A fabricação, em nosso do integrado Philips TDA 7000, abre caminho para o projeto de receptores completos de FM com características inéditas. Com uma tensão de alimentação a partir de 3 V e um circuito os conceitos tradicionais de rádio-recepção, o grau de miniaturização que pode ser conseguido ultrapassa os equivalentes e sua sensibilidade e qualidade de som nada ficam a dever aos melhores receptores comerciais, dependendo, evidentemente, do amplificador de áudio usado. No Brasil, recebemos em 1983 em primeira mão as informações que levaram ao desenvolvimento e lançamento deste novo integrado, transferindo aos leitores toda esta tecnologia inédita com o projeto de dois receptores completos de FM de alta qualidade.
Obs. Conforme indicado, o artigo é de 1983. O TDA7000 ainda pode ser obtido, o que torna viável o projeto.
Qual é a dificuldade maior em se montar um receptor de FM? Os leitores que já tentaram esta façanha podem ter as mais diversas opiniões sobre os problemas de uma montagem crítica como esta.
Alguns dirão que a dificuldade maior está na confecção das bobinas que são todas críticas e aparecem em grande número.
Outros dirão que a dificuldade maior está nos ajustes, sempre exigindo muita atenção e até mesmo o uso de equipamentos especiais.
Existem ainda aqueles que dirão que as dificuldades já começam com a confecção da placa de circuito impresso com trilhas estreitas e curtas e a