Projeto publicado na resvista Eletronics Now, edição de junho de 1997.
Autores: William Sheets e Rudolf F. Graf
Fotos do transmissor montado:
Nota: O projeto aqui exposto é um circuito de alta qualidade e performance. Nele são usados circuitos integrados modernos, de precisão e que requerem cuidados especiais no manuseio, além disso, exitem as etapas de RF que geralmente representam algumas dificuldades para aqueles que não têm experiência neste tipo de montagem. Se você é iniciante em eletrônica ou ainda não tem uma boa prática no desenvolvimento de placas, montagem e calibragem de circuitos mais complexos não monte este transmissor, pois os riscos erros e mau funcionamento são grandes, além disso, alguns dos componentes, como o PLL têm um custo mais elevado e você poderá ter gastos desnecessários. É interessante ponderar sobre montar ou não este circuito. Ele realmente funciona muito bem e é de ótima qualidade, contudo, requer alguma habilidade e conhecimento de quem vai montar.
Transmissores de FM de baixa potência têm se tornado um hobby popular recentemente. Eles geralmente são osciladores de RF livres, que são modulados em frequência com um sinal de áudio e são usados em muitas aplicações, desde microfones sem fio para unidades de escuta até pequenas estações retransmissoras, permitindo que você escute o seu três em um em qualquer lugar de sua casa ou jardim, através de um rádio portátil. A transmissão em estéreo também é possível, pois há um certo número de chips desenvolvidos especificamente para esta função. Contudo, recentes avanços na tecnologia de rádio trouxeram alguns problemas para esses equipamentos, que não eram importantes antigamente.
Receptores com sintonia digital são, de certa forma, comuns hoje em dia. Esses receptores estão sempre na frequência correta, tornando a busca por uma determinada estação muito mais simples. Os tradicionais rádios analógicos com mostrador a ponteiro foram sendo substituídos pelos modelos digitais com displays de LEDs ou cristal líquido. O CAF (controle automático de frequência) e o ajuste fino de sintonia não são mais necessários, uma vez que essas unidades não podem ser sintonizadas fora de frequência. Qualquer sinal transmitido deve estar na frequência exata. Se não estiver ele tanto pode não ser recebido ou apresentar distorção. Claro que isso não é problema para uma estação comercial de FM. Sua frequência tem que ser controlada por cristal, sendo a tolerância para desvios extremamente controlada. No entanto, para o usuário de um simples transmissor de baixa potência esses desvios representam um grande problema porque eles são muito frequêntes neste tipo de circuito.
É difícil conseguir de simples osciladores LC uma estabilidade melhor que 0.1% sob oscilações de temperatura e voltagem. Em 100 MHz, o meio da faixa de FM, esta tolerância é de 100KHz. Um receptor com sintonia analógica não apresenta muitos problemas quando recebe um sinal com variações na frequência porque o CAF corrige automaticamente a sintonia, conforme necessário. Um receptor com sintonia digital, cuja frequência é sintetizada por meio de um PLL (phase-locked loop) não pode fazer isso sem o uso de circuitos especiais. Os receptores de FM comerciais não precisam disso por causa da estabilidade das emissoras de FM comerciais. Também, a faixa de FM está aglomerada de sinais em áreas mais populosas e uma frequência livre ou desocupada é rara hoje em dia. Com isso, as variações de frequência de um transmissor comum se tornam interferência nos canais adjacentes.
A solução para este problema é fazer com que a frequência destes transmissores seja controlada por cristal, no entanto, isso não é simples por causa do desvio de 75 KHz necessário para a faixa de FM e que não é conseguido facilmente em osciladores simples a cristal. Até mesmo um décimo desse desvio (7.5 KHz) é difícil de ser obtido e ainda assim a distorção do áudio não fica abaixo de 1%. As estações de FM comerciais usam estágios multiplicadores e mixers. O sinal é gerado em um oscilador de baixa frequência, multiplicado, passa por etapas heteródinas e é multiplicado novamente até que se consiga o fator de modulação ideal. Neste caso é possível conseguir um desvio de 75 KHz a partir de um oscilador de baixa frequência e com uma tolerância mínima. Este método tradicional requer uma quantidade muito grande de componentes, além de ser complexo, caro e nada prático ao hobbista que pretende fazer experiências com um transmissor de FM simples, pequeno e de baixa potência.
