Explorador Super Heteródino Integrado de FM (TEL156)

Receptores relativamente simples para a faixa de TV, FM e VHF podem ser elaborados com poucos transistores mas, em geral, sua seletividade e sensibilidade deixam a desejar, principalmente quando se pretende separar estações fracas de frequências próximas.

Visando atender leitores que desejam um projeto profissional para a recepção desta movimentada faixa, apresentamos o nosso Explorador de VHF, um verdadeiro Scanner, pela sua seletividade, sensibilidade e qualidade de som. Este receptor sintonizará desde a faixa inferior de TV a partir dos 54 MHz, passando pelas estações de FM entre 88 e 108 MHz, pela faixa superior de VHF onde temos o maior movimento e as maiores emoções com aviões, polícia; serviços públicos e radioamadores, até o limite superior nos canais altos de TV acima de 200 MHz. Para os leitores exigentes, este é o verdadeiro receptor de VHF.

Dois transistores de alto ganho e dois circuitos integrados dedicados fazem a base deste receptor de VHF que atenderá ao público mais exigente.

Com excelente seletividade, que somente circuitos super-heteródinos podem garantir, excelente sensibilidade, que permite a captação de estações fracas a distâncias de centenas de quilômetros, e uma qualidade de som que se compara à qualidade dos rádios de FM comerciais, não precisamos acrescentar mais nada que justifique a montagem deste aparelho.

O projeto básico é alimentado a partir da rede local, mas como seus integrados operam satisfatoriamente com tensões entre 9 e 12 V, nada impede que sejam usadas pilhas médias ou grandes (6) ou então a bateria de seu carro através de um adaptador.

As características principais do receptor são:

- Transistores: 2;

- Circuitos integrados: 2;

- Tensão de alimentação: 110/220 V CA ou 9/12V CC;

- Potência de áudio: 1 W (12V x 8 Ω);

- Frequência intermediária com filtro cerâmico: 10,7 MHz

- Bobinas:4

- Faixa de cobertura possível: 54 a 200 MHz

- Número de faixas: 4 (com troca de bobinas).

A FAIXA DE VHF

Antes de analisarmos o princípio de funcionamento de nosso receptor, será interessante falar um pouco do que é a faixa de VHF e o que se pode sintonizar.

VHF é a abreviação de Very High Frequency (frequência muito alta) e consiste na faixa do espectro que vai de 30 MHz a 300 MHz.

As ondas de rádio desta faixa se propagam em linha reta, tendo alcance teórico que se estende até a linha visual (linha do horizonte), não contornando obstáculos de grande porte tais como montanhas etc. (figura 1)

Figura 1 – Propagação do VHF

Isso significa que o alcance médio é de 200 km para estações terrestres em local plano sem obstáculo, mas muito maior para aviões ou estações localizadas em locais altos.

Um avião voando a 3 000 metros pode ser ouvido em VHF a 240 km de distância, enquanto que voando a 9 000 metros pode ser ouvido a 410 km!

Diversos são os serviços de telecomunicações que operam nesta faixa, que então é dividida em setores.

- 54 a 88 MHz - Neste setor operam os canais baixos de TV, ou seja, os canais de 2 a 6 cujos sinais de áudio poderão ser captados com excelente qualidade em nosso receptor. Sintonizando esta faixa, você poderá usar seu receptor para ouvir seus programas em locais distantes da sua TV.

- 88 a 108 MHz - Esta faixa é utilizada para as estações de radiodifusão de FM. Utilizando bobinas para esta faixa você terá um excelente receptor de FM que, pela qualidade de sinal, pode ser facilmente transformado num sintonizador estéreo.

- 108 a 174 MHz - Esta é a faixa de VHF de serviços diversos de telecomunicações e que certamente o leitor vai desejar explorar com maior intensidade. Nela temos os seguintes tipos de comunicações:

- Serviços de orientação de aeronaves (ILS) e comunicações entre aeronaves.

Se você mora perto de aeroportos, ou mesmo em zona de passagem de aviões, poderá facilmente captar suas mensagens.

