Áudio Link (ART2248)

Com o sistema que descrevemos é possível transmitir som através da rede de alimentação para caixas acústicas amplificadas que se espalham por sua casa, escritório, hotel, etc. Além da possibilidade de se difundir música ambiente também podem ser feitos chamados e avisos ou transmitidas reuniões para departamentos mais atarefados cujos elementos não podem deixar seus postos. O sistema é simples e seu sinal de potência limitada não vai muito além de sua residência ou escritório.

A utilização da própria rede de alimentação como meio para transmissão de sinais não é novidade já que existem diversos sistemas de intercomunicadores sem fio que fazem uso desta técnica.

Os fios da rede local transmitem uma corrente de baixa frequência (50 ou 60 Hz), de modo que, se for sobreposto a ela um sinal de frequência mais alta modulado com o som que se deseja transmitir, ficará muito fácil receber este sinal numa tomada mais distante e separá-lo do zumbido da rede com um simples filtro.

Existem diversas possibilidades tanto de modulação como de utilização de filtros que caracterizam os sistemas usados de comunicação via rede.

Podemos usar no receptor um filtro sintonizado na frequência do transmissor, um passa altas ou ainda um rejeitor sintonizado na frequência da rede, rejeitando-a completamente.

As curvas típicas de ação destes filtros são mostradas na figura 1.

 

   Figura 1 – Curvas de filtros que podem ser usados neste projeto
Figura 1 – Curvas de filtros que podem ser usados neste projeto

 

 

Para a modulação, também existem diversas técnicas. A mais simples consiste na modulação em amplitude do sinal de alta frequência e pode simplificar o projeto de um receptor.

No entanto, os sinais modulados em amplitude são bastante sujeitos às interferências e ruídos que existem em grande quantidade sobrepostos à corrente alternada da rede local.

Outra técnica consiste na modulação em frequência, que exige um projeto mais elaborado tanto na transmissão como na recepção mas, por outro lado, é menos sensível às interferências e ruídos.

Como a rede de alimentação possui muitas indutâncias e capacitâncias parasitas, existe um limite para a frequência mais alta que podemos usar num sistema deste tipo.

Este, para os casos mais comuns, está na faixa de 50 a 200 kHz, quando se obtém o melhor desempenho do circuito.

Nosso projeto utiliza o sistema de modulação em frequência, bastante imune a ruídos e de bom rendimento, resultando em melhor qualidade de som, mas que também exige um projeto especial na decodificação .

O importante é, em primeiro lugar, sabermos das suas possíveis utilidades

- Sistema de avisos e música ambiente em empresas e residências. Uma estação central transmite o sinal e diversas outras o captam.

- Babá eletrônica - neste caso o transmissor é instalado no quarto do bebê e o receptor levado para qualquer ponto da casa. Quando a criança chorar, poderemos ouvi-la à distância com facilidade.

- Espionagem - nesta interessante aplicação, o transmissor fica oculto num local e o receptor em outro. Poderemos ouvir as conversas em tomo do transmissor à distância e até gravá-las.

Em Iodos os casos, a vantagem principal a ser observada é que são dispensados os fios de ligações entre as estações.

As características elétricas do aparelho são:

Frequência de transmissão: 80 a 120 kHz

Tipo de modulação: frequência modulada (FM)

Alcance: entre 20 e 100 m, dependendo da rede

Tipo de decodificação: PLL

 

COMO FUNCIONA

A ideia básica do projeto é gerar um sinal de alta frequência (entre 80 e 120 kHz) que é jogado na rede de alimentação e se propaga por uma instalação elétrica, sendo recebido por um ou mais aparelhos conectados às tomadas desta instalação (figura 2).

 

   Figura 2 – Princípio de funcionamento
Figura 2 – Princípio de funcionamento

 

 

Para gerar o sinal de alta frequência temos um transmissor, que será analisado em primeiro lugar.

 

Transmissor

Os sinais de alta frequência são produzidos por um 555 que funciona como astável e seu valor é dado por R5, R6 e C6.

A amplificação do sinal para aplicação na rede é feita por um BD136 que fornece uma potência excelente para a aplicação.

O acoplamento à rede é obtido por meio de dois capacitores (C1 e C2) que devem ter uma tensão de isolamento de pelo menos 400 V. São usados capacitores de poliéster para esta finalidade.

