Fernando

FiaçãoCabos são fios de cobre protegidos por um revestimento isolante com cores diferentes para facilitar a identificação. Eles conectam eletricamente os diversos elementos do circuito. No veículo, os cabos são agrupados em chicotes elétricos que são fixados à carroceria por meio de presilhas, e passam por painéis metálicos e portas protegidas por meio de arruelas ou foles de borracha. Uma série de fatores deve ser levada em consideração ao trabalhar em instalações elétricas no veículo. O valor máximo da corrente que pode passar por um fio depende de sua seção transversal e comprimento. Se um fio muito fino for escolhido para a instalação, ele terá uma alta resistência, resultando em uma queda de tensão excessiva no circuito, o que, por sua vez, reduzirá sua eficiência e o superaquecerá, com o consequente risco de incêndio. Da mesma forma, um fio com comprimento maior do que o estritamente necessário também levará a uma queda de tensão que reduzirá a eficiência do circuito. Para calcular a seção transversal de um fio para caber em uma instalação elétrica específica, use a seguinte fórmula: As seções transversais dos fios padrão mais comumente utilizadas no sistema elétrico de um carro são, de acordo com a norma UNE: 0,5, 0,75, 1, 1,5, 2,5, 4, 6, 10, 16, 25 e 35 mm² . A imagem a seguir mostra a relação entre a seção transversal do fio e seu diâmetro correspondente. Da fórmula acima, se substituirmos o valor da resistência do cabo R , obtemos uma fórmula muito útil para calcular as seções transversais mínimas em função da intensidade de corrente (I), do comprimento do fio (L), da queda de tensão máxima admissível (ΔV) (que nestes casos é sempre 2,5% , o que equivale a 0,3 V ) e do coeficiente de resistividade (ρ). Qual seção transversal do fio devemos comprar se quisermos instalar faróis de neblina que consomem 18 A, sabendo que o comprimento total do fio a ser usado é de 3,5 m?

Fontes de energiaUma fonte de energia é o componente do circuito elétrico que fornece a força eletromotriz necessária para estabelecer o fluxo de elétrons quando o circuito elétrico é fechado. As principais fontes de energia de um carro são a bateria e o alternador . Outras fontes possíveis relacionadas ao setor são as células (usadas, por exemplo, em controles remotos para travamento centralizado) e os carregadores-motores de partida. Fontes de energia. Bateria, alternador, células, carregador de bateria. BateriaA bateria é um dos elementos mais importantes do sistema elétrico do carro. É a fonte de energia que alimenta os diversos circuitos elétricos do veículo. Sua principal função é dar partida no motor, para o qual deve ser capaz de atender às consideráveis demandas de potência do motor de partida. Durante a partida do motor, a bateria descarrega muito rapidamente e se esgota em um tempo muito curto. Para evitar isso, ela deve ser recarregável e, para isso, possui um sistema de carregamento composto essencialmente por um alternador que carrega a bateria e alimenta os demais circuitos após a partida do motor. As baterias automotivas são geralmente de chumbo e se caracterizam por serem compostas por uma série de células ou vasos conectados em série. Essas células são compostas por placas de chumbo banhadas em um eletrólito líquido que converte energia química em energia elétrica durante o processo de descarga e de energia elétrica em energia química durante o processo de carga. Cada uma das células fornece uma voltagem de cerca de 2,1 V e sua célula é composta por uma série de placas positivas conectadas em paralelo e outra série de placas negativas (também conectadas em paralelo), com seus separadores correspondentes para evitar curtos-circuitos. Partes da bateria Como regra geral, uma bateria automotiva fornece uma tensão de cerca de 12 V, para a qual utiliza um total de 6 células localizadas em 6 compartimentos. Para aumentar a capacidade da bateria e manter sua tensão, basta aumentar o número de placas contidas em cada compartimento, sem alterar o número de células. Símbolo elétrico da bateria O símbolo da bateria usado em diagramas de circuitos elétricos é mostrado abaixo: AlternadorComo vimos na seção anterior, o alternador é o elemento que gera a corrente necessária para carregar a bateria e dá suporte ao sistema elétrico do veículo alimentando outros circuitos. Alternador É um gerador de corrente alternada , cujo funcionamento se baseia no princípio da indução eletromagnética, podendo gerar correntes da ordem de 250 A a uma tensão constante de cerca de 14 V. O alternador converte a energia mecânica do motor em energia elétrica por meio do movimento que recebe do sistema de transmissão por meio de polias e uma correia, o que fornece o movimento de rotação que o alternador precisa para funcionar.

Indução mútua (transformadores)O princípio de operação do transformador é baseado no fenômeno de indução eletromagnética, que diz que sempre que um condutor é submetido a um campo magnético variável, uma CEM induzida é gerada nele devido à variação do fluxo, o que dará origem a um fluxo de corrente se o circuito for fechado. Quando uma corrente alternada flui através de uma bobina, um campo magnético variável também é gerado nela, também alternado. Esse campo magnético alternado se estende do centro da bobina e retorna a ele à medida que a corrente alternada que flui através da bobina varia de zero a um máximo e do máximo a zero. Como o campo magnético alternado precisa se mover através dos enrolamentos da bobina, uma força eletromotriz autoinduzida é criada nela devido à variação do fluxo que se opõe à variação da corrente. EMF autoinduzido em uma bobina com uma corrente alternada fluindo através dela Se o campo magnético alternado gerado por uma bobina cruza o enrolamento de outra bobina, uma FEM é induzida nesta segunda bobina, exatamente da mesma forma que uma FEM autoinduzida é induzida em uma bobina cortada por seu próprio campo magnético. A FEM induzida gerada na segunda bobina é chamada de “ FEM mutuamente induzida ”, enquanto a ação de gerar esta tensão é chamada de “ ação transformadora ”. Nesta ação transformadora, a energia elétrica é transmitida de uma bobina ( primária ) para a outra ( secundária ) por meio de um campo magnético variável. EMF induzido mutuamente Um transformador simples consiste em duas bobinas muito próximas, mas eletricamente isoladas uma da outra. A corrente alternada é aplicada à bobina, chamada de " enrolamento primário ". Isso gera um campo magnético que atravessa o enrolamento da outra bobina, chamado de " enrolamento secundário ", e uma força eletromotriz induzida é gerada nela. As bobinas não estão conectadas entre si. No entanto, há um acoplamento magnético entre elas, pois no transformador a energia elétrica é transferida de uma bobina para a outra por meio de um campo magnético variável alternado. Estrutura básica de um transformador Na imagem a seguir, você pode ver exemplos de transformadores, alguns deles para uso doméstico. Pressupondo que todas as linhas de força magnéticas do primário cruzam todos os enrolamentos do secundário, a tensão induzida no secundário dependerá, como você pode esperar, da relação entre o número de voltas no enrolamento secundário e o número de voltas no enrolamento primário. Quando o enrolamento secundário tem mais espiras que o primário, o transformador é chamado de “ transformador elevador ” e no caso oposto, ou seja, quando o enrolamento primário tem mais espiras que o secundário, é chamado de “ transformador redutor ”. Para cálculos de transformadores, a seguinte fórmula é usada: Transformation ratio = RT = VpVs = IsIp = NpNs Onde: V p = Tensão de corrente alternada aplicada ao primário I p = Corrente alternada no primário N p = Número de voltas no primário V s = Tensão de corrente alternada que aparece no secundário I s = Corrente alternada no secundário N s = Número de voltas no secundário Exercício resolvido Temos um transformador sobre o qual sabemos as seguintes informações: A tensão aplicada ao circuito primário: V p = 50 V Corrente no circuito primário: I p = 10 A Número de voltas no enrolamento primário: N p = 25 Número de voltas no enrolamento secundário: N s = 100 Calcular: A tensão secundária induzida: V s A corrente resultante no secundário: I s Solução do exercício: Aplicando a fórmula acima, a tensão secundária induzida V s é obtida da seguinte forma: VPNP =NPNS VS = VP×NSNP = 60×30040 = 450V Para calcular a corrente secundária I s , proceda da seguinte forma: ISIP =NPNS IS = IP×NPNS = 8×40300 = 1,067A Transformadores no setor automotivoAté agora, vimos como funciona um transformador que possui uma tensão de alimentação alternada aplicada ao primário. Como sabemos, a fonte de energia de um carro é, geralmente, uma bateria de 12 V que fornece corrente contínua. Então, como um transformador usado no setor automotivo opera com corrente contínua? O exemplo mais claro de um transformador automotivo é a bobina de ignição. Essa bobina é composta por um enrolamento primário e um secundário instalados em um núcleo magnético, ou seja, sua estrutura é idêntica à do transformador estudado acima. A única diferença reside na forma como a variação do fluxo magnético é gerada. No caso das bobinas de ignição automotivas, essa variação é obtida pela abertura e fechamento do circuito primário de alimentação. A comutação de um circuito aberto para um circuito fechado e vice-versa produz a variação do fluxo magnético que provoca a indução no enrolamento secundário. Diferentes tipos de bobinas de ignição usadas no carro.

