NOSSAS REDES SOCIAIS -

Como Funcionam os Circuitos Moduladores (TEL241)

Outros artigos deste site tratam do mesmo tema, porém tendo sido escritos em épocas diferentes. Este é de uma publicação nossa que saiu em 1992, mas ainda é atual pela teoria básica que apresenta. As novas tecnologias, evidentemente não foram incluídas.

Os sinais transmitidos por um transmissor devem levar informação.

Na sua forma mais simples, a informação pode ser enviada por um código onde interrompemos e estabelecemos os sinais em intervalos regulares.

Temos então a modalidade de transmissão denominada Onda Continua ou CW (Continuous Wave) onde usamos o código telegráfico universalmente adotado que é o código Morse.

Neste código o estabelecimento do sinal por um breve instante equivale a um ponto (.) e o estabelecimento do sinal por um intervalo maior normalmente três vezes maior que o ponto, equivale a um traço (-)

Pontos e traços formam então os símbolos (letras, números e sinais gráficos) que transmitidos em sequência permitem a utilização do sistema em comunicações por rádio.

Damos a seguir o Código Morse para que o leitor o memorize e depois treine.

 


 

 

Num transmissor deste tipo temos apenas que interromper o sinal por meio de um manipulador, conforme mostra a figura 1.

 

Figura 1
Figura 1

 

Um transmissor muito simples de ondas curtas que opera em torno de 4 MHz é mostrado na figura 2.

 

Figura 2
Figura 2

 

Com uma pequena antena seu alcance é de alguns metros, mas com antena apropriada ele pode ir muito longe. Um dipolo de meia onda cortado para a frequência de operação, permite que os sinais cheguem a distâncias de muitos quilômetros sob condições favoráveis de propagação.

Evidentemente, como este transmissor opera na faixa de radioamadores é preciso ter licença para sua operação. No entanto, na versão com pequena antena ele pode ser usado para prática de telegrafia.

A bobina consta de 60 voltas de fio 24 ou 26 AWG num bastão de ferrite de 0,8 a 1 cm de diâmetro e de 10 a 30 cm de comprimento com tomada central.

O variável é de 120 a 310 pF, e o transistor deve ser dotado de um pequeno radiador de calor (BD135 ). A alimentação pode ser feita com bateria ou fonte que tenha uma corrente de pelo menos 1 ampère.

Este transmissor tem um incômodo que é a forma como os sinais são recebidos no receptor. Os sinais são recebidos na forma de um “sopro" quando o manipulador é fechado o que torna difícil e cansativa sua percepção.

Os receptores destinados a recepção deste tipo de sinal são dotados de um oscilador próprio denominado BFO (Oscilador de Frequência de Batimento) que gera um tom de áudio toda vez que a RF pura é recebida do transmissor distante. Desta forma fica mais cômodo para o operador interpretar os sinais recebidos, conforme sugere a figura 3.

 

Figura 3
Figura 3

 

Na figura 4 damos o circuito de um transmissor que supera este problema, transmitindo um sinal que já leva um tom de áudio. Este transmissor telegráfico é modulado por um tom de áudio não necessitando assim do BFO no receptor.

 

Figura 4
Figura 4

 

A bobina é a mesma do transmissor anterior de CW e o alcance também.

Com uma antena de 2 a 3 metros teremos um alcance de algumas dezenas de metros, mas com uma antena apropriada podemos ter um alcance muito grande.

Para a transmissão de sons precisamos variar a portadora de alta frequência de alguma forma. Para isso existem duas técnicas básicas que são as mais usadas.

A primeira consiste em se fazer variar o sinal gerado de alta frequência, que é aplicado a antena em intensidade com o sinal de áudio correspondente ao som. Temos então variações da amplitude ou intensidade do sinal de RF conforme mostra a figura 5.

 


 

 

Este sistema é denominado Modulação em Amplitude ou simplesmente AM (Amplitude Modulation).

Diversas são as maneiras que podemos utilizar para variar a intensidade de um sinal de modo a modulá-lo.

Podemos variar sua intensidade já no oscilador, obtendo assim para amplificação um sinal já modulado conforme sugere a figura 6.

 

Figura 6
Figura 6

 

Também podemos variar a intensidade do sinal numa etapa amplificadora intermediária, ou como é mais comum, na etapa final do transmissor, conforme mostra a figura 7.

