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Técnicas de Transmissão (TEL212)

Um dos mais fascinantes setores da eletrônica é o que trata das radiotransmissões. Neste caderno indicado ao estudante ao iniciante e mesmo ao técnico que não tenha se aprofundado neste setor abordamos este tema com tópicos de grande interesse para todos que trabalham com transmissores de rádio, antenas, enfim todos acessórios ligados a radiotransmissão.

Artigo publicado originalmente em 1992.

 

O que é um transmissor?

Previstas por Maxwell, as ondas eletromagnéticas foram geradas na prática em condições de laboratório pela primeira vez em 1887 por Heinrich Hertz e a partir de então experimentados e descobertas de diversos outros pesquisadores como Marconi, Landel de Moura no Brasil, Popov na Rússia, Armstrong, De Forest, etc. levaram a tudo que hoje conhecemos como parte do sistema de radiocomunicações.

Quando uma corrente elétrica de alta frequência percorre um condutor que denominamos “antena", em sua volta são criadas perturbações ou “ondas" eletromagnéticas que viajam pelo espaço a uma velocidade de 300 000 quilômetros por segundo, aproximadamente.

Estas ondas não precisam de suporte material, o que significa que elas podem se propagar inclusive no vácuo.

O importante para as telecomunicações é que ondas produzidas num local podem viajar por longas distâncias e serem captadas em outros locais utilizando-se um condutor que intercepte estas ondas e ligando-o a um dispositivo que denominamos receptor.

Se trabalharmos os sinais gerados e transmitidos de maneira apropriada podemos fazer com que eles transportem informações, (figura 1).

 

Figura 1 – Princípio de um sistema de rádio-comunicação
Figura 1 – Princípio de um sistema de rádio-comunicação

 

 

Estas informações podem ser em código, podem ser a palavra ou a música ou imagens como no caso da televisão.

Um transmissor consiste basicamente num circuito eletrônico cuja finalidade é produzir as correntes de alta frequências, já contendo as informações que devem ser transmitidas, e aplicar estas correntes a um sistema de antenas.

O transmissor mais simples consiste simplesmente num oscilador que pode ter como elemento principal uma válvula ou um transistor, no qual e ligada uma antena, (figura 2).

 

Figura 2 – Um transmissor elementar.
Figura 2 – Um transmissor elementar.

 

A partir desta configuração mais simples, o circuito de um transmissor pode adquirir diferentes graus de complexidade que dependem basicamente do tipo de informação que deve ser transmitida, da potência que desejamos na sua saída e de alguns outros fatores.

Na figura 3 temos um exemplo de um transmissor mais elaborado destinado a aplicações profissionais.

 

Figura 3 – Um transmissor com diversas etapas.
Figura 3 – Um transmissor com diversas etapas.

 

 

Na parte de alta frequência (setor de RF) temos então um oscilador que gera de maneira precisa um sinal de determinada frequência. Este sinal pode ser, por exemplo, de metade da frequência que se deseja na saída e para se manter a precisão e estabilidade e utilizado um cristal de quartzo.

Os cristais de quartzo são dispositivos que ressoam numa determinada frequência que depende de seu corte .

Quando submetidos a uma tensão elétrica eles tendem a sofrer deformações e, portanto, entrar em oscilação numa frequência determinada, (figura 4).

 

Figura 4 – Um oscilador à cristal
Figura 4 – Um oscilador à cristal

 

Osciladores que usam cristais no controle de sua frequência podem ter um sinal com precisão tal que na sua saída a frequência gerada não se altera mais do que algumas partes por milhão (ppm) mesmo que ocorram variações da tensão de alimentação do circuito ou da temperatura ambiente.

O sinal do oscilador é muito fraco para ter resultados satisfatórios na transmissão. Este sinal é levado então a uma etapa que ao mesmo tempo que dobra sua frequência (dobrados) também o amplifica.

Após a amplificação desta etapa já temos um sinal na frequência que deve ser transmitida, mas este sinal ainda não tem intensidade suficiente para ser aplicado na antena.

Temos então mais uma etapa de amplificação que é a etapa final de amplificação ou potência.

No entanto, até este ponto o sinal gerado consiste simplesmente numa alta frequência que não leva informação alguma.

