faísca no carro, o primeiro ponto a ser considerado é a necessidade de se elevar a tensão da bateria a tensões que se situam entre 12 000 e 35 000 V. Esta elevação é feita com a ajuda de um autotransformador (denominado “bobina de ignição”) e de dois contatos móveis que são acionados pelo próprio motor. Esta bobina tem então dois enrolamentos marcados por L1 e L2 no desenho e que são o “primário” e o “secundário” do transformador. O enrolamento L1 tem um número de voltas de fios muito menor do que o enrolamento L2. Se em determinado momento fecharmos os contatos da bateria de modo que a corrente possa 58 NEWTON C. BRAGA circular pelo enrolamento primário da bobina, ocorre a produção de um forte campo magnético em seu interior. O aparecimento deste campo magnético “induz" no enrolamento secundário uma tensão elétrica. Como o enrolamento secundário tem muito mais voltas de fio do que o enrolamento primário, a tensão que aparece nele é muito maior do que a que provoca a corrente no primário. Assim, se o enrolamento primário tiver 100 voltas de fio e o secundário 10 000 voltas, a tensão obtida será multiplicada por 100. Aplicando 12 V no primário obtemos então 1 200 V no secundário. As bobinas usadas atualmente nos carros comuns possuem tensões de secundário que variam entre 12 000 e 35 000 V. Veja, entretanto, o leitor que o aumento da tensão na bobina implica automaticamente numa diminuição da corrente disponível. Assim, se uma corrente de 3 ou 4 A for necessária para o primário da bobina só obtemos em seu secundário 0,03 ou menos ampères. Como para “queimar” o combustível o que interessa é a faísca e não propriamente a corrente, este problema de início não deve nos preocupar. A alta tensão obtida na bobina deve ser enviada não a 1 vela mas sim a 4 ou 6 conforme o tipo de veículo e no momento exato que permita a obtenção da faísca. Para esta finalidade existe um dispositivo denominado “distribuidor” cujo aspecto é mostrado na figura 40. 59 O Básico da Eletrônica Automotiva – Mouser Electronics Este distribuidor possui um contacto que gira de acordo com o movimento do motor e “distribui” a alta-tensão para as velas de modo que elas provoquem a faísca no momento exato. Voltando ao enrolamento primário da nossa bobina vemos que depois de fechado o contacto da bateria, e criado o campo que induziu a alta-tensão no secundário, este se estabiliza. Ora, sua estabilização faz com que a indução pare. Por este motivo é preciso que o contacto seja aberto e em seguida fechado novamente para que mais um “pouco” de indução ocorra. Em suma, os contatos do enrolamento primário do transformador não podem ficar simplesmente fechados, pois se isso acontecer a indução ocorre num instante só e depois para. Este contacto é então acoplado a um sistema que faz com que o movimento do motor o ligue e desligue rapidamente variando assim a corrente e mantendo a indução. Este contacto pela abertura e fechamento está sujeito a um certo desgaste e mesmo faiscamento, sendo por este motivo recoberto de um metal resistente à queima. Este metal que, a platina justamente lhe dá o nome: platinado. A função do capacitor C ligado em paralelo com o platinado será vista a seguir quando estudarmos os problemas que podem acontecer com um sistema de ignição convencional como este. Obs.: veja que mesmo sendo a tensão da bobina muito alta, como a corrente é relativamente baixa o único perigo que existe no caso de tocarmos nas velas de um veículo é o forte choque. 60 NEWTON C. BRAGA Os problemas da ignição convencional A corrente intensa que circula pelos contatos do platinado quando este abre e fecha é causa de um rápido desgaste do mesmo, e ainda como a bobina tem características que induzem também uma alta-tensão nos contatos ocorrem faíscas na sua abertura e fechamento. Isso significa que a faísca que é produzida na abertura e fechamento do contacto pode causar sua queima e em pouco tempo a eficiência do dispositivo diminui. Este passa a apresentar uma elevada resistência não chegando a bobina a corrente que ela precisa para seu funcionamento. Em alguns casos a queima pode provocar um aquecimento que acabará por “soldar” os contatos que então não funcionarão mais. Esta solda pode em alguns casos fazer circular uma corrente muito forte pela bobina causando sua queima. Para amortecer o faiscamento existe em paralelo com os contatos do platinado um “condensador” (o nome certo é capacitor). Este componente absorve a energia que retorna da bobina e que é responsável pelas faíscas evitando sua ação sobre o platinado e prolongando sua duração. (figura 41) - Figura 41 Outro problema que ocorre com a ignição convencional é que a tensão gerada no secundário da bobina depende em sua eficiência da velocidade de abertura e fechamento dos contatos a qual está ligada à rotação do motor. Assim, a medida que a rotação do motor aumenta, chega um momento em que a indução da bobina já não ocorre com a 61 O Básico da Eletrônica Automotiva – Mouser Electronics mesma eficiência e a faísca pode ter falhas. Muitos motores perdem seu rendimento nas altas rotações em vista deste fenômeno. Mas, além da perda de rendimento existe um problema mais grave associado a falha ou ineficiência da faísca. Se a faísca não tiver uma intensidade suficiente para queimar todo o combustível ou estiver ausente, este combustível não queimado será desperdiçado, o que significa um gasto maior para o veículo. Um sistema de ignição imperfeito tem por consequência um consumo excessivo de combustível já que se tem de acelerar muito mais para se obter a mesma potência, isso sem se considerar as falhas de funcionamento. Os veículos de competição com a finalidade de garantir ao máximo a queima total do combustível no motor usam bobinas especiais de altas-tensões que podem chegar aos 40 000 V. Como melhorar a ignição? E neste momento que entram alguns recursos eletrônicos que estudaremos a seguir: Obs.: as ignições eletrônicas descritas a seguir podem ser experimentadas pelos leitores ou então adquiridas prontas em casas especializadas. Nota: hoje todos os carros têm estas ignições como com ponente de linha. 62 NEWTON C. BRAGA Ignição assistida O tipo mais simples de circuito eletrônico usado na ignição eletrônica é o que usa um transistor como comutador, possibilitando assim a redução da intensidade da corrente que passa pelo platinado. O platinado passa então a controlar uma corrente muito mais fraca que a normal apenas para “forçar” o transistor a conduzir a corrente maior para a bobina. As principais vantagens deste sistema são: Menor desgaste do platinado, pois ele conduz uma corrente de intensidade muito menor que o normal. Menor efeito da resistência apresentada pela deterioração do contacto no rendimento da ignição. Uma pequena redução da superfície de contacto do platinado numa ignição comum já tem um considerável efeito no rendimento da ignição. A resistência apresentada reduz a intensidade da corrente e a faísca consequentemente se torna menor ou menos eficiente na combustão do cilindro. Melhor comutação, pois
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