Força eletromagnética exercida sobre um condutorNas seções anteriores, examinamos a produção de força eletromotriz em um condutor que se move através de um campo magnético. Dessa forma, a energia mecânica fornecida ao condutor, ao movê-lo, é convertida em energia elétrica. Da mesma forma, a energia elétrica pode ser convertida em energia mecânica por meio de um campo magnético que contém um condutor por onde flui uma corrente elétrica. Nesse caso, uma força de movimento é exercida sobre o condutor, que o move em uma direção específica. Se a direção da corrente no condutor for invertida, o movimento ainda ocorrerá, mas na direção oposta ao caso anterior. Isto é explicado da seguinte maneira: Um condutor é colocado em um campo magnético existente entre os polos de um eletroímã (veja a imagem a seguir). Quando não há fluxo de corrente no condutor, o campo magnético é uniforme, ou seja, as linhas de força são paralelas. Isso é mostrado na figura A da imagem. Origem da força eletromagnética em um condutor No entanto, se houver uma corrente fluindo através do condutor, surgirá um novo campo magnético cujas linhas de força são círculos concêntricos com o próprio condutor (figura B na imagem) e cuja intensidade diminui à medida que se afasta do condutor. Na figura B, a corrente no condutor está na direção que sai do plano de desenho; portanto, a direção das linhas de força está no sentido anti-horário, como pode ser deduzido da " Regra da Mão Esquerda " vista na seção Campo Magnético em um Condutor . Agora veremos o que acontece quando os dois campos magnéticos são sobrepostos, o devido aos polos N e S e o originado da corrente elétrica que flui através do condutor (figura C na imagem). Neste caso, um campo magnético resultante aparecerá cujas linhas de força não são uniformes. Vemos que no lado esquerdo do condutor, as linhas de força originadas dele estão na direção oposta às linhas de força do campo originado dos polos N e S. Por outro lado, as direções das linhas de força dos dois campos no lado direito do condutor coincidem. Consequentemente, o campo magnético é enfraquecido no lado esquerdo e reforçado no lado direito. Este desequilíbrio produz o movimento do condutor na direção vista na figura C da imagem. Esse fenômeno físico produzido quando um condutor é movido em um campo magnético quando uma corrente elétrica é aplicada a ele é o princípio no qual se baseia o funcionamento dos motores elétricos . Para determinar a direção da força que atua sobre o condutor e que tenderá a movê-lo, utiliza-se a " Regra dos três dedos da mão esquerda ". Regra dos três dedos da mão esquerda Posicione o polegar , o indicador e os dedos médios da mão esquerda formando ângulos retos entre eles (veja a imagem) e aponte o dedo indicador na direção das linhas de força do campo magnético criadas pelos polos N e S , e o dedo médio na direção da corrente que flui pelo condutor, e a direção do polegar indicará a direção da força que tenta mover o condutor. Como você pode ver, esta regra é semelhante à apresentada na seção " Força eletromotriz induzida em um condutor retilíneo " para determinar a direção da força eletromotriz induzida em um condutor que se move em um campo magnético, a única diferença sendo a mão que deve ser usada. Por esse motivo, elas se distinguem dizendo que a direita é a mão geradora e a esquerda é a mão motora .

AutoinduçãoComo já mencionamos em seções anteriores, quando uma corrente flui através de uma bobina, um campo magnético é induzido nela, atravessando suas espiras adjacentes. Sempre que há uma variação na corrente que flui através da bobina, ocorre uma variação no campo magnético; essa variação de fluxo produz uma FEM autoinduzida. A direção da corrente autoinduzida é dada pela lei de Lenz . Lei de Lenz Mudanças na voltagem aplicada a um condutor geram uma força eletromotriz autoinduzida, cuja direção se opõe ao fluxo de corrente que a está causando. Ou seja, quando a corrente na bobina aumenta, a FEM induzida está na direção oposta e tenta impedir que a corrente na bobina aumente (veja a imagem a seguir). Por outro lado, quando a corrente na bobina diminui, a FEM induzida fica na mesma direção e tentará impedir que a corrente na bobina diminua (veja a imagem a seguir). No caso da corrente contínua, o fenômeno de autoindução só afeta o fluxo de corrente quando o circuito é aberto e fechado , pois é quando ocorrem mudanças na corrente que flui pelo circuito. Ao fechar o circuito , a corrente deve atingir seu valor máximo imediatamente, mas, no entanto, ocorre um pequeno atraso devido ao rápido crescimento do campo magnético ao redor das espiras adjacentes da bobina (variação de fluxo), o que produz uma FEM autoinduzida com polaridade oposta à da fonte de tensão e que tenta impedir o aumento da corrente. No entanto, isso não pode impedir que a corrente finalmente atinja seu valor máximo, pois a FEM autoinduzida deixa de existir assim que a corrente atinge seu valor máximo e não varia mais. Enquanto o circuito permanece fechado, a corrente permanece constante e uma FEM autoinduzida não é gerada (como não há variação de corrente, não há variação de fluxo e, consequentemente, não há FEM induzida). Ao abrir o circuito , o fluxo de corrente deve cair para 0 e parar imediatamente; no entanto, ocorre um pequeno atraso devido ao rápido colapso do campo magnético nas espiras adjacentes da bobina (variação de fluxo), o que produz uma FEM autoinduzida muito alta, com a mesma polaridade da fonte de tensão , e que tenta não apenas impedir a redução da corrente, mas também produzir um arco entre os contatos do interruptor para manter o fluxo de corrente. No entanto, isso não pode impedir que a corrente finalmente caia para zero, pois a FEM autoinduzida deixa de existir assim que a corrente não varia mais. Embora seja apenas momentâneo, o EMF autoinduzido causado por essa rápida diminuição do campo é extremamente alto e, às vezes, atinge a tensão original da fonte de tensão várias vezes. Esse efeito é frequentemente usado em certos sistemas para obter tensões muito altas; um bom exemplo é a bobina de ignição de um carro. Bobinas de ignição do tipo DIS (Distributorless Ignition System) Oscilograma do circuito secundário do sistema de ignição

