Geração das Ondas de Rádio (TEL251)

As ondas de rádio, ou seja, as ondas eletromagnéticas, são geradas por dispositivos elétrico-eletrônicos. No passado, quando as transmissões eram efetuadas nas frequências muito baixas (ondas longas) os geradores eram na verdade alternadores eletromecânicos. Assemelhavam-se a um gerador de corrente alternada, só que a frequência era muito acima das frequências industriais (40 - 60Hz). Normalmente estes geradores operavam nas faixas de 60 KHz a 100 KHz.

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Depois, com a descoberta da utilidade das frequências de ondas de rádio mais elevadas, descoberta inteiramente devida ao trabalho dos radioamadores nas décadas de 1910/1920, e com o advento das válvulas termiônicas como eram chamadas, os geradores de RF deixaram de ser eletromecânicos e passaram a ser valvulados, até o advento, na década de 40, dos semicondutores.

Hoje os geradores de RF e os transmissores utilizam válvulas e/ou semicondutores. Ao contrário do que possam pensar muitos leitores, o advento dos semicondutores não desbancou a válvula. Nos manuais da American Radio Relay League (ARRL), a importante associação de radioamadores dos Estados Unidos e possessões, a par de circuitos transistorizados, continuam a surgir circuitos de geradores de RF e transmissores utilizando válvulas, principalmente quando se trata de equipamentos de maior potência.

A verdade é que, apesar de certas vantagens inerentes aos semicondutores, as válvulas se prestam a experiências ousadas que, se praticadas com os semicondutores, resultam quase sempre em desapontamento quando o mesmo entra em pane, devido a um excesso provocado por um circuito projetado de modo pouco adequado ou a circunstâncias fortuitas. No caso das válvulas, há sempre certo tempo para cortar o mal: o aquecimento excessivo da placa, o avermelhamento das mesmas, que leva alguns segundos até atingir o ponto crítico, etc. fazem com que certos amadores experimentadores se sintam mais à vontade em utilizar as válvulas. Mas não vejam nisto um desprestígio ou atitude negativista em relação ao semicondutor. Os semicondutores possuem características próprias que as válvulas não possuem, e se não fossem eles os voos interplanetários e os satélites não seriam possíveis, pois o consumo do filamento das válvulas demandaria tal energia que o pay-load dos veículos astrais seria algo impossível na atual tecnologia espacial.

Mas como são geradas as ondas de rádio? Obviamente com um gerador, seja ele de válvula ou semicondutor. Este gerador é um circuito oscilador, onde componentes, tais como bobinas, capacitores e resistores, são agrupados ao redor do elemento principal (válvula ou semicondutor) para produzir oscilações alternadas, com uma frequência situada dentro do espectro eletromagnético destinado às radiocomunicações.

Notem que os circuitos osciladores podem operar em outras frequências que não as destinadas às radiocomunicações, porém neste livro vamos nos restringir às oscilações rádio frequentes situadas nas faixas destinadas às radiocomunicações e, assim mesmo, nas regiões destinadas pelo Dentel para o amadorismo. Naturalmente que um transmissor projetado, digamos, para a faixa dos 15 metros, pode operar na faixa dos 11 metros ou 10 metros, bastando alterar-se a parte de sintonia, mas, especificamente neste livro, vamos nos restringir a equipamentos geradores de RF e transmissores, operando na faixa destinada ao radioamadorismo. Um gerador de RF ideal deve produzir oscilações sinusoidais, de perfil absolutamente correto, na frequência desejada. Se o perfil é sinusoidal puro e se a frequência é estável, temos a pedra fundamental de um bom transmissor ou gerador de RF: estabilidade de frequência e ausência de harmônicos. Na prática isto é possível facilmente, com baixas potências. Na, proporção que a potência aumenta os problemas se multiplicam e chegam ao auge quando se constrói um transmissor com a potência máxima permitida para o radioamadorismo: 1 kW.

O recomendável ao experimentador em geradores de RF e transmissores é que projete, experimente e construa geradores e transmissores de pequena potência (5 a 20 W), até dominar completamente todos os aspectos da transmissão. Só então se arrisque a entrar no campo dos transmissores de maior potência.

E não julgue o leitor que 20 W é potência desprezível. Se souber projetar, ajustar e operar adequadamente um transmissor de 20 W, poderá, quando também utilizando um bom receptor, efetuar contato com todos os países do mundo. Isto foi conseguido no passado pelo autor e atualmente existem grupos de radioamadores em que a condição de ingresso é de operar um transmissor de potência reduzida e com o mesmo efetuar contato com colegas situados em países ou regiões distantes. Isto requer não só que o transmissor esteja dando um ótimo desempenho, como também possua linha de transmissão, antena, localizações adequadas, além de bom receptor e grande habilidade e paciência do operador. Muitos preferem adquirir pronto um transmissor, antena e receptor, pagar a instalação e operar o equipamento... só faltando pagar um operador para substituí-lo no comunicado...

