Aparelhos transmissores ultra-miniaturizados, sensíveis e de grande autonomia são equipamentos obrigatórios de qualquer agente-secreto, policial, detetives, ou mesmo para o leitor que gosta deste tipo de equipamento. A possibilidade de estudantes e professores ou mesmo do leitor e seus amigos montarem seu próprio transmissor cujos sinais sejam captados em rádios comuns de FM é algo muito atraente. Damos então neste artigo o projeto de 5 transmissores de FM, que podem ser montados a partir de uma mesma placa de circuito impresso. A escolha da versão dependerá simplesmente dos componentes utilizados.
Descrevemos um circuito básico de micro-transmissor que emite sinais de rádio que transporta sua voz ou os sons captados nas proximidades por meio de um microfone até qualquer rádio de FM (portátil, de carro ou de um sintonizador) situado a uma distância que vai depender dos componentes usados. Assim, damos 5 versões que, conforme os componentes podem alcançar distâncias que variam entre 50 e 400 metros.
A menor das versões é tão pequena que pode ser escondida ou disfarçada numa simples caixa de fósforos, consistindo pois num "micro-espião" de grande utilidade para o agente secreto ou detetive que poderá usá-lo para ouvir conversas, quando "esquecido" de propósito em algum lugar.
Como tema para matérias eletivas, essa montagem atrai bastante os alunos que justamente se interessam pelas aplicações lúdicas. Brincadeiras interessantes podem ser programas com base neste circuito.
Na figura 1 temos alguns locais onde um transmissor secreto pode ser escondido numa sala.
A versão maior, com mais potência, tem um alcance da ordem de 400 metros em campo aberto, e serve para seu portador se comunicar com alguém que tenha um receptor ou ainda como monitor de eventos. Um par desses transmissores permite a comunicação bi-lateral, com muitas utilidades práticas.
Veja a seguir algumas sugestões de como usar seu micro-transmissor de FM e onde:
* Todas as versões podem ser usadas como microfones volantes, permitindo a gravação sem fio num aparelho de som convencional, ou mesmo numa câmera de vídeo, bastando ligar o receptor na entrada de microfone desta câmera, durante uma gravação.
* As versões de menor potência e potência intermediária, podem ser escondidas em objetos para a escuta clandestina de conversas, ou seja, em serviços de espionagem eletrônica ou simples brincadeiras.
* A versão menor pode ser usada como um intercomunicador secreto para conversas e comunicações a curta distância como, por exemplo, de um quarto para outro ou de um apartamento adjacente para outro. Um excelente brinquedo para você mesmo montar para seu filho.
* As versões maiores e intermediárias podem ser usadas em acampamentos, escotismo, pescarias, viagens para comunicações entre pontos fixos e móveis. Durante um passeio você pode falar de um carro para outro, ouvindo os sinais no FM do veículo.
* As versões intermediárias podem ser usadas em obras e instalações de antenas, para comunicações diversas.
Todas as versões são muito simples de montar, usam componentes comuns e baratos e até mesmo os leitores menos experientes não terão dificuldades com sua realização. Isso torna este projeto ideal para estudantes. Basta ter um ferro de soldar e recursos para fazer a placa de circuito impresso e pronto.
Damos a seguir as características das 5 versões do micro-transmissor de FM:
Versão 1 - 2 pilhas botão - menor
Alcance: 50 metros (aprox. ver texto)
Transistor usado: BF494 ou BF495
Dimensões totais da caixa: 3 x 4 x 1,2 cm (mínimo sugerido)
Versão 2 - 2 pilhas miniatura de 1,5 V - intermediária
Alcance: 50 a 100 metros (aprox. ver texto)
Transistor usado: BF494, BF495 ou 2N2222
Dimensões totais da caixa: 3,5 x 5 x 1,8 cm (mínimo sugerido)
Versão 3 - 2 pilhas pequenas - intermediária
Alcance: 50 a 100 metros (aprox. ver texto)
Transistor usado: BF494, BF495 ou 2N2222
Dimensões totais da caixa: 3,5 x 8,5 x 1,8 cm (mínimo sugerido)
Versão 4 - 4pilhas pequenas - maior potência
Alcance: 200 a 300 metros (aprox. ver texto)
Transistor usado: BF494 ou 2N2218
Dimensões totais da caixa: 4,5 x 9,0 x 4 cm (mínimo sugerido)
Versão 5 - bateria de 9 V ou 6 pilhas pequenas - maior potência
Alcance: 250 a 400 metros (aprox. ver texto)
Transistor usado: BF494 ou 2N2218
Dimensões totais da caixa: 3 x 8 x 2 cm (para bateria - mínimo sugerido)
A última versão, quando alimentada por bateria, deve ter funcionamento intermitente, para não haver o esgotamento rápido dessa bateria.