Felizmente, há outra solução possível que faz uso de modernos CIs digitais. Este artigo descreve um simples transmissor de FM estéreo de baixa potência onde a frequência é sintetizada por um circuito PLL em conjunto com um amplificador operacional analógico a fim de produzir um sinal limpo, estável e de qualidade para a faixa de FM. Ele é um link completo de áudio estéreo para a faixa de FM comercial e que pode ser operado entre 76 e 108 MHz. Nos Estados Unidos existem faixas designadas à radio difusão entre 76 e 88 MHz. O espaçamento entre canais é de 100 KHz, o que garante o seu uso dentro das regras de qualquer país do mundo. Ambas as frequências da portadora de FM e do sinal multiplex piloto são controladas por cristais, eliminando as fugas de frequência que ocorrem em osciladores LC comuns. Isso permite o seu uso com qualquer receptor digital disponível atualmente. O ajuste da frequência é feito através de uma chave DIP de 10 posições com um código binário correspondente à frequência de transmissão desejada. Essa frequência pode ser qualquer canal de FM que esteja livre em sua área. Uma vez que a frequência está ajustada, ela permanecerá neste canal, pois será controlada através do circuito PLL que tem sua referência controlada por um oscilador a cristal. A entrada de áudio pode vir de qualquer fonte que tenha entre 0,5 e 1,0 volt rms em sua saída e pode ser tanto uma fonte estéreo como dois aparelhos monofônicos. Um gerador de tom de áudio interno, ajustado para 1200 Hz, torna fácil o ajuste do transmissor e receptor. Todos os oito CIs estão disponíveis no mercado. O ajuste do circuito é muito simples, sendo necessário apenas um voltímetro-ohmímetro. Uma fonte simples de tensão entre 12 e 15 Vcc, com terra negativo, é suficiente para alimentar o transmissor. Com uma drenagem de corrente de 120 mA, uma bateria comum pode ser usada como fonte de alimentação. A saída de RF é de 10 mW com uma impedância de 50 ohms (0,7 V rms). Com este nível de saída o transmissor está dentro das especificações requeridas nos Estados Unidos para transmissores não licenciados, quando usado com uma antena de 60 centímetros e um resistor limitador de 56 ohms. Para uso fora dos Estados Unidos a potência pode ser incrementada para 150 mW com uma pequena mudança no circuito. Há muitas formas de usar o transmissor. Você pode escutar o seu CD player ou toca fitas em um rádio portátil em um cômodo diferente daquele em que se encontra o seu equipamento de áudio. Você pode até mesmo estar fora de casa, na garagem, jardim ou quintal, enquanto ouve suas músicas preferidas. Um sistema interno privado de radiodifusão para escolas, escritórios, empresas, hospitais, lojas, museus, etc. Para entretenimento de grupos de línguas estrangeiras duas linguagens podem ser usadas, uma em cada canal estéreo. Usando um pequeno walk-man estéreo os ouvintes podem selecionar em qual linguagem querem ouvir: se a que está no canal direito ou a que está no canal esquerdo.
Um pouco de história. Um novo projeto de transmissor foi publicado na edição de março de 1988 da revista RadioElectronics. O projeto usava vários CIs para gerar a portadora. Pouco depois deste projeto apareceram no cenário os CIs BA1404/BA1405 simplificando em muito o trabalho de montar um transmissor de FM estéreo. O BA1405 era similar ao BA1404, mas não tinha uma seção de RF integrada. Originalmente concebidos para transmitir o sinal de um CD player para um rádio automotivo estéreo, estes CIs foram muito úteis no desenvolvimento de transmissores de FM estéreo simples. O BA1404 tinha pouca estabilidade nos sinais de RF e ensinou um pouco sobre a operação de circuitos estéreos aos experimentadores. Ele também tinha a desvantagem de requerer uma alimentação abaixo de 3 volts e necessitava de um frágil cristal de 38 KHz.
O transmissor apresentado aqui é uma versão simplificada do circuito anterior, adicionando alguns melhoramentos e eliminando várias etapas de ajuste. Dois CIs são responsáveis pela geração do sinal multiplex e um circuito controlado por cristal substitui a grande quantidade de bobinas usadas originalmente. O frágil cristal de 38 KHz usado pelo BA1404 para gerar o sinal piloto e as subportadoras foi substituído por um robusto de 4.864 MHz e dois CIs CMOS comuns geram os sinais de 38 e 19 KHz. Um sinal de áudio de 1.2 KHz é gerado em um dos CIs para fins de teste. O custo total é baixo e ao contrário do BA1404/BA1405, todos os componentes do sinal multiplex estão disponíveis para estudo e experimentação.
Operação do circuito. O projeto usa oito circuitos integrados e cinco transistores para se obter um completo transmissor de FM estéreo sintetizado por PLL. O transmissor pode ser dividido em diversas seções. Essas seções são o gerador de áudio, gerador multiplex (MPX), gerador de clock, phase-locked loop (PLL) e amplificador de RF. O diagrama esquemático, na figura 1, vai tornar a abordagem do assunto fácil de entender.
Figura 1. Diagrama esquemático do transmisssor.
A seção de áudio é formada por IC1, LM1458, duplo amplificador operacional e o modulador balanceado, IC2. A entrada de áudio é conectada em J1 e J2 e entregue a dois circuitos de pré-ênfase (R-C) formados por R1/C1/R3 e R2/C2/R4. Esses circuitos realçam as frequências acima de 2000 Hz para uma melhor relação sinal/ruído. A mesma técnica é usada em emissoras de radiodifusão em FM. Capacitores de acoplamento C3 e C4 entregam o sinal ao circuito matriz, constituído por R7, R8 e IC1-a e componentes associados R5, R6, R9, R10 e C5. As entradas esquerda e direita são combinadas a fim de formar a soma dos canais esquerdo e direito (L+R) através de R7 e R8. O sinal é entregue à entrada de IC1-b, onde ele é combinado com dois outros sinais. Um desses sinais é a subportadora de áudio contendo a diferença dos dois canais de áudio (L-R). Note que se as duas entradas de áudio forem idênticas, o sinal diferença é zero.