A modulação do transmissor é feita por uma etapa de amplificação com um integrado 741 que é ligada diretamente ao pino 5 do 555. Internamente, este pino está ligado ao comparador, alterando a tensão de disparo que é de 2/3 em função da tensão de entrada isso provoca uma mudança da frequência produzida, que é o que se deseja.

 

Figura 3 – O circuito do 555
Figura 3 – O circuito do 555

 

 

Na entrada do amplificador operacional temos uma chave (S3) que permite comutar duas fontes de sinais.

Uma delas pode ser um sistema de som como, por exemplo, um receiver ou toca-fitas que tem por função gerar o programa de música ambiente. Esta função é opcional, já que nas aplicações de babá eletrônica e espionagem ela não é usada.

A outra fonte é um microfone de eletreto comum que é polarizado por R1.

O valor deste resistor eventualmente pode ser alterado para melhor rendimento do circuito.

O ganho de amplificação do 741 também pode ser alterado através de R4.

Uma opção interessante para o caso de espionagem ou babá é substituir este resistor por um potenciômetro de ganho de 1M ou 1,5M.

A alimentação do circuito vem de uma fonte convencional sem regulagem com um transformador de 9 + 9 V.

A falta de regulagem da fonte pode influir um pouco na estabilidade de frequência do sistema, mas, como a faixa de detecção é larga, isso não influi muito no desempenho do sistema.

Uma possibilidade de aperfeiçoar o sistema será usar um estabilizador após a fonte.

 

O receptor

O receptor tem por base um PLL do tipo 567 que é ligado como detector de FM.

O sinal que vem através da rede passa ao circuito de entrada pelos capacitores C1 e C2 que, como no caso do transmissor, são de poliéster com uma tensão de trabalho de pelo menos 400 V.

Logo na entrada do circuito temos um filtro passa-altas em torno do transistor BC548.

A finalidade deste filtro é deixar passar com boa amplificação somente o sinal de alta frequência (entre 80 e 120 kHz), bloqueando a frequência da rede de corrente alternada de 60 Hz.

O sinal que obtemos na saída do filtro é aplicado à entrada do PLL que está ligado como detector de FM.

P1 e C8 determinam a frequência que o PLL vai “atracar” o que será indicado pelo acionamento do LED ligado ao pino 8.

Em função dos componentes usados podem ser necessárias pequenas alterações no valor de C8 para se chegar à frequência exata do sinal emitido pelo transmissor.

Quando o PLL atraca o sinal, obtemos na sua saída uma tensão proporcional à diferença de frequências entre o sinal de entrada propriamente dito e o sinal sintonizado.

Assim, quando não há modulação no transmissor e a frequência do sinal emitido coincide exatamente com a frequência do sinal sintonizado temos uma tensão nula.

No entanto, com a modulação, ao variar a frequência do sinal emitido, a tensão de saída também varia na mesma proporção, o que corresponde justamente ao som original.

A profundidade de modulação constatada faz com que tenhamos variações de até 5 kHz na frequência do sinal com os sons mais fortes (figura 4).

 

Figura 4 – Funcionamento do PLL
Figura 4 – Funcionamento do PLL

 

 

Os capacitores C7 e C11 ajudam a eliminar o que resta da portadora de aIta frequência com uma boa pureza para o som transmitido.

A saída do PLL, que consiste num sinal de áudio, é aplicada a um amplificador.

Para pequenas caixas que serão instaladas num escritório ou residência, sugerimos um circuito com o TBA820M, mas existem outras possibilidades dadas em diversos projetos de nosso site.

 

MONTAGEM

Começamos por dar o diagrama do transmissor na figura 5.

 

   Figura 5 – Diagrama do transmissor
Figura 5 – Diagrama do transmissor

 

 

Como não se trata de circuito crítico, pois a frequência não é tão alta, sugerimos a montagem numa matriz de contatos para experiências e depois numa placa universal conforme mostra a figura 6.

 

Figura 6 – Montagem em matriz ou placa universal
Figura 6 – Montagem em matriz ou placa universal | Clique na imagem para ampliar |

 

 

Os resistores são todos de 1/8 W exceto R8 que deve ser de 2 W. O transistor Q1 deverá ser dotado de um pequeno radiador de calor e os integrados podem ser montados em soquetes.