Força eletromotriz induzidaForça eletromotriz gerada em um loopSe pegarmos uma espira ABCD e a colocarmos dentro de um campo magnético gerado pelos polos N e S de um ímã e a girarmos dentro desse campo, seus condutores AB e CD estarão simultaneamente localizados em polos opostos. Isso é o que acontecerá na espira da figura a seguir: quando a seção AB for movida para perto do polo N , a seção CD se moverá para perto do polo S. Durante a rotação da espira na direção indicada na figura, as duas seções ativas AB e CD induzirão forças eletromotrizes iguais (pois possuem comprimento igual, giram na mesma velocidade e cortam o mesmo número de linhas de força), mas terão direções completamente opostas. Para verificar isso, basta aplicar, na figura a seguir, a " regra dos três dedos da mão direita ", pois a FEM induzida ( IAB ) na seção AB vai de A para B , enquanto a gerada pela seção CD ( ICD ) vai de C para D . O sentido em que os CEMs são induzidos em ambas as seções significa que eles serão gerados no circuito na mesma direção, o que significa que a força eletromotriz é a soma de ambos os CEMs individuais. Se colocarmos um voltímetro nas extremidades do loop e fizermos leituras da FEM induzida em cada estágio de rotação do loop, obteremos um gráfico de tensão como o mostrado na imagem a seguir: Como você pode ver, a curva de corrente obtida é senoidal, o que representa uma corrente alternada . Isso ocorre porque, durante a primeira meia volta , o circuito corta as linhas de força do campo magnético em uma direção e, durante a segunda meia volta, o faz na direção oposta. Se quisermos que a corrente gerada por este laço seja útil para aplicações automotivas, temos que convertê-la em corrente contínua. Existem duas opções para remover essa alternância: uma é aplicada em alternadores , que consiste em retificar a corrente por meio de diodos (esta opção é estudada em profundidade em outros módulos). A outra opção é aplicada em dínamos . Esta solução consiste em conectar as extremidades do laço a dois segmentos alojados em um comutador (veja a imagem a seguir), de tal forma que cada uma das escovas sempre tome os mesmos valores positivos ou negativos de cada condutor (escova positiva e escova negativa). Como você pode ver no gráfico acima, a conexão das duas extremidades do loop aos segmentos do comutador resolve a alternância da corrente induzida, mas não a pulsação (mudanças regulares na intensidade da tensão induzida). Para eliminar a pulsação, se instalarmos outro laço deslocado em 90° em relação ao primeiro, obteremos um gráfico de tensão como o mostrado na imagem a seguir, onde quando um laço assume valores mínimos, o outro assume valores máximos e vice-versa. Com esse arranjo dos laços, reduzimos consideravelmente a pulsação, de modo que agora a força eletromotriz induzida não cai a zero. A incorporação de novos laços dispostos em um ângulo apropriado proporciona uma corrente retificada, contínua e linear.

Força eletromotriz induzidaForça eletromotriz induzida em um condutor retoSe um condutor LM for movido através de um campo magnético cortando suas linhas de força, uma força eletromotriz será induzida no condutor, que será proporcional à velocidade na qual as linhas de força são cortadas e à quantidade de linhas cortadas. Com a disposição mostrada na figura anterior, podemos afirmar o seguinte: Supondo que os polos N e S estejam fixos, se movermos o condutor linear linear na direção indicada pela seta vermelha, podemos ver como a agulha do amperímetro indica o fluxo de uma pequena corrente elétrica, desviando-se em uma direção específica. Isso demonstra que uma força eletromotriz foi induzida no condutor, cuja direção é de L para M. Se pararmos de mover o condutor no campo magnético, a corrente deixará de fluir por ele. O mesmo acontecerá quando o condutor sair da área de influência do campo magnético. Ou seja, para que uma força eletromotriz seja induzida em um condutor, ela deve cortar as linhas de força do campo magnético. Se realizarmos a mesma ação, mas agora movermos o condutor no sentido oposto ao marcado pela linha vermelha, veremos novamente que a agulha do amperímetro se move para indicar uma força eletromotriz gerada no condutor, mas desta vez o movimento da agulha é no sentido oposto ao do teste anterior, ou seja, o sentido da corrente gerada vai de M para L. Isso demonstra que a direção da força eletromotriz induzida depende da direção na qual o condutor é movido em relação ao campo magnético. Se realizarmos experimentos semelhantes, mas mantivermos o condutor fixo e movermos os campos N e S , os resultados serão idênticos aos obtidos ao mover o condutor. Resumindo... Se um condutor for movido em um campo magnético em uma direção que faça com que ele corte suas linhas de força, uma força eletromotriz será induzida nesse condutor. Direção da força eletromotriz induzidaOs experimentos realizados acima mostram que a direção de deflexão da agulha do medidor depende do sentido relativo do condutor linear em relação ao campo magnético. A relação entre a direção da corrente induzida, a direção em que o condutor se move e a direção do fluxo magnético é dada por uma regra simples chamada " regra dos três dedos da mão direita ", descrita a seguir: Regra dos três dedos da mão direita Posicione o polegar , o indicador e o dedo médio da mão direita de modo que formem ângulos retos mútuos, aponte o dedo indicador na direção do fluxo do campo magnético e o polegar na direção do movimento relativo do condutor em relação ao sistema polar, e o dedo médio indicará a direção na qual a força eletromotriz induzida fluirá no condutor. Valor EMF induzidoA partir do que vimos até agora, podemos deduzir que uma força eletromotriz é induzida em um condutor sempre que ele corta as linhas de força de um campo magnético. A corrente induzida depende de certos parâmetros: A velocidade com que o condutor se move dentro do campo magnético. Ao se mover a uma velocidade maior, ele cortará mais linhas de força e, consequentemente, a FEM induzida será maior. O comprimento do condutor . Quanto maior o condutor, maior o número de linhas de força cortadas e, portanto, maior a corrente induzida. A intensidade do campo magnético . Quanto mais linhas de força houver, mais linhas serão cortadas pelo condutor e o resultado será uma maior FEM induzida. Do exposto, podemos estabelecer o seguinte: Definição O valor da força eletromotriz induzida em um condutor que se move perpendicularmente à direção das linhas de força do campo magnético é diretamente proporcional à intensidade desse campo, ao comprimento do condutor e à velocidade com que o condutor se move através do campo.