A informação que o sinal levará é obtida através dos circuitos moduladores.

Para o caso do som (palavra ou música) os circuitos de modulação consiste em amplificadores de áudio. Temos então um pré-amplificador no qual é ligado o microfone, uma etapa de amplificação intermediária (driver) e a etapa final de potência. Neste ponto temos duas opções.

Se o transmissor tem uma potência muito alta, a modulação não é feita na etapa final, mais uma etapa antes, já que precisamos no áudio da mesma potência do que a de RF para termos uma modulação eficiente.

Assim, se para excitar uma etapa de saí da de 100 W precisamos de 5 W, se fizermos a modulação na excitadora só precisamos de 5 watts de áudio.

No entanto, se fizermos a modulação na etapa final precisamos de um sinal de áudio de aproximadamente 100 watts, (figura 5).

 

Figura 5 – A potência da modulação depende da maneira como a fazemos.
Figura 5 – A potência da modulação depende da maneira como a fazemos.

 

 

Existem diversas técnicas de modulação que serão abordadas a seguir.

O importante é lembrar que o número de etapas de modulação e de etapas de RF de um transmissor dependem da sua potência, do tipo de informação a ser transmitida e de alguns outros fatores.

 

Modulação

O tipo mais simples de transmissão é o que se faz por meio de uma onda continua (CW ou Continuous Wave).

Nesta modalidade o transmissor é simplesmente um oscilador de alta frequência ou ainda um oscilador com uma ou duas etapas de multiplicação de frequência e/ou amplificação.

A informação é levada pela interrupção e estabelecimento do sinal de forma codificada através de um manipulador, (figura 6)

 

Figura 6 – Um transmissor de onda contínua.
Figura 6 – Um transmissor de onda contínua.

 

 

Trata-se, pois de um transmissor telegráfico. Estabelecendo e interrompendo o sinal em intervalos ritmados, formamos pontos (.) e traços (-) que combinados no código Morse permitem a transmissão de mensagens.

Um toque curto (ponto) e um toque mais longo (traço) formam a letra A.

Se bem que técnicas mais modernas de transmissão praticamente "aposentaram“ a telegrafia, todos os operadores de rádio, escoteiros, e quem quer que se dedique as radiocomunicações deve conhecer o código Morse, pois trata-se de sistema que perfeitamente pode ser necessário num caso de emergência.

Na verdade, um transmissor telegráfico é tão simples que pode ser numa situação de emergência obtido pela simples adaptação de um velho rádio de válvulas, mas se não houver operador para ele..., (figura 7).

 

Figura 7 – Transformando um rádio antigo num transmissor.
Figura 7 – Transformando um rádio antigo num transmissor.

 

 

Neste interessante “projeto“ o transformador de saída de um velho rádio a válvulas foi substituído por uma bobina e o próprio variável do aparelho. A bobina tem 15 + 15 espiras de fio 28 numa forma de 2,5 cm sem núcleo. O circuito operará entre 3,5 e 7 MHz, para uma válvula 6AQ5 (6V6) a potência variará entre 3 e 5 watts!

Os primeiros transmissores de onda contínua se baseavam na produção de uma centelha, (figura 8).

 

Figura 8  - Um transmissor de centelha.
Figura 8 - Um transmissor de centelha.

 

 

Uma alta tensão produzia uma faísca sobre um circuito LC que então juntamente com muito ruído e espúrios gerava um sinal elétrico para um sistema de antenas. Marconi fez sua primeira transmissão através do Oceano Atlântico com um transmissor deste tipo.

Com o advento da válvula as técnicas de modulação puderam ir um pouco além da simples interrupção do sinal.

Injetando um sinal de áudio na alta frequência de modo a variar sua amplitude partimos para um sistema telegráfico modulado em tom (figura 9).

 

Figura 9 – Princípio de transmissor telegráfico modulado em tom.
Figura 9 – Princípio de transmissor telegráfico modulado em tom.

 

 

E, depois injetando um som no oscilador partimos para a transmissão da palavra e da música.

Dois sistemas existem basicamente para a transmissão da palavra e da música através de sinais de alta frequência.

