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Transmissor de acionamento aleatório (ART095)

Descrevemos a montagem de um transmissor que emite sinais em períodos aleatórios. O transmissor pode operar tanto na faixa de FM como VHF e tem algumas aplicações interessantes como a realização de um conhecido jogo praticado por radioamadores denominado "Caça à Raposa". Nesta aplicação o transmissor pode ser usado em clubes, acampamentos, hoteis-fazenda, etc. O jogo consiste em se localizar um transmissor oculto usando como detector um rádio comum de FM.


Caça à Raposa é nome dado a um conteste, muito popular entre os radioamadores, que consiste em se tentar localizar um transmissor escondido em lugar fixo ou em constante movimento a partir dos sinais que ele emite. Cada competidor deve ter seu próprio receptor, no qual tenta sintonizar e, pela direção dos sinais, localizar onde ele está. Baseados na diretividade da antena do receptor e na própria variação da intensidade dos sinais, o "caçador" pode sair atrás da raposa. Vence quem a localizar em primeiro lugar.

Os radioamadores utilizam para esta competição potentes transmissores que são até instalados numa viatura que se desloca por uma vasta região. Como nosso projeto é de potência limitada, dadas as restrições legais, a operação se faz com sinais mais fracos cuja captação é possível no máximo num raio de algumas centenas de metros.O interessante de nosso projeto é que agregamos algumas características que tornam sua localização não tão simples.

De fato, o transmissor que descrevemos opera de modo intermitente na faixa de FM e tem um alcance que, em condições favoráveis pode chegar perto de 1 quilometro. A alimentação poderá ser feita por pilhas ou bateria recarregável e seu tamanho reduzido permite que ele seja escondido com facilidade dentro de um clube, hotel fazenda, escola ou praça ou ainda em qualquer outro local.

Mas, voltando ao ponto básico, que é a operação intermitente, ligando e desligando em instante imprevisíveis, exige que o operador do receptor seja bastante "esperto", no sentido de estar pronto e na frequência exata para sair atrás dos sinais. Na figura 1 mostramos o padrão das transmissões, consistindo num trem aleatório de bips.

 


Figura 1 – Padrão do sinal gerado.

No entanto, modificações no projeto podem ser feitas no sentido de tornar as emissões aleatórias conforme veremos mais adiante. Também é possível alimentar o circuito com tensões maiores (até 12 V), trocando o transistor do transmissor e assim obtendo-se maior alcance.

Características:
Tensão de alimentação: 6 , 9 ou 12 V
Faixa de operação: VHF ou  FM, entre 60 e 108 MHz.
Consumo: 20 a 100 mA dependendo da tensão de alimentação
Alcance: 100 metros a perto de 1 km - dependendo da tensão de alimentação.
Tipo de emissão: intermitente, modulada em tom.

 


COMO FUNCIONA
Na figura 2 temos um diagrama de blocos que representa o transmissor e a partir do qual faremos a análise de seu princípio de funcionamento.

 


Figura 2 – Diagrama de blocos do Transmissor.

O primeiro bloco consiste no sistema gerador de bips que tem por base duas portas de um circuito integrado 4093, um disparador NAND CMOS.  CI-1a  é um oscilador de frequência muito baixa cuja finalidade é gerar os intervalos e a duração dos bips que no caso corresponde a uma operação com ciclo ativo de 50%.Para modificar o ciclo ativo, por exemplo, com maior intervalo e menor duração dos bips,. estabelecemos percursos diferentes para a corrente de carga e descarga de C1, conforme mostra a figura 3.

 


Figura 3 – Programando o ciclo ativo através de R1 e R2.

Neste caso, a relação entre os resistores determinará o ciclo ativo e portanto a duração e intervalo dos bips. A tonalidade dos bips é determinada por R2 e C2 que, em conjunto com CI-1b formam um segundo oscilador cuja forma de onda na saída. Os dois osciladores têm suas saídas ligadas a um bloco de combinação formado por CI-1c.

Na saída deste elemento temos então "bips" de áudio que servem para a modulação do transmissor. O transmissor é muito simples, constando de um único transistor cuja frequência é determinada por L1 ed CV. Podemos ajustar CV para operar numa frequência livre da faixa de VHF, se a brincadeira for feita com pessoas que possuam receptores apropriados.  No entanto, o mais comum é usarmos a faixa de FM, numa frequência livre, pois a maioria das pessoas pode facilmente contar com um receptor que sintonize esta faixa. Neste circuito, R3 e R4 polarizam a base do transistor enquanto que C4 faz seu desacoplamento e C5 é responsável pela realimentação que mantém as oscilações.

A intermitência do transmissor é determinada por outro oscilador que tem por base CI-1d. Nele, a frequência é determinada por R7 e C7.
Estes componentes vão determinar os períodos de emissão e intervalos que no caso, correspondem a uma operação com ciclo ativo de 50%.
No entanto, também podemos alterar este ciclo ativo com emissões de curta duração (menores tempos) e maiores intervalos, usando para isso o circuito mostrado na figura 4.

 


Figura 4 – Programando a intermitência das transmissões.

Neste caso, R1 determina a duração da transmissão e R2 o intervalo. O capacitor determina a duração de um ciclo completo de operação (intervalo mais duração). Existe ainda uma possibilidade interessante para tornar a brincadeira mais emocionante que é a utilização de um oscilador de pulsos aleatórios (de durações e intervalos diferentes) com base num outro circuito integrado 4093, com a configuração mostrada na figura 5.