Força eletromotriz induzidaSempre que um condutor em um campo magnético é submetido a uma variação no valor das linhas de fluxo desse campo, uma força eletromotriz (FEM) é gerada nele, chamada de induzida . Se esse condutor fizer parte de um circuito fechado, uma corrente elétrica fluirá através dele, chamada de corrente induzida . O fenômeno pelo qual uma força eletromotriz é gerada em um condutor ao variar o fluxo magnético ao qual ele é submetido é conhecido como indução . Existem duas maneiras de produzir a variação de fluxo necessária para obter a força eletromotriz induzida: o método dinâmico e o método estático . A força eletromotriz é gerada dinamicamente pela movimentação do condutor através do campo magnético, cuja intensidade permanece constante. Bons exemplos desse tipo são alternadores e dínamos , cujos condutores estão alojados no estator (no caso do alternador) e no rotor (no caso do dínamo), e estão sujeitos a variações de fluxo em consequência da rotação de seu eixo. Dínamo e alternador A força eletromotriz é gerada estaticamente pela variação da intensidade do campo magnético. Nesses casos, tanto o condutor quanto a fonte geradora de fluxo magnético permanecem estáticos. Um bom exemplo desse tipo é o transformador (sobre o qual falaremos mais adiante). Bobina de ignição. Um bom exemplo de transformadores aplicados ao setor automotivo Procedimentos de induçãoEmbora existam outros, os procedimentos usuais para produzir forças eletromotrizes induzidas são os seguintes: Exemplo 1Suponha que conectamos um amperímetro em série com a bobina da imagem a seguir. Se aproximarmos um ímã permanente dessa bobina, veremos que o amperímetro indica um fluxo de corrente, ou seja, uma força eletromotriz (FEM) foi induzida. Essa FEM induzida será gerada à medida que o ímã se aproxima da bobina. Quando paramos de mover o ímã, o fenômeno de indução cessa. Se agora fizermos o movimento inverso com o ímã, ou seja, afastá-lo da bobina, veremos também que há uma FEM induzida, mas neste caso ela será de sinal oposto àquela criada ao aproximar o ímã. Se realizarmos o mesmo experimento, mas desta vez movermos a bobina enquanto o ímã permanece parado, obteremos resultados idênticos. Se os movimentos de vaivém forem realizados a uma velocidade maior, podemos observar que a FEM induzida é maior. Ou seja, a velocidade com que ocorre a variação do fluxo ao redor da bobina influencia diretamente o valor da FEM induzida. Quando o CEM induzido é produzido por campos magnéticos de ímãs permanentes, as máquinas que os geram são chamadas magnetoelétricas ou, mais comumente, magnetos . Gerador de magneto estator para Yamaha Guerrero Exemplo 2Se substituirmos o ímã permanente do procedimento acima por uma segunda bobina -A- e aplicarmos uma corrente elétrica a ela, este se comportará exatamente da mesma maneira que o ímã do procedimento 1. Portanto, se repetirmos os vários experimentos realizados com o ímã, obteremos os mesmos resultados, pois a bobina -B- estará submetida à variação do fluxo magnético causada pelos movimentos de vaivém da bobina -A- . Máquinas elétricas nas quais a CEM induzida é produzida em bobinas localizadas no centro de campos magnéticos gerados por outras bobinas eletricamente excitadas são chamadas de máquinas dínamo-elétricas , entre as quais se destacam os dínamos e os alternadores. Exemplo 3Com o conjunto formado pelas duas bobinas do experimento anterior, uma FEM induzida pode ser obtida na bobina -B- de outra maneira. O método é muito simples: consiste em manter as duas bobinas fixas, o que significa que a variação de fluxo na bobina -B- não é produzida pelo movimento da bobina -A- , mas pelo fluxo e interrupção da corrente usando a chave -C- . Ao abrir e fechar o interruptor -C- , pode-se observar que a agulha do amperímetro se move em direções opostas dependendo se o interruptor está sendo aberto ou fechado. Este experimento de procedimento estático é a base da operação de transformadores .

Bobina e eletroímãCampo magnético criado por um loopConsideremos uma corrente elétrica fluindo através de uma espira (veja a figura a seguir) e observemos o campo magnético que ela gera. Se a regra da mão esquerda for aplicada a essa espira, podemos ver que todas as linhas de força do campo magnético criadas ao longo do comprimento da espira têm a mesma direção, ou seja, todas as linhas de força ao redor do condutor saem por um dos lados da espira e entram pelo outro. Consequentemente, uma espira de fio que transporta uma corrente atuará como um ímã com polos norte e sul bem definidos. O polo norte está no lado em que as linhas de força saem da espira e o polo sul está no lado em que elas entram na espira. Se aplicarmos isso à imagem a seguir, podemos determinar que o polo norte corresponde à parte abaixo da espira e o polo sul à parte acima. Campo magnético criado por um loop Se quisermos aumentar a potência do campo magnético da espira, precisamos enrolar o fio várias vezes, como mostrado na figura a seguir, para formar uma bobina. Nesse caso, os campos individuais se somarão para formar um forte campo magnético dentro e fora da bobina. A bobina atua como uma poderosa barra magnetizada, cujo polo norte é a extremidade de onde partem as linhas de força. Campo magnético ao redor de uma bobina Do que foi visto até agora, conclui-se que a polaridade de uma bobina é independente da direção em que as espiras são enroladas, e o que é realmente essencial para estabelecer a polaridade é a direção de rotação da corrente. Regra da mão esquerda para determinar a direção do campo magnético nas bobinas Vimos a regra da mão esquerda para determinar a direção do campo em um condutor, assim como existe uma regra da mão esquerda para determinar a direção do campo magnético em bobinas. Posicione os dedos da mão esquerda na bobina na mesma direção do fluxo da corrente de elétrons (de negativo para positivo) e o polegar apontará para o polo norte, conforme indicado na figura a seguir. Intensidade do campo originado em uma bobinaComo demonstramos anteriormente, a intensidade do campo será maior quanto maior for a corrente que flui pela bobina, bem como quanto maior for o número de espiras que ela tiver. Por outro lado (como seria de se esperar), o comprimento da bobina tem um efeito inverso no valor da intensidade do campo. Quando o diâmetro da bobina é pequeno em relação ao seu comprimento, o valor da intensidade do campo magnético é dado pela fórmula: EletroímãO conjunto formado por uma bobina e um núcleo de ferro colocado em seu interior é chamado de eletroímã . O núcleo de ferro é magnetizado pelo efeito do campo magnético criado pela bobina, que o reforça e produz um campo magnético total mais forte. Construção de um eletroímã. Bobina e núcleo de ferro. Quando o núcleo de ferro é removido de um eletroímã, obtemos o que é conhecido como um solenóide . Existem muitas aplicações do conceito eletromagnético no setor automotivo. Uma dessas aplicações é conhecida como relé eletromagnético, que falaremos mais adiante e que é basicamente um interruptor com controle eletromagnético formado por dois circuitos, um de controle e outro de excitação. Outros exemplos das inúmeras aplicações do conceito eletromagnético no setor automotivo são o relé de acionamento do motor de partida e o estator do motor elétrico.

Campo magnético em um condutorSe fizermos uma corrente fluir através de um condutor, um campo magnético é gerado ao seu redor, cujas linhas de força são círculos concêntricos ao redor do condutor. A direção das linhas de força dependerá da direção da corrente. Esse tipo de campo magnético é conhecido como campo eletromagnético (em homenagem à sua origem). Campo eletromagnético gerado quando uma corrente flui através de um condutor A relação entre a direção da corrente em um condutor e a direção do campo magnético que o cerca é determinada pela aplicação da regra da mão esquerda . Regra da mão esquerda Esta regra diz que se um condutor de corrente for segurado com a mão esquerda, com o polegar apontando na mesma direção do fluxo de elétrons (fluxo de corrente real), os dedos que circundam o condutor indicarão a direção das linhas de força magnética. A intensidade do campo magnético gerado ao redor do condutor depende da intensidade da corrente que flui pelo circuito, ou seja, um alto fluxo de corrente produz muitas linhas de força, ao contrário, um baixo fluxo produz apenas algumas. Quando a corrente que flui através do condutor aumenta ou diminui, a força do campo magnético aumenta ou diminui na mesma direção e proporção. Quando a intensidade do campo aumenta, as linhas de força crescem na mesma proporção e se afastam do centro do condutor. Da mesma forma, quando a força do campo diminui, as linhas de força se contraem em direção ao centro do condutor na mesma proporção. Intensidade do campo magnético criado por uma corrente retilínea.A intensidade do campo magnético criado por uma corrente que flui através de um condutor não é uniforme em todos os pontos do campo, mas varia com a distância do centro do condutor. Quanto mais distante, menor o valor da intensidade do campo naquele ponto. Além disso, a intensidade do campo magnético depende da corrente que flui pelo condutor e é diretamente proporcional a ela. Para calcular o valor do campo magnético em um ponto específico, aplique a fórmula mostrada abaixo. Ou seja, o valor da intensidade do campo magnético (em gauss) criado em qualquer ponto por uma corrente elétrica ao circular por um condutor retilíneo é igual a 0,2 vezes o coeficiente que resulta da divisão dessa corrente (I em amperes) pela distância (d em centímetros) que separa esse ponto do centro do condutor.

