Rádio Num Único Chip (ART2162)

A maioria dos receptores de rádio comerciais modernos utiliza circuitos integrados que reúnem num único chip as funções de receber sinais de AM/FM, amplificá-los, e extrair o áudio entregando em condições de alimentar um amplificador ou ainda um decodificador estéreo. Esta tecnologia facilita o projeto de receptores que necessitam então de um mínimo de componentes passivos além de apresentarem um excelente rendimento. O projeto apresentado neste artigo envolve um desses chips, o TEA5591 da Philips Components. Este circuito integrado possibilita a elaboração de diversos projetos envolvendo a recepção de sinais AM/FM com qualidade comercial, dos quais descrevemos o primeiro que seria um simples receptor monofônico.

A partir de um chip que reúna as funções de receber os sinais da faixa de AM e FM e também os detectores que já forneçam o áudio com intensidade suficiente para excitar um amplificador podemos elaborar diversas configurações para os montadores, projetistas e mesmo industriais que pretendem usá-lo.

Na figura 1 damos algumas ideias práticas destas configurações.

Figura 1 – Configurações possíveis

Podemos então ter os seguintes aparelhos:

Receptor simples de AM/FM portátil alimentado por apenas 2 pilhas pequenas.

Receptor para rádio relógio.

Receptor estéreo econômico para uso com fone ou amplificador de pequena potência, alimentado por pilhas.

Receiver de alta qualidade, alimentando um amplificador de maior potência estéreo.

O bloco de recepção é o mesmo para todos os projetos e é dele que falamos neste artigo.

A nossa sugestão será o primeiro aplicativo já que daremos um pequeno amplificador compatível com a baixa tensão de alimentação exigida pelo aparelho (3 V).

Características

Tensão de alimentação: 3 a 9 V

Faixa de sintonia: AM - 530 a 1600 kHz/ FM - 88 a 108 MHZ

FI de AM: 455 kHz

FI de FM: 10,7 MHz

Número de bobinas: 7

Número de filtros cerâmicos: 3

Corrente quiescente: AM - 14 mA (tip) / FM - 17 mA (tip)

Sensibilidade: AM - 3,5 uV (tip) /FM 2,3 uv (tip)

Faixas de tensões de operação do Cl - 1,8 a 15 V

COM O FUNCIONA

Na figura 2 temos um diagrama em blocos do chip por onde podemos dar as explicações sobre funcionamento e também visualizar as funções internas.

Figura 2 – Diagrama de blocos do CI | Clique na imagem para ampliar |

Operação em AM

Na operação em AM o pino 5 do TEA5591 deve ser aterrado (no pino 3) e o pino 12 deve ser deixado em aberto.

Uma chave interna ao integrado habilita as etapas de operação em AM e desabilita as etapas de FM.

Numa aplicação normal em AM, o sinal proveniente da antena de ferrite é injetado entre os pinos 2 e 13, chegando então ao amplificador de RF interno.

Após a amplificação por esta etapa o sinal é levado a um mixer duplamente balanceado. O terminal 1 do oscilador ligado ao pino 11 é internamente conectado ao mixer.

Entre o pino 7 (saída do mixer) e o pino 4 (Fl de AM),todos os tipos de filtro podem ser usados. A sensibilidade do receptor pode ser escolhida via derivação no circuito LC.

Da etapa de FI de AM o sinal vai ao detector de AM onde também é gerada a tensão do AGC (Controle Automático de Ganho).

A tensão de AGC é desacoplada no pino 15. A tensão de AGC é usada para controlar 3 estágios.

Os dois primeiros controles ocorrem nas etapas de Fl com níveis de sinal médios e baixos.

Com altos níveis de sinal, a tensão de AGC controla o mixer.

O áudio é disponível finalmente no pino 10.

Ao contrário do que ocorre em AM, no modo em FM temos a habilitação das etapas pela ligação do pino 12 do Cl ao terra (pino 3) e deixando o pino 5 aberto.

Para maior estabilidade dois circuitos estabilizadores são usados. Um estabilizador (pino 19) para o amplificador de RF, o buffer/oscilador e o mixer duplamente balanceado.