 

Figura 7
Figura 7

 

Para esta finalidade o que fazemos é usar um amplificador de áudio cujo sinal que deve ser transmitido e aplicado ao transmissor. Se vamos modular o sinal no oscilador não precisamos de muita potência deste amplificador, mas para que tenhamos o efeito desejado ao modular o sinal da etapa final é preciso que sua potência seja da mesma ordem que o sinal transmitido.

Assim, se o transmissor tem uma potência de 10 watts, o amplificador de áudio usado na modulação deve ter a mesma ordem de potência.

Caso isso não ocorra não teremos 100% de modulação.

Na figura 8 mostramos o que ocorre com o sinal transmitido quando temos falta de modulação ou quando ela é excessiva.

 

Figura 8
Figura 8

 

Na falta de modulação o sinal pode chegar até o receptor, mas fraco demais e com isso a modulação não consegue ser "extraída" havendo então dificuldade na recepção. No excesso de modulação ocorre a distorção do sinal com um espalhamento que reduz a eficiência do transmissor e além disso provoca o aparecimento de oscilações harmônicas.

A modulação de um transmissor deve ficar a mais próxima possível de 100%.

Diversas são as técnicas usadas para se obter a modulação em amplitude.

A primeira que vamos analisar consiste na aplicação do sinal diretamente na base do transistor amplificador final ou oscilador, alterando sua polarização e com isso o ganho de modo a termos uma variação do sinal produzido. Esta técnica é ilustrada na figura 9.

 

Figura 9
Figura 9

 

Nos transmissores que usam válvulas pentodo como osciladoras e também amplificadoras, esta modalidade de modulação é facilitada pela existência de uma grade de controle onde o sinal pode ser injetado.

Um exemplo deste tipo de modulação é mostrado no circuito transmissor de AM da figura 10.

 

Figura 10
Figura 10

 

A bobina deste transmissor consta de 100 voltas de fio esmaltado 28 numa fôrma sem núcleo de 2 cm a 2,5 cm de diâmetro com tomada central.

A alimentação pode ser feita com fonte de 100 a 250 volts x 50 mA conforme circuito mostrado na figura 11.

 

Figura 11
Figura 11

 

O fio de +B da fonte deve ser blindado até o ponto de conexão à tomada central da bobina para que não ocorram roncos na transmissão. Toda a montagem deve ser feita em caixa metálica blindada.

O alcance deste transmissor na faixa de 500 a 1500 kHz é da ordem uns 500 metros com uma antena de 3 metros de comprimento.

Na figura 12 temos um transmissor de AM experimental de curto alcance, que serve como microfone sem fio e opera entre 550 e 1600 kHz, na faixa de ondas médias, portanto.

 

Figura 12
Figura 12

 

Este circuito deve ser alimentado com uma bateria de 9 V para ter um bom desempenho, mas mesmo assim, a durabilidade desta bateria não é muito grande.

A bobina consta de 100 espiras de fio esmaltado 28 num bastão de ferrite de 1 cm de diâmetro com 10 cm de comprimento com tomada na 30ª espira a partir do lado da realimentação.

O microfone é de eletreto, mas pode também ser usado um microfone de cristal com a retirada do resistor R1 do circuito.

A antena é do tipo telescópico com pelo menos 50 cm de comprimento.

Uma outra forma de modular um sinal de rádio em amplitude é por meio de um transformador em série com a alimentação do estágio final amplificador de RF, conforme mostra a figura 13.

 

Figura 13
Figura 13

 

Este circuito exige um amplificador com a mesma ordem de potência do transmissor, já que o sinal de áudio deve controlar toda a corrente que circula pelo estágio amplificador.

Desta forma, nos picos negativos do sinal de áudio a tensão neste transformador deve ser tal que anule a tensão de alimentação do estágio de RF assim a intensidade deste sinal também caia a zero.

No pico positivo do sinal, a tensão neste enrolamento se soma à corrente de repouso do estágio final e temos a máxima amplitude transmitida.

Para que isso ocorra é preciso observar com cuidado no projeto as características de tensão e corrente do transformador usado, ou seja, do transformador de modulação.

Para os circuitos valvulados em que trabalhamos com alta tensão e baixas correntes este transformador tem um secundário de alta impedância, enquanto que nos circuitos transistorizados temos um secundário de baixa impedância.

Vamos dar alguns circuitos práticos começando por um modulador para etapas a válvula, na figura 14.

 

Figura 14
Figura 14

 

Este circuito tem por base uma válvula pentodo e uma válvula triodo, funcionando com a mesma alta tensão da etapa a válvula. Na entrada podemos aplicar os sinais de microfones, mixers ou outras fontes de sinal. O controle de sensibilidade permite encontrar a modulação ideal de modo a não haver distorções.