O primeiro consiste em se fazer a intensidade ou amplitude do sinal variar com o sinal de áudio. Por exemplo, se tivermos um sinal de áudio de 1 kHz, ele vai provocar 1 000 variações por segundo na intensidade do sinal de RF que então nos picos do sinal terá intensidade máxima (ou mínima) e nos mínimos do áudio terá intensidade mínima (ou máxima), (figura 10)

 

Figura 10 - Modulação em amplitude.
Figura 10 - Modulação em amplitude.

 

Para que a transmissão seja eficiente precisamos ter 100% de modulação dai porque o sinal de áudio deve ter a mesma ordem de potência do sinal de RF .

Com 100% de modulação as variações da intensidade do sinal de áudio fazem com que a intensidade do sinal de RF oscile dentro de 100% da sua faixa de valores. Na figura 11 mostramos o que ocorre quando a porcentagem de modulação é menor e maior que 100%.

 

Figura 11 – Porcentagens de modulação.
Figura 11 – Porcentagens de modulação.

 

 

Veja que, com mais de 100% quando o sinal 'força' variações maiores que as possíveis para a RF começam a ocorrer problemas como, por exemplo, a produção de sinais espúrios e a perda de rendimento na transmissão, o que deve ser evitado.

Infelizmente, este processo de modulação denominado Modulação em Amplitude ou Amplitude Modulada (abreviada por AM) tem algumas desvantagens.

Uma delas é sua sensibilidade à sinais interferentes. Estes sinais podem aparecer justamente nos instantes em que temos os mínimos da RF , e com isso são reproduzidos na forma de estalos e ruídos no alto-falante do receptor.

Outra técnica de modulação é a chamada Frequência Modulada ou Modulação em Frequência (abreviada por FM) e que consiste em fazermos a frequência do sinal de RF variar com a intensidade do sinal de áudio, (fig. 12).

 

Figura 12 – Modulação em frequência (FM)
Figura 12 – Modulação em frequência (FM)

 

Assim, se tivermos um sinal de áudio de 1 kHz modulando um sinal de 100 MHz, o sinal de MHz desloca-se entre dois valores de frequência, por exemplo, 100,1 e 99,9 MHz, 1 000 vezes por segundo, acompanhando o sinal de áudio.

Uma das vantagens principais que este sistema apresenta é que a intensidade do sinal de RF não varia e, portanto, não temos a possibilidade de ruídos ou sinais interferentes aparecerem se eles forem mais fracos que o sinal da estação.

Este é um dos motivos pelo qual o sistema de FM se presta de maneira muito melhor para a transmissão da música com fidelidade.

 

Osciladores

Para produzir sinais de altas frequências existem diversas técnicas.

Osciladores são os circuitos que usamos para gerar sinais e estes podem ter as mais diversas configurações que normalmente recebem o nome de seus descobridores ou então nomes relacionados com o sistema empregado.

Vejamos alguns destes osciladores.

Começamos com o oscilador a cristal tanto na versão transistorizada como válvula que é mostrado na figura 13.

 

Figura 13 – Osciladores a cristal
Figura 13 – Osciladores a cristal

 

 

Um circuito como este pode produzir sinais em frequências de até algumas dezenas de megahertz, evidentemente em função do cristal usado.

Na figura 14 temos um oscilador Pierce controlado a cristal com um transistor de efeito de campo.

 

Figura 14 – Figura Pierce à cristal.
Figura 14 – Figura Pierce à cristal.

 

 

Frequências de até algumas dezenas de megahertz podem ser obtidas deste circuito.

O circuito da figura permite que um cristal opera numa frequência que não seja exatamente a sua natural, mas sim uma harmônica ou sobretom.

Com este circuito podemos obter na saída o dobro, o triplo ou mesmo o quádruplo da frequência de um cristal, (figura 15)

 

Figura 15 – Oscilador / Multiplicador de frequência.
Figura 15 – Oscilador / Multiplicador de frequência.

 

Um filtro apropriado deve ser empregado para separar o sinal desejado de outros sinais de frequências múltiplas que podem estar presentes na saída.

Na figura 16 temos um exemplo prático em que a partir de um cristal de 7 MHz obtemos uma saída de 14 ou 21 MHz.

 

Figura 16 – Oscilador de 14 ou 21 MHz com cristal.
Figura 16 – Oscilador de 14 ou 21 MHz com cristal.

