Oscilador de batimento (BFO) para ouvir SSB (TEL025)

Escrito por Newton C Braga

Evidentemente, as duas siglas que aparecem no título deste artigo não dizem nada para a maioria dos leitores. Que diabo é isso? Para começo de conversa, podemos então dizer que o nosso projeto de modo "codificado" nada mais é do que um dispositivo que, colocado no seu rádio de ondas curtas permite "decodificar" aquelas comunicações estranhas que você capta, com vozes "embaralhadas" que ninguém entende. Simples de montar, ele vai abrir um novo horizonte para os leitores que possuem receptores de ondas curtas e gostam de "explorar" o espectro, principalmente as faixas dos radioamadores.

SSB significa Single Side Band ou traduzindo para o português, Banda Lateral Única ou Faixa Lateral Única. Em muitas publicações técnicas encontramos a sigla em português BLU, que é a mesma coisa, mas que não "pegou" muito. Por este motivo, em nosso artigo vamos usar a sigla SSB para designar essa modalidade de transmissão que passamos a explicar em seguida, para que os leitores saibam como podemos decodificá-la.

 

O QUE É O SSB

Os leitores conhecem perfeitamente os processos de modulação de sinais de rádio mais usados: no AM o que se faz é variar a intensidade (amplitude) do sinal de rádio, aplicando-lhe um sinal de áudio, a voz por exemplo. Desta forma, o sinal que chega ao receptor contém as variações do sinal original de som que podem ser extraídas e reproduzidas num alto-falante.

Esta modalidade de transmissão (que é usada pelos radioamadores em muitas faixas) tem o inconveniente de ser sensível à interferências e ruídos, ocupar uma faixa relativamente ampla do espectro exigindo assim boa potência dos aparelhos para se ter um bom alcance.

A vantagem principal do processo é a simplicidade com que ele pode ser elaborado.

A segunda modalidade é o FM onde a frequência do sinal é variada com o som, de modo que se necessita de um circuito diferente (discriminador) para a separação da informação, mas mesmo assim é bastante usada pelas vantagens que apresenta.

A desvantagem ainda é a faixa ampla do espectro ocupado o que torna este processo melhor para as frequências mais elevadas, e a vantagem está na sua imunidade ao ruído.

Na figura 1 ilustramos os dois processos indicados de modulação.

 

Modulações mais usadas em radiotransmissão.
Modulações mais usadas em radiotransmissão.

 

Pois bem, um terceiro processo, muito usado nos serviços de telecomunicações, radioamadores, etc. é o denominado SSB.

O que se faz basicamente é o seguinte:

Quando um sinal de alta frequência é modulado ele não apenas sofre variações de intensidade com este sinal, como também tem sua frequência somada e subtraída deste sinal, num processo de "batimento".

Assim, se modularmos um sinal de 1000 kHz (portadora) com um sinal de áutio de 1 kHz, aparecem dois sinais adicionais ao lado da portadora de 1 MHz: um que corresponde à diferença de frequências de 999 kHz e outro que corresponde à soma de 1001 kHz. Estes três sinais repartem a energia do transmissor, de modo que temos um "desperdício" da energia emitida e, além disso, a ocupação de uma faixa larga do espectro, de 999 a 1001 kHz, conforme mostra a figura 2.

 

As faixas laterais de um sinal.
As faixas laterais de um sinal.

 

Ora, se o sinal diferença ou o sinal soma contém a modulação ou informação que desejamos transmitir, por que temos de mandar para o ar os três?

O que se faz então é suprimir a portadora e usar apenas um dos sinais de batimento, ou seja, uma das faixas laterais (single = única ; side = lateral ; band = faixa ou banda).

Temos então o processo de SSB em que podemos encontrar ainda duas variações:

Se transmitimos a faixa lateral de frequência mais baixa (inferior) temos uma transmissão em LSB (Low Side Band ou Banda Lateral Inferior) e se usarmos a faixa lateral de frequência mais alta (superior) temos a transmissão em USB (Upper Side Band ou Banda Lateral Superior).

Qual é a vantagem de tudo isso?

Se temos apenas uma faixa estreita transmitida sua vulnerabilidade à interferências é menor. Por outro lado, podemos concentrar muito mais energia nesta faixa e com isso obter, com a mesma potência de um transmissor alcance muito maior!

O problema, entretanto, é que para receber tais sinais e recuperar a modulação, ou seja, o áudio o procedimento é um pouco mais complicado e os receptores comuns não podem fazer isso.