Na figura 15 temos uma simples etapa transistorizada para um transmissor de até 1 watt de potência de AM, podendo ser excitada por um microfone de eletreto ou um microfone de cristal.

 

Figura 15
Figura 15

 

A alimentação de simples circuito modulador pode ser feita com tensões de 6 a 12 V conforme o transmissor. Veja que não usamos transformador de modulação, pois o transistor do circuito modulador é ligado em série com o transistor da etapa de RF.

Na verdade, o circuito mostrado na figura 67 consiste num transistor completo para a faixa de ondas médias, de pequeno alcance e que usa uma antena de 3 a 5 metros. Este circuito experimental tem a mesma bobina do transmissor de telegrafia que vimos anteriormente: 70+30 espiras de fio 28 em bastão de ferrite de 1 cm de diâmetro por 1ocm de comprimento.

Na figura 16 temos um modulador com transformador.

 

Figura 16
Figura 16

 

O transformador pode ser do tipo de alimentação já que aproveitamos somente o enrolamento secundário como autotransformador.

Uma versão interessante com circuito integrado para potências até 5 watts é mostrada na figura 17 tendo por base um circuito integrado TDA2002.

 

Figura 17
Figura 17

 

Este circuito pode ser alimentado com tensões entre 9 e 12 Volts sendo bastante sensível para admitir a excitação a partir de microfones ou outras fontes de sinal.

O circuito integrado TDA2002 deve ser montado num bom radiador de calor.

É importante observar que os transmissores são muito sensíveis a captação de zumbidos de fontes de alimentação e da própria rede. Se quisermos evitar todos estes problemas a melhor solução é a alimentação com bateria. Se uma fonte for usada, todas as etapas devem ser blindadas e qualquer cabo que transporte sinal, por mais curto que seja deve ser blindado.

A segunda forma de transmitirmos um sinal de áudio usando uma portadora de alta frequência é através da modulação em frequência ou FM.

O que fazemos é variar a frequência do sinal transmitido acompanhando as variações do sinal de áudio. Conforme mostra a figura 18 a intensidade do sinal de RF se mantém constante nesta modalidade de transmissão.

 

Figura 18
Figura 18

 

Para que tenhamos uma transmissão perfeita existem também limites para as variações que o sinal pode sofrer. Uma modulação excessiva causa distorções e outros problemas, e uma modulação insuficiente produz um sinal pobre.

Diversas são as técnicas usadas para a modulação em frequência lembrando que esta modalidade é usada principalmente na faixa de frequências que vai de 88 a 108 MHz. Os receptores desta faixa são dotados de circuitos especiais capazes de detectar os sinais modulados em frequência.

Uma primeira técnica de obtermos esta modulação, mas de forma indireta e também mais simples, é mostrada na figura 19.

 

Figura 19
Figura 19

 

O sinal de áudio é aplicado via capacitor à base de um transistor oscilador de alta frequência. Desta forma, este sinal influi na polarização do transistor e afeta sensivelmente a frequência das oscilações modificando-a conforme este sinal. Na verdade, com esta técnica temos também variações da intensidade do sinal, mas os receptores de FM se comportam bem na detecção deste sinal.

O pequeno transmissor da figura 71 tem um alcance da ordem de 100 metros e sua bobina consta de 4 espiras de fio 22 ou 24 numa forma sem núcleo de 1 cm de diâmetro. O trimmer é comum de 3 a 30 pF e a antena é um pedaço de fio rígido ou telescópica de 15 a 40 cm de comprimento.

O microfone e de eletreto, mas com a retirada de R1 podemos usar um microfone de cristal.

Este transmissor operará entre 88 e 108 MHz, numa frequência livre da faixa de FM.

Podemos usar uma etapa a mais para amplificar o sinal do microfone, ou mesmo aplicar o sinal de uma fonte externa, conforme sugere a figura 20.

 

Figura 20
Figura 20

 

No entanto, se o sinal for muito forte começa a ocorrer o problema da sobremodulação com distorções e o espalhamento do sinal pelo espectro de FM, causando interferências.

Outra técnica que nos permite trabalhar com sinais mais intensos, consiste na aplicação do sinal no emissor do transistor oscilador conforme mostra a figura 21.