 

Um tipo de oscilador bastante popular e que pode chegar até uma centena de Megahertz numa aplicação em transmissão é o Oscilador Hartley mostrado na figura 17.

 

Figura 17 – Osciladores Hartley.
Figura 17 – Osciladores Hartley.

 

Nesta figura temos tanto a versão transistorizada como valvulada deste oscilador. Os circuitos mostrados na figura 17 servem como VFOs ou "Variable Frequency Oscillators" ou Osciladores de Frequência Variável que, diferentemente dos osciladores com cristal podem ser ajustados para operar numa certa faixa de frequências.

A bobina e o valor momentâneo do capacitor em paralelo determinam a frequência do oscilador. Veja que a realimentação que mantém as oscilações neste circuito é feita através de uma derivação na bobina.

No Oscilador Colpitts a realimentação é feita por derivação capacitiva e não na bobina, mas o princípio de operação é o mesmo. Na figura 18 temos um oscilador deste tipo que pode chegar até a faixa de UHF para a versão com transistores de efeito de campo.

 

Figura 18 - Oscilador Colpitts com transmissor de efeito de campo.
Figura 18 - Oscilador Colpitts com transmissor de efeito de campo.

 

 

Um tipo muito comum de oscilador, usado em projetos de pequenos transmissores de controle remoto, FM, microfones volantes, walk-talkies é o mostrado na figura 19.

 

Figura 19 – Tipo comum de oscilador usado em projetos de pequenos transmissores.
Figura 19 – Tipo comum de oscilador usado em projetos de pequenos transmissores.

 

Este circuito opera satisfatoriamente em frequências que vão de alguns megahertz até mais de 200 MHz, dependendo é claro do transistor usado.

Nesta configuração a bobina e o trimmer em paralelo determinam a sua frequência de operação enquanto que o capacitor entre o emissor e o coletor determina a realimentação do sinal.

Veja que o sinal entra pelo emissor e sai pelo coletor nesta realimentação o que caracteriza a configuração de base comum.

 

Potência de Osciladores

Os osciladores que vimos podem gerar sinais cujas potências vão de alguns miliwatts até 3 ou 4 watts para as versões valvuladas ou que fazem uso de transistores especiais.

Isso significa que muitos osciladores já podem ser usados sozinhos como pequenos transmissores ou de baixa potência.

Dependendo da aplicação basta modular o sinal para termos uma configuração Completa de transmissor como no exemplo da figura 20.

 

Figura 20 – Pequeno transmissor de FM.
Figura 20 – Pequeno transmissor de FM.

 

 

Neste circuito a bobina consiste em 4 espiras de fio 22 com diâmetro de 1 cm e temos a operação na faixa de F M. Trata-se de um microfone volante ou micro-transmissor cujo alcance com 6 volts e uma antena de 20 cm chega aos 200 metros em campo aberto.

Com a utilização de um transistor 2N2218 (de maior potência) e a alimentação com 9 ou 12 V o alcance pode chegar a 1 km em campo aberto.

Com uma válvula a potência obtida para um transmissor deste tipo, que tenha apenas a etapa osciladora pode ser bem maior.

Na figura 21, por exemplo, temos um circuito que na faixa de AM, ondas curtas até uns 200 MHz chega a fornecer um sinal de 5 watts.

 

Figura 21 – Oscilador de 10 a 200 Mhz (os componentes dependem da tensão de alimentação e frequência de operação)
Figura 21 – Oscilador de 10 a 200 Mhz (os componentes dependem da tensão de alimentação e frequência de operação)

 

Com esta potência e uma antena apropriada o alcance pode superar centenas de quilômetros em condições normais (observamos que o alcance de um transmissor para distâncias altas como a indicada não depende somente da potência mas também de condições locais como propagação, a localização das estações, o horário do dia, etc.).

Para operar na faixa de OM (ondas médias) como uma pequena estação de rádio experimental (respeitando-se as restrições a operação) a bobina consiste em 50+50 espiras de fio 28 num tubo de PVC de 2,5 cm de diâmetro.

Se desejarmos potências maiores 3 para a saída de um transmissor deveremos empregar etapas amplificadoras de RF e para isso existem diversas configurações possíveis.