Um amplificador operacional, IC1-a, está configurado como um amplificador diferencial, com um ganho próximo a dois. A entrada de áudio esquerda é entregue à entrada não inversora do CI através de R5 e R10. A configuração constituída por R11, R20, C6 e C26 provém uma alimentação fixa de metade da voltagem da alimentação para ambas as entradas de IC1-a e IC1-b. Isso evita o uso de uma fonte simétrica. A entrada direita de áudio é entregue à entrada inversora de IC1-a por meio de R6. A relação de R9 para R6 ajusta o ganho. Os resistores R5, R6, R9 e R10 foram escolhidos de forma que o ganho seja igual para as duas entradas de áudio. Uma vez que a entrada direita é invertida em IC1-b, a saída de IC1-b é proporcional à diferença das entradas de áudio.
Os dois sinais de áudio (soma e diferença) não podem ser combinados neste ponto, pois não haveria como mante-los separados. A maneira de resolver este problema é primeiro modular o sinal diferença em uma subportadora que está bem acima da faixa superior de áudio, que se estende de 20 Hz até algo em torno de 15 KHz. Isso é feito produzindo uma dupla banda lateral em 38 KHz, e depois modulando ela com o sinal de áudio L-R, que também tem componentes entre 20 Hz e 15 KHz. Assim, são produzidos os sinais de áudio L-R juntamente com a dupla banda lateral contendo os componentes da soma e diferença da subportadora de 38 KHz. Uma vez que o sinal L-R tem frequências até 15 KHz, a subportadora terá componentes de 38 KHz ± 15KHz, ou de 23 a 53 KHz. O sinal de 38 KHz não possui informação, sendo assim, ele será suprimido, ficando apenas a soma e a diferença nas bandas laterais, que têm a informação L-R. A subportadora é produzida por IC2, LM1496N, modulador balanceado. Essa unidade produz uma banda lateral dupla no pino 6 ou 12, que é produto do sinal de modulação no pino 1 ou 4 e o sinal da subportadora não modulada (onda contínua ou CW) no pino 8 ou 10. Os componentes associados a IC2 são R12 até R19, R21 e R22. O potenciômetro R15 é usado para garantir o equilíbrio exato entre as correntes internas de IC2. Quando ajustado apropriadamente a subportadora de 38 KHz entregue às entradas (pinos 8 ou 10) pode ser completamente removida das saídas do modulador (pinos 6 ou 12), deixando apenas os produtos da soma e diferença das entradas L-R nos pinos 1 ou 4 e a subportadora nos pinos 8 ou 10. Isso é exatamente o que se deseja.
Somente os pinos de entrada são usados para o áudio e a subportadora de 38 KHz, uma vez que as propriedades das entradas e saídas diferenciais não são necessárias aqui. A saída no pino 12 segue para o amplificador multiplex, IC2-b, através de C8, R23 e R24, que formam um controle de nível. O modulador balanceado tem um ganho perto de 2 e os amplificadores diferenciais têm um ganho de 2, dando um ganho global de 4 nos canais L-R. Para manter o ganho dos sinais L+R e L-R iguais a resistência combinada de R23 e R24 deve ser quatro vezes o valor de R7 ou R8. Devido à tolerância dos resistores e diferenças individuais em IC2, R24 é ajustável a fim de manter um equilíbrio correto.
O sinal piloto de 19 KHz e a subportadora de 38 KHz são obtidos por meio de um oscilador constituído por IC3, Xtal 1, R31, C14 e C15. O sinal sai do pino 6 de IC3 e segue para o pino 10 de IC4, CD4040, que vai dividi-lo e entregar a subportadora ao pino 8 de IC2, através de R32 e C7, e o sinal piloto à entrada inversora de IC1-b por meio de R29 e C12.
Agora que os sinais de áudio, piloto e subportadora já foram devidamente processados e combinados, eles seguem para a próxima etapa, através de C11, R35, R36 e R37.
O circuito formado por IC6 e componentes associados é responsável pela modulação do áudio e pela correção de frequência do VCO, juntamente com o PLL.
O VCO é constituído por Q1, R45, L1, D3 e C24. Ele é responsável pela geração da portadora de RF. A portadora é retirada da derivação de L1, passa por C37, capacitor de acoplamento, e segue para o buffer / schmitt –trigger, formado por Q2, Q3, R46, R47, R50, R51, C23 e L5. A finalidade deste circuito converter o sinal em uma onda quadrada e amplificá-lo até o nível de tensão adequado para que IC8 possa trabalhar corretamente. IC8 recebe o sinal e o divide por dez para então, entregá-lo ao PLL IC7, MC145151-2. A divisão é necessária, pois o PLL não trabalha com frequências acima de 20 MHz. No PLL o sinal é comparado com o de referência, é corrigido, segue para IC6 e posteriormente para o VCO.
Para entender o funcionamento do PLL vamos tomar como exemplo a frequência de 89.7 MHz. Primeiramente o sinal passa por IC8 e é divido por 10, temos então, na saída de IC8, pino 11, uma frequência de 8.97 MHz que será levada à entrada de IC7, pino 1. Estando S1 programada com o código binário 897, o divisor programável de IC7 vai dividir a frequência por 897. Enquanto isso, o detector de fase usa o sinal de referência de 10 KHz, que é gerado por um oscilador e divisor interno, que usa os componentes externos R40, C17, Xtal2 e C16. Esses componentes determinam a frequência do oscilador. Ela deve ser exatamente 10.240 MHz e isso é conseguido através do ajuste de C16. Um divisor interno divide a frequência por 1024 para produzir a referência de 10 KHz. A precisão da frequência de saída depende da referência ser exatamente de 10 KHz que, em contrapartida, necessita de uma frequência exata de 10.240 MHz no oscilador a cristal.