 

Figura 21
Figura 21

 

Esta é uma entrada de baixa impedância que permite o uso, por exemplo, de microfones de baixa impedância. Também o excesso de modulação pode causar problemas do tipo espalhamento do sinal e distorção.

Veja que em FM como temos de variar a frequência do sinal quando ele é gerado,.isso só pode ser feito no oscilador. Assim, para a modulação de FM não temos circuitos do tipo que opera nas saídas de potência.

A técnica mais elaborada e melhor para modulação em frequência é a que faz uso dos diodos varicap.

Os diodos comuns apresentam uma propriedade interessante que é ampliada nos diodos varicap.

Quando polarizados no sentido inverso, os materiais semicondutores funcionam como as placas de um capacitor separadas pela junção que no caso as isola, funcionando como dielétrico, conforme mostra a figura 22.

 

Figura 22
Figura 22

 

O que ocorre de interessante é que a separação das armaduras e, portanto, a capacitância apresentada pelo diodo varia com a tensão aplicada.

Se a tensão for menor as placas de aproximam e a capacitância é maior. Se a tensão for maior as placas de afastam e a capacitância diminui.

Podemos controlar a capacitância por meio de tensão, numa certa faixa de valores.

Nos diodos varicap estas características são ampliadas de modo a termos boas variações de capacitância com a tensão.

Uma aplicação inicial para estes diodos é na sintonia de um circuito usando um potenciômetro para variar a tensão conforme mostra a figura 23.

 

Figura 23
Figura 23

 

Outra aplicação e que nos interessa neste caso é na modulação em frequência de um transmissor de FM.

Um circuito modulador simples para um pequeno transmissor de FM é mostrado na figura 24.

 

Figura 24
Figura 24

 

Neste circuito o sinal de áudio é aplicado diretamente ao varicap BB809 fazendo sua capacitância modificar no mesmo ritmo. Esta variação de capacitância se reflete no circuito oscilador, já que o varicap atua como um capacitor em paralelo com a bobina. O resultado é que a frequência do oscilador também varia de acordo com o sinal de áudio. O capacitor em série com o varicap isola-o do circuito de corrente contínua do oscilador e o indutor impede o retorno dos sinais de RF para o circuito de áudio.

A modulação vai ter sua intensidade determinada pela amplitude do sinal de áudio aplicado ao circuito.

No circuito indicado a bobina consta de 4 espiras de fio esmaltado 22 ou 24 em fôrma de 1 cm de diâmetro, sem núcleo e o transistor pode ser o BF494 ou equivalente.

Este pequeno transmissor terá um alcance da ordem de 100 metros.

Com o uso de um transistor mais potente como o 2N1711 e a alimentação com 12 volts este transmissor pode ter alcance de mais de um quilômetro, dependendo das condições de propagação e da antena.

Além dos processos de modulação que vimos existem outros que, entretanto, não são muito indicados para aplicações comuns na transmissão da voz, por exemplo. Existe a modulação da largura de impulsos ou PWM que consiste em se alterar a largura de pulsos gerados com um sinal de áudio, conforme mostra a figura 25.

 

Figura 25
Figura 25

 

No entanto, este tipo de modulação exige circuitos decodificadores especiais. Este tipo de modulação pode ser usada em transmissores de muito baixa frequência na faixa dos 40 aos 100 kHz em intercomunicadores que usam a rede de alimentação como meio de conduzir os sinais.

Para completar este capítulo damos um circuito prático de um pequeno transmissor de FM cujo alcance pode chegar a alguns quilômetros em campo aberto e que emite um sinal de localização.

Este aparelho pode ser usado em espionagem ou ainda para seguir uma viatura se for instalado escondido nesta viatura. Para isso, o receptor deve ser dotado de antena direcional conforme mostra a figura 26.

 

Figura 26
Figura 26

 

O circuito opera na faixa entre 70 e 120 MHz, devendo o operador escolher uma frequência de acordo com seu receptor e livre na localidade em que pretende operar o aparelho.

O transmissor localizador transmite pulsos sonoros intervalados e seu circuito completo é mostrado na figura 27.

 

Figura 27
Figura 27

 

Para maior alcance o circuito deve ser alimentado com 12 Volts e o transistor dotado de um dissipador de calor.

A bobina e formada por 4 espiras de fio 22 ou 24 em fôrma de 1 cm de diâmetro sem núcleo.

No trimmer de 30 pF ajustamos a frequência de operação e todos os capacitores da etapa de RF devem ser cerâmicos pois outros tipos não são próprios para operação em frequências elevadas. Os resistores podem ter dissipação de 1/4 watt ou mais e a antena é um pedaço de fio rígido ou do tipo telescópico com comprimento variando entre 40 e 20 cm.