 

Amplificadores de RF

As etapas amplificadoras de potência de RF podem fazer parte do próprio circuito do transmissor, aumentando a potência do sinal gerado até o valor desejado ou podem ser externas, ligadas a saída de um transmissor para aumentar sua potência.

Popularmente estes amplificadores externos recebem o nome de “Botinas”.

São amplificadores lineares cujas potências podem chegar a milhares de watts mesmo para o caso de radioamadores.

Nestes casos é preciso observar que a potência máxima que se pode utilizar num transmissor é estabelecida l por lei, de acordo com sua frequência, tipo de serviço, juntamente com a licença que autoriza o possuidor a usá-lo.

Na figura 22 temos um exemplo de pequeno amplificador linear para um transmissor transistorizado de alguns dezenas de miliwatts que opere na faixa de FM.

 

Figura 22 – Amplificador linear para VHF
Figura 22 – Amplificador linear para VHF

 

 

A válvula 6C4 quando alimentada com 300 volts permite que se obtenha até 5 watts de saída quando excitada por apenas 300 mW ou pouco mais.

Diversos são os tipos de circuitos amplificadores usados com os próprios circuitos transmissores. Conforme já explicamos muitos amplificadores também são dobradores de frequência.

Na figura 23 temos um gráfico em que mostramos as diversas modalidades de polarização para os dispositivos amplificadores e quanto do sinal é amplificado.

 

Figura 23 – Classes de Amplificadores
Figura 23 – Classes de Amplificadores

 

Na classe A, a polarização do dispositivo amplificador é tal que ele amplifica os dois semiciclos do sinal. Como sempre está circulando corrente no dispositivo, mesmo da ausência de sinal, ele dissipa uma boa parte da energia em forma de calor, o que significa um baixo rendimento para o circuito.

O rendimento teórico máximo é de 50%, o que significa que para cada 10 watts de energia gasta na amplificação apenas 5 são obtidos na saída. Na prática, entretanto, o rendimento é ainda menor, da ordem de 25 a 30%.

Na polarização em classe AB temos a condução do dispositivo em um dos semiciclos completo e em parte do outro. O resultado é um rendimento maior, no entanto, o corte do outro. O resultado é um rendimento maior, no entanto, o corte de par e do semiciclo gera harmônicas em grande quantidade o que exige mais cuidados nos filtros.

Em classe B temos a condução do dispositivo amplificador apenas em metade dos semiciclos do sinal amplificado. O rendimento e bem maior chegando a 60 ou 65% mas também temos uma baixa linearidade que implica na geração das muitas harmônicas.

Finalmente temos a classe C em que temos a condução somente em parte de um dos semiciclos. O rendimento desta etapa, pode ultrapassar aos 80% mas a distorção e elevada o que acarreta a produção de muitas harmônicas que devem ser eliminadas nas etapas seguintes por meio de filtros apropriados.

Na figura 24 temos exemplos simples de pequenos amplificadores em classe A e em classe C.

 

Figura 24 – Amplificadores de RF
Figura 24 – Amplificadores de RF

 

Uma variação para a classe B que permite a obtenção de excelente rendimento para os dispositivos usados e a chamada etapa em Push-Pull mostrada na figura 25.

 

Figura 25 – Amplificador de RF push-pull classe B.
Figura 25 – Amplificador de RF push-pull classe B.

 

 

Nesta etapa cada um dos transistores amplifica metade do ciclo do sinal com um rendimento bastante grande. Na metade não amplificada o dispositivo permanece sem conduzir, não gastando' energia rendimentos perto de 100% são obtidos com esta configuração.

Observe que nas etapas de RF temos duas modalidades de operação em relação a frequência dos sinais.

As etapas podem ser 'aperiódicas' quando amplificam sinais de uma ampla faixa de frequências, ou seja, quando não são sintonizadas. Nas aplicações que envolvem transmissão, entretanto, um maior rendimento é conseguido se fizermos o circuito trabalhar numa frequência única o que- nos leva a etapas sintonizadas, (figura 26).

 

Figura 26 – Etapa amplificadora com saída sintonizada.
Figura 26 – Etapa amplificadora com saída sintonizada.

 

A sintonia do sinal pode ser feita na entrada da etapa, na saí da ou nos dois locais.

