domingo, 26 de fevereiro de 2012

MICRO TRANSMISSOR ESTÁVEL


Micro transmissor

Permite vigiar o sono dos bebés, transmitir uma conversa telefónica para outro ambiente, ou escutar o som da televisão.

O projecto de radiomicrofone que se descreve a seguir, apresenta as características seguintes: máxima estabilidade de frequência em comparação com a simplicidade do circuito (a deriva é só de 5 KHz após 15 minutos de ligado, com a condição de a alimentação ser estabilizada); sensibilidade microfónica extremamente elevada; e consumo muito baixo de corrente, o que significa uma longa vida da pilha.
Como basicamente se trata de montar um emissor de VHF, se bem que seja de potência muito baixa, comenta-se a seguir o parâmetro mais delicado de um oscilador livre, especialmente se for de VHF, a estabilidade de frequência, que depende de vários factores. Em primeiro lugar, é importante utilizar componentes de muito boa qualidade, uma questão que se resolve utilizando os indicados na lista de componentes. No entanto, isto não evita que seja também importante conhecer os restantes motivos, mais directos e imediatos, da deriva de frequência.
Com a alimentação inicial do circuito, a corrente começa a circular pelos componentes e produz um aumento da sua temperatura, especialmente dos semicondutores. Como consequência, as características dos componentes também variam (se bem que imperceptivelmente).
Isto acontece de modo contínuo durante os primeiros minutos de funcionamento, até se alcançar a temperatura de regime do conjunto.
Nos receptores de FM de alguma qualidade, o inconveniente do deslizamento de frequência soluciona-se com um circuito de controle automático de frequência (CAF) que tem precisamente a missão de manter preso o oscilador de conversão do receptor à frequência do emissor que se está a receber.
Outro motivo dos deslizamentos casuais de frequência é a aproximação da mão ou de outro objecto condutor de qualquer oscilador livre; a sua frequência desloca-se inevitavelmente devido aos acoplamentos capacitivos que se produzem. Portanto, é muito importante dispor de um microemissor num local afastado de partes metálicas móveis, que poderiam produzir rápidos deslocamentos de frequência.
Outro tipo de deriva, neste caso bastante lenta, é produzida pela paulatina redução da tensão da pilha, com a passagem do tempo. Portanto, a frequência do oscilador, especialmente se for do tipo realizado com varicap, reduz-se proporcionalmente.
Neste caso, não é possível pensar em utilizar um circuito de estabilização, porque este absorveria mais potência de que o próprio transmissor e duração da pilha seriam drasticamente reduzidos.


Análise do circuito

Figura 1 - Esquema eléctrico do circuito do microtransmissor.


O esquema do circuito está representado na figura 1 - O microfone M, do tipo de condensador, transforma as ondas sonoras que chegam à sua membrana sensível em sinais eléctricos perfeitamente correspondentes.
Como na cápsula do microfone existe uma etapa amplificadora MOSFET, o dispositivo necessita de uma tensão de alimentação de corrente contínua (com um consumo de muito poucos miliamperes), que proporciona a resistência R1.
O sinal eléctrico disponível na saída do conjunto do microfone aplica-se à entrada inversora do IC1A através do condensador C1, que isola a referida entrada da componente de corrente contínua da alimentação do microfone. Deste modo, esta entrada fica polarizada exclusivamente pela tensão obtida através de R4.
A entrada não inversora de IC1A está polarizada mediante o divisor de tensão R2 e R3, que estabelece o valor da tensão de saída em repouso de IC1A. Como as duas resistências são do mesmo valor, esta tensão da saída é igual a metade da tensão de alimentação, ou seja, de 4,5 V. Nestas condições, a amplificação de IC1A é de 20 vezes.
A entrada não inversora de IC1B recebe a mesma tensão de polarização do divisor antes indicado, enquanto que a outra entrada, a inversora, está ligada à saída para receber uma realimentação negativa.
Entre a saída 1 de IC1A e a entrada 6 de IC1B, o sinal circula através do condensador C5 pelo mesmo motivo de isolamento, exposto para a entrada de IC1A. A resistência R5 tem a finalidade de ajustar as impedâncias de acoplamento entre as duas etapas e o seu ganho relativo. A amplificação que se obtém de lC1B é regulável entre 1 e 47 vezes mediante o potenciómetro de ajuste P1.
Como consequência, a amplificação máxima do conjunto desta duas etapas é de 20x47 = 940 vezes. Esta amplificação é bastante elevada, pelo que o ajuste de P1 deverá realizar-se de acordo com a aplicação.
Por exemplo, se se pretender vigiar o sono de um bebé, ouvir o telefone ou o toque da porta do jardim, ou ainda a conversação normal entre duas pessoas, a amplificação do microemissor deverá ajustar-se para o mínimo mediante a regulação adequada de P1.
Porém, se se pretender escutar uma conversação sussurrante ou proveniente de outra sala, ou os sons da natureza, a regulação da sensibilidade deverá ser no máximo.
No entanto, há que ter em conta um certo cuidado com a regulação de P1, porque o microemissor não pode reproduzir com fidelidade os sons fortes que o saturem se estiver regulado a um nível de amplificação grande, porque ficam muito distorcidos.
Isto deve-se a que, além da elevada distorção, se produz um desvio de frequência do sinal de RF modulado, com as consequências que se indicam a seguir.