O tamanho da antena dependerá da disponibilidade de espaço para instalação ou da aplicação. Se for possível usar uma antena elevada (externa) cortada de acordo com o comprimento da onda a ser transmitida, o alcance pode ser de muitos quilômetros, principalmente em regiões livres de obstáculos. No entanto, é preciso levar em conta as restrições legais para operação deste tipo de transmissor em locais densamente povoados onde existe o perigo de se interferir em outras transmissões.

 

SSB

SSB é a abreviação de Single Side Band ou Faixa Lateral Única e consiste numa modalidade de transmissão que é muito usada em serviços de comunicações.

A principal vantagem do sistema é o seu maior rendimento que possibilita maior alcance, principalmente na faixa de ondas curtas onde o sistema é mais usado.

A técnica do SSB é a seguinte:

Quando modulamos um sinal em AM o sinal se combina com a RF gerando então dois sinais adicionais que correspondem a soma e a diferença das frequências. Por exemplo, se modulamos um sinal de 1 MHz com um sinal de 5 kHz de áudio, aparecem dois sinais, sendo um de 995 kHz e outro de 1 005 kHz (diferença e soma) ocupando assim um “espectro” de 10 kHz de largura, conforme sugere a figura 28.

 

Figura 28
Figura 28

 

Neste espectro temos uma distribuição da energia do transmissor o que acarreta um menor rendimento na transmissão. Teríamos muito maior rendimento de um transmissor, com maior alcance se a energia pudesse ser transmitida numa única frequência.

No SSB o que se faz é justamente isso.

O sinal de alta frequência é gerado e depois modulado com o sinal de áudio.

No entanto, antes de ser amplificado, a portadora e uma das faixas (que pode ser e inferior ou a superior) é suprimida, ficando então apenas uma faixa ou banda lateral (daí o nome) figura 29.

 

 

Figura 29
Figura 29

 

Esta faixa pode então ser amplificada concentrando toda a energia do transmissor e com isso “vai muito mais longe".

Para receber, entretanto, estes sinais os receptores comuns precisam de um recurso especial. A portadora precisa ser recolocada no sinal para que ele possa ser detectado. Assim, os receptores de SSB possuem um oscilador próprio para esta finalidade que “recupera" a modulação.

Se recebermos um sinal de SSB em rádio comum o som aparece “embaralhado” ou "fanhoso" sem que nada possamos entender. Os leitores já devem ter captado algumas destas transmissões em seu rádio de ondas curtas.

Para captar sinais de SSB num receptor comum e “decodifica-los” precisamos de um BFO (Oscilador de Frequência de Batimento – abreviação do inglês).

O circuito da Figura 30 é um simples BFO que o leitor pode montar e adaptar no seu rádio AM de ondas curtas. Ele será ligado à antena do receptor e acionado quando captarmos um sinal de SSB.

 

Figura 30
Figura 30

 

Na primeira vez que você captar uma transmissão em SSB ajuste o núcleo de Fl e ao mesmo tempo a sintonia até tornar claro o sinal. Nas outras vezes basta atuar sobre a sintonia do rádio, não precisamos mais mexer em FI.

A Fl pode ser qualquer transformador de Frequência Intermediária de 455 KHz de rádio AM. A ligação a antena do rádio é feita com garra jacaré e a alimentação com 2 pilhas pequenas.

 

Obs. Algumas figuras foram mantidas na forma original com erros de grafia que devem ser desconsiderados.

 

 

BUSCAR DATASHEET

 


N° do componente 

(Como usar este quadro de busca)

 

Opinião

Novembro chegando (OP197)

Novembro é o mês de encerramento das aulas e com isso, diferentemente do que muitos pensam, as atividades estudantis não terminam. Alguns curtirão suas férias, mas outros ficam para exames e mais ainda, precisam terminar seus TCCs.

Leia mais...

Capaz
A metade de meus homens de governo não é capaz de nada e a outra metade é capaz de tudo.
Atribuído a Getúlio Vargas (1883 1954) Jornal do Brasil - Ver mais frases


Instituto Newton C Braga
Entre em contato - Como Anunciar - Políticas do Site

Apoio Social
Lions Clube de Guarulhos Sul SOS Mater Amabilis
Advertise in Brazil
If your business is Electronics, components or devices, this site is the correct place to insert your advertisement (see more)