COMO FUNCIONA
O tamanho desses transmissores deve-se a simplicidade do circuito, que consiste basicamente num oscilador de alta freqüência com um único transistor.
O transistor oscila numa freqüência entre 88 e108 MHz, dada pelo ajuste do trimmer. Devemos procurar uma freqüência livre da faixa de FM, ou seja, onde não existam estações operando.
No circuito ressonante temos em paralelo com o trimmer uma bobina. Como as bobinas são sempre componentes algo críticos, neste tipo de circuito, adotamos neste projeto uma solução interessante para este componente que consiste em se fazer a bobina impressa na própria placa. Desta forma, a espiral que o leitor vê na placa de circuito impresso, nada mais é do que uma bobina calculada para operar na faixa de FM com o trimmer recomendado.
É muito importante que o material da placa de circuito impresso seja de boa qualidade e que a espiral não tenha falhas na montagem, para que o transmissor funcione. Se o leitor tiver dificuldades com esta bobina pode retirá-la do desenho e em seu lugar soldar por baixo, uma bobina formada por 4 voltas de fio comum com diâmetro de 1 cm, no entanto, este procedimento vai resultar numa montagem maior.
A realimentação que mantém as oscilações é dada pelo capacitor C4 que merece uma atenção especial neste projeto. Este capacitor deve ser obrigatoriamente cerâmico e seu valor pode ficar entre 3,3 e 8,2 pF.
A modulação, ou seja, a aplicação do sinal de áudio do microfone ao sinal de rádio para seu transporte, vem de um microfone de eletreto através do capacitor C1.
Usamos microfone de eletreto, porque os microfones deste tipo, além de seu tamanho reduzido, possuem enorme sensibilidade dada pela presença de um transistor de efeito de campo amplificador em seu interior.
Outro fator importante a ser considerado na escolha deste tipo de microfone é o seu baixo custo.
Com relação ao alcance destes transmissores, precisamos fazer algumas observações importantes:
O alcance de um transmissor deste tipo depende basicamente dos seguintes fatores: a tensão de alimentação, o transistor usado, e o tamanho da antena.
Assim, para as diferentes versões, o leitor verifica que o que muda basicamente é a tensão de alimentação, o transistor usado e os valores de alguns componentes que influem no desempenho do transistor escolhido.
Na gama de transistores disponíveis no nosso mercado, escolhemos 4 tipos: os BF494 e BF495 que são praticamente iguais em desempenho nestes projetos, e que podem ser usados nos circuitos de menor potência, pois sua corrente de coletor está limitada a 30 mA.
Para as versões de maior potência, trabalhando com tensões maiores, mas mantendo a corrente ainda relativamente baixa, temos os transistores 2N2222 e 2N2218. Para este último, temos a possibilidade de operar com correntes de coletor até 1A, mas isso estaria num limite inadequado a esta aplicação.
Num transmissor deste tipo, conforme citamos, o comprimento da antena e sua ligação à bobina influem não só no alcance como também na estabilidade do circuito.
No nosso projeto a antena é ligada a uma derivação da bobina de modo a se obter uma menor carga e melhor casamento de impedâncias, o que evita instabilidades.
No entanto, pode ocorrer que a aproximação da mão da antena, ou a movimentação brusca do aparelho, faça com que a freqüência se altere, ou seja, o sinal "foge" de sintonia. Isso poderá ser devido ao comprimento impróprio da antena ou ainda a outros fatores devidos a montagem imperfeita. Isso pode ser corrigido de duas formas:
Uma delas consiste em se alterar a posição de ligação do fio da antena na bobina até se obter aquela em que as instabilidades desapareçam.
Outra possibilidade, e mais cômoda, consiste em se encontrar o comprimento ideal da antena, que case com a impedância do circuito.
