CODIFICADOR FM MULTIPLEX ESTÉREO PARA TRANSMISSORES
Muitos leitores montam pequenos transmissores de FM para operação como rádios experimentais ou comunitárias (agora permitidas) e mesmo para enviar sinais de um equipamento de som local para um equipamento de som remoto. No entanto, na sua maioria os projetos apresentados são monofônico, ou seja, os sinais não são separados para os canais no receptor. Para se obter a transmissão estéreo não é difícil: basta possuir um codificador estéreo. O codificador que descrevemos usa componentes comuns e funciona com qualquer transmissor de FM, independentemente de sua potência. Se o leitor deseja transmitir sinais de FM estéreo, neste projeto está a possibilidade de se conseguir isso com facilidade.
Nos transmissores de FM comuns (mono) o sinal de um microfone ou outra fonte de sinais modula um sinal de alta frequência que é transmitido até um receptor.
Este sinal contém informações correspondentes a um canal único, e mesmo quando modulamos a partir de um equipamento de som estéreo, os sinais dos dois canais são misturados para esta finalidade.
O resultado disso é que o sinal obtido no receptor é monofônico (mesmo quando os sinais de dois canais são misturados no transmissor) e ele não consegue fazer a separação. Assim, ele simplesmente amplifica o mesmo sinal nos dois canais e os joga nas duas caixas (quando existem) sem qualquer separação, conforme mostra a figura 1.
Qualquer pessoa que ouça o som reproduzido numa emissão deste tipo não consegue separar os canais obtendo o efeito de envolvência.
Num sistema estéreo real, quando o locutor fala num microfone ouvimos sua voz num canal e quando fala em outro, ouvimos no outro canal. Os instrumentos são separados e notamos isso claramente ouvindo em alto-falantes de modos diferentes.
Como obter uma transmissão estéreo?
O SISTEMA MULTIPLEX ESTÉREO
As emissoras que transmitem sinais estereofônicos utilizam uma técnica denominada multiplexação. Através da multiplexação, os receptores que contenha decodificadores apropriados (decodificadores multiplex estéreo) podem separar os dois sinais para os dois canais e assim ser obtida uma reprodução estéreo.
Para que o leitor entenda como funciona o circuito que propomos neste artigo será conveniente analisarmos o princípio de funcionamento do sistema todo.
Partimos então do diagrama de blocos da figura 2.
No transmissor temos um oscilador de 76 kHz que aplica seu sinal a um flip-flop que, ao mesmo tempo divide a frequência por 2, e produz um clock complementar, ou seja, quando uma saída está no nível alto a outra vai ao nível baixo.
Estes dois sinais complementares controlam duas chaves eletrônicas que deixam passar alternadamente partes do sinal de áudio dos dois canais.
Assim, o que estas chaves fazem é uma amostragem muito rápida dos sinais, numa velocidade maior do que a maior frequência que podemos ouvir de modo que isso não seja percebido no receptor.
Isso significa que o sinal obtido neste circuito, na verdade, não é uma mistura dos sinais de áudio dos dois canais de som, mas sim formado por trechos de um e de outro canal, muito bem separados, conforme mostra a figura 3.
Este sinal é, portanto resultado de uma multiplexação dos sinais de entrada e como ele não é a mistura dos sons ele pode ser separado no receptor.
Num receptor comum, esta multiplexação não é reconhecida e os sinais são misturados de modo a serem reproduzidos num alto-falante único. No entanto, num receptor que tenha um circuito que decodifique este sinal, as informações podem ser separadas para os dois alto-falantes.
Para que o circuito receptor possa separar os dois sinais além do decodificador é preciso contar com um sinal que sincronize esta separação.
Este sinal de 19 kHz é transmitido juntamente com o sinal codificado e obtido a partir do próprio oscilador que controla o flip-flop do codificador.
Este sinal é denominado "piloto" e na sua presença a luz indicadora do receptor (LED) acende. Quando o LED acende é porque o circuito decodificador do receptor reconheceu que o sinal é estéreo e está funcionando no sentido de fazer sua separação.
Os decodificadores estéreo dos receptores contém então chaves que são acionadas pelo sinal piloto de modo que elas abrem e fecham deixando passar para um canal as partes do sinal que correspondem a ele, e para o outro as partes do segundo canal.
Um filtro retira a componente de alta frequência do sinal piloto de modo que ela não afete a qualidade de áudio. Nas saídas obtemos então os sinais de áudio que correspondem aos dois canais.
NOSSO CODIFICADOR - COMO FUNCIONA
No nosso codificador os sinais de áudio de duas entradas são inicialmente aplicados às bases de dois transistores amplificadores.
O uso de transistores e de controles separados de entrada permite trabalhar com sinais fracos e ajustar o circuito de modo que ele funcione no ponto ideal, sem saturação que possa causar distorções no sinal emitido.
Podemos ligar nestas entradas microfones, a saída de gravadores e mixers sem problemas.
Os sinais dos dois transistores são levados a duas chaves analógicas CMOS contidas num circuito integrado 4093. Estas chaves abrem e fecham controladas por sinais elétricos e possuem uma velocidade de resposta muito elevada. Quando fechadas elas representam uma resistência muito baixa, da ordem de 150 ohms e quando abertas sua resistência é praticamente infinita.
O controle desta chave de modo a se obter o sinal multiplexado é obtido a partir de um oscilador e um flip-flop.
O oscilador tem por base um circuito integrado 4093B e possui um trimpot que deve ser ajustado para se obter a frequência padrão de 78 kHz necessária à operação do circuito.
O sinal deste oscilador é levado a um flip-flop 4013 que faz sua divisão inicialmente por 2 para acionar as duas chaves analógicas de modo complementar.
Uma nova divisão por 2 permite obter f/4 que é usada como sinal piloto e misturada ao sinal de saída.
O sinal de saída multiplexado da chave analógica é aplicado a um transistor de saída que aumenta a intensidade de sinal e o mistura com o sinal piloto. Este sinal é então disponível num jaque.
A partir deste jaque podemos modular qualquer tipo de transmissor de FM que a emissão será estéreo e reconhecida por receptores comuns.
Desde pequenos transmissores experimentais com um transistor apenas, como o mostrado na figura 4, até potentes emissores de "emissoras comunitárias" funcionam com este codificador.
Evidentemente, os transmissores comunitários não devem ser usados com potências acima das permitidas, pois existem restrições legais em relação a isso. Transmissores um pouco mais potentes podem ser usados em escolas, clubes ou fazendas com finalidade experimental desde que não causem interferências nos serviços normais de telecomunicações.
MONTAGEM
Na figura 5 temos o diagrama completo de nosso codificador.
Clique na figura para ampliar
A placa de circuito impresso para este codificador é mostrada na figura 6.
As trilhas desta placa devem ser curtas quando conduzirem sinais de áudio e os cabos de entrada e saída de áudio devem ser blindados para que não ocorram roncos. Será interessante montar o aparelho em caixa de metal que será ligado ao negativo da fonte para servir de blindagem.
Para maior segurança na montagem os circuitos integrados devem ser montados em soquetes DIL.
Os potenciômetros de ajustes são comuns e devem ficar acessíveis ao painel. Os único trimpots são os que fazem ajuste da frequência do sinal piloto e também de sua intensidade na transmissão misturando-o ao sinal de áudio de saída.
Os resistores são de 1/8 W ou maiores e os capacitores podem ser cerâmicos, de poliéster ou eletrolíticos conforme indicação da lista de materiais.
A fonte de alimentação deve ter excelente filtragem para que não ocorram roncos de transmissão.
Entretanto, caso o leitor queira, como o consumo deste codificador é baixo, poderá alimentá-lo com 4 pilhas pequenas, médias ou grandes.
Na fonte, o transformador tem enrolamento primário de acordo com a rede local e secundário de 7,5+7,5 V ou 9+9 V com corrente a partir de 200 mA.
O circuito integrado regulador de tensão não precisa de radiador de calor a não ser que outros dispositivos também sejam alimentados pela mesma fonte.
