Bom, como a alimentação da iluminação vem do reostato, funciona assim...
As lampadas pinguinhos, são lampadas por filamento, elas possuem um filamento de um metal nobre que suporta altas temperaturas, por este motivo ao fechar um curto circuito através deste metal, em uma atmosfera a vácuo (dentro da lampada não tem ar), o filamento fica incandescente e produz luz.
Bem, essas lampadas foram projetadas para funcionar em tensões de 12V e com potência de 1,2W.
Vale ressaltar que, a potência de 1,2W não é potência de iluminação, e sim dispersão de calor... Potência de iluminação se mede em lumens, e qualquer LED de 0,5W produz muitos mais luz que essas lampadas pinguinho.
Portanto, todas as lampadas do painel inclusive do painel de instrumentos, estão ligadas em paralelo entre si, e em SÉRIE com o reostato.
Ou seja, a alimentação destas lampadas é dependente do reostato.
O que faz o reostato diminuir o brilho das lampadas...?
Bem como conceito básico de eletrônica de colegial, circuito de resistor em série, é divisor de tensão, e em paralelo, divisor de corrente. O que isso quer dizer?
Quer dizer que, as lampadas estão ligadas entre si em paralelo, para terem a mesma tensão de referência, e também para garantir o mesmo brilho entre elas.
Para sabermos a corrente que cada uma das lampadas pinguinho consome basta usar a formula abaixo:
P = V x I
Oonde, "P" é potência expressa em Watts, "V" é tensão expressa em Volts e "I" é a corrente expressa em Amperes.
Bem, sabemos que a potência da lampada é 1,2W, vamos adotar a tensão de 12V nominal da bateria para facilitar os cálculos, mas vale ressaltar que, o carro em rotação alta atinge tensões entre 13,8V à 14,5V.
Bom então temos:
1,2 = 12 x I
I = 1,2 / 12
I = 0,1A ou 100mA
Como temos todas as lampadas em paralelo, o reostato deve suportar uma corrente de aproximadamente 1A ou mais, pois cada lampada consome 0,1A e temos em média 8 lampadas nos Monzas.
Como que o reostato funciona?
Simples e pura lei de Ohm.
Cada lampada tem uma resistência própria, pois o filamento é dopado para que não se derreta sozinho em condições normais de uso.
Porém como sugere a lei de Ohm, resistor em paralelo o valor se divide, e resistor em série soma.
Portanto a resistência que todas as lampadas em paralelo representa para o reostato e corrente elétrica é mínima, mas em contra partida, o reostato está em série com as lampadas. Então devemos imaginar que, todas as lampadas em paralelo seja uma só resistência de valor único.
O reostato também é uma resistência, porém variável, então temos duas resistências em série.
Como havia mencionado no começo do texto, resistores em série, é divisor de tensão. Como assim?
O resistor ao contrário do que TODO mundo pensa, não é regulador de tensão, ele é limitador de corrente, ele segura a corrente elétrica que flui através dele.
Mas como que o LED não funciona sem resistor?
Bem, primeiramente, vou voltar a falar sobre as lampadas pinguinho, elas são lampadas de filamento, o filamento de metal nobre recebe um tratamento para que suporte a alta temperatura e não se derreta. Bem esse tratamento é chamado de dopping, ou simplesmente dope. O metal é dopado, esta dopagem é como se fosse uma contaminação no metal, para que, este apresente RESISTÊNCIA elétrica. Assim como os resistores que são dopados com valores diferentes de dope para terem seus valores resistivos em Ohms. Por este motivo que as lampadas não queimam ligadas direto na corrente elétrica, pois elas por si só são uma resistência, baixa mas são.
E o que isso tem a ver com o LED?
Bem, tem tudo a ver, pois o próprio nome já diz, LED, Light Emiter Diode, no português, Diodo Emissor de Luz (deveríamos chamar de DEL, kkkk). O que um diodo retificador comum faz?
Os diodos possuem polarização, de um lado ele conduz corrente elétrica, e do outro ele bloqueia, pois ele possui dopagem para tal modo que só conduza corrente elétrica num sentido.
E o LED É um diodo, por este motivo que o mesmo tem polarização, só que, ele produz luz quando passa uma corrente elétrica suficiente neste.
Como assim suficiente?
Todo diodo possui uma queda de tensão, ou seja, ele precisa de uma tensão mínima para vencer sua barreia de dope, geralmente é em torno de 1,7V nos leds, e depende MUITO do tipo de diodo. Os LEDS de maneira geral precisam de 1,7V de tensão para vencer sua barreira. A partir deste valor de tensão que o LED começa a conduzir corrente elétrica até o máximo de tensão de 3v geralmente, esse é o consumo máximo de tensão do LED.
Mas como ele não apresenta resistência considerável, praticamente zero, ele é um guloso por corrente, ligar um LED polarizado corretamente sem resistência alguma, é o mesmo que fechar curto circuito, já que, ele é um diodo corretamente polarizado, e este não possui resistência, por este motivo que ele frita até sair fumaça MEEEESSMOO. Já se ligarmos o LED ao contrário, não queimará, também não acenderá, pois este estará bloqueando o fluxo de corrente elétrica por ser um diodo naturalmente.
Por este motivo que há a necessidade de colocarmos um resistor no LED, para LIMITAR A CORRENTE que passará através deste, e como se faz isso? Com resistores.
Como saber o valor do resistor?
Primeiramente precisamos saber qual a corrente que queremos circulando no circuito. Para leds de alto brilho, algo como 25mA já está de bom tamanho, diria até 20mA para garantir a longevidade dos mesmos, e esses 5mA de diferença não vão fazer NADA em questão de brilho do mesmo.