Neste livro partimos da premissa que o leitor possua conhecimentos básicos de eletrônica; caso contrário terá alguma dificuldade em entender certos capítulos.

Pode-se dizer que um circuito oscilador nada mais é que um circuito amplificador que fica instável. Se esta instabilidade se situar dentro de certos parâmetros, teremos uma oscilação controlada. Um amplificador a que se aplica uma retroalimentação positiva (positive feedback) alcançará um ponto que oscilará. Manter a frequência de oscilação e a amplitude do sinal são os dois pontos importantes no que concerne aos osciladores de RF.

Oscilador de Estado Sólido

Na figura 1 temos um circuito oscilador de RF. Utiliza um transistor tipo 2N 2222A ou Archer 276-1617. Baseia-se em um circuito original de Doug DeMaw (W1FB) publicado pela ARRL (Weekend Projects. vol. 1)

A potência obtida à saída deste oscilador é da ordem de alguns miliwatts, sendo adequado para excitar um circuito amplificador de RF para um transmissor de uns poucos watts de saída. A bobina L1 consiste de um choque de RF de 24 uH. Uma fôrma de choque, com núcleo, onde se enrole experimentalmente cerca de 60 espiras de fio 28 ou 30 esmaltado servirá perfeitamente.

Figura 1 - Oscilador de estado sólido

Oscilador Valvular

Na figura 2 temos um oscilador a válvula. Pode-se utilizar um tríodo de aquecimento indireto ou, como é o caso do circuito, a seção tríodo de uma válvula dupla (pentodo ECL86).

Em ambos os circuitos, a estabilidade da frequência é principalmente assegurada pelo uso de um cristal. Mas a fonte de alimentação deve ser estável para assegurar uma tensão constante no circuito, completando a estabilidade fornecida pelo cristal.

Figura 2 - Oscilador valvular

Oscilador de Frequência Variável (VFO)

Em certos casos é desejável possuir um circuito oscilador que forneça uma frequência estável, porém não fixa, isto é, que possa ser variada. Isto é particularmente interessante quando se deseja operar o transmissor na mesma frequência do transmissor que estamos recepcionando. O VFO, ou seja, o oscilador de frequência variável, neste caso substitui o cristal, permitindo que se opere na frequência desejada.

Na faixa do cidadão, todavia, este processo não é adotado. Prefere-se utilizar cristais para operar nos vários canais. Na figura 3 temos o circuito de um VFO. Notem que utiliza um transistor tipo FET, Motorola (MPF 102) e que a bobina Ll deve ser na faixa de frequência que se deseja excitar o amplificador de RF subsequente. Em um próximo capítulo, serão dados alguns dados construtivos de bobinas, onde o leitor poderá encontrar soluções para tal construção. Este VFO utiliza transistor.

Figura 3 - Oscilador de frequência variável

Na figura 4 temos um VFO utilizando uma válvula pentodo. Para evitar o deslizamento de frequência produzido pelo aquecimento que a válvula introduz é utilizado um capacitor com coeficiente negativo de temperatura, de 10 pF.

 

Este capacitor tem a capacidade alterada em sentido inverso do que sucede nos capacitores comuns. Deste modo, o aquecimento produzido pela válvula e mesmo pelo ambiente faz com que ele contrabalance a alteração que ocorre nos capacitores comuns. Isto associado a uma montagem rígida, com blindagem de chapas espessas de alumínio ou cobre, e uma fonte vem estabilizada tornam este VFO, de simples construção, uma robusta peça que não decepciona.

Detalhes das bobinas fig. 4

Ll — Enrolar fio 28, esmaltado, sobre fôrma de material adequado para radiofrequência, espiras juntas, até uma extensão de 2.5 cm. O diâmetro da fôrma deve ser de 2,5 cm.

L2 — Enrolar fio 32, esmaltado, em tubo semelhante a Li, até ocupar extensão de 2,5 cm.

L3 — Enrolar sobre L2, na parte inferior da mesma, 8 espiras de fio n.º 20, tipo radiocel (fio de ligação para rádio).

Os circuitos que demos anteriormente são típicos geradores de sinais de RF. Se fosse analisado o sinal produzido à saída dos mesmos, com a ajuda de um osciloscópio, seria observada a existência de uma portadora de RF. De baixa amplitude ou potência é certo, mas sem dúvida uma portadora de RF (figura 5). Fosse este circuito colocado próximo a um rádio receptor e este sintonizado à frequência de funcionamento do oscilador, seria percebida a presença da onda portadora. Este sinal se caracterizaria por uma redução da estática que um receptor sempre apresenta quando está ligado e não sintonizado a nenhuma estação. Aliás, pela observação auditiva desta portadora em um receptor, pode-se saber se a mesma está isenta de zumbidos (hum) ou qualquer outra anomalia. Os osciladores, para permitirem um sinal adequado à transmissão, devem produzir uma portadora de baixa potência, estável e limpa. Lembre-se, porém, o leitor das observações que fizemos no prefácio sobre legislação, Dentel e gaiola de Faraday...