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Oscilador de Frequência de Batimento para Escuta de SSB (TEL148)

Os receptores comuns de ondas curtas não possuem recursos que permitam a escuta clara das emissões em SSB (Single Sideband ou Banda Lateral Única) o que significa a perda de muitos contatos interessantes pelos que gostam de explorar o espectro eletromaggnético. Neste artigo descrevemos um simples OFB (Oscilador de Freqüência de Batimento), também conhecido por BFO (do mesmo nome em inglês) e que possibilita a escuta dos sinais SSB em rádios comuns com FIs de 455 kHz.

Obs. O artigo é de 1990.

 

O sistema SSB na verdade é uma forma de modulação decorrente do AM mas que, com a concentração da faixa útil do sinal num espaço menor do espectro, permite maior rendimento e portanto maior alcance por um transmissor.

Atualmente não só a maioria dos radioamadores utiliza em seus contatos o SSB como também serviços públicos, estações particulares e até mesmo radiofusão!

No entanto, num receptor comum que não tenha os recursos necessários p ao processamento dos sinais em SSB, sua escuta é impossível. O leitor que já sintonizou seu rádio na faixa de ondas curtas deve ter captado alguma estação em que as vozes aparecem fanhosas, ou “embaralhadas” não sendo possivel compreender o que se diz.

É o caso das transmissões em SSB.

Para “recuperar“ o áudio num rádio comum e tornar clara uma emissão em SSB é muito simples.

Basta acrescentar um BFO ou OFB (oscilador de batimento) que é justamente o que descrevemos neste artigo.

Nosso oscilador é alimentado por pilhas e não precisa mais do que uma única conexão à antena do receptor com o qual deve operar.

O receptor, por sua vez não precisa de qualquer modificação em seu circuito.

 

O QUE É SSB

Para entender melhor como funciona o sistema de modulação em SSB será interessante começarmos com um processo mais simples e que lhe dá origem que é a modulação em amplitude ou AM.

Na modulação em amplitude, uma portadora de alta freqüência que deve ser transmitida tem sua intensidade variada pela ação de um sinal de áudio, por exemplo, a voz de um locutor que fala diante de um microfone.

Na figura 1 temos então o resultado final desta modulação em que a intensidade do sinal ou amplitude varia 100% com a amplitude do sinal de áudio que deve transportar.

 

Figura 1 – Sinal modulado em amplitude
Figura 1 – Sinal modulado em amplitude

 

No receptor, o sinal de áudio, de baixa freqüência, é separado da portadora e amplificado para ser reproduzido em fones ou alto-falantes.

No entanto, quando o sinal de áudio é combinado com uma portadora de alta freqüência para que seja produzida a modulação em amplitude não temos somente este efeito a ser considerado.

Quando um sinal de freqüência X se combina com um sinal de freqüência Y para que tenhamos a modulação em amplitude, o resultado é que temos um efeito denominado “batimento“ em que dois novos sinais aparecem no processo, com freqüências equivalentes à soma e à diferença dos sinais combinados, ou seja, X + Y e X - Y.

Assim, se modularmos um sinal de 1 MHz com um sinal de áudio de 1 kHz teremos o aparecimento de dois novos sinais, nas freqüências de 1001 kHz e 999 kHz, conforme mostra a figura 2.

 

Figura 2 – Os batimentos
Figura 2 – Os batimentos

 

As amplitudes dos dois novos sinais são proporcionais ao sinal de áudio e a soma é chamada banda lateral superior, enquanto que a diferença é denominada banda lateral interior. (em inglês “upper sideband” e “lower sideband”).

Veja então que a informação que queremos transmitir, ou seja, que está contida no sinal de áudio, está nas bandas laterais, enquanto que a portadora retém uma boa parcela da potência, sem informação alguma.

Assim, enquanto uma boa parcela da potência do transmissor, que está na portadora, é inaproveitada, pois não contém informação alguma, apenas uma pequena parcela serve para transportar o sinal de áudio, que é a informação que precisamos transmitir.

A idéia básica do sistema de SSB é remover a portadora que concentra a maior parte da energia não aproveitada e transmitir apenas em uma ou outra das bandas laterais, daí o nome Single Sideband (Banda da Lateral Única).

Para conseguir isso, os transmissores usam circuitos denominados moduladores balanceados que consistem em filtros muito aguçados, capazes de rejeitar o sinal com a freqüência da portadora e deixar passar somente as faixas laterais, ou seja, os sinais soma e diferença.

Qual deles vai ser transmitido pode então ser escolhido pelo operador.

A vantagem disso é que, com menor potência concentrada numa das faixas laterais, o transmissor tem muito maior eficiência.

Além disso, como o sinal só é gerado na presença da voz enquanto no AM precisamos ter a produção contínua do sinal, temos um ciclo ativo de operação reduzido, levando estes transmissores a necessitar de fontes muito menores para se obter uma potência efetiva muito maior.

Na figura 3 temos um exemplo de modulador balanceado usado em um transmissor de SSB.

 

Figura 3 – Um modulador balanceado
Figura 3 – Um modulador balanceado

 

No entanto, se obtemos muito maior eficiência para um transmissor que opere em SSB, também precisamos de receptores especiais.