 

Circuitos de saída

Para que todo o sinal produzido num amplificador seja transmitido é preciso que a impedância de saída do transmissor esteja casada com a impedância da antena.

O uso de circuitos que casam a impedância de saída do transmissor com a antena é importante não só para se garantir o máximo rendimento do circuito como também para suprimir a irradiação de harmônicas, ou seja, sinais com frequências múltiplas do que se deseja operar.

Um tipo simples de casador de impedância para pequenos transmissores, que operam na faixa de VHF, ou mesmo ondas curtas consiste na ligação da antena numa tomada da bobina da etapa final, como mostra a figura 27.

 

Figura 27 – Ligação da antena em derivação da bobina.
Figura 27 – Ligação da antena em derivação da bobina.

 

 

Uma antena vertical (telescópica) apresenta uma impedância que depende de seu comprimento em relação a frequência de operação, mas geralmente é mais baixa que a frequência apresentada pela bobina do circuito de saída, denominada “tanque“.

Desta forma, para obtermos o melhor casamento de impedâncias é comum determinar-se uma derivação que corresponde a uma impedância mais baixa, já que o sistema operará como um autotransformador.

O cálculo do ponto onde deve ser feita a derivação envolve o conhecimento da impedância da antena e da impedância que a bobina usada no circuito apresenta na frequência de operação.

Para os casos mais simples, como pequenos transmissores experimentais podemos fazer a escolha do ponto de ligação por meio de tentativas.

Uma outra maneira que é mais interessante de fazermos um acoplamento é mostrada na figura 28, quando a antena é um dipolo ou de outro tipo que deve ser conectado por cabo.

 

Figura 28 – Outro modo de acoplar uma antena.
Figura 28 – Outro modo de acoplar uma antena.

 

 

Uma bobina é usada para acoplar o sinal. A relação entre as espiras entre os dois enrolamentos determina a impedância de saída. O cálculo pode ser feito com base no conhecimento da impedância que a bobina de carga (tanque) tem na frequência de operação.

XL = 2 x 3,14 x fo

Onde fo é a frequência de operação e L é a indutância. A indutância é calculada com base no valor ajustado do capacitor em paralelo e da frequência de operação.

Um circuito de casamento de impedâncias e eliminação de harmônicas bastante eficiente e usado nos transmissores mais críticos e o denominado filtro Pl, da figura 29.

 

Figura 29 – Filtro em PI.
Figura 29 – Filtro em PI.

 

A bobina e C2 casam a impedância do circuito com a antena, enquanto que C1 faz a sintonia. Um circuito como este pode reduzir em até 50 dB a intensidade do segundo harmônico do sinal transmitido.

Outras técnicas envolvendo transformadores do tipo balanced/unbalanced ou 'baluns' como são popularmente conhecidos também ajudam a casar impedâncias e reduzir a irradiação de harmônicas.

 

Sistemas de Modulação

Na modulação em amplitude precisamos fazer com que a intensidade do sinal varie com o áudio que deve ser transmitido, para o caso da palavra ou música (sons em geral).

Temos diversas maneiras para fazermos isso.

Nos circuitos a válvula temos basicamente três processos que são mostrados na figura 30.

 

Figura 30 – Técnicas de modulação
Figura 30 – Técnicas de modulação

 

 

O primeiro é a modulação pela grade de controle no caso de um pentodo ou tetrodo, controlando o fluxo de elétrons entre o catodo e o anodo. Este sistema tem a vantagem de se utilizar na modulação uma potência bem menor do que a de saída do próprio circuito, pois a própria válvula também amplifica o sinal modulador.

Outra técnica mostrada na mesma figura em (D) consiste na modulação pelo catodo, onde temos o sinal aplicado entre o catodo e a terra do circuito controlando o fluxo de cargas ou corrente neste elemento.

O elemento usado neste ponto do circuito pode ser uma segunda válvula amplificadora ou então, o secundário de um transformador conforme mostra a figura 31.

 

Figura 31 – Modulação com válvulas em série.
Figura 31 – Modulação com válvulas em série.

 

 

Neste circuito precisamos de uma potência para o sinal de áudio da mesma ordem que o sinal de RF obtido na saída do sistema.