Este comprimento vai estar provavelmente entre 10 cm e 40 cm. Veja que a instabilidade vai se agravar muito se o leitor usar uma antena muito grande ou "descasada", pensando em obter maior alcance com isso.
MONTAGEM
a) Elaboração da placa de circuito impresso
Se o leitor não tiver condições de conseguir uma placa pronta, deve transferir o desenho dado neste artigo na figura 2 para uma placa virgem, usando as técnicas tradicionais como, por exemplo, o processo fotográfico, o processo manual com caneta ou decalque, ou qualquer outro desde que seja obtido um trabalho sem falhas e com linhas homogêneas principalmente para a bobina.
A maioria dos kits de placas de circuito impresso ensina como fazer, se bem que ser interessante que o leitor pratique antes com projetos mais fáceis.
b) Furação da placa
Para furar a placa de circuito impresso, o leitor tem duas opções: usar um furador manual do tipo apropriado, que parece um grampeador e que normalmente acompanha os kits, ou então usar uma furadeira comum ou elétrica para placa de circuito impresso, com broca de 0,8 a 1 mm.
Evidentemente, se o leitor não tiver estes recursos deve procurar algum técnico ou amigo que possua estas ferramentas, pois a sua compra só é recomendada se o leitor pretender se dedicar a eletrônica pois, certamente deve precisar delas para outras montagens.
Para usar a furadeira maior ‚ preciso ter muito cuidado para não danificar a placa. Para isso, apóie a placa num pedaço de madeira e prenda-a numa morsa, conforme mostra a figura 3.
Com cuidado faça todos os furos marcados no desenho e numerados de 1 a 30.
Feita a furação da placa, o leitor pode pensar na montagem da parte eletrônica, iniciando pela aquisição dos componentes.
c) Montagem da Parte Eletrônica
Na figura 4 damos o diagrama completo do aparelho, e que serve para todas as versões, pois somente os valores e tipos de componentes é que vão mudar.
Observe que neste diagrama temos números que correspondem aos pontos da placa de circuito impresso em que os componentes vão ser ligados. Assim, por exemplo, o capacitor C2 deve ser enfiado na placa pelo lado dos componentes nos furos 16 e 17 e seus terminais vão ser soldados do lado cobreado, e depois seus excessos cortados.
Os componentes cujos valores não aparecem marcados no diagrama são os que dependem da versão. Trabalhe então com a tabela abaixo para definir os valores dos componentes que vai usar.
Observe que numa mesma versão, os valores dos resistores dependem do transistor. Assim, para a versão 2, o uso do transistor 2N2222 significa que R2 deve ser de 3,3 k ?, R3 deve ser 4,7 k ? e R4 de 39 ?, mantendo-se o valor de R1 em 1k ?.
Para estas versões, com valores diferentes de componentes, teremos também potências diferentes e portanto alcances diferentes.
Na mesma tabela temos as cores dos resistores, de modo a facilitar sua identificação por parte dos leitores menos experientes, lembrando que a leitura é feita da ponta para o centro do componente.
Uma vez definidos os componentes, os resistores podem ser todos de 1/8 W ou um pouco maiores, lembrando que o espaço na placa é restrito. Os demais componentes que têm valores fixos, sendo dados na Lista de material no final do artigo.
Podemos então passar à soldagem dos componentes na placa de circuito impresso, conforme mostram os pontos na figura 5.
Para facilitar o leitor menos experiente daremos a seqüência de soldagem dos componentes e ligações. Lembramos que em todos os casos os componentes devem ter os terminais dobrados de modo a se encaixar na placa do lado não cobreado, para que eles apareçam no lado cobreado onde são soldados.
Feita a soldagem com cuidado, para não deixar espalhar o fluido provocando curtos, espere esfriar por alguns segundos, cortando os excessos dos terminais com um alicate de corte lateral.
Pontos 1 e 2 - Entre estes dois pontos vamos colocar um "jumper" que nada mais é do que um pedaço de fio de interligação comum. Este fio pode ser encapado rígido ou mesmo sem capa, devendo ser dobrado e soldado conforme mostra a figura 6.
Pontos 3 e 4 - solde o resistor R1. Este resistor, como os demais, são colocados em posição vertical, conforme mostra a figura 7. Seja rápido nesta operação, sempre usando um soldador pequeno de ponta fina, pois o calor afeta os componentes mais delicados, se aplicado em excesso.