- Serviços públicos, tais como repartições públicas, serviços de manutenção de empresas de telecomunicações, água, eletricidade etc. Os leitores poderão sintonizar as viaturas durante sua operação.

- Estações de serviços militares. Nesta faixa temos a polícia civil, o corpo de bombeiros, além da polícia rodoviária, florestal etc. Nas grandes cidades como São Paulo e Rio esta é uma faixa de muito movimento que poderá ser alvo da exploração dos leitores.

- Comunicações marítimas. Nesta faixa podemos escutar comunicações entre barcos, navios etc.

- Radioamadores. Na faixa dos 144 MHz (2 metros) temos a operação de estações de radioamadores, além de estações repetidoras e outros serviços.

- Serviços particulares. Serviços de segurança de empresas, vigias, comunicações entre empresas e filiais, transportadores etc. podem também ser ouvidos nesta faixa.

Pelo que você pode perceber, a variedade de tipos de comunicações oferece a possibilidade de uma emocionante exploração. Já imaginou a possibilidade de poder acompanhar “ao vivo" a comunicação entre viaturas numa perseguição a marginais?

Se o rádio o empolga, e ainda mais a possibilidade de sintonizar esta faixa “proibida" (Veja nota abaixo), então não deixe de montar este receptor.

COMO FUNCIONA

O circuito apresentado para este receptor obedece à mesma configuração básica dos receptores comerciais.

Trata-se de um super-heteródino com transistores e circuitos integrados que pode ser analisado a partir de uma divisão em etapas conforme mostra a figura 2.

Figura 2 – Diagrama de blocos

A primeira etapa tem por centro um transistor BF494 (RF de silício) que tem por função proporcionar uma pré-amplificação aos sinais captados pela antena telescópica.

A entrada é aperiódica, ou seja, não tem sintonia, contando com as bobinas L4 e L5.

A saída, porém, tem a bobina de sintonia que é L3. Esta é uma das bobinas críticas do projeto, pois ela deve ser dimensionada para sintonizar a faixa de frequências desejada.

Em paralelo com esta bobina fica o capacitor variável de sintonia CV.

Vem a seguir a etapa conversora, formada pelo transistor Q2 como elemento ativo, o qual oscila e mistura o sinal com o sintonizado de modo a haver um batimento na frequência intermediária de 10,7 MHz.

O transformador T1, de frequência intermediária sintonizado nesta frequência, dá passagem do sinal para a etapa seguinte via filtro cerâmico F1.

Este filtro consiste num elemento de alta seletividade que dá passagem apenas a sinais da frequência para a qual é cortado. Na figura 3 temos o aspecto de um filtro cerâmico do tipo usado.

Figura 3 – O filtro cerâmico

A partir deste filtro, o sinal que temos é 10,7 MHz modulado em frequência ou amplitude, conforme o tipo de estação captada, que deve passar para o primeiro integrado do receptor.

O integrado Cl-1 é um TBA120S que consiste num Amplificador, limitador de FI de FM com demodulador e controle de volume CC.

Este integrado possui características que permitem a simplificação de projetos de etapas de frequência intermediária, tanto de rádios de FM como aparelhos de TV.

O amplificador interno de 8 estágios deste integrado garante uma excelente amplificação, minimizando os componentes externos.

Além disso, ele possui um regulador de tensão interno e saída para CAF (Controle Automático de Frequência).

As características do TBA120S são:

- Faixa de tensões de alimentação: 6 a 18 V;

- Faixa de frequências de operação: O a 12 MHz;

- Corrente máxima do pino 12: 15 mA.

Junto ao TBA120S temos ainda o transformador T2 onde se faz o ajuste da demodulação (discriminação).

O sinal de áudio é obtido diretamente no pino 8, passando para a etapa seguinte através do capacitor C19.

Na nossa versão, a partir deste momento usamos um amplificador de áudio integrado do tipo TBA820S que fornece excelente potência de áudio num alto-falante de 8 Ω com alimentações na faixa de 3 a 12 V.