O segundo estabilizador (pino 5) é usado para a primeira e segunda etapa amplificadora de Fl e o- circuito discriminador. O sinal de RF-FM vindo da antena (via filtro passa-banda) é injetado ao pino 1 e a um amplificador sintonizado de RF.

Como o amplificador de RF está na configuração de base comum, a impedância de entrada é baixa, da ordem de 50 ohms de modo que o fator Q do filtro de entrada do Cl é muito baixo.

A faixa passante é suficiente para cobrir a banda inteira de radiodifusão.

O pino de entrada do oscilador é bufferizado no pino 18 do integrado é internamente conectado ao mixer duplamente balanceado.

No pino 17 a tensão AFC (Controle Automático de Freqüência) vindo do discriminador de FM é acoplada.

A saída do mixer (pino 16) é ligada via um filtro passa-faixa sintonizado LC à entrada do primeiro estágio amplificador de FI (pino 14).

O acoplamento do primeiro estágio de FI de FM à entrada do segundo estágio (pino 4) é feito .por meio de um filtro cerâmico. O sinal do segundo estágio amplificador de FI de FM excita o detector de FM onde a tensão AFC é gerada.

O detector de quadratura existente nesta etapa é projetado para ser usado sem ajuste por meio de um discriminador cerâmico no pino 9.

O sinal de áudio é obtido no pino 10 onde um capacitor de de-ênfase deve ser conectado.

Como a impedância de saída no pino 10 é da ordem de 2,4 k ohms, o valor do capacitor de de-enfase para uma constante de tempo de 50 us é de 22 nF, assumindo-se que a impedância da carga seja desprezada.

Na figura 3 temos o circuito básico de aplicação deste chip.

Figura 3 – Circuito do receptor | Clique na imagem para ampliar |

Nesta aplicação; um capacitor variável de 140/82 pF é usado na faixa de AM. Juntamente com uma antena de ferrite e uma bobina de 625 uH consegue-se a cobertura da faixa de ondas médias.

A indutância da bobina osciladora é de 270 uH. Para o circuito amplificador de Fl de AM é usado um circuito sintonizado cuja frequência central é de 455 kHz, sendo este usado em combinação com um filtro de cerâmica duplo.

A indutância do filtro passa-faixas de 455 kHz é de 660 uH com um capacitor interno de 180 pF. No projeto original foi usado um filtro SFZ de 468 MHz Murata).

A transimpedância (V4/17) desta combinação de filtro de Fl é de 900 ohms, medida no circuito de aplicação. Como a entrada do amplificador de FI de AM é muito sensível a sinais de alta frequência, a distância entre a entrada de FI (pino 4) e o filtro de cerâmica deve ser a menor possível (veja layout da placa).

Figura 4 – Placa para a montagem | Clique na imagem para ampliar |

b) Circuito de Fll

Para a sintonia da faixa de FM o variável usado apresenta duas seções de 20 pF. Tanto para o amplificador de RF como para o oscilador local são usadas bobinas-padrão.

A indutância nominal para a bobina no amplificador de RF (L7) é de 66 nH. A indutância da bobina no oscilador (L6) é de 40 nH.

Na entrada temos um filtro passa-faixas (pino 1) formado por uma bobina com indutância de 0,12 uH.

O acoplamento de saída do mixer (pino 16) ao primeiro amplificador de Fl de FM é feito com um circuito LC sintonizado em 10,7 MHz. O acoplamento do primeiro amplificador de Fl ao segundo amplificador de FI é feito por meio de um filtro cerâmico do tipo CFSK/SK107 MZ - AC-20.

A faixa passante deste filtro garante um compromisso entre a seletividade e a faixa passante.

O detector de quadratura no pino 9 usa um discriminador cerâmico do tipo CDA 10,7 MC1-A. Deve ser tomado cuidado com a freqüência central do discriminador que deve corresponder com o filtro cerâmico de Fl. Com o discriminador MC1 a distorção em (Af=22,5 kHz) é de 0,6% tipicamente e em 75 kHz de 3%.

Alguma melhoria na distorção pode ser conseguida adicionando-se um resistor em série com o discriminador (entre 470 ohms e 1 k ohms). Com um valor de resistor otimizado consegue-se uma melhoria de 3 a 1,5% para uma freqüência( Af=75 kHz).