Pontos 5 e 6 - Entre estes pontos vamos soldar o resistor R2. Observe que este é um dos componentes cujo valor depende da versão escolhida.
Pontos 7 e 8 - Temos agora que soldar o resistor R3, cujo valor depende também da versão escolhida.
Pontos 9 e 10 - Entre estes pontos soldamos o último resistor do projeto.
Pontos 11, 12 e 13 - Nestes pontos vamos soldar o transistor, mas antes o leitor deve verificar na tabela a disposição dos terminais desse componente. Feito isso, deve-se encaixar o componente nos furos de modo que a numeração corresponda aos terminais da seguinte maneira:
11 - Base
12 - Emissor
13 - Coletor
Cuidado para não inverter estas ligações, pois se isso ocorrer o transmissor não funciona! Não se preocupe se tiver de dobrar os terminais do transistor para encaixá-lo nesta posição, mas tome cuidado para que não sejam totalmente torcidos, e com isso venham encostar uns nos outros.
Pontos 14 e 15 - Nestes pontos ser colocado o capacitor C4. Dê preferência ao valor da lista de material e certifique-se de que se trata de um capacitor cerâmico tipo disco. Para 4,7 pF a marcação do componente pode vir como 5,7J ou ainda 4K7. O J ou outra letra são sempre maiúsculas.
Pontos 16 e 17 - Nestes pontos vamos soldar C2 que é outro capacitor cerâmico do projeto.
Pontos 18 e 19 - Passamos agora à soldagem do capacitor C1, também cerâmico. Podemos ter diversas marcações para este componente como, por exemplo, 223, 22k ou 0,022 ou ainda .022.
Pontos 20 e 21 - Solde, da mesma forma que nos casos anteriores o capacitor C5.
Pontos 22 e 23 - Chegamos agora ao trimmer CV. Na hora de comprar este componente é bom optar pelos tipos que tenham os terminais finos e se encaixem diretamente nos furos da placa de circuito impresso. No entanto, se não puder encontrá-lo, devemos preparar o componente com uma extensão de seus terminais para que ele possa ser usado. Esta extensão consiste em se soldar dois pedaços de fios descascados nos terminais do componente de modo que estes fios possam ser encaixados nos furos correspondentes, segurando-o em posição de funcionamento, conforme mostra a figura 8. Isso vai ocorrer com os tipos plásticos miniatura que são os mais comuns atualmente, já que os tipos com base de porcelana podem apenas ser obtidos a partir de equipamentos antigos fora de uso.
24 - Neste ponto ser soldada a antena. Na verdade, devemos soldar esta antena antes de colocar o trimmer, pois ela fica por baixo e consiste num pedaço de fio rígido de 15 a 40 cm de comprimento, conforme mostrado na mesma figura 8. Será interessante aplicar um pouco de cola no ponto em que a antena se dobra sobre a placa, para que ela não force o ponto de soldagem, já que deve ficar pendente.
25 e 25 - Terminamos o trabalho na placa de circuito impresso com a soldagem dos terminais de ligação dos terminais do microfone. Veja que o microfone tem polaridade certa para ligação que é mostrada na figura 9. O ponto positivo do microfone deve ser encaixado no furo 26. Se houver inversão, o transmissor emite sinais, mas não é modulado, ou seja, não há som no receptor (não fala).
Passamos agora a trabalhar com os componentes externos, mas antes confira todas as soldagens verificando se todos os componentes estão firmes e se não existem espalhamentos de solda que possam colocar em curto as conexões dos componentes.
27 e 28 - Para o interruptor temos duas opções: se for do tipo que se encaixa na placa de circuito impresso, ele pode ser soldado diretamente conforme mostra a figura 10 em (a). Mas, se for do tipo maior, para fixação na lateral da caixa, temos de usar dois pedaços de fios para sua conexão, os quais serão encaixados e soldados nos pontos 27 e 28 da placa, conforme mostra a mesma figura em (b). Se for usada uma chavinha do tipo 2 x 2 (2 pólos x 2 posições) mostramos em C como são feitas suas ligações.
Existe ainda a possibilidade do leitor eliminar este componente, para maior economia, caso em que bastar colocar um jumper (fio) entre os pontos 27 e 28 (como entre 1 e 2). Neste caso, o transmissor ficará ligado quando as pilhas forem colocadas no suporte e desligar quando forem retiradas.