CapacitorÉ um componente eletrônico com dois terminais que é basicamente formado por duas placas condutoras separadas por um material isolante chamado " dielétrico ". Construção básica de um capacitor O capacitor é um elemento capaz de armazenar cargas elétricas entre suas placas quando uma tensão fornecida por uma fonte de energia é aplicada às placas. O capacitor é representado pelo seguinte símbolo em instalações elétricas: A principal aplicação dos capacitores no setor automotivo é a eliminação de interferências entre os sistemas elétricos do carro. Em altas frequências, como as que podem ocorrer quando uma faísca atravessa dois contatos móveis de um interruptor, o capacitor atua como um elemento de proteção que, durante o processo de carga, absorve o arco elétrico que ocorreria entre ambos os contatos, evitando assim que sejam danificados. Durante o processo de descarga, o capacitor libera toda a energia armazenada assim que os contatos desse interruptor são fechados. A quantidade de carga que o capacitor pode armazenar é conhecida como capacitância (C) e é medida em farads (F). A relação entre essa capacitância, a carga que ele pode armazenar e a tensão aplicada é a seguinte: O farad (F) é uma unidade muito grande, e é por isso que os seguintes submúltiplos são geralmente usados: milifarad: 1mf = 10 -3 F microfarad: 1µF = 10 -6 F nanofarad: 1nF = 10 -9 F picofarad: 1pF = 10 -12 F Tipos de capacitoresCapacitores polarizadosNeste tipo de capacitor, cada placa condutora possui uma polaridade definida (positiva e negativa) e, portanto, isso deve ser levado em consideração ao substituí-lo. São conhecidos como capacitores eletrolíticos . Capacitor polarizado ou eletrolítico e o símbolo que o representa Capacitores não polarizadosEsses tipos de capacitores geralmente são feitos de papel, mica ou cerâmica e, como não são polarizados, podem ser instalados sem preocupação com sua polaridade. Capacitor não polarizado e o símbolo que o representa Capacitores de capacitância variávelComo o nome sugere, a capacitância desses capacitores pode variar em um determinado intervalo.

TransistorTeste de transistorPara testar um transistor, uma das primeiras coisas que devemos fazer é identificar cada um de seus terminais: qual é a Base? Qual é o Emissor? Qual é o Coletor? Como regra geral, o Coletor sempre se comunica com a carcaça, pois deve ter uma superfície de contato maior para facilitar a coleta de corrente. Se o transistor tiver apenas duas pernas, o coletor é o caso em si. No entanto, se houver três pernas, medimos a continuidade entre cada uma delas e o corpo metálico do transistor. A perna que fornece o menor valor de resistência é o terminal do coletor. O processo que acabamos de descrever é mostrado na imagem a seguir e, como você pode ver, o terminal do coletor é o central, pois, dos três testes, é o B que fornece um valor de resistência muito baixo. Ambos os testes A e C fornecem um valor de resistência infinito. Processo para determinar o terminal coletor de um transistor No caso de transistores em que a caixa não é acessível, deve-se utilizar outro sistema de identificação de terminais, neste caso também temos que identificar o tipo de transistor. Por meio de um método simples, podemos determinar se um transistor é do tipo PNP ou NPN. Este método consiste em realizar várias medições com o multímetro no modo ohmímetro e selecionar a faixa de 100. Primeiro, determinamos qual dos terminais do transistor corresponde à Base . Isso é obtido medindo a resistência no ohmímetro entre os diferentes terminais. Em um transistor em boas condições, a resistência entre o Coletor e o Emissor é sempre muito alta, qualquer que seja a polaridade aplicada pelo ohmímetro, o outro terminal corresponderá à Base . Uma vez localizada a Base, conecte a ponta de prova positiva a ela e a negativa a qualquer um dos outros dois terminais do transistor. Se a resistência obtida for muito baixa (a junção de um dos diodos foi polarizada devido ao efeito da tensão positiva aplicada com o ohmímetro à base P), é um transistor NPN. Se obtivermos uma resistência muito alta (a junção não foi polarizada), é um transistor PNP. A tabela a seguir mostra as diversas leituras de resistência que devemos obter para um transistor do tipo PNP em boas condições: A outra tabela mostra as leituras de resistência que devemos obter para um transistor NPN que esteja em boas condições:

TransistorTransistor DarlingtonO transistor Darlington, ou par, consiste em um circuito composto por dois transistores e um resistor para ajuste e proteção do sistema. Como você pode ver na figura a seguir, os circuitos Emissor-Coletor são conectados em paralelo e os circuitos Emissor-Base em série. Este tipo de estrutura possui uma arquitetura equivalente à de um transistor "novo" com seus terminais Emissor, Base e Coletor correspondentes. O transistor principal (T1 ) requer um circuito de excitação Emissor-Base (I B1 ) para que uma corrente Emissor-Coletor (I C1 ) flua. Em circunstâncias normais, a corrente de base (I B1 ) do transistor T1 seria perdida, mas, neste tipo de estrutura, essa corrente faz parte da corrente principal do transistor T2. Ao analisarmos o circuito vemos que a corrente de base do transistor T1 é amplificada pelo transistor T2, o que resulta num ganho de corrente muito maior que o de um transistor normal, com a vantagem de aproveitar muito melhor a potência com menor aquecimento. A imagem acima mostra a arquitetura do transistor Darlington, que é composto por dois transistores PNP. A imagem a seguir mostra um transistor Darlington composto por dois transistores NPN. Para dar uma ideia clara do potencial desse tipo de estrutura, suponha que os dois transistores de um transistor Darlington tenham um ganho de 150 cada. O resultado da junção dos dois transistores é um ganho de 150 x 150 = 22.500. Ou seja, com uma corrente infinitamente pequena, podemos controlar outra relativamente grande. Na indústria automotiva, esse tipo de conjunto é geralmente usado como estágio final de potência em inúmeras aplicações eletrônicas. Uma dessas aplicações é em ignições eletrônicas, onde pequenas correntes fornecidas por geradores indutivos ou do tipo Hall podem controlar o circuito primário da bobina. Ou o funcionamento dos ventiladores elétricos pode ser controlado com a tensão de informação fornecida por um NTC. Esses tipos de transistores também podem ser utilizados em reguladores de tensão de alternadores e permitem a passagem de correntes muito altas.

TransistorOperação de um transistorPara ajudar a entender o funcionamento de um transistor, vamos conectar uma fonte de alimentação em diferentes modos aos seus terminais e medir, usando um amperímetro conectado em série, o comportamento do circuito. Um transistor do tipo NPN será usado como exemplo. A partir da imagem acima, podemos concluir que ao conectar os terminais Emissor e Coletor diretamente de um transistor a uma fonte de alimentação, não há fluxo de corrente, ou seja, neste caso, ele não atua como um diodo retificador. Ao realizar a mesma operação (veja a próxima figura), mas neste caso com os polos da fonte de alimentação invertidos, chegamos à mesma conclusão do caso anterior. Se agora conectarmos a Base ao positivo e o Emissor ao negativo, podemos ver que flui uma pequena corrente (da ordem de microamperes). Se fizermos o mesmo teste, mas agora invertendo a polaridade, o resultado não será o mesmo, pois neste caso não flui corrente. Se agora conectarmos a Base ao positivo da fonte de alimentação (veja a imagem a seguir) e o Emissor ao negativo, sabemos que uma pequena corrente de excitação é estabelecida entre esses dois terminais. Agora, mantemos essa conexão e conectamos uma nova fonte de alimentação com seu positivo ao coletor do transistor e seu negativo ao emissor. Nessas circunstâncias, podemos ver que uma corrente flui entre o coletor e o emissor que é muito maior do que entre a Base e o emissor. Ou seja, como resultado da corrente de excitação entre a Base e o emissor, o circuito entre o coletor e o emissor é fechado. Se agora fizermos o mesmo que no experimento acima, mas invertermos a polaridade das conexões, o resultado é que nenhum dos circuitos estará fechado em nenhum dos casos e, portanto, não haverá fluxo de corrente em nenhum deles. (Veja a imagem a seguir) Importante! Do que foi visto nesta seção, podemos afirmar que: Sempre aplicamos uma polaridade à Base que é a mesma do cristal que a define. Ou seja, se for um transistor NPN, a base será positiva e devemos conectá-la ao terminal positivo da fonte de alimentação. Por outro lado, se for um transistor do tipo PNP, a Base será negativa e devemos conectá-la ao terminal negativo da fonte de alimentação. A polaridade aplicada ao emissor deve ser sempre a mesma do cristal que o define. Uma polaridade positiva deve ser aplicada a ele no caso de um transistor do tipo PNP e uma polaridade negativa no caso de um transistor do tipo NPN. A polaridade aplicada ao coletor deve ser sempre a polaridade inversa ao cristal que o define. Uma polaridade negativa deve ser aplicada a ele no caso de transistores PNP e uma polaridade positiva no caso de transistores NPN.