O detector de fase gera uma tensão que vai depender da diferença relativa de fase entre as formas de onda do sinal referência e do divisor variável. Por exemplo, vamos supor que a saída do divisor comece a se atrasar em relação à referência. Isso quer dizer que a frequência do VCO está desviando. Nesse caso, o detector de fase produz uma sequência de pulsos positivos e alimenta o circuito de amostra e travamento constituído por R41, C20, R42, R43 e C19. Os pulsos carregam C19 com uma voltagem CC maior. Um amplificador de voltagem CMOS de alta impedância consistindo de IC6, R37, R38, R39 e R44 produz uma saída positiva crescente que é entregue a D3, por meio de R39 e R44, forçando o aumento da frequência do oscilador. O contrário acontece se a frequência do VCO desviar para mais, fazendo com que a saída do divisor seja guiada pelo sinal de referência. A tensão em D3 é então decrementada, forçando o VCO a diminuir a frequência. Deste modo a frequência do VCO é controlada pelo sinal de referência. Ela será exatamente igual, em kilohertz, a cem vezes a do divisor programável. No exemplo, o divisor está programado para 897, assim a frequência de saída será 897 x 100 ou 89,700 KHz (89.7 MHz). A modulação é realizada injetando o sinal de áudio, proveniente do amplificador de áudio, em IC6. Ao invés de ser ligado ao terra, R37 é alimentado pelo potenciômetro R35. A tensão de áudio é combinada com a tensão de controle do diodo varicap D3. Uma vez que a frequência gerada pelos ciclos do sintetizador é menor que 20 Hz, as frequências de áudio não são corrigidas pelo PLL, e desde que nenhuma componente de corrente contínua seja injetada (assumindo ondas simétricas de FM, que é o usual), as variações nas frequências abaixo da modulação estão dentro dos padrões. A modulação resultante é limpa e baixa em distorção, pois o VCO tem um alcance dinâmico de vários volts e uma mudança de 1 volt, produz uma alteração de aproximadamente 1 MHz. Sendo assim, apenas algo em torno de 100 a 150 milivolts, pico a pico, é necessário para se conseguir uma modulação completa. O VCO é altamente linear sobre o seu alcance dinâmico.
A saída de 10 miliwatts é conseguida amplificando uma porção do sinal do VCO. O sinal do VCO segue para o amplificador de saída, formado por Q4, Q5 e componentes associados R49, R54, R55 e C36. Neste estágio, o sinal é amplificado ao nível final de saída e depois segue para o circuito de acoplamento e filtro de harmônicas (L4, C33, C34, L5 e C35). A impedância de saída é de 50 ohms e é recomendado que seja ligado um resistor de drenagem (R56) e uma antena telescópica simples de 60 centímetros para que o sinal seja restrito apenas à área necessária. A alimentação é desacoplada por C28 e L3.
A tensão de alimentação para IC6, IC7 e o amplificador de saída é regulada por IC5. Ela será desacoplada mais adiante por L2, C18 e C21. Uma proteção adicional contra transientes é obtida por meio de C29 e C30. As seções de áudio e clock, IC1 até IC4, operam diretamente com 12 volts, enquanto o VCO e IC6 são alimentados com 9 volts do regulador zener, formado por D2, R27 e os capacitores de desacoplamento C9 e C25. A filtragem da alimentação de entrada de 12 volts é feita for D1, C31 e C32. A alimentação de entrada pode variar entre 11 e 15 volts no uso habitual. Se forem excedidos os 15 volts poderá haver danos aos componentes do circuito e tensões abaixo de 11 volts resultarão em mal funcionamento do PLL. Ruídos excessivos na alimentação poderão causar roncos ou interferências no sinal transmitido.
Montando o transmissor. O transmissor deverá ser montado em uma placa de fibra de vidro, devido aos sinais de RF envolvidos no circuito. O lay-out da placa está disponível para aqueles que pretendem montar o transmissor. Com exceção de C21, todos os componentes são montados no lado superior da placa. Este capacitor, assim como as bobinas, serão montados por último. Se você quiser usar o lay-out sugerido para montar a sua própria placa, o diagrama está na figura 2. Sempre que possível, não solde nenhum terminal até que o maior número de componentes tenha sido inserido. Os componentes devem ser instalados o mais próximo possível da placa a fim de se evitar capacitâncias parasitas ou a captação de ruídos.
Nota: No projeto original C21 é do tipo SMD, contudo, devido às dificuldades em se obter este componente, ele pode ser substituído por um convencional (disco cerâmico), sem problemas.
Figura 2. Lay-out da placa de circuito impresso. No desenho sugerido a placa é do tipo dupla face, onde um dos lados é o terra. Poderão ser elaborados desenhos para placas face simples, caso haja dificuldades em encontrar uma face dupla. Neste caso todos os cuidados deverão ser tomados para prevenir capacitâncias indesejadas ou erros nas trilhas. Importante: só use placas de fibra de vidro.