Banda passante

A banda passante dum receptor de FM é a janela pela qual passam as frequências úteis, que quase sempre é determinada por filtros cerâmicos centrados nos 10,7 MHz. O seu valor está compreendido entre 250 e 350 KHz, conforme os tipos.
Um bom filtro é aquele cuja resposta está preparada para obter uma boa separação entre sinais muito próximos, pelo que não deve deixar passar as frequências que existirem para além da sua banda passante.
No caso da FM, o sinal recebido deve ter um desvio máximo de frequência não superior à banda passante do receptor. De outro modo, como uma parte do sinal não passa através da janela do filtro, não se aproveitaria. A perda desta parte de informação produz uma forte distorção do sinal de áudio recebido.
Em geral, o desvio de frequência dum transmissor de FM é dado também pelo nível da saída do amplificador de áudio. Um sinal de áudio de baixo nível proporciona uma modulação qualitativamente boa com um nível de áudio óptimo na saída do receptor; uma modulação excessiva provoca uma distorção muito forte do sinal de áudio.

Figura 2 - Distribuição do sinal na banda passante em função da modulação aplicada à frequência portadora.


Na figura 2 representaram-se estas três situações mediante os gráficos designados por análise espectral para cada condição. Em a) só existe a portadora situada no centro da banda passante do receptor, isto é, sem modulação; em b), a modulação é óptima, porque o desvio de frequência está dentro da banda passante do filtro de recepção, com o que se obtém uma audição boa; em c), o desvio é excessivo, pelo que uma parte das bandas laterais cai fora da banda passante, com o que se obtém uma grande distorção.

Etapa de modulação de frequência

O sinal de áudio amplificado por IC1 é aplicado ao ânodo do díodo varicap DV1 através da resistência R10, a qual tem a finalidade de impedir que o sinal de RF, presente neste ponto, se curtocircuite á massa devido à baixa impedância da saída do circuito integrado.
Este sinal de áudio produz variações na capacidade de DV1. Como este díodo faz parte do oscilador de RF, traduzem-se em variações correspondentes da frequência gerada pelo oscilador, isto é, produzem uma modulação da RF.
Como consequência, produz-se uma modulação de frequência proporcionalmente à intensidade do sinal amplificado (o sinal de BF aplicado ao DV1), que corresponde ao sinal de BF.
O circuito oscilante propriamente dito, é formado, além de DV1, pela bobine L1, condensador de compensação (trimmer) C10 e o condensador C6. O transístor TR1 proporciona a energia suficiente para manter a oscilação do circuito.

Etapa de RF

A etapa de RF é do tipo de base à massa. A base de TR1 é ligada à massa sob o ponto de vista da RF através de C5, enquanto que a polarização é determinada pelos valores das resistências do divisor de tensão R7 e R8, juntamente com a resistência de realimentação de emissor R9.
A verdadeira rede de realimentação que determina o início das oscilações da etapa é formada por C6, que aplica uma parte do sinal de saída do colector na entrada de TR1 (emissor), produzindo a necessária dose de realimentação positiva.
Além dos condensadores e da bobine L1, o circuito de saída ressonante tem uma tomada que serve para aplicar o sinal a uma antena transmissora, se bem que o micro transmissor se possa escutar a curta distância sem nenhuma antena.

Montagem do micro transmissor


Figura 3 - Traçado do circuito Impresso.


Figura 4 - Implantação dos componentes na placa da circuito impresso.


Tratando-se dum circuito de alta frequência, com uma etapa de baixa frequência, com um ganho bastante elevado, e que deve ser muito compacto, de dimensões reduzidas é imprescindível realizar a montagem numa placa de circuito impresso como a representada na figura 3, que se projectou de modo a que a montagem do microtransmissor não seja excessivamente incómoda, especialmente para o leitor que não tiver grande experiência nas montagens de RF.
Uma vez realizada a placa e na posse de todos os componentes do circuito, procede-se à montagem de acordo com o esquema prático da figura 4 e seguindo sempre uma ordem lógica. Começa-se pelas resistências e condensadores, excepto C2 e C9, por agora.
A seguir monta-se o potenciómetro de ajuste P1 e o trimmer C10. Se bem que estes componentes não sejam polarizados, a sua inserção tem um sentido obrigatório, o qual se deverá ter em conta seguindo a orientação indicada na figura 4.