Os receptores que recebem os sinais modulados em amplitude possuem um sistema de detecção que precisa da portadora para operar.

Estes detectores retificam e filtram a portadora, deixando presente no circuito apenas sua envolvente conforme mostra a figura 4.

 

Figura 4 – O detector de envolvente
Figura 4 – O detector de envolvente

 

Se a portadora não estiver presente, não ocorre a detecção e o sinal que temos é uma forma distorcida e incompreensível, correspondente à passagem dos picos de RF pelo sistema.

Para que possamos recuperar o sinal de áudio com clareza é preciso reinjetar a portadora no sinal de SSB recebido.

Nos receptores de comunicações que possuem o recurso do SSB esta função é exercida por um oscilador de freqüência de batimento ou OFB que normalmente injeta a portadora já na freqüência de FI do rádio de modo a tê-la presente no detector.

No nosso caso, injetaremos externamente este sinal e com isso obteremos os mesmos efeitos.

 

NOSSO CIRCUITO

A maioria dos osciladores de freqüência de batimento (BFO ou OFB) utiliza circuitos com bobinas que apresentam alguns inconvenientes.

Um deles é a estabilidade que faz com que a freqüência se desloque lentamente, “fugindo“ de sintonia e obrigando o operador a constantes ajustes.

Outro é a própria dificuldade em fazer o ajuste, já que não são usados capacitores variáveis num processo não muito “fino" de atuação sobre o circuito.

Pretendendo inovar um pouco estes circuitos chegamos a uma configuração que se caracteriza pelo fato inédito de não usar bobinas.

Usamos um circuito, integrado CMOS formado por 4 disparadores NAND (4093) cada qual podendo formar um oscilador.

Os osciladores em questão têm uma freqüência máxima de operação em torno de 1,2 MHz, mas como precisamos de apenas 455 kHz, não existem problemas de operação.

Na figura 5 temos o circuito básico de um oscilador BC que utiliza uma porta disparadora do 4093.

 

Figura 5 – Oscilador com 4093
Figura 5 – Oscilador com 4093

 

A freqüência deste circuito pode ser facilmente controlada por meio de um potenciômetro e esta possibilidade e que diferencia nosso circuito de OFBs convencionais.

A alimentação do oscilador pode ser feita com tensões de 3 a 12 V o que significa a possibilidade de utilização de pilhas na alimentação. Sua estabilidade é muito boa, mas nada impede que seja usada uma fonte regulada, por exemplo de 5 V.

O sinal gerado por este oscilador é retangular, rico em harmônicas e com intensidade suficiente para poder excitar o receptor quando aplicado diretamente na sua antena.

 

MONTAGEM

Na figura 6 temos o diagrama completo do aparelho.

 

Figura 6 – Diagrama completo do aparelho
Figura 6 – Diagrama completo do aparelho

 

Podemos fazer sua montagem num pedaço de placa de circuito impresso universal, conforme mostra a figura 7.

 

Figura 7 – Montagem em matriz ou placa universal
Figura 7 – Montagem em matriz ou placa universal

 

O único resistor é de 1/8 ou 1/4 W e o potenciômetro é linear comum de 22 k Ω.

Os capacitores menores devem ser cerâmicos e o eletrolítico deve ter uma tensão de trabalho de acordo com a tensão da fonte de alimentação.

Para o integrado sugerimos a utilização de um soquete DlL.

O aparelho poderá ser instalado numa caixa plástica de pequenas dimensões, com saída de um único fio no qual existe uma garra para acoplamento na antena do receptor.

Em alguns casos pode ser necessário fazer um acoplamento indutivo, conforme mostra a figura 8, caso o receptor não possua tomada para antena externa.

 

Figura 8 – Acoplamento indutivo
Figura 8 – Acoplamento indutivo

 

Este acoplamento também servirá para a ligação de uma boa antena externa, o que é muito importante para obtenção de uma boa recepção na faixa de ondas curtas.

 

Prova e Uso

Basta ligar o receptor e sintonizar algum sinal em SSB (faça a experiência no final da tarde, á noite ou no início da manhã, que são os períodos em que a propagação é mais favorável).

Ajuste o potenciômetro vagarosa mente até que o sinal se torne claro.

Você perceberá facilmente a oscilação produzida pelo aparelho ao fazer o ajuste do potenciômetro.

Também podemos usar o mesmo oscilador para tornar claros os sinais de CW (onda contínua) usados em telegrafia, dotando-os de um tom de áudio na recepção.

Se, em vista das tolerâncias dos componentes (principalmente C1), houver dificuldade para alcançar o ajuste no ponto ideal, altere o valor do resistor.

 

CI1 - 4093 - circuito integrado CMOS

P1 - 22 k Ω - potenciômetro

R1 - 4,7 k Ω - resistor (amarelo, violeta, vermelho)

C1 - 120 pF - capacitor cerâmico

C2 - 1 nF - capacitor cerâmico

C3 - 10 µF - capacitor eletrolítico

S1 - interruptor simples

B1 – 6 V - 4 pilhas pequenas

 

Diversos: placa de circuito impresso, caixa para montagem, soquete para

o integrado, garra jacaré, fios, solda, etc.

 

 

 

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N° do componente 

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