Comece inserindo os resistores. Assim como qualquer boa técnica de montagem, cheque duas vezes os valores dos componentes antes de soldá-los. Uma barra de ferrite é colocada em um dos terminais de R51. O diagrama esquemático mostra em qual terminal será colocada a barra de ferrite. R34 será montado em pé, pois será inserido em um único orifício da placa. Depois de soldar R34 em seu lugar, molde o terminal que ficou solto em forma de J, ele será o ponto de testes TP1. Solde o lado de baixo primeiro, depois solde os outros pontos que serão ligados ao terra no lado superior. Use o ferro de solda e a solda de qualidade para que você consiga uma montagem perfeita e sem problemas.
Os diodos serão os próximos a serem instalados, seguidos pelos capacitores. As polaridades dos diodos e dos capacitores eletrolíticos deverão ser observadas com bastante cautela. Qualquer componente polarizado que for instalado ao contrário causará mal funcionamento do circuito e provavelmente ocasionará a queima de outros componentes. Quando for instalar os transistores molde os seus terminais, conforme necessário, para que eles se encaixem corretamente na placa. A posição dos componentes devem obedecer a disposição mostrada na figura 3. Tenha cuidado com Q2 e Q3, pois a disposição dos seus terminais é diferente daquilo que aparentam ser. Se Q2 e Q3 tiverem os terminais moldados de fábrica, use um alicate para remoldá-los a fim de permitir uma correta orientação.
Instale o trimmer C16 e os potenciômetros R15, R24 e R35. Antes de instalar os cristais, ajuste o tamanho de seus terminais com cuidado. As perturbações mecânicas produzidas por instrumentos de corte podem causar danos a estes componentes. Os CIs devem ser instalados em soquetes apropriados que serão soldados à placa. Evidente que as polaridades dos CIs devem ser observadas cuidadosamente.
Figura 3. Nesta figura é possível observar a diposição dos componentes na placa. A qualidade da imagem não é das melhores, mas, com um pouco de paciência, tudo se resolve.
Cheque, com bastante atenção, todo o trabalho feito a fim de verificar se os componentes foram soldados corretamente, assim como a sua correta orientação. Agora corte os seus terminais, se ainda não o fez.
A figura 4 ilustra como fazer as bobinas. L1 é feita com 6 voltas e meia de fio 22 em um parafuso 8 x 32. Remova o esmalte dos terminais do fio para que ele possa ser corretamente soldado. Lixe o esmalte do fio um pouco adiante da primeira espira (1-3/4) e solde um pedaço de fio neste ponto para que seja feita a derivação na bobina. Usando o parafuso como fôrma, instale L1 na placa e solde as conexões. Tome cuidado para que a solda na derivação da bobina não se desfaça quando for soldá-la à placa. L1 é instalada em pé, enquanto L4 e L5 são deitadas. Depois que a solda esfriar, remova o parafuso e coloque uma pequena barra ajustável de ferrite no lugar.
O mesmo procedimento é usado para fazer L4 e L5, exceto que elas não possuem uma derivação. L4 é formada por 5 voltas e L5 por 4. Depois de soldar as bobinas remova os parafusos. Estas bobinas não têm núcleo.
Figura 4.
A figura 5 mostra como deverão ser feitos os choques de ferrite L2 e L3. Os choques são simplesmente terminais de compo
nentes que passam por dentro das barras de ferrite. Essas barras deverão ser para radio difusão, desenhadas para VHF ou UFH. Solde os choques na placa. Terminais de resistores moldados em J, semelhantes a R34, poderão ser usados nos pontos de teste TP4 e TP5. Finalmente instale C21 no lado de baixo da placa.
Obs.: Foram testados choques obtidos de placas inutilizadas de computadores e de vídeo games sendo que eles serviram perfeitamente.
Figura 5. Exemplo de instalação dos choques de ferrite.
Com cuidado, inspecione toda a montagem. Procure por curtos, soldas frias ou mal feitas, lugares faltando solda, polarização incorreta de componentes, etc. Uma vez montado, você está pronto para testar seu transmissor.
Testando o Transmissor. O ajuste e teste do transmissor são simples e objetivos. Um voltímetro-ohmímetro analógico com uma impedância de entrada de 20.000 ohms por volt, ou melhor, é o único instrumento de teste que você necessitará. Um multímetro digital também servirá, mas um VOM é preferido. A fonte de alimentação deve ser bem filtrada e regulada para uma tensão de 13.2 Vcc. Também poderão ser usadas nove pilhas alcalinas, caso você não disponha de uma fonte regulada. Não use eliminadores de pilhas comuns, pois eles não são regulados, têm pouca filtragem e podem causar estragos no circuito. Um receptor de FM estéreo, com um VU para analisar o nível de áudio, assim como um tocador de CDs, ou toca fitas estéreo e um par de cabos para ligá-los ao transmissor são os equipamentos necessários para auxiliar na calibragem.