Figura 5 - A versão de antena mais simples é uma vareta de um quarto de onda. Uma versão mais eficiente é o dipolo constituído por dois fios de um quarto da onda de comprimento.


É de todo aconselhável que o circuito integrado IC1 seja montado num suporte, procurando realizar as soldaduras dos seus terminais com muito cuidado para impedir que fiquem em curto-circuito devido a pontes de solda.
Passando aos semicondutores, monta-se o varicap DV1, cujo cátodo está marcado com uma faixa de cor (em geral preta no corpo de vidro) que deve ficar virada para o bordo exterior da placa. TR1 tem uma alheta metálica de referência que indica a posição do emissor.
Para a montagem de C2 há que respeitar a polaridade indicada no seu corpo, enquanto que C9 se solda, por um lado à bobine L1, directamente, e pelo outro ao bordo da placa de circuito impresso.
A bobine L1 determina a banda de frequências na qual trabalha o micro transmissor. Realiza-se com 5 espiras de fio desnudado e prateado, de 1 mm de diâmetro, enrolado sobre um suporte de 8 mm de diâmetro, espaçadas regularmente.
Uma vez montada na placa de circuito impresso, o terminal livre de C9 corta-se e solta-se a um terço ou um quarto do comprimento total da bobine, a partir do extremo ligado ao positivo da alimentação.
A cápsula do microfone é ligada aos furos da placa previstos, mediante dois fios de ligação flexíveis e isolados. As ligações de saída e da alimentação realizam-se, mais comodamente, com terminais cravados. A seguir monta-se o circuito impresso no respectivo suporte, respeitando a posição do círculo no seu corpo, que corresponde ao terminal 1, tal como se indica nas figuras 4 e 5.
Por último liga-se o conector da pilha a uma pilha de 9V, normal, se bem que seja melhor do tipo de longa duração. O circuito deverá consumir uma corrente da ordem de 10mA.
Para a alimentação é totalmente desaconselhável o uso de um alimentador de rede, porque devido à grande amplificação da etapa de BF, seria inevitável que se introduzisse um forte zumbido da rede, que impediria escutar claramente o sinal captado pelo microfone.
Se bem que o micro transmissor possa funcionar numa banda de frequência bastante ampla variando as características da bobine usada, a solução mais óbvia é utilizar a banda normal de FM para poder usar um receptor portátil que permita escutar comodamente os sinais transmitidos.
No entanto, encontrar nesta banda uma frequência que não esteja ocupada por uma emissora comercial pode ser algo difícil. Para evitar este inconveniente pode ajustar-se com C10 a frequência de transmissão na parte baixa da banda de FM (80 MHz) ou na parte alta (100 M Hz).
Se isto não for possível com C10, poderão juntar-se ou separar-se algo as espiras da bobine. Em qualquer caso, é importante que o receptor utilizado disponha de um circuito de CAF.
Ao ar livre e sem nenhuma antena aplicada à saída, o alcance do micro transmissor pode chegar a ser de uns 100 metros. Se se ligar uma antena de vareta ao terminal A da antena ou um dipolo aos terminais 3 e 4, tal como se indica na figura 5, o comprimento da vareta ou de cada fio deverá ser de um quarto de onda da banda usada (às frequências de 80 a 100 MHz será adequado um comprimento de antena de 70 a 80 cm), e o alcance será de 200 a 300 m ao ar livre. Naturalmente que uma boa recepção dependerá sempre do receptor utilizado e, em particular, da sua sensibilidade.

Lista de material

Resistências 1/4W ±5%

  • R1 = 2,2KΩ
  • R2 a R6 = 10KΩ
  • R7 = 15KΩ
  • R8 = 6,8KΩ
  • R9 = 390Ω
  • R10 = 100KΩ

 

Condensadores

  • C1, C4 = 100nF
  • C2 = 100μF 16V
  • C3 = 1μF 16V
  • C5, C8 = 10nF
  • C6 = 12pF
  • C7, C9 = 10pF
  • C10 = Trimmer cilindrico 3/40pF

 

Semicondutores

  • IC1 = TL072
  • TR1 = 2N1711 ou 2N2219
  • DV1 = Varicap BB505

 

Diversos

  • P1 = Potenciómetro ajustável vertical 470KΩ
  • M = Microfone de condensador
  • B1 = Pilha de 9V, com conector
  • Suporte DIL para IC de 8 terminais

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