Potente transmissor modulado por varicap (ART5431)

Apresentamos um potente transmissor de FM, cuja potência, de 1 a 2W. possibilita alcances de até algumas dezenas de quilômetros, com sistema apropriado de antena, e que terna modulação Telta por um Modo varicap. As duas versões utilizam transistores que são bastante comuns e podem ser alimentados com tensões de ó a 18V. A simplicidade da montagem e a não utilização de componentes crítico, ou ajustes complicados tornam este projeto acessível até mesmo aos menos experientes.

Nota: Artigo publicado na revista Eletrônica Total 14 de 1989

A operação de transmissores potentes de FM dentro das regiões densamente povoadas é ilegal. No entanto, dentro de uma fazenda ou outro ambiente amplo, um transmissor de potência na faixa indicada pode servir para comunicação, e até mesmo, se for um hotel-fazenda, acampamento ou outro tipo de instalação, a utilização de forma recreativa como emissora de uso restrito pode ser considerada.

Apresentamos então um transmissor com transistores em contrafase que, alimentado com tensões na faixa de 6 a 18V, produz um sinal potente, da ordem de 1 a 2W. o que, em condições favoráveis, pode significar um alcance da ordem de até 50 quilômetros.

O ponto importante deste projeto não é somente a potência, mas a forma de modulação de frequência feita com diodo varicap. A utilização de um diodo de capacitância variável (ou Varicap) possibilita a obtenção de uma modulação mais limpa r um melhor rendimento para o sistema.

O circuito proposto apresenta a etapa completa de modulação já com microfone de eletreto, mas damos o modo de se fazer a ligação de outras fontes de áudio externas, tais como um tape-deck ou toca-discos ou mesmo a de um mixer

Característica:

- Tensão de alimentação: 6 a 12V (versão de 1W – 22218)

12 a 18V (versão de 2W - 2N3553)

- Corrente: 500mA (max.)

- Faixa de frequências: 80 a 130MHz

- Modulação: por varicap

 

COMO FUNCIONA

A etapa osciladora consta de dois transistores de média potência de RF, ligados em contrafase numa bobina com derivação. Esta bobina, em conjunto com o varicap e o trimmer, determina a frequência de operação do circuito. A frequência central é ajustada no crime:, sendo modulada pela ação do varicap, conforme veremos mais adiante. O sinal que realimenta o transistor Q2 é retirado do coletor de Q3 por meio de C4, enquanto o sinal que realimenta Q3 é retirado do coletor de Q2. A polarização de base dos transistores é dada pelo sistema de resistores de RS a R7. Para a versão mais potente, com os transistores 2N3553, os resistores R5 e R7 serão reduzidos para 6k8 ou 5k6.

O acoplamento do sinal para o sistema de antena é feito por uma segunda bobina em acoplamento direto com a osciladora. Um trimmer em série com o circuito de antena permite o ajuste correto do acoplamento para maior rendimento.

A modulação é feita a partir do sinal de áudio amplificado pelo transistor QI e aplicado a um diodo varicap.

É interessante analisar o princípio de funcionamento dos diodos de capacitância variável ou varicaps. Um diodo comum é também um varicap e, estruturalmente, tem a aparência sugerida na figura 1.

 

Quando o diodo está polarizado no sentido inverso, conforme mostra a mesma figura, a junção se comporta como o dielétrico de um capacitor e as cargas distribuídas pelo material semicondutor formam as armaduras.

Na polarização inversa, a largura da junção, ou seja, a separação entre as cargas depende da tensão. Assim, quanto maior a tensão, mais as cargas se afastam e menor é a capacitância, pois aumenta a espessura do dielétrico.

Podemos fazer com que o diodo se comporte como um capacitor variável, cujo valor é controlado pela aplicação de uma tensão inversa entre seus eletrodos.

Um diodo comum não é um bom varicap, se bem que funcione como tal, pois a superfície de sua junção é pequena, o que significa que ele varia pouco de capacitância e, com isso, fornece, no caso de um circuito de sintonia, uma variação pequena de frequência uma modulação pouco profunda.

No entanto, diodos especiais são feitos com a finalidade única de serem empregadas em circuitos de sintonia. Possuem grandes junções e. com isso, a capacidade de apresentar uma variação grande de capa-chinela e frequência. Estes sio os diodos de capacitância variável ou Varicaps. Na figura 2 mostramos o uso típico de um destes diodos num circuito de sintonia.

 

Neste circuito, substituímos o capacito- variável ou teimes em paralelo com a bobina por um varicap e, através de um resistor, aplicamos as tensões de um potenciômetro a este elemento. Desta forma, o potenciômetro, fazendo variar a tensão, pode modificar a capacitância do varicap e, assim, mudar o circuito de frequência.

Muitos rádios e sintonizado. de FM usam a sintonia por varicap, substituindo, deste modo, o capacitor variável por um potenciômetro, em circuito bastante parecido com o mostrado. No nosso caso, podemos usar o varicap na modulação. Ligando um varicap a um circuito de áudio, as variações de tensão, que correspondem aos sons, vão se traduzir em variações de frequência quando aplicadas ao varicap. Obtemos, então, o que se denomina de modulação em frequência ou FM, quando a frequência do sinal transmitido corre em torno de um valor central em função do áudio que deve ser transmitido, como ilustra a figura 3.