Bom então queremos 20mA, portanto 0,020A, vamos considerar agora a tensão de alimentação com o motor funcionanado de 14,5V, para garantir a longevidade dos LEDS.
Tem um detalhe, lembram-se da tensão mínima necessária para vencer a barreira do LED, bem ela se chama "queda de tensão" o LED apresenta uma queda de tensão de 1,7V mínima e aproximadamente 3V máxima, essa é a barreira de contra tensão do LED por conta da dopagem do mesmo, e que pode variar de acordo com a cor e potência.
Vamos aos cálculos:
(Valternador - Vqueda de tensão do led) = R x I
Onde, "V" é tensão em Voltz, "R" é o valor de resistência em Omhs e "I" é a corrente em Amperes.
14,5 - 3 = R x 0,020
R = 11,5 / 0,020
R = 575 Omhs
O valor de resistor comercial mais próximo é 560 Omhs, portanto a corrente será de:
I = V / R
I = 11,5 / 560
I = 0,02053571.... arredondando, 20mA.
O LED consome 3V da alimentação, o resto da tensão é consumida pelo resistor, e é consumida em forma de calor, portanto o resistor está consumindo 14,5 - 3 = 11,5V em forma de calor.
Para averiguar isto, basta colocar um multímetro na escala de 20V com as pontas no LED devidamente polarizado, e depois no resistor, e irá verificar isto que estou dizendo.
Isso ocorre porque, apesar do LED não ter resistência, ele consome tensão para produzir o brilhor da mesma maneira, e como havia dito, circuito em série é divisor de tensão, o LED fica com 3 e o resistor com o que sobrar da fonte de alimentação, quanto maior a tensão na entrada mais tensão o resistor iria dissipar, e mais ele se esquentaria, e maior deverá ser sua potência de dissipação. Por falar nisso...
Vamos calcular a potência que o resistor deverá suportar, com a fórmula P = V x I:
P = 11,5 x 0,020 - (11,5V porque é a tensão que o resistor está dissipando.)
P = 0,23W ou 230mW
Mas pra que isso?
Os resistores comuns que encontramos nas lojas com muita facilidade são de 1/8W ou seja 0,125W ou 125mW, veja que, ele pelos nossos cálculos, ele deverá suportar 230mW e esses resistores comuns não suportam isso.
Nesse caso, aconselho a usar resistor de 0,5W poderia usar os de 1/4W ou 250mW mas ficaria sem margem de segurança e erro.
Bem vamos voltar ao assunto do reostato...
Como havia dito, ele está em série com as lampadas em paralelo entre si, como havia mencionado, para efeito de análise de circuito, as lampadas em paralelo devem ser consideradas uma resistência só, portanto, temos o reostato que é uma resistência variável e o conjunto de lampadas.
Neste caso circuito em série, circuito divisor de tensão.
Como as lampadas em paralelo representam uma resistência muito baixa, mais do que elas sozinhas, qualquer outra resistência que entrar em série irá baixar sua tensão.
Porque?
Vamos fazer um exercício:
Veja o circuito abaixo:
Temos uma bateria e dois resistores em série.
Vamos considerar:
V = 12V
R1 = 5 Omhs
R2 = vamos considerar como o reostato.
Vamos simular a condição em que o reostato está zerado, ou seja, sem resistência alguma, neste caso, basta desconsiderar o mesmo do circuito, então:
V = R x i
i = V / R
i = 12 / 5
i= 2,4A
Como só temos 1 resistor no circuito, toda tensão de alimentação será dissipada por este.
Agora vamos colocar o reostato em 2 Omhs.
V = R x i
i = V / (R1 + R2)
i = 12 / (5 + 2)
i = 12 / 7
i = 1,71A
Veja que a corrente já caiu, como circuito em série é divisor de tensão e corrente constante, vamos ver agora a tensão em cada resistor, já que a corrente nos dois será a mesma.
Vr1 = R1 x i
Vr1 = 5 x 1,71 = 8,55
Vr2 = R2 x i
Vr2 = 2 x 1,71 = 3,42
Se somarmos a tensão dos dois teremos 11,97V pois eu arrendondei o resultado de Vr1. Perceba que é exatamente a tensão da bateria.
Agora vamos considerar que R1 seja o reostato e R2 as lampadas, e digamos que as lampadas tenham 1 Ohm de resistência, e o reostato esteja com 3 Ohms.
V = (R1+ R2) x i
12 = (3 + 1) x i
i = 12/ 4 = 3A
Vamos calcular a tensão em cada 1:
Vr1 = 3 x 3 = 9V
Vw2 = 1 x 3 = 3V
Notaram que, conforme a resistência do reostato aumenta, mais aumenta sua tensão e mais diminui a tensão sobre R2 que seria as lampadas?
Porque que ao colocar LED's o reostato não funciona como deveria, provavelmente a queda de tensão que o reostato faz em cima das lampadas represente 1/3 ou até 1/4 da tensão de alimentação das lampadas... Como vocês se lembram, elas funcionam a 12V nominal, portanto qualquer 3V que cair elas já irão diminuir bem o brilho.
Porém mesmo com essa queda do reostato, ele ainda continua mandando mais de 3V para os LED's, por este motivo que eles não diminuem seu brilho, pois a resistência do reostato é mínima perto da resistência alta dos resistores, mesmo em paralelo, é um valor maior do que as lampadas que possuem resistências baixíssimas.
Para resolver isso, basta colocar um resistor maior em série com o reostato, de modo que, com o reostato zerado, passe digamos 5V para os LEDs e ao colocar o reostato no máximo, a tensão caia para 2,5V ou 2V. Não sei... precisaria ver quanto de resistência tem o reostato para achar uma solução, e poder ter esse recurso ativo com os LEDs.
Vinícius Ribeiro - Mecatronico.
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