Não usamos, pois, o controle de volume DC do próprio TBA120$ que seria uma opção a ser explorada.

Para os leitores que quiserem um amplificador de áudio mais potente ou uma outra versão como, por exemplo, um sintonizador de FM estéreo, este seria o ponto em que o sinal seria retirado, conforme sugere a figura 4.

Figura 4 – Retirando o sinal para um amplificador externo

Podemos utilizar o sinal para um decodificador estéreo (MC1210, por exemplo) e a partir daí levar a amplificação a um sistema estéreo de qualquer potência.

Para o caso do receptor de VHF, passamos diretamente ao TBA820S.

No cursor do controle de volume colocamos como opcional com controle de tonalidade. Cortando os agudos, este controle pode ser útil na eliminação do chiado entre estações ou nos períodos em que não há sinal, durante a troca de comunicações.

Para a escuta individual atendendo aos que usam o receptor altas horas da noite, existe uma saída para ligação de fone de ouvido de baixa impedância.

A fonte de alimentação única para todo o circuito pode ser formada por 6 ou 8 pilhas médias, ou então segundo o diagrama da figura 5.

Figura 5 – Fonte para o receptor

A fonte estabilizada em questão pode fornecer até 1A, o que é mais do que suficiente para proporcionar um excelente volume ao receptor.

MONTAGEM

Damos duas versões para o circuito, incluindo o amplificador de áudio, e sem ele para os que desejarem uma utilização diferente, com amplificador externo.

Assim, temos o diagrama geral, mostrado na figura 6, que inclui o amplificador de áudio.

Figura 6 – Diagrama completo

Na figura 7 temos então as duas possíveis placas de circuito impresso, incluindo o amplificador de áudio e sem ele.

Figura 7 – Placas para a montagem

Recomendamos que o layout da placa seja seguido à risca, dada a presença de pontos críticos das etapas de RF.

O potenciômetro de volume, como se observa, fica fora da placa, enquanto que o variável é preso a ela, de modo a se garantir um mínimo de comprimento para suas ligações, necessário à estabilidade de funcionamento.

As bobinas são o ponto crítico da montagem.

As bobinas L1, L2 e L5 são fixas para todas as faixas, tendo as seguintes características:

L2 - L5 = 7 voltas de fio 30 com diâmetro de 7 mm

L1 - 3 voltas de fio 23 com diâmetro de 7 mm

Estas três bobinas são autossustentadas, sem núcleo de ferrite.

Para L3 e L4, que determinam a faixa de frequências sintonizada, temos a seguinte tabela:

Todas as bobinas para estas faixas são feitas com fio 23 e têm um diâmetro de 6 mm para L3 e 4mm para L4.

Não é usado núcleo e a fixação é por auto-sustentação. (figura 8)

Figura 8 – Detalhes das bobinas

Para os integrados sugerimos a utilização de soquete. O SO42P é equivalente ao TBA120S, podendo ser usado em seu lugar diretamente.

Os resistores e capacitores são todos de valores comuns. Em especial para os capacitores cerâmicos recomendamos a utilização de tipos plate ou policarbonato, cuja procedência em nosso mercado garante mais precisão e, portanto, maior confiabilidade para o projeto.

Os eletrolíticos devem ter tensões de trabalho de 16 ou 25 V.

O filtro cerâmico é do tipo Murata SFE 10.7 ou equivalente. O diodo D1 pode ser de germânio de uso geral como o 1N60, 1N34 ou qualquer equivalente.

Para o variável recomendamos o tipo de duas seções 2/20 pF PVC 2C20T que será fixado diretamente na placa de circuito impresso.

O fio usado na confecção da bobina é o esmaltado Piresolda que se caracteriza por aceitar a solda diretamente sem necessidade de ser raspado, mas na sua falta pode ser usado o esmaltado comum, com as extremidades no ponto de soldagem devidamente raspadas.