Um capacitor em paralelo com o dispositivo de modulação desacopla o sinal de RF , oferecendo-lhe uma carga de baixa impedância.

Finalmente temos a modulação pela placa (c) em que controlamos a corrente no anodo ou placa da válvula a partir de um transformador com secundário de impedância calculada de acordo com as características do circuito.

Nesta configuração a potência e áudio deve ser da mesma ordem que a do transmissor ou da etapa que está sendo modulada.

Para os transistores temos configurações equivalentes mostradas na figura 32.

 

Figura 32 – Modulação em amplitude com transistores.
Figura 32 – Modulação em amplitude com transistores.

 

 

Na modulação na base do transistor precisamos de potências menores que nos outros dois casos,

Na modulação em frequência precisamos fazer com a frequência do sinal gerado varie com o sinal de áudio.

Para pequenos transmissores experimentais uma maneira simples de se fazer a modulação em frequência é atuando-se sobre a polarização do transistor, já que sua frequência de operação varia sensivelmente com este parâmetro. Na figura 33 temos uma maneira simples de conseguirmos esta modulação.

 

Figura 33 – Técnicas simples de se modular pequenos transmissores.
Figura 33 – Técnicas simples de se modular pequenos transmissores.

 

 

Nas aplicações mais críticas são usadas outras técnicas como, por exemplo: a que faz uso de diodos de capacitância variável ou varicaps.

Estes diodos quando polarizados no sentido inverso apresentam uma capacitância que depende da tensão que seja aplicada entre seus elementos.

Um circuito modulador de FM usando varicap é mostrado na figura 34.

 

Figura 34 – Modulação por varicap.
Figura 34 – Modulação por varicap.

 

 

Neste circuito o sinal de áudio vai diretamente para os elementos do diodo fazendo com que sua capacitância se modifique conforme as variações do sinal de áudio. O varicap está ligado com um capacitor em paralelo com a bobina do circuito oscilador de modo a influir na sua frequência.

Esta frequência. variará então de acordo com o próprio sinal de áudio.

O choque de RF impede que o sinal de alta frequência retorne para o circuito de áudio, e o capacitor em série com o varicap (cx) impede que a DC do circuito atue sobre o oscilador.

 

Antenas

O elemento final de um sistema de transmissão é a antena que deve transferir para o espaço os sinais gerados por um transmissor.

Além de dimensões e formato que estejam de acordo com a frequência do sinal transmitido a antena também deve ter outras características que melhorem seu desempenho numa aplicação como a diretividade.

Observe pela figura 35 em que temos os padrões de irradiação de diversos tipos de antena que existem aquelas que concentram os sinais praticamente numa única direção.

 

Figura 35 – Padrões de irradiação de antenas.
Figura 35 – Padrões de irradiação de antenas.

 

 

Devemos optar por uma antena deste tipo se quisermos dirigir os sinais para uma única região em que se encontra o receptor ou receptores, pois assim obtemos maior rendimento.

Se a área em que os sinais forem concentrados for 100 vezes menor que a área de uma esfera em que o sinal se espalhe por igual, isso significa que teremos um rendimento 100 vezes maior para o nosso sinal, (figura 36).

 

Figura 36 – Rendimento de uma antena
Figura 36 – Rendimento de uma antena

 

A utilização de um transmissor de 1 watt nestas condições teria os mesmos resultados práticos do que seria obtido com uma antena não direcional e um transmissor de 100 watts.

Isso nos permite em falar de “Ganho“ para uma antena como a capacidade que ela tenha de concentrar a energia numa direção e assim proporcionar maior rendimento.

Nas mesmas figuras em que damos os padrões de irradiação temos também as suas dimensões. Estas dimensões são função da frequência em que devem operar.

 

Circuitos Práticos

Damos a seguir, para completar este artigo, uma seleção de circuitos para aplicações em transmissores.

 

a) VFO de 1,5 a 10 MHz

O circuito da figura 37 pode gerar sinais em faixas relativamente amplas de frequências que dependem da CV e da bobina L1. Para L1 com 60 espiras de fio 28 num núcleo de ferrite ajustável de 1 cm de diâmetro e CV de 290 pF de capacitância máxima o circuito deve cobrir de 2 a 4 MHz aproximadamente.