Os capacitores C1 e C2 devem ser de poliéster com uma tensão de trabalho de pelo menos 400 V.

O eletrolítico da fonte é para 16 V e os demais capacitores podem ser tanto cerâmicos como de poliéster.

O microfone de eletreto de dois terminais deve ter sua polaridade observada e é conectado ao circuito por meio de cabo blindado.

Os diodos 1N4002 podem ser substituídos por equivalentes de maior tensão como os 1N4004 ou mesmo BY127.

No pino 3 do 555 pode ser ligado um freqüencímetro para verificação de funcionamento, com uma frequência medida entre 80 e 120 kHz.

Se eventualmente a medição for inferior a 80 kHz, reduza o valor de R5, e se for superior a 120 kHz, aumente seu valor.

O transformador dado para esta versão é de baixa corrente de secundário, supondo-se a utilização de um amplificador externo de maior potência com fonte própria.

No entanto, podemos incluir um amplificador mais potente ao projeto, caso em que a tensão do transformador poderá ficar entre 9 e 12 V e sua corrente de 1 a 2 A dependendo da potência da unidade.

No caso do TBA820M, o transformador indicado no projeto original serve.

Os capacitores C1 e C2 são de poliéster com tensão de trabalho de pelo menos 400 V.

Os demais capacitores podem ser de poliéster ou cerâmica, conforme o valor.

Os resistores são de 1/8 ou ¼ W e o trimpot de 4k7 é comum. O LED poderá ser vermelho ou de outra cor, instalado externamente em suporte apropriado para indicar a sintonia.

O fio de saída de áudio, que deve ser blindado, pode terminar em jaque ou plugue e na versão com amplificador interno deve ir diretamente ao controle de volume do amplificador.

Na figura 7, temos um amplificador de aproximadamente ½ W que pode ser alimentado pelo transformador de 9 + 9 V mas com corrente de pelo manos 500 mA e que seria ideal para aplicações como babá eletrônica, música ambiente ou escuta clandestina.

 

   Figura 7 – Amplificador de pequena potência
Figura 7 – Amplificador de pequena potência

 

 

Neste amplificador os resistores são de 1/8 W e os eletrolíticos para 16 Vou mais. O capacitor C5 é de cerâmica e o alto-falante de 8 ohms deve ter pelo menos 10 Cm para melhor qualidade de som.

Sugerimos a instalação deste alto-falante com o receptor e amplificador numa pequena caixa acústica.

O diagrama do receptor é dado na figura 8.

 

   Figura 8 – Diagrama do receptor
Figura 8 – Diagrama do receptor | Clique na imagem para ampliar |

 

 

Na figura 9, sugerimos a montagem do receptor juntamente com o amplificador utilizando a mesma fonte de alimentação.

 

  Figura 9 – Montagem do receptor
Figura 9 – Montagem do receptor | Clique na imagem para ampliar |

 

 

PROVA E USO

Ligue o transmissor e o receptor em tomadas próximas. Se possível na mesma rede.

Ajuste P1 do receptor até ouvir o sinal do transmissor (que deve estar na posição de microfone ou som externo).

Na posição de microfone, o atracamento do sinal pelo receptor é acompanhado de apito que corresponde à microfonia.

Reduza o volume do amplificador do receptor para eliminar este som.

Fale diante do microfone para ver se tudo está em ordem.

No caso de usar uma fonte de sinal externa como a saída de fone ou monitor de um gravador ou waIk-man ajuste o volume para não haver distorção.

Em alguns casos será preciso colocar um resistor de carga de 22 ohms/2w, conforme mostra a figura 10.

 

Figura 10 – Usando um resistor de carga
Figura 10 – Usando um resistor de carga

 

 

Isso será necessário se a fonte de sinal for um amplificador ou qualquer circuito que tenha uma etapa de potência de áudio, de onde é retirado o sinal e não existe um alto-falante como carga.

Para usar, é só instalar o transmissor e o receptor (ou receptores) nos locais desejados, ajustando-os para melhor rendimento.

Se houver ronco ou baixo nível de sinal, inverta a tomada.

Se isso não resolver, temos duas possibilidades:

A primeira é verificar a fiação, pois os cabos blindados podem estar com problemas.

Uma eventual redução de C4 e CS do receptor para 1,5 nF pode ajudar em alguns casos na redução do nível de ronco.

Outra possibilidade é que o transmissor e o receptor estejam conectados a linhas de alimentação diferentes na mesma instalação, conforme mostra a figura 11.

 

   Figura 11 – Transmissor e receptor em redes diferentes
Figura 11 – Transmissor e receptor em redes diferentes

 

 

Neste caso, o percurso para o sinal seria muito longo, dificultando o funcionamento da unidade.

Sugerimos então, na “caixa de fusíveis”, a instalação de um capacitor de 100 nF com tensão de trabalho de 600 V ou mais conforme mostra a mesma figura

Este capacitor deve ser de poliéster, óleo ou outro tipo não indutivo, visando “dar passagem” ao sinal de alta frequência de uma mesma rede.

 

CI-1 - 741 - amplificador operacional - circuito integrado

CI-2 - 555 - timer - circuito integrado

Q1 - BD136 - transistor PNP de média potência

D1, D2 - lN4002 - diodos retificadores de silício

MIC - microfone de eletreto de dois terminais

F1 - fusível de 1 A

S1 - interruptor simples

S2 - chave de tensão 110/220 V

T1 – 9 + 9 V x 1A – transformador com primário de 110/220 V

C1, C2 – 10 nF (103 ou 0,01) - capacitor de poliéster para 400 V

C3 – 1000 uF x 16 V - capacitor eletrolítico

C4, C5 – 100 nF (104 ou 0,1) - capacitor de poliéster ou cerâmico

C6 – 330 pF - capacitor cerâmico

R1, R6 - 4k7 - resistores (amarelo, violeta, vermelho)

R2, R3 – 22 k - resistores (vermelho, vermelho, laranja)

R4 – 470 k - resistor (amarelo, violeta, amarelo)

R5 – 10 k - resistor (marrom, preto, laranja)

R7 – 1 k - resistor (marrom, preto, vermelho)

R8 – 12 ohms x 2 W - resistor (marrom, vermelho, marrom)

Diversos: placa de circuito impresso, caixa para montagem, cabo de alimentação, suporte para fusível, fios blindados, radiador de calor para o transistor, fio, solda etc.

 

b) Receptor

CI-1 - LM567 - PLL - circuito integrado

Q1 - BC548 - transistor NPN

LED - LED vermelho comum

D1, D2 - 1N4002 - diodos de silício

F1 – 1 A - fusível

T1 – 9 + 9 V x 250 mA - transformador com primário de 110/220 V

S1 - interruptor simples

S2 - chave de tensão 110/220 V

C1, C2 – 10 OnF (103 ou 0,01) - capacitor de poliéster para 400 V

C3 – 1 000 uF x 16V – capacitor eletrolítico

C4, C5 - 2n2 capacitores de poliéster ou cerâmica

C6, C10 – 100 nF (104 ou 0,1) - capacitores de poliéster ou cerâmica

C7, C11 – 10 nF - capacitores de poliéster ou cerâmica

C8 - 4nF - capacitor de poliéster ou cerâmica

C9 – 22 nF - capacitor de poliéster ou cerâmica

R1, R2 – 56 k resistores (verde, azul, laranja)

R3 - 2M2 - resistor (vermelho, vermelho, verde)

R4 – 390 k - resistor (laranja, branco, amarelo)

R5 – 27 k- resistor (vermelho, violeta, laranja)

R6 – 470 ohms - resistor (amarelo, violeta, marrom)

P1 - 4k7 - trimpot

Diversos: cabo de alimentação, suporte de fusível, placa de circuito impresso, caixa para montagem, fios blindados, fios, soquete para o integrado etc.

 

c) Amplificador

CI-1 - TBA820M – amplificador integrado

FTE - alto-falante de 8 ohms x 1 cm

P1 – 10 k potenciômetro log

R1 – l0 k - resistor (marrom, preto, laranja)

R2 – 33 ohms - resistor (laranja, laranja, preto)

C1 – 10 uF x 16 V - capacitor eletrolítico

C2, C3 – 100 uF x 16 V – capacitor eletrolítico

C4 – 4700 uF x 16 V - capacitor eletrolítico

C5 – 220 pF - capacitor cerâmico

Diversos: placa de circuito impresso, caixa para montagem, fios, solda etc.

 


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