Uma sugestão para este componente é 680 ohms. A conseqüência deste recurso é uma diminuição da sensibilidade em RF de 4 dB.

Uma segunda possibilidade é usar um ,discriminador cerâmico do tipo M61. A melhoria na distorção é de 3 a 1,9% numa freqüência de( Af=75 kHz), enquanto a tensão de saída de áudio decresce em 2 dB.

A terceira possibilidade consiste no uso de um discriminador LC sintonizado com uma indutância de 1,16 uH e um capacitor de 180 pF ambos em série com um capacitor de 22 pF no pino 9.

Com o circuito sintonizado é possível obter uma distorção típica de 1,7% em

Alguns cuidados especiais foram tomados na elaboração da placa dada a críticidade na disposição de certos componentes.

Estes cuidados citados pelo laboratório da Philips Components que desenvolveu o projeto são os seguintes:

A bobina osciladora de AM deve ser colocada bem próxima do capacitor variável devido a alta tensão no circuito LC, da ordem de 1 V

Todas as conexões de terra ao pino 3 devem ser feitas separadamente de modo a se evitar realimentações.

A trilha da bobina de Fl de FM (L5) deve ser ligada separadamente de modo a se evitar realimentações que ocorreriam com conexões em comum.

A bobina de FI de RF deve ser colocada entre o capacitor variável e o Cl.

As trilhas aos pinos 18 e 20 devem ser estreitas de modo a manter as capacitâncias parasitas baixas.

A trilha na parte superior da bobina de RF de FM deve ser a mais curta possível.

A capacitância no pino 9 (discriminador de FM) deve ser a menor possível, porque qualquer capacitância adicional diminui a faixa passante e desloca a frequência central para valores mais baixos.

Normalmente o resistor de 1 k ohms é ligado entre o pino 4 e o filtro cerâmico.

Para se diminuir o comprimento da trilha ao pino 4, o resistor de 1 k ohms pode ser ligado ao pino da trilha da bobina de Fl de AM no pino 12.

Como o ressonador de AM e a bobinas de FI devem ser colocados o mais próximo possível do pino 4, o resistor de 1 k ohms deve ser colocado acima da trilha junto a bobina de FI.

A área de interligação do pino 4 aos pinos 12 a 15 e a área do pino 13 via antena de ferrite ao pino 2 devem ser as menores possíveis.

Com o resistor de 1 k ohms ao pino 15 temos um aumento da estabilidade em baixas temperaturas.

O capacitor de desacoplamento ao pino 15 de AGC deve ser de boa qualidade nas baixas temperaturas.

De modo a reduzir o acoplamento entre o detector de AM e a bobina de ferrite a distância entre eles deve ser a maior possível na aplicação.

Os capacitores usados no original são cerâmicos tipo plate para valores inferiores a 1 uF.

Para os demais são usados capacitores eletrolíticos. A bobina L1 consiste em 4,5 espiras de fio 0,8 mm de diâmetro com forma sem núcleo (ar) de 4,5 mm de diâmetro (auto-sustentada).

As demais bobinas são comerciais (Toko) e especificadas na lista de materiais. Na aplicação mais simples como receptor alimentado por 3 V (2 pilhas) o receptor é ligado ao amplificador com o TDA7052 mostrado na figura 5.

Figura 5 – Amplificador com o TDA7052

Na figura 6 temos uma sugestão de placa para o setor amplificador. Esta placa pode ser agregada ao próprio layut da placa do receptor já dada.

Fig. 6 - Sugestão de placa para o setor amplificador.

Este circuito receptor com 6 V de alimentação fornece uma potência de 1 W de áudio. Com um alto-falante de bom rendimento e montado o aparelho numa caixinha com boa acústica teremos excelente qualidade de som.

Os ajustes são os mesmos de um receptor convencional de AM/FM com o gerador de sinais, se bem que o fato de se usar bobinas pré-ajustadas e filtros cerâmicos minimize esta operação levando-o apenas a retoques no sentido de se obter o máximo rendimento.

A prova é feita ligando-se o setor receptor a um amplificador externo no caso de ser montado apenas a unidade básica. Para a unidade com alto-falante a prova é direta. verificando-se apenas a sensibilidade e qualidade de som nas estações locais