Para receber os sinais de SSB e decodificá-los é preciso reinserir a portadora que foi suprimida na modulação, pois sem ela o detector de AM não funciona.

O aparelho que descrevemos a seguir faz justamente isso.

 

O BFO

BFO é a sigla de Beat Frequency Oscillator ou, em português Oscilador de Frequência de Batimento. A sigla OFB também podem ser encontrada em algumas publicações técnicas, mas neste artigo vamos manter o original.

O que este oscilador faz é gerar um sinal que, combinando com o sinal de SSB restabelece a portadora modulada em amplitude, mas na frequência intermediária do receptor, ou seja, em 455 kHz para os rádios comuns, conforme mostra a figura 3.

 

Princípio de operação do BFO.
Princípio de operação do BFO.

 

Com a reinserção da portadora, o detector que antes não conseguia retirar do sinal senão ruídos incompreensíveis, passa a identificar o sinal de áudio que pode ser reproduzido da forma normal pelas etapas seguintes.

Nos receptores de comunicações, como os usados pelos radioamadores, o BFO é controlado por cristais e gera frequências precisas de reinserção: essas frequências são de 456,4 kHz para a USB (Faixa Lateral Superior) e 453,6 kHz para a LSB (Faixa Lateral Inferior), isso num receptor que tenha frequência intermediária de 455 kHz.

No nosso caso, não podemos nos dar a esse luxo, pois a obtenção de cristais nestas frequências não é nada fácil! Na verdade, mesmo um cristal de qualquer frequência que seja jä não pode ser encontrado em toda esquina...

Assim, o que vamos fazer é gerar um sinal próximo desses, mas que pode ser ajustado de modo "fino" de modo que o leitor encontre experimentalmente o ponto em que ele funciona e assim, feito o ajuste, o som original pode ser ouvido.

 

COMO FUNCIONA NOSSO BFO

Já publicamos anteriormente um BFO nesta revista, mas aquele circuito tinha um inconveniente que procuramos eliminar: estabilidade. De fato, depois de algum tempo ligado e ajustado, ele "fugia" de frequência, e precisa ser novamente ajustado.

Levando em conta que os rádios comuns, que não são de comunicações também não são muito estáveis, procuramos ainda assim elaborar um circuito com transistores de efeito de campo.

No nosso circuito temos um Oscilador Collpitts que opera em uma frequência que é determinada por uma FI comum em série com um capacitor variável. Neste capacitor variável podemos ajustar a frequência do circuito conforme desejamos ouvir a LSB ou USB de uma transmissão em SSB.

O sinal deste oscilador, depois de passar por um outro transistor de efeito de campo de junção é levado a entrada de uma das etapas de FI do radinho que vamos usar.

Na verdade, podemos até "injetar" o sinal na própria antena porque, passando pelas etapas iniciais do receptor ele se combina nas FIs de modo a se obter o efeito desejado.

A alimentação do circuito é feita por meio de pilhas comuns que terão grande durabilidade pois o circuito é bastante econômico em termos de consumo.

 

MONTAGEM

Na figura 4 temos o diagrama completo do BFO.

 

Diagrama do BFO
Diagrama do BFO

 

A disposição dos componentes numa placa de circuito impresso é mostrada na figura 5.

 

Placa de circuito impresso do BFO
Placa de circuito impresso do BFO

 

Observe com cuidado a posição dos transistores de efeito de campo, pois se houver inversão o aparelho não vai funcionar.

Observamos que podem ser usados os transistores MPF102 em lugar dos BF245, mas a sua disposição de terminais é diferente.

A bobina L1 é o enrolamento primário de um pequeno transformador de FI de 455 kHz retirado de um rádio de AM fora de uso. Pode ser usado um transformador com núcleo branco, amarelo ou preto. O vermelho não serve, pois é a bobina osciladora.

Os resistores são todos de 1/8W com 5% ou mais de tolerância e os capacitores são todos cerâmicos. XRF1 e XRF2 são microchoques comuns.

O variável também pode ser aproveitado de algum radinho AM fora de uso já que não se trata de componente crítico. Apenas observe que, se for usada a secção de menor capacitância de um variável de rádio que também tenha a faixa de FM, pode ser necessário aumentar o valor do capacitor em série com este componente de modo a se obter o ajuste.