Existe também a possibilidade de se usar fios de espessuras diferentes, mantendo a relação aproximada de espiras e dimensões de L3 e L4, quando então o montador fará experiências na captação de diversas faixas.

A bobina de frequência intermediária (F1) T1 é a Toko 4030 para 10,7 MHz ou equivalente, enquanto que a bobina de quadratura (T2) é do tipo Toko B4055 ou equivalente.

O controle de volume incorpora o interruptor geral para a fonte que deverá ficar em placa separada, se for alimentada pela rede local. Para pilhas, esta fonte consiste simplesmente em seu suporte.

O alto-falante do tipo pesado para maior qualidade de som é fixado internamente de modo a se aproveitar os cortes existentes no modelo original.

Se o aparelho for empregado no carro, a ligação deve ser feita com fios não muito compridos, e em série deve haver um fusível de proteção de 1 a 2 ampères.

Será conveniente desacoplar a fonte com a ligação de um capacitor de 470 µF ou1 000 µF x16 V, em paralelo com a alimentação na entrada do circuito.

PROVAS E AJUSTES

Uma vez definidas as faixas a serem captadas e colocado o par de bobinas, podemos partir para a prova de funcionamento e os ajustes.

Se a montagem estiver perfeita, tão logo se ligue o receptor, um chiado deve aparecer no alto-falante (volume aberto). Atuando sobre o variável poderemos captar-estações.

Observamos que no caso da faixa de VHF as comunicações são de curta duração, o que pode exigir um pouco de paciência até que as localizemos.

Assim, é comum que uma aeronave chame a torre num comunicado que dura apenas alguns segundos, sendo atendida em alguns segundos também, e depois demorar muitos minutos até que um novo comunicado ocorra.

Para um ajuste inicial, recomendamos, pois que se utilize a faixa de FM ou TV em que as transmissões são contínuas e não há este problema.

De- pois do ajuste das bobinas e variável preliminarmente, podemos retirar as bobinas desta faixa e colocar a de VHF, procedendo então a um retoque.

O procedimento para ajuste é o seguinte:

a) Sintonize uma estação a médio volume (ou use o gerador de sinais) e com uma chave não metálica ajuste o trimmer de antena. (figura 9)

Figura 9 – Ajuste do trimmer de antena

b) Ajuste depois a bobina de Fl (vermelha) para maior intensidade de som.

c) Ajuste a bobina discriminadora (preta) para melhor qualidade de som.

d) Finalmente, retoque o. ajuste da bobina osciladora centralizando a faixa de sintonia.

Será interessante repetir todo o procedimento anterior para um repasse que leve o receptor ao melhor desempenho.

Na figura 10 temos a disposição das bobinas na placa para ajudar o ajuste.

Figura 10 – Posições das bobinas

Depois de ajustado, feche o rádio na caixa.

Para usar, procure um local livre de interferências, preferivelmente alto, em que os sinais de VHF ou FM possam atingir a antena sem encontrar obstáculos.

Existem locais em sua casa em que a recepção será melhor, é preciso localizá-los.

Para os sinais de TV o sinal claro de áudio aparece ao lado de um ronco que é o sinal de vídeo.

Para os sinais de VHF muito fortes, quando um avião passa sobre sua casa e ativa seu sistema de comunicações, pode ocorrer um fenômeno de saturação que é perfeitamente normal, quando entra a portadora (para o chiado), mas a voz sai entrecortada.

Dependendo da sua localização você pode, às vezes, sintonizar uma estação, mas não a que responde. É o caso de aviões e torre quando a escuta do avião é possível, mas não a da torre por sua localização.

Será interessante marcar no mostrador as frequências que sejam mais interessantes para a escuta.

Para as faixas mais altas de frequências duas pequenas alterações de valores podem ser necessárias para melhor cobertura. Assim, para chegar aos 200 MHz, será eventualmente necessário reduzir C8 para 4,7 pF e C16 para 5,6 pF.

Obs.: Para ligação a amplificador externo (placa menor) use fio blindado. O controle de volume neste caso será o do próprio amplificador usado.