 


Figura 5 – Combinando 4 osciladores aleatórios.

Para este circuito temos tanto intervalos como durações pseudo-aleatórios determinadas pela combinação de efeitos de 4 osciladores diferentes. O padrão obtido por um circuito como o da figura 5 é mostrado na figura 6.

 


Figura 6 – Padrão aleatório gerado pelo circuito.

A duração de cada emissão e também os intervalos médios podem ser ajustados trocando-se os resistores e os capacitores do circuito. Esta separação vai determinar o grau de dificuldade para a localização do transmissor, já que as emissões passarão a ser intermitente.

A fonte de alimentação para o transmissor deve ser dimensionada de acordo com o tempo que se pretende que seja a duração da prova. Na versão menor sugerimos o uso de pilhas médias ou grandes do tipo alcalino, enquanto que para a versão maior pode ser usada uma bateria recarregável NiCad).

 


MONTAGEM
Inicialmente, damos na figura 7 o diagrama completo do transmissor.


Figura 7 – Diagrama completo do transmissor.

A disposição dos componentes numa placa de circuito impresso é mostrada na figura 8.

 


Figura 8 – Placa der circuito impresso para a montagem.

Para os transistores Q1 e Q2 temos duas possibilidades conforme a tensão de alimentação e o alcance desejado. Para alimentação de 6 volts na versão de menor potência (até 200 metros de alcance) o transistor Q1 pode ser um BC548 ou equivalente e Q2 um BF494 ou equivalente. Para alimentação de 9 ou 12 V, com alcances entre 500 metros e 1 km, Q1 pode ser o BD135, BD137 ou TIP31 que deve ser montado num pequeno radiador de calor, enquanto que Q2 pode ser o BD135 ou 2N2218.

Observe apenas que todos estes transistores têm pinagens diferentes e que o 2N2218 deve ter um radiador de calor de tipo apropriado ao seu invólucro. A bobina L1 é formada por 4 espiras de fio 20 ou 22 sem núcleo com 1 cm de diâmetro. CV é um trimmer de qualquer tipo com capacitância máxima de 30 a 40 pF. Observe que os diversos tipos de trimmers têm formatos diferentes, devendo ser feita a devida alteração na placa se necessário. Com a bobina indicada o transmissor vai operar na faixa de FM. Com 5 ou 6 espiras teremos a operação entre 60 e 80 MHz e com ou 2 ou 3 espiras entre 100 MHz e 120 MHz.

Os capacitores usados no setor do transmissor devem ser cerâmicos enquanto que os dos demais setores podem ser de qualquer tipo. Como antena podemos usar um pedaço de fio rígido comum de 80 a 120 cm de comprimento ou ainda uma antena telescópica de mesmo tamanho. Na instalação a antena deve ficar em posição vertical longe de qualquer objeto de metal de grande porte.

 


PROVA E USO
Para provar o aparelho, ligue nas proximidades um receptor de FM (ou VHF) sintonizado numa frequência livre. Depois, apenas para efeito de prova, faça uma interligação provisória entre o emissor e o coletor de Q1. Este procedimento leva o transmissor a condição de funcionamento contínuo. Ajuste então CV para captar no receptor o sinal com máxima intensidade.

Feito isso, desligue o fio entre o emissor e o coletor de Q1 e observe o funcionamento por algum tempo, de modo a constatar se o circuito de intermit6encia opera normalmente. Se quiser modificar as características de tom e intervalo, altere os resistores e capacitores correspondentes.Comprovado o funcionamento instale definitivamente o aparelho numa caixa.

Para fazer a brincadeira temos duas possibilidades: esconder o transmissor ou então fazer com que alguém se movimente com  ele tornando, no segundo caso, a localização mais difícil. Depois de ligado, os competidores são instruídos sobre a maneira de usar seus rádios para encontrar o transmissor. Indique a frequencia ou deixe por conta de cada um encontrá-la.



LISTA DE MATERIAL

 

Semicondutores:
CI-1 - 4093 - circuito integrado CMOS
Q1 - BC548, BD135 ou TIP31 - transistor NPN, conforme a tensão - ver texto
Q2 - BF494, 2N2218 u BD135 - transistor de RF ou potência, conforme a versão - ver texto

Resistores: (1/8W, 5%)
R1 - 3,3 M? – laranja, laranja, verde
R2 - 27 k? – vermelho, violeta, laranja
R3 - 8,2 k? – cinza, vermelho, vermelho
R4 - 6,8 k? – azul, cinza, vermelho
R5 - 47 ? x 1 W – amarelo, violeta, preto
R6 - 1 k? – marrom, preto, vermelho
R7 - 1 M? – marrom, preto, verde

Capacitores:
C1 - 470 nF - cerâmico ou poliéster
C2 - 47 nF - cerâmico ou poliéster
C3 - 10 nF - cerâmico
C4 - 4,7 nF - cerâmico
C5 - 4,7 pF - cerâmico
C6 - 100 nF - cerâmico
C7 - 10 uF a 47 uF - 12 V - eletrolítico
C8 - 100 uF - 12 V - eletrolítico

Diversos:
L1 - Bobina - ver texto
CV - trimmer - ver texto
A - antena - ver texto
S1 - Interruptor simples (opcional)
B1 - 6 a 12 V - pilhas ou bateria - ver texto
Placa de circuito impresso, soquete para o circuito integrado, caixa para montagem, suporte de pilhas ou conector conforme a bateria, fios, solda, etc.

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