 

Figura 37 – VFO de 1,5 a 10 MHz.
Figura 37 – VFO de 1,5 a 10 MHz.

 

O circuito pode ser modificado para gerar sinais até 10 MHz.

O sinal do oscilador passa por uma etapa de amplificação e desta para a saída de onde podemos fazer uso para amplificação e modulação que dependem do projeto.

Os capacitores devem ser cerâmicos e nas funções mais críticas como C4 de mica prateada.

A alimentação deve vir de fonte estabilizada com excelente filtragem:

 

b) Transmissor CW de onda curta

Com uma alimentação de 300 V (Vcc) este circuito que é mostrado no circuito 38 produz perto de 5 watts de saída, podendo operar entre 3 MHz e 100 MHz.

 

Figura 38 – Transmissor CW de onda curta.
Figura 38 – Transmissor CW de onda curta.

 

 

Para uma operação na faixa de 3 a 8 MHz a bobina L1 consta de 30 espiras de fio 28 num tubo de PVC de 2,5 cm de diâmetro, com tomada central.

CV deve ter até 200 pF de capacitância máxima e uma tensão de isolamento entre as placas de pelo menos 500 V. Os capacitores de 220 pF e 100 nF devem ter tensões de trabalho acima de 500 V, assim como o de 100 pF

A válvula usada é do tipo triodo miniatura com base de 7 pinos devendo o aparelho ser montado em chassi metálico. Lx e o enrolamento primário de um transformador de alimentação para 110 ou 220 V.

Os eletrolíticos da fonte de- vem ter tensões de trabalho de 300 V ou mais (sempre pelo menos o dobro da tensão do secundário do transformador usado). O manipulador será Iigado entre os pontos A e B do diagrama.

 

c) Pequeno transmissor de FM

Transmissores volantes para a faixa de FM são muito interessantes como montagens recreativas. O circuito da figura 39 pode ser alimentado com pilhas e tem alcance de 100 metros até 1 km.

 

Figura 39 – Transmissor de FM.
Figura 39 – Transmissor de FM.

 

 

Com 6 V, R1 deve ser de 4,7 k e R4 de 47, ohms ocorrendo o menor alcance.

O transistor pode ser o BF494 ou 2N2218. Com 9 ou 12V devemos usar o 2N2218 e aumentar R1 para 6k8 ou 10 k. Neste.caso teremos o maior alcance.

A bobina L1 consta de 4 espiras de fio 22 em forma sem núcleo de 1 cm de diâmetro e CV é um 'trimmer 2-20 ou 3-30 pF . A antena pode ser ligada entre a segunda e terceira espira e consiste numa vareta de metal de 30 a 60 cm de comprimento.

A tomada ideal é aquela em que não ocorrem instabilidades de funcionamento e haja o maior rendimento.

 

d) Transmissor telegráfico transistorizado de ondas curtas

O circuito mostrado na figura 40 fornece algumas centenas de miliwatts na faixa dos 80 metros com dois transistores.

 

Figura 40 – Transmissor telegráfico.
Figura 40 – Transmissor telegráfico.

 

 

Um deles opera como oscilador e o outro como amplificador classe C.

L consta de 50 espiras de fio 28 num bastão de ferrite de 1 cm de diâmetro e 10 cm de comprimento. L2 consta de 10 espiras do mesmo fio sobre L1. L4 consta de 40 espiras de fio 28 num bastão de 1 cm de diâmetro com 8 cm de comprimento e L3 consta de 8 espiras sobre L3. A alimentação de 12 V pode vir de bateria ou fonte.

 

Artigo publicado originalmente em 1992

 

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Opinião

Ser não ser honesto (OP192)

Não há dúvida de que estamos passando por uma época de transformações políticas e sociais. Já não se admite desonestidade na política, e evidentemente em qualquer outro tipo de atividade em nosso país. A pressão tem sido cada vez maior no sentido de erradicar este mal, mas infelizmente ainda vemos que em alguns setores, esta mentalidade parece não estar mudando com a devida velocidade.

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Capaz
A metade de meus homens de governo não é capaz de nada e a outra metade é capaz de tudo.
Atribuído a Getúlio Vargas (1883 1954) Jornal do Brasil - Ver mais frases


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