Para a saída de sinal é usado um cabo blindado se este sinal for injetado na FI do receptor. Se for injetado na antena podemos usar dois fios com garras: um será ligado à antena e outro ao negativo da alimentação ou entrada de terra do receptor com que ele deve funcionar.

O conjunto cabe facilmente numa caixinha plástica cujas dimensões são basicamente determinadas pelo suporte das pilhas.

 

AJUSTES E USO

Inicialmente, conecte o aparelho ao receptor de ondas curtas. A conexão mais simples é a da saída X1 na antena, normalmente não sendo necessária a conexão X2. Se for notada a falta de excitação do circuito então pode ser necessário fazer a ligação de X2 no terra do receptor.

Outras possibilidades de ligação do BFO são mostradas na figura 6.

 

Formas de acoplar o BFO a um receptor.
Formas de acoplar o BFO a um receptor.

 

Na primeira, o acoplamento é feito capacitivamente enrolando-se umas voltas do fio ligado a X1 na própria antena telescópica do receptor, sendo esta uma solução bastante eficiente em receptores mais sensíveis.

Na segunda, enrolamos em torno do próprio receptor umas duas ou três voltas de fio comum de modo a acoplar o sinal indutivamente ao circuito.

Feita a conexão do aparelho ao receptor, procuramos sintonizar uma transmissão em SSB. Uma vez ajustado o receptor neste sinal, ligamos o BFO em S1 e atuamos sobre CV até que o sinal de SSB seja decodificado e a comunicação possa ser entendida.

Se o ajuste não for alcançado pelo variável CV tente reajustar o núcleo da bobina L1.

Se ainda assim não conseguir, altere o valor de C1 que pode ficar na faixa de 47 pF a 470 pF.

Comprovado o funcionamento é só usar o aparelho, ajustando-o sempre que desejar ouvir comunicações em SSB.

Para os leitores interessados em ouvir radioamadores, as melhores faixas são as seguintes:

80 metros - 3 500 a 4 000 kHz

40 metros - 7 000 a 7 300 kHz

20 metros - 14 000 a 14 350 kHz

 

Nestas faixas, com uma boa antena e em horários favoráveis, podem ser ouvidos radioamadores operando equipamentos de SSB de locais muito distantes.

 

LISTA DE MATERIAL


Semicondutores:

Q1, Q1 - BF245 - transistor de efeito de campo de junção


Resistores: (1/8W, 5%)

R1 - 150 k? - marrom, verde, amarelo
R2, R5 - 330 ? - laranja, laranja, marrom
R3 - 120 k? - marrom, vermelho, amarelo
R4 - 150 ? - marrom, verde, marrom


Capacitores:

C1 - 220 pF - cerâmico

C2, C6 - 47 pF - cerâmicos

C3, C4 - 4,7 nF - cerâmicos

C5, C9 - 10 nF - cerâmico

C7, C10 - 100 nF - cerâmico

C8 - 22 pF - cerâmico

CV - variável - ver texto


Diversos:

L1 - Transformador de FI de 455 kHz

S1 - Interruptor simples

B1 - 9V - bateria ou pilhas

Placa de circuito impresso, suporte de pilhas ou conector de bateria, caixa para montagem, botão para o variável, fios, solda, etc.

 

Além das faixas de radioamadores o leitor pode explorar o espectro e encontrar algumas comunicações muito interessantes em SSB.

Existem estações na Europa que operam com programas normais em SSB e que portanto não podem ser ouvidos claramente num receptor comum.

Além disso, em faixas que podem ser captadas em receptores comuns de ondas curtas como as situadas entre 4 MHz e 6 MHz, entre 7 e 10 MHz e entre 10 e 14 MHz podem ser ouvidos navios, estações em fazendas (banda agrária), serviços públicos, etc.

Outro ponto importante de uso para o BFO é que ele permite agregar um tom de áudio aos sinais de onda contínua (CW) tornando-os mais agradáveis de ouvir.

 

Sinais CW podem ser ouvidos com tons quando usado o BFO.
Sinais CW podem ser ouvidos com tons quando usado o BFO.

 

As transmissões em CW são feitas simplesmente interrompendo-se e restabelecendo-se a portadora do transmissor, sem modulação alguma. Essas comutações são feitas em Código Morse e na recepção num rádio comum ouvimos apenas "sopros" em código que ficam difícil de entender. Com o uso do BFO obtemos um tom de áudio que torna mais fácil a "tradução" da mensagem.