TransistorUm transistor é um componente eletrônico formado pela junção de três cristais semicondutores que, por meio de uma pequena corrente de controle estabelecida em um de seus terminais, permite controlar a corrente que circula pelos outros dois. A imagem a seguir mostra os dois tipos de transistores existentes, o que depende do tipo de junção feita com os cristais semicondutores. As características de cada um dos tipos de transistores são as seguintes: Transistor NPN: Este tipo de transistor possui uma base positiva . Uma pequena corrente criada entre a base e o emissor estabelece o circuito entre o coletor e o emissor , por onde flui a corrente principal. Transistor PNP: Este tipo de transistor possui base negativa . Neste caso, a corrente de controle flui do emissor para a base , de onde é ativada a corrente principal entre o emissor e o coletor . A corrente principal flui sempre entre os terminais Emissor e Coletor (do Emissor para o Coletor nos transistores PNP e do Coletor para o Emissor nos transistores NPN). A Base é sempre o terminal de excitação, pois controla a ativação do circuito principal. Alguns exemplos de transistores Do exposto, podemos dizer que o funcionamento de um transistor é semelhante ao de um relé eletromagnético , pois, por meio de uma pequena corrente de excitação, podemos controlar um segundo circuito de alto consumo (a corrente entre Emissor e Coletor pode ser da ordem de 50 a 200 vezes maior que a corrente de excitação entre Emissor e Base). A vantagem do transistor em relação ao relé é que o primeiro não possui contatos que possam queimar ou se deteriorar e sua ação é muito mais rápida. Esses transistores têm uma característica muito especial, que significa que podem controlar com muita precisão o nível de corrente que flui entre o emissor e o coletor, pois é proporcional à corrente de excitação que flui entre a base e o emissor. Ou seja, à medida que a corrente de excitação aumenta (BE), a corrente principal aumenta (EC). Ganho de corrente do transistor ou parâmetro β O ganho de corrente de um transistor é a razão entre a variação ou aumento da corrente de coletor e a variação da corrente de base. Ou seja, é um parâmetro que indica o número de vezes que a corrente principal EC é aumentada em relação à corrente de excitação BE. Sua fórmula é a seguinte: Assim, se, por exemplo, tivermos um resistor em que há uma variação de corrente de coletor (ΔI C ) de 8 mA e uma variação de corrente de base (ΔI B ) de 0,08 mA, o ganho será: β =ΔICΔIB =80.08 = 100 O ganho de corrente dos transistores comerciais varia significativamente de um para outro. Assim, podemos encontrar transistores de potência com um β de apenas 20. Por outro lado, transistores de pequeno sinal podem ter um β de 400. No entanto, os valores normais para este parâmetro estão entre 50 e 300.

Diodo ZenerSabemos que um diodo retificador permite o fluxo de corrente quando polarizado diretamente, mas quando polarizado reversamente, ele não permite o fluxo de corrente (na realidade, permite o fluxo de uma corrente mínima e insignificante, conhecida como corrente de fuga). No entanto, existem diodos que, quando polarizados reversamente, podem, ao atingir um valor específico de tensão, romper-se e permitir o fluxo de corrente na direção reversa. Esses tipos de diodos são conhecidos como diodos Zener . A tensão a partir da qual o diodo Zener rompe e começa a permitir o fluxo de corrente é conhecida como " tensão de ruptura " ou " tensão Zener ". Este componente é representado graficamente pelo símbolo na figura a seguir: Para termos uma melhor ideia de como o diodo Zener opera, vamos observar sua curva característica. Curva característica do diodo semicondutorA figura a seguir mostra uma curva característica de um diodo em que as zonas de polarização direta e reversa são claramente distinguíveis. Na área de polarização direta (parte superior do gráfico com a corrente representada em mA), vemos que, enquanto a tensão de transição ( VT ) necessária para superar a barreira de potencial (área neutra da junção NP) não for atingida, a corrente que flui através do diodo é muito fraca. Uma vez atingido o valor de tensão VT , a corrente através do diodo aumenta rapidamente com a tensão, enquanto a tensão entre as extremidades do diodo permanece muito próxima de VT para qualquer valor de corrente . Em relação à área de polarização reversa (parte inferior da tela com a corrente graduada em μA), sabemos que em condições normais a corrente que circula é mínima (corrente de fuga). Se aumentarmos o valor da tensão reversa aplicada ao diodo, chega-se ao valor de VZ , conhecido como tensão Zener , o que provoca um aumento brusco da corrente que, no caso de um diodo retificador poderia torná-lo inútil, mas no caso de um diodo Zener podemos aproveitar esta característica para utilizá-los, por exemplo, como reguladores de tensão . Aplicações do diodo Zener no carroO comportamento característico destes tipos de diodos permite que sejam utilizados como: Um regulador ou estabilizador de tensão: Suponha que entre os pontos 1 e 2 da figura a seguir temos uma tensão variável que queremos estabilizar. Para isso, instalamos um diodo Zener como mostrado (com polarização reversa) de forma que ele se oponha ao fluxo de corrente (o resistor R protege o diodo Zener de tensões excessivamente altas). Nessas circunstâncias, enquanto a tensão no circuito for menor que a tensão de ruptura do diodo, a corrente não pode fluir, mas assim que essa tensão (Vz) for atingida, ela poderá fluir. Isso evita que certos valores sejam excedidos na rede, o que poderia danificar um componente do circuito. Proteção de circuito: Considere o circuito da figura a seguir: Como este circuito estará sujeito a correntes que sofrerão fortes oscilações, corremos o risco de danificar a carga (C). Para protegê-la, um diodo Zener é instalado, conforme mostrado na figura. Enquanto a corrente não for excessiva, o diodo Zener não se romperá e passará toda a corrente pela carga. Quando a corrente excede um determinado valor que poderia danificar a carga (C), o diodo Zener se rompe e a corrente fluirá por ele e seu resistor R, protegendo assim a carga.