29 e 30 - Nestes pontos ligamos os terminais da bateria ou suporte de pilhas que vai alimentar o transmissor. Observe que o fio positivo do suporte de pilhas ou conector deve ir ao ponto 29 (vermelho) e o fio negativo deve ir ao ponto 30 (preto).
Para a versão com bateria de 9V podemos comprar um conector apropriado em qualquer loja de componentes, o mesmo ocorrendo em relação ao suporte de 2 pilhas pequenas e de 4 pilhas, motivo pelo qual estas versões devem ser escolhidas pelos leitores dotados de menos facilidades para trabalhar com a elaboração de partes mecânicas.
Para as pilhas do tipo "botão", da versão menor, o suporte deve ser fabricado pelo montador, conforme mostra a figura 11.
Completando sua montagem dos componentes externos, confira tudo novamente antes de fazer os testes de funcionamento.
PROVA E USO
Para provar, inicialmente ligue nas proximidades (2 a 3 metros) um receptor de FM sintonizado em freqüência livre e a médio volume.
Ligue o transmissor, acionando S1 ou colocando as pilhas no suporte.
Ajuste então vagarosamente o trimmer com uma chave não metálica (uma chave de plástico ou madeira do tipo usado no ajuste de rádios e vendida em casas especializadas, é o tipo ideal) até captar o sinal mais forte do transmissor.
Se o rádio estiver com bom volume e muito próximo, quando a freqüência for encontrada pode ocorrer um "apito" que é devido à realimentação acústica ou microfonia. Para eliminar este apito basta afastar o transmissor ou reduzir o volume do rádio.
Feito o ajuste, vá falando diante do microfone e se afastando para verificar o alcance do pequeno transmissor. Se o sinal sumir logo, é porque você sintonizou um sinal indevido e deve tentar novamente. Este sinal é de freqüência espúria e não tem alcance.
Feita a sintonia você também pode encontrar o tamanho ideal da antena, enrolando-a e dobrando-a até que o transmissor fique estável.
Para a maioria dos casos, manter a antena com comprimentos entre 15 e 40 cm proporciona o melhor alcance e estabilidade.
Se quiser sons mais graves para o microfone ou mesmo um pouco mais de sensibilidade aumente os valores de C1 e C1. Para C1 pode ir até 470 nF e para C2 até 22 nF.
Comprovado o funcionamento, pense numa caixinha plástica para instalar o transmissor. Pode ser uma saboneteira, por exemplo, para as versões maiores. Na figura 12 damos uma sugestão de pequena caixa plástica com furos para o microfone e uma antena telescópica para um dos casos.
Ao usar o aparelho procure sempre operar com a antena em posição vertical, sem movimentá-la muito ou aproximá-la de objetos metálicos que possam causar instabilidades de funcionamento.
Os melhores resultados (maiores alcances) são obtidos em campo aberto, ou seja, sem obstáculos para a propagação dos sinais. Dentro de casas, os sinais passam perfeitamente através de paredes mas se existirem estruturas metálicas o alcance pode ficar sensivelmente reduzido.
A duração das pilhas depende da versão sendo‚ mais longa para o caso de duas e quatro pilhas pequenas. Os que usam bateria e pilhas botão são os que gastam as fontes de energia mais rapidamente.
Semicondutores:
Q1 - BF494, BF495, 2N2222 ou 2N2218 - transistores conforme a versão - ver tabela
Resistores: (1/8W, 5%)
R1 - ver tabela - conforme versão
R2 - ver tabela - conforme versão
R3 - ver tabela - conforme versão
R4 - ver tabela - conforme versão
Capacitores:
C1 - 47 nF - cerâmico
C2 - 2,2 nF ou 4,7 nF- cerâmico
C3 - trimmer de 2-20 a 5-50 pF - qualquer
C4 - 4,7 ou 5,6 pF- cerâmico
C5 - 100 nF - cerâmico
Diversos:
MIC - microfone de eletreto de dois terminais
B1 - 3 a 9V - ver tabela e texto
S1 - Interruptor simples - ver texto
L - bobina impressa - ver texto
Placa de circuito impresso, caixa para montagem, suporte de pilhas ou conector de bateria, antena, fios, solda, etc.