Para entrada e saída de sinais devem ser usados jaques e plugues de acordo com o transmissor e a fonte de sinal que vai ser acoplada ao circuito.
PROVA E USO
Para provar é preciso dispor de um receptor de FM estéreo, e de um transmissor de FM. Um transmissor simples que tem um alcance da ordem de 100 metros foi mostrado na figura 4.
A placa de circuito impresso deste transmissor é mostrada na figura 7 e ele pode ser alimentado por 4 pilhas pequenas ou então pela mesma fonte do codificador.
Neste circuito a bobina consta de 4 espiras de fio rígido comum enroladas num lápis como referência e todos os capacitores devem ser cerâmicos.
No trimmer de 20 a 50 pF de capacitância máxima fazemos o ajuste do transmissor para que ele opere numa frequência livre da faixa de FM.
O sinal usado nos testes tanto pode vir de dois jaques que serão tocados com os dedos conforme desejemos transmitir sinais de um ou outro canal, conforme mostra a figura 8.
Temos então o seguinte procedimento para ajustes:
a) Ligue o transmissor, o codificador e o receptor. O receptor deve ficar a uma distância de 1 a 2 metros do transmissor.
b) Sintonize o receptor na função FM estéreo para que o sinal mais forte do transmissor seja captado. Tocando com os dedos nos terminais dos jaques de entrada deve ser ouvido um ronco no receptor.
c) Sem tocar nos jaques de entrada, ajuste os trimpots P5 e P4 do oscilador até que o LED indicador estéreo acenda. O ajuste de P1 é feito para que o LED acenda numa faixa estreita da sintonia e que o sinal do oscilador não apareça nos alto-falantes do receptor.
d) Depois, tocando alternadamente nos jaques de entrada, ajustamos P1 e P2 e P3 de modo que o ronco alternado obtido saia separadamente sem distorção nos alto-falantes.
e) Feito este ajuste, o aparelho pode ser usado com uma fonte de sinal externa. Faça experiências com fontes estéreo com separação nítida de sinais para verificar o funcionamento do decodificador.
g) Para usar, ajuste sempre P1, P2 e P3 para que o som transmitido saia nítido (sem distorções). Este ajuste deve ser refeito quando mudarmos a fonte de sinal ou quando houver alteração da intensidade de seu sinal de saída.
Se ocorrerem roncos verifique as blindagens dos cabos de sinal.
LISTA DE MATERIAL
Semicondutores:
CI-1 - 4066 - circuito integrado CMOS
CI-2 - 4013B - circuito integrado CMOS
CI-3 - 4093B - circuito integrado CMOS
Q1, Q2 e Q3 - BC548 ou equivalente - transistores de uso geral
Resistores: (1/8W, 5%)
R1, R3, R10 - 220 k ohms - vermelho, vermelho, amarelo
R2, R4, R11 - 33 k ohms - laranja, laranja, laranja
R5, R7, R12 - 12 k ohms - marrom, vermelho, laranja
R6, R8, R13 - 6,8 k ohms - azul, cinza, vermelho
R14, R15 - 10 k ohms - marrom, preto, laranja
R16 - 4,7 k ohms - amarelo, violeta, vermelho
P1, P2 - 100 k ohms - potenciômetros
P3 - 47 k ohms - potenciômetro
P4 - 100 k ohms - trimpot
P5 - 47 k ohms - trimpot
Capacitores:
C1, C2, C5, C6, C7, C9 - 10 uF/12V - eletrolíticos
C3, C4, C8 - 4,7 uF/12V - eletrolíticos
C10 - 1 nF - cerâmico
C11 - 100 uF/12V - eletrolítico
C12 - 100 nF - cerâmico
C13 - 2,2 nF - cerâmico ou poliéster
Diversos:
J1, J2, J3 - jaques de entrada e saída (RCA ou equivalente)
Placa de circuito impresso, caixa para montagem, soquetes para os circuitos integrados, botões para os potenciômetros, fios blindados, fios, solda, material para fonte ou suporte de pilhas.