Como um diodo retificador é testado?As falhas mais comuns em diodos são diodos abertos e diodos em curto-circuito . O primeiro caso resulta em uma interrupção do circuito e o segundo, em um curto-circuito. Quando houver suspeita de que um diodo possa estar danificado, ele deve ser testado. Verificar se um diodo está funcionando corretamente é muito simples: basta verificar se ele permite a passagem de corrente em uma direção e a impede na outra. Para isso, usamos um multímetro com sua função de ohmímetro ou, preferencialmente, com sua função de teste de diodo. Verificação usando o ohmímetroPrimeiro, polarizamos o diodo diretamente . Para isso, encaixe o fio vermelho no ânodo do diodo (o lado do diodo que não possui banda) e o fio preto no cátodo (o lado que possui a banda delineada no corpo do diodo). Mas primeiro precisamos selecionar a função ohmímetro (Ω) no multímetro. Nessas condições, o testador fornece uma pequena corrente contínua pela qual a resposta do diodo pode ser medida. O multímetro pode fornecer duas leituras de resistência: Se a leitura da resistência for baixa, isso indica que o diodo não está aberto e, em princípio, antes de verificar a polarização reversa, ele parece estar funcionando corretamente. Se a resistência for muito alta, isso indica que o diodo está aberto e deve ser substituído. Em segundo lugar, invertemos a polarização do diodo . Para isso, colocamos o fio vermelho no cátodo e o fio preto no ânodo do diodo. Neste caso, como acima, o objetivo é tentar fazer com que uma corrente flua através do diodo, mas agora na direção oposta à natural do diodo. O multímetro também pode fornecer duas leituras de resistência: Se a leitura da resistência for muito alta, isso indica que o diodo se comporta conforme o esperado, pois um diodo com polarização reversa dificilmente conduz corrente. Se a resistência for muito baixa, isso indica que o diodo está em curto-circuito e deve ser substituído. Verificação por meio do testador de diodosPrimeiro, polarizamos o diodo diretamente . Para isso, conectamos o fio vermelho ao ânodo do diodo (o lado do diodo que não possui banda) e o fio preto ao cátodo (o lado que possui a banda delineada no corpo do diodo). Após selecionar a função de testador de diodo no multímetro, Nessas condições, o testador fornece uma pequena corrente contínua pela qual a resposta do diodo pode ser medida. O multímetro pode fornecer as seguintes leituras de tensão: Se a tensão fornecida pelo testador for de 0,6 a 0,7 V (para diodos de silício) ou de 0,2 a 0,3 V (para diodos de germânio), isso indica que o diodo está conduzindo e funcionando corretamente. Se a tensão for infinita, isso indica que o diodo está aberto e deve ser substituído. Se a tensão fornecida for 0 V, isso indica que o diodo está em curto e deve ser substituído. Em segundo lugar, invertemos a polarização do diodo . Para isso, colocamos o fio vermelho no cátodo e o fio preto no ânodo do diodo. Neste caso, como acima, o objetivo é tentar fazer com que uma corrente flua através do diodo, mas agora na direção oposta à natural do diodo. O multímetro também pode fornecer duas leituras de tensão: Se a tensão fornecida for infinita, isso indica que o diodo está se comportando conforme o esperado, pois um diodo com polarização reversa dificilmente conduz corrente. Se o diodo estiver em curto, o multímetro indicará 0 V. Se o diodo estiver aberto, o multímetro indicará infinito.

O diodoO material que estudamos na seção anterior nos permite definir o diodo como uma válvula elétrica unidirecional , que permite a passagem de corrente em uma direção e a impede na direção oposta. Ou seja, podemos compará-lo a uma válvula de retenção hidráulica (veja a imagem a seguir). O líquido flui da esquerda para a direita a partir do momento em que a pressão supera a resistência da mola e levanta a esfera de seu assento. Não há fluxo de fluido da direita para a esquerda, pois a válvula está selada, independentemente da pressão. O diodo é representado graficamente pelo símbolo na figura a seguir: As duas opções de polarização do diodo são conhecidas como: Polarização direta: um diodo é polarizado diretamente quando o polo positivo da fonte de alimentação está conectado à região P e o polo negativo à região N. A lâmpada acende quando a corrente flui Polarização reversa: Um diodo é polarizado reversamente quando o polo positivo da fonte de alimentação está conectado à região N e o polo negativo à região P. A lâmpada não acende porque a corrente não pode fluir Um diodo comumente usado em eletrônica é mostrado na imagem a seguir. No que diz respeito às aplicações do diodo no setor automotivo, exemplos notáveis são os diodos de alternador usados para retificar a corrente alternada que ele gera. A imagem a seguir mostra alguns diodos retificadores, bem como a ponte retificadora na qual estão instalados.

DiodoJunção semicondutora N com PComo vimos anteriormente, sabemos que o semicondutor do tipo P possui mais lacunas livres do que elétrons livres, mas sua carga líquida é neutra. Por outro lado, o semicondutor do tipo N possui mais elétrons livres, mas, no geral, também possui carga neutra. Se unirmos os dois cristais, podemos ver que se estabelece um comportamento eletrônico muito importante que pode ser usado em diversas aplicações. Ao unir um cristal P a um cristal N , os elétrons livres do semicondutor N tendem a se mover em direção à região do semicondutor P , que possui poucos elétrons. Da mesma forma, as lacunas do cristal P tendem a se mover em direção ao cristal N. O movimento dos elétrons N para P e dos buracos de P para N resulta em uma neutralização na região de junção entre esses cristais, pois o elétron livre encontra um buraco e passa a fazer parte da ligação entre os átomos, ou seja, ele deixa de ser um elétron livre e o buraco desaparece. Nessas circunstâncias, uma região neutra é criada na região de junção dos cristais com uma estrutura estável e menos condutiva do que os cristais originais de N e P. Como consequência do movimento de cargas, a região N , originalmente neutra, torna-se cada vez mais positiva (à medida que perde elétrons), enquanto a região P torna-se cada vez mais negativa à medida que perde lacunas. Isso significa que surge uma diferença de potencial entre as regiões N e P , conhecida como "barreira de potencial", que em semicondutores à base de germânio é de cerca de 0,3 V e, no caso de cristais de silício, de 0,7 V. Nessas circunstâncias, se conectarmos os polos de uma fonte de energia conforme mostrado na figura a seguir, ou seja, o polo positivo da fonte ao cristal N e o negativo ao cristal P (conhecido como polarização reversa), a corrente não circulará, pois será produzido um acúmulo de buracos no cristal P e uma concentração de elétrons no cristal N ; nessas circunstâncias, a resistência aumentará enormemente na região neutra, conforme mostrado na figura. Na realidade, uma pequena corrente é estabelecida (que é conhecida como corrente de fuga ), mas ela é pequena o suficiente para ser considerada desprezível. Se agora conectarmos o terminal positivo da fonte de alimentação ao cristal P e o terminal negativo ao cristal N , a corrente flui perfeitamente, pois a região neutra é consideravelmente reduzida, e sua resistência é reduzida no mesmo grau que a corrente flui. Podemos tirar várias conclusões desses dois experimentos. A primeira é que esse tipo de junção pode se comportar como um bom condutor ou o oposto. A segunda é que o comportamento dessa junção depende da direção de polarização , ou seja, de qual polo da fonte de alimentação conectamos a cada cristal. Esse tipo de junção é conhecido como diodo .

DiodoSemicondutoresComo vimos nas seções anteriores, a condição de um material como condutor ou isolante depende de seus elétrons de valência ou do número de elétrons em sua órbita externa. Um material com baixo número de elétrons na órbita externa tende a ser um condutor; por outro lado, se a órbita externa tiver muitos elétrons, o material atuará como isolante. Existem materiais com um número intermediário de elétrons que podem atuar tanto como condutores quanto isolantes. São conhecidos como semicondutores . É o caso de materiais como o silício e o germânio , que em seu estado puro possuem uma estrutura molecular que os faz se comportar como isolantes. Como você pode ver na imagem acima, o silício tem quatro elétrons de valência, o que significa que ao se combinar com outros átomos de silício (veja a imagem abaixo), ele forma estruturas cristalinas muito estáveis que não liberam elétrons e, portanto, se comporta como um material isolante. Estrutura cristalina do silício e detalhes de suas ligações (covalentes) entre elétrons. A estabilidade dessa estrutura cristalina tem um ponto fraco: a temperatura. À medida que a temperatura aumenta, os elétrons ficam cada vez mais agitados, o que faz com que alguns elétrons externos saiam de sua órbita, rompendo a ligação. Quanto maior a temperatura, maior a agitação e, consequentemente, maior o número de ligações quebradas e o número de elétrons livres. Nessas circunstâncias, a condutividade do silício aumenta. Cristal tipo NSe " contaminarmos " o silício ou o germânio com materiais que tenham cinco átomos de valência em sua composição, como o arsênio , o antimônio ou o fósforo , a estrutura molecular dessa combinação de materiais (veja a imagem a seguir) deixa elétrons livres que permitem que a corrente flua facilmente assim que o cristal é submetido a uma voltagem elétrica. Estrutura cristalina do silício com a adição de um átomo de antimônio. Detalhe do elétron livre gerado. Quando, devido à impureza adicionada, obtém-se uma estrutura com um elétron livre, isso é chamado de cristal tipo N. Cristal tipo PSe " contaminarmos " o silício ou o germânio com materiais metálicos que tenham três átomos de valência em sua composição, como alumínio , boro , gálio ou índio , a estrutura molecular dessa combinação de materiais (veja a imagem a seguir) deixa "buracos" livres que permitem que a corrente flua facilmente. Estrutura cristalina do silício com a adição de um átomo de alumínio. Detalhe do buraco gerado. Neste caso, quando se obtém uma estrutura cristalina que contém um buraco (na realidade, a ausência de um elétron), diz-se que se trata de um cristal do tipo P.

Resistores sensíveis à luz (LDR)O resistor LDR, também conhecido como fotorresistor, célula fotocondutora ou célula fotoelétrica, é um resistor cujo valor ôhmico varia com a intensidade da luz incidente sobre ele. As letras LDR significam Light D ependent R esistor . Na ausência de luz, o número de fótons incidentes no material do LDR é muito baixo e, consequentemente, o número de elétrons livres que fluem através dele é mínimo, o que resulta em uma resistência muito alta. Quando o número de fótons incidentes no LDR é maior, um grande número de elétrons é liberado, o que facilita muito a condutividade e, consequentemente, seu valor de resistência diminui consideravelmente. Em sua fabricação, é utilizado um material fotossensível que reduz sua resistência à medida que a luz incidente sobre ele aumenta. Esse material geralmente é sulfeto de cádmio (semicondutor de alta resistência). Este material recobre duas superfícies condutoras ligeiramente separadas, conectadas a ambos os terminais do resistor. Este elemento é representado em um circuito elétrico pelo símbolo: Dependendo dos materiais e das porcentagens utilizadas em sua fabricação, os LDRs são mais sensíveis em uma ou outra região do espectro eletromagnético. A título de orientação, um LDR na ausência completa de luz pode ter uma resistência da ordem de 1 milhão de ohms (1 MΩ), e com alta intensidade luminosa incidente sobre ele, sua resistência será da ordem de 500 a 1000 Ω. O gráfico a seguir mostra a curva característica de um fotorresistor LDR. No setor automotivo, esses tipos de sensores são usados principalmente como sensores de luminosidade. Na maioria dos carros fabricados recentemente, os LDRs foram incorporados a circuitos que permitem o acionamento automático da iluminação ao anoitecer ou ao entrar em túneis com baixa luminosidade.

Resistores sensíveis à temperatura (NTC / PTC)Esses resistores, também chamados de termistores ou termorresistores, variam seu valor ôhmico com a temperatura. Existem dois tipos, dependendo da forma como reagem à temperatura: Termistores tipo NTC Termistores tipo PTC Termistores tipo NTCEsses termistores têm a característica de variar sua resistência inversamente com a temperatura, ou seja, se a temperatura aumenta, sua resistência diminui e vice-versa. As letras representam o Coeficiente de Temperatura Negativo ( NTC ) . É representado em circuitos elétricos pelo seguinte símbolo: Eles são fabricados a partir de óxidos de metais semicondutores, como óxido de ferro (Fe 2 O 3 ), com alguns íons de ferro substituídos por íons de titânio. Os termistores NTC são usados na indústria automotiva para medir a temperatura do ar de admissão, do líquido de arrefecimento do motor, do combustível, do ar externo, como um sensor de proteção contra congelamento do evaporador, etc. No gráfico a seguir você pode ver a curva de comportamento característica de um termistor NTC em função da temperatura: Termistores tipo PTCEsses resistores têm a característica de variar sua resistência diretamente com a temperatura, ou seja, se a temperatura aumenta, a resistência do termistor PTC também aumenta. As letras representam o Coeficiente de Temperatura Positivo ( PTC ) . É representado em circuitos elétricos pelo seguinte símbolo: Eles são fabricados a partir de carbonato de bário e óxidos de estrôncio e titânio. Os termistores PTC são usados na indústria automotiva para medir a temperatura dos gases de escape, para aquecer o sensor de oxigênio, nas velas de incandescência dos motores a diesel e nos sensores de aquecimento adicionais e, em geral, onde se deseja reduzir o consumo elétrico quando a temperatura aumenta. O gráfico a seguir mostra a curva de resistência em função da temperatura em um termistor do tipo PTC:

Resistores variáveis (reostatos e potenciômetros)São resistores variáveis do tipo mecânico, ou seja, seu valor ôhmico é alterado movendo-se um limpador sobre um enrolamento ou ao longo de uma trilha cerâmica (dependendo do caso). Reostatos têm dois terminais, potenciômetros têm três. Potenciômetros podem ser usados como reostatos se apenas dois dos terminais forem usados. A imagem a seguir mostra alguns exemplos. Existem dois tipos de potenciômetro: Potenciômetros de filme de carbonoUma película resistiva de carbono é depositada sobre um disco de fibra sobre o qual o limpador móvel desliza. Se houver apenas dois terminais em vez de três, ele atuará como um reostato e não como um potenciômetro. Eles são usados em circuitos com correntes baixas. Potenciômetros de enrolamentoSão construídos com um fio enrolado de alta resistência em um suporte cerâmico, sobre o qual o limpador desliza em um eixo giratório. São usados em circuitos com altas correntes. Dependendo da sua posição, ele pode gerar uma queda de tensão maior ou menor e desta forma alterar as respostas do circuito controlando a corrente que circula por ele. Em diagramas de fiação, os seguintes símbolos são usados para representar: Reostatos e potenciômetros têm inúmeras aplicações no setor automotivo, por exemplo, para controlar o volume do rádio, modular a luz do painel de instrumentos, como sensores de movimento para controlar a abertura de uma válvula de aceleração ou determinar a posição de um pedal do acelerador, etc. Pedal do acelerador com potenciômetro para comunicação de sua posição instantânea. A título de exemplo, veremos como um potenciômetro, como o mostrado nas figuras a seguir, se comporta. Suponha que temos um potenciômetro de 2000 Ω (sua resistência é de 2 KΩ entre as extremidades A e C) e aplicamos uma tensão de 10 V. Podemos ver como ele se comporta com o limpador em diferentes posições: Na primeira posição do potenciômetro, temos: Tensão entre A e C = 10 V Resistência entre A e C = 2000 Ω Tensão entre A e B = 2,5 V Resistência entre A e B = 500 Ω Tensão entre B e C = 7,5 V Resistência entre B e C = 1,500 Ω Na segunda posição do potenciômetro, temos: Tensão entre A e C = 10 V Resistência entre A e C = 2000 Ω Tensão entre A e B = 5 V Resistência entre A e B = 10 00 Ω Tensão entre B e C = 5 V Resistência entre B e C = 1,000 Ω Na terceira posição do potenciômetro, temos: Tensão entre A e C = 10 V Resistência entre A e C = 2000 Ω Tensão entre A e B = 7,5 V Resistência entre A e B = 1.500 Ω Tensão entre B e C = 2,5 V Resistência entre B e C = 500Ω