 

Veja que podemos perfeitamente aplicar á base de QI um sinal composto ou multiplexado estéreo, obtendo a transmissão estereofônica. Futuramente descreveremos um modulador capaz de fazer esta composição de sinais, que leva a transmissão estereofônica, analisando também seu principio de funcionamento. Por enquanto, o que temos com a aplicação do sinal do microfone ou de outras fontes é apenas uma transmissão monofônica, mas de excelente qualidade.

A fonte de alimentação para este circuito deve ter características especiais, dada sua sensibilidade a roncos. Uma boa filtragem é fundamental e até mesmo, se possível, a alimentação por bateria é recomendada. O alcance de um transmissor nas depende só de sua potência. Com fração de watt muitos conseguem alcances de milhares de quilômetros, na faixa de ondas curtas, utilizando apenas um bom sistema de antena.

O bom alcance de um transmissor depende da antena transferir para o espaço, na direção desejada, todo o sinal gerado pelo transmissor. Para o nosso transmissor tanto podemos usar uma antena vertical (a), um dipolo de meia onda (b) ou uma antena plano-terra (c), todos mostrados na figura 4.

 

Para se obter o melhor rendimento, a relação de ondas estacionárias deve ser mantida tão próxima quanto possível de UI (ROE). O cabo de ligação à entrada deve ser de tipo apropriado e esta antena deve ser colocada em local elevado.

MONTAGEM

O diagrama completo do transmissor é mostrado na figura 5. A montagem em placa universal com pedras de matriz de contatos para o transistor 2N2218 é mostrada na figura 6.

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Os transistores devem ser dotados de radiadores de olor circulares, do tipo de encaixe, conforme mostra a foto da capa, e a pinagem para o 2N3553 é dada na figura 7.

 

O varicap pode seco BB809 ou equivalentes como o BB909 (A ou B), BB405 ou 813106. Os capacitores devem ser todos cerâmicos de boa qualidade, exceto C7, que é um eletrolítico para 25V.

Os capacitores C1 e C2 aso os únicos que também podem ser de poliéster. Os redatores do de 1/8 ou I/4W, com Sou 10% de tolerância, e o microfone de eletreto é do tipo de dois terminais, devendo ser observada sua polaridade na ligação.

Os trimmers são comuns, de plástico ou de base de porcelana, com valores máximos entre 10 e 30pF Isso é critico). L1 consta de 6 espiras (3 + 3) com tomada central feita com fio comum rígido e diâmetro de 1 cm. A bobina L2 consta de 3 espiras, enlaçadas com as de LI, de modo a se obter um acoplamento total. Na figura 8 damos uma fonte de alimentação de 12V com o integrado 7812.

 

Podemos usar o 7806 para uma tensão de 6V, ou então o 7815 ou 7818 para a versão de maior potência. Observe que na versão de 6 a I2V usamos o 2N22I8 na parte osciladora. Para maior potência, com alimentação entre 12 e 18V, deve ser usado o 2N3553. O aspecto da montagem da fonte em uma ponte de terminais é mostrado na figura 9.

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Como são poucos os componentes usados. Não há necessidade de placa de circuito impresso. Para as versões de 6 e 12V o transformador tem secundário de 12+12V ou 15 + I5V com corrente de 500mA. Para as versões de 15 e I8V, sus tendo de secundário é de 18V e corrente de 1A.

Nos dois casos os integrados devem ser dotados de radiadores de calor. Na versão de menor tensão, o eletrolítico de filtro é para 25V e na segunda vendo, de maior potência, para 35V ou mais. Os diodos podem ser sempre os 1N4002 ou equivalentes de maior tensão.

O fio de conexão do microfone deve ser blindado, para que naco ocorra a captação de zumbidos, e o conector de antena deve ser de acordo com o cabo usado. Podemos usar o coaxial ou a fita paralela, sem problemas.

AJUSTES E USO

Para provar e ajustar, ligue um receptor de FM sintonizando em frequência livre a urna distância de aproximadamente trás metros do transmissor. Antena do transmissor poderá ser apenas um pedaço de fio de uns 30cm ligado a um dos pelos de sua saída.

Acionando o transmissor, ajuste inicialmente CV1 para obter o sinal mais intenso. Veja que podem ser captados diversos sinais, que correspondem à espúrios que não devem ser considerá-los. Considere apenas o sinal mais forte.

Se houver ronco, verifique a filtragem da fonte. eventualmente desacoplando-a com um capacitor cerâmico 100 nF ligado em paralelo com C7. Se houver dificuldade em conseguir o sinal mais forte, não sendo alcançada a frequência desejada, enrole para LI uma nova bobina com 4+4 voltas de fio. Isso pode ser necessário se você desejar operar no extremo inferior da faixa, dependendo do trimmer usado.

Uma vez comprovado o funcionamento, faça a instalação do sistema. O ajuste final com a antena pode ser feito empregando-se um medidor de intensidade de campo.

O multímetro ligado da forma indicada na figura 10 servirá como indicador de campo.

 

Ajuste, então, CV2 para obter o melhor rendimento, ou seja, o maior alcance. Depois é s6 utilizar o aparelho. Na figura 11 mostramos como fazer a ligação de outras fontes sonoras, inclusive um mixer na entrada do transmissor. Se ocorrer distorção com estas fontes sonoras, por excesso de modulação, diminua o valor de R2.