Antes de ligar a alimentação ao transmissor inspecione a placa mais uma vez a fim de encontrar possíveis erros de montagem, como inversão da polaridade dos CIs, capacitores eletrolíticos ou diodos, ou mesmo qualquer outro tipo de erro que possa ocasionar o mal funcionamento do circuito. Se tudo estiver certo, conecte o VOM entre a fonte de alimentação e a entrada de alimentação do transmissor em D1, com o negativo da fonte conectado ao terra. O medidor deve ser ajustado para a escala de corrente contínua em 1 ampare. Se a sua fonte tem um medidor de corrente, não será necessário conectar o VOM. Neste caso, ligue diretamente a fonte ao transmissor. Quando a fonte for ligada, o consumo de corrente deverá estar em torno de 120 mA. Se a leitura indicar um consumo inferior a 100 mA ou superior a 140 mA, desligue a alimentação e cheque a montagem novamente, pois algo deve estar errado. Nada deverá estar esquentando, embora regularmente, IC5 tenderá a ficar morno depois alguns minutos. Se tudo estiver correto, remova o VOM, se usado, e conecte o positivo da alimentação diretamente em D1.
Com o medidor ajustado para a escala de 15 volts cc, confira as tensões nos pontos descritos abaixo para uma voltagem apropriada. As tensões listadas estão baseadas em uma alimentação de 13,2 V. Se a sua fonte tem uma tensão de saída diferente, as leituras poderão variar conforme a voltagem da fonte.
Entrada de IC5 – 12,6 V
IC8, pino 16 – 5,0 V
IC7, pino 3 – 5,0 V
Q5, coletor – 5,0 V
Q4, coletor – 1,6 V
Q1, dreno – 8,5 V
IC6, pino 7 – 8,5 V
IC1, pino3 – 6,4 V
IC1, pino 7 – 6,4 V
IC1, pino 1 – 6,4 V
IC4, pino 16 – de 8 a 10 V
Variações de até 10% na leitura desses valores são aceitáveis. Lembre-se de considerar a precisão do instrumento de medição, bem como as variações da fonte de alimentação. Se alguma distorção maior for notada, volte e reveja todo o seu trabalho.
Ajuste S1 para a frequência de 88.1 MHz, ou o canal mais próximo, se esta frequência estiver sendo usada em sua área. Se você quiser usar canais pares, instale o jumper próximo a IC7, pino 11, e ajuste o transmissor para 88.0 MHz. Conecte o medidor nos pinos 1 e 4 de IC2 (a polaridade não importa) e ajuste R15 para uma leitura de 0 volt. Use a menor escala disponível.
Sintonize o receptor na frequência do transmissor, ele deve estar a uns dois ou três metros de distância. Monitore os ajustes conforme for procedendo. Ajuste C16 para algo em torno de 25% de sua escala e R24 e R35 no centro. Ajuste o núcleo de L1 para que ele fique completamente inserido. Conecte o medidor ao ponto de testes TP5 (pino 6 de IC6). Enquanto você escuta o receptor, comece a ajustar L1 com uma chave não metálica. A leitura no medidor será inicialmente algo em torno de 8 ou 9 volts. Conforme L1 é ajustada, deverá haver um ponto onde essa leitura comece a diminuir. Neste momento o receptor de FM deve parar de chiar e você ouvirá a portadora. Conforme você atua sobre L1 a portadora ainda poderá ser ouvida no receptor. Ajuste L1 de forma que a tensão em TP5 esteja entre 3 e 4 volts. A indicação de estéreo deve aparecer no receptor, caso contrário, ajuste R35 até que ela apreça. Procure estabelecer o ajuste correto de R35. O sinal no receptor deve ser limpo. Desligue a alimentação. A indicação de estéreo deve desaparecer e o chiado característico deve ser ouvido no receptor. Se tudo estiver certo até agora, o próximo passo será testar o transmissor com um sinal de áudio.
Conecte uma antena telescópica de 60 centímetros na saída de RF e aplique um sinal de áudio nas entradas do transmissor J1 (esquerda) e J2 (direita). Reconecte a alimentação e ouça o receptor. Você deve ouvir o áudio. Ajuste R35 de maneira que o sinal de áudio tenha o mesmo volume que outras estações de sua área. Conecte o teste de tom de áudio (TP1) individualmente em cada entrada usando um pedaço de fio. O tom de áudio deve ser ouvido nos canais esquerdo e direito, respectivamente. Ajuste R24 para uma separação melhor, se necessário. Se o ajuste de R24 apresentar algum efeito no som, deixe-o na posição central.
O ajuste básico está completo. Se você é exigente e tem acesso a equipamentos de teste, você poderá proceder os passos adicionais a seguir:
Conecte um frequencímetro à saída de RF e ajuste C16 para exatos 88.1000 MHz, ou qualquer outra frequência que você tenha programado.
Conecte o frequencímetro ou um osciloscópio à TP1 para verificar uma onda quadrada de 1187.5 Hz. Isso indica que as frequências do sinal piloto (19 KHz) e a subportadora (38 KHz) estão corretas.
Com o osciloscópio conectado em TP4, ajuste R15 para que se obtenha o menor nível de saída da subportadora de 38 KHz. Elimine temporariamente o sinal piloto de 19 KHz aterrando a junção de R28, R29 e C12 para que a calibragem seja facilitada.
Usando um gerador de sinais de 1.5 volts pico a pico, com uma frequência de 1000 Hz, cheque em TP4 a forma de onda mostrada na figura 6, com as entradas esquerda, direita e depois com as duas entradas conectadas ao gerador de sinais. Ajuste R24 para a melhor conformidade com as figuras. Algumas diferenças poderão ser admitidas, levando-se em consideração as diferenças no desenho da placa e também as tolerâncias dos componentes. Divida as diferenças entre os canais esquerdo e direito, assim a relação de erro será igual em ambos.
Figura 6.
Ajuste L1 para que sejam obtidos 3 volts em TP5 na frequência de operação mais baixa (geralmente 88,1 MHz). Ajuste S1 para 94,5 MHz e verifique que a tensão em TP5 será acima de 7 volts e ainda varia com a atuação em L1. Isto testa a variação dinâmica do sintetizador. Não há problemas se o núcleo ajustável estiver quase fora de L1. Pincele um pouco de esmalte, cola ou outro fixador sobre o núcleo de L1 para que o ajuste seja mantido. Programe o transmissor para a frequência de operação desejada e ele estará pronto para ser usado.
Embalagem final. O transmissor poderá ser instalado em qualquer caixa que caiba a placa. Podem ser usadas caixas tanto de metal como de plástico e já que o circuito não esquenta tanto a ventilação não é crítica, embora seja melhor uma embalagem que permita uma boa ventilação. Tenha certeza que qualquer metal esteja a pelo menos três centímetros da parte inferior da placa. Se for usada uma caixa de plástico, uma boa idéia seria revestir o fundo com um pedaço de papel alumínio que atuaria como um plano-terra para a antena. Um aterramento adicional seria interessante, no caso de uma embalagem plástica. Use jacks RCA fêmeas para as entradas de áudio, um jack P4 para a alimentação e um conector BNC fêmea para a saída de RF. Solde os terras dos jacks e do conector BNC ao terra da placa. Lembre-se que a conexão com a saída de RF deve ser a mais curta possível. Os cabos para a ligação do áudio devem ser blindados e de boa qualidade para que não sejam captados roncos e zumbidos. Suportes, parafusos metálicos ou de plástico podem ser usados para fixar a placa na caixa.
Para a antena há uma série de possibilidades. Uma sugestão seria o uso de uma antena telescópica de 60 centímetros, montada com epoxi em um conector BNC macho. Os detalhes da construção desta antena podem ser vistos na figura 7.
Figura 7.
A fonte de alimentação pode ser uma com tensão regulada em 13,2 Vcc, que pode ser encontrada em lojas para rádio amadores, informática ou eletrônicas. Qualquer fonte regulada pode ser usada se ela tiver uma boa filtragem. Baterias também poderão ser usadas, mas claro, elas se descarregarão eventualmente. Contudo, para períodos curtos onde o uso contínuo não ocorrerá, elas são excelentes e não produzem roncos, que podem ocorrem com adaptadores de corrente alternada. Eliminadores de pilhas definitivamente não são recomendados.
Usando o transmissor. Para melhores resultados é necessário que haja uma frequência livre. O PLL ajuda tremendamente, pois mantém a frequência estável. Nas grandes metrópoles é provável que seja bastante difícil encontrar um canal livre. Neste caso, tente usar um canal intermediário, por exemplo, canais pares com separação de 100 KHz, nos Estados Unidos e canais ímpares em áreas onde são usados canais pares. Você também pode tentar uma frequência entre duas estações com sinais fracos.
Obs.: No Brasil são estabelecidas as frequências ímpares para a rádio difusão em FM, por exemplo, 101.3, 105.5, etc e muitos receptores não estão habilitados a receberem os canais pares. Apenas para uso doméstico use frequências pares como 88.2, 99.4, etc. Os receptores analógicos poderão receber estes sinais sem problemas.
É sugerido que se opere entre 88 e 92 MHz, pois esse início da faixa tende a ser usado por estações de baixa potência.
Não ajuste R35 para um ganho muito alto, pois isso resultará em distorção e interferência em estações próximas. Normalmente R35 deve ser ajustado em aproximadamente 75% de seu curso quando usada uma fonte de áudio típica cujo sinal esteja entre 0,5 e1,0 volt – rms. Se excedidos esses parâmetros ocorrerá distorções e má separação entre os canais de áudio. Para evitar roncos certifique-se de aterrar a saída de RF, principalmente se for usada uma antena telescópica.
Para incrementar a potência de saída do transmissor, a tensão no amplificador de RF pode ser aumentada para até 15 volts, com isso a potência de saída aumenta para 150mW. R56 deverá ser retirado para permitir a irradiação completa do sinal e radiadores de calor deverão ser intalados nos transistores de saída. Neste caso é necessário o uso de uma antena calibrada para a frequência de operação e com impedância de 50 ohms. As espiras de L4 poderão ser comprimidas ou expandidas para que haja o acoplamento correto com a antena, permitindo assim a completa transferência do sinal. Com esta modificação o alcance é maior que 1800 metros, dependendo do terreno, localização da antena e também da antena. Mantenha a antena a uma distância de pelo menos 6 metros do transmissor se for operar com uma potência superior a 10mW, pois é possível que o sinal irradiado interfira no sintetizador causando instabilidade e perda do ciclo de travamento do PLL.
Este circuito também poderá ser usado como excitador para amplificadores de RF, permitindo potências superiores a 100 Watts, bem como o uso em rádios comunitárias, entretanto, antes de operar um equipamento com potências maiores que alguns miliwatts, consulte a regulamentação. No Brasil existem leis específicas para a utilização de transmissores e a transgressão dessas leis pode acarretar em processos penais e apreensão do equipamento. Para o uso doméstico, em escolas, palestras, entretenimento, enfim, aplicações onde a potência não supere alguns miliwatts não há nenhuma restrição legal quanto ao uso destes equipamentos.
Com isso você tem um completo transmissor de FM estéreo que poderá lhe proporcionar muita diversão. O circuito é moderno estável, fácil de usar e bastante educativo.
Lista de material
Semicondutores
R47 - 1K5
IC1 – LM1458 ou RC4558 ou MC4558
R49 - 33 ohms
IC2 - LM1496
R53 - 330 ohms
IC3 – 74C00 ou MC12080
R56 - 56 ohms
IC4 - CD4040
IC5 - LM7805
Capacitores
IC6 - CA3420
C1, C2, C10 - 10nF (mica)
IC7 - MC145151-2
C3, C5, C11 - 1µF / 50V (eletrolítico)
IC8 - 74F160
C6, C9, C29 - 100µF / 16V (eletrolítico)
Q1 - MPF102
C7, C8, C12, C13, C25, C26, C30, C32 - 10nF (disco cerâmico)
Q2, Q3, Q4 - 1N3563
Q5 - MPS3866
C10 - 18pF (disco cerâmico)
D1 - 1N4007
C14 - 12pF (disco cerâmico)
D2 - 1N757A
C15 - 33pF (disco cerâmico)
D3 - MV2107
C16 - 2-20pF (trimmer)
C17 - 39pF (disco cerâmico)
Resistores
C18 - 10µF / 16V (eletrolítico)
(todos de 1/8w - 5%)
C19 - 100nF (mica)
R1, R2 - 8k2
C21 - 10nF (SMD) * ver texto / pode ser disco ceramicos
R3, R4, R11, R20, R30, R40, R46, R52, R55 - 1k
C22, C24 - 100pF (disco cerâmico)
R5, R8, R32, R37, R38 - 22K
C23, C27, C28, C36 - 470 pF (disco cerâmico)
R9, R10, R26, R29 - 47K
C31 - 470µF / 25V (eletrolítico)
R12, R13, R25, R41, R42 - 100K
C33 - 68pF (disco cerâmico)
R14, R16, R23, R43 - 68K
C34 - 120pF (disco cerâmico)
R15 - 10K (trim-pot)
C35 - 47pF (disco cerâmico)
R17, R18, R33, R50 - 2K2
C37 - 10pF (disco cerâmico)
R19, R44 - 10K
R21, R22, R54 - 3K3
Outros materiais
R24 - 25K (trim-pot)
L1 a L6 - ver texto
R27 - 220 ohms
Xtal1 - 4.864MHz (cristal)
R28, R48, R51 - 470 ohms
Xtal2 - 10.240MHz (cristal)
R31 - 2M2
S1 - chave DIP de 10 seções
R34 - 220K
Barra de ferrite ajustável para L1
R35 - 1K (trim-pot)
Barras de ferrite para a confecção dos
R36 - 6K8
choques de RF
R39 - 4K7
Fio 22 AWG para a confecção das bobinas
R45 - 1M
Placa de circuito impresso dupla face de fibra de vidro
Fios, solda, ferro de solda, etc.
Dicas para quem pretende montar o transmissor
Tenho recebido muitos e-mails de pessoas interessadas em montar o transmissor, no entanto, grande parte dessas pessoas estão encontrando algumas dificuldades na hora de fazer a placa ou de adquirir alguns componentes mais críticos. Aqui vão algumas dicas que ajudarão bastante a solucionar estes problemas.
* Placa de circuito impresso - Uma das melhores alternativas para a confecção da placa é o silk screen. Procure alguém que trabalhe com silk screen em sua cidade e veja quais as possibilidades de realização do desenho da placa. Tenha bastante cuidado na hora de elaborar o desenho para que o tamanho dos componentes coincida perfeitamente com o lay-out da placa, principalmente os CIs. Atente também para a outra face da placa. As conexões devem concidir perfeitamente.
* Circuitos integrados - Algumas pessoas estão com dificuldades em encontrar o 74F160 e principalmente o PLL - MC145151-2. Estes CIs podem ser encontrados em boas eletrônicas de grandes centros urbanos como São Paulo e Rio de Janeiro. Também podem ser adquiridos de lojas virtuais de componentes eletrônicos. Faça uma pesquisa na internet e veja qual a melhor opção para adquirir os CIs. O 74F160 pode ser substituído por um de outra família lógica que trabalhe com frequências acima de 100 MHz como o 74AS160. O preço do PLL está em torno R$ 25,00. Também é possível encontrá-lo por preços abaixo de R$ 5,00, o problema é que os estabelecimentos que os vendem por este valor só aceitam encomendas de grandes quantidades.
* Cristais - O cristal de 10.240 MHz pode ser encontrado em muitos modelos de telefones sem fio, já o de 4.864 MHz pode ser aproveitado de placas de micro computadores fora de uso, se bem que este é mais difícil de ser encontrado. Existe uma empresa especializada na produção de cristais ressonantes, é a SPEC-RCB Componentes piezoelétricos para controle e seleção de freqüência, lá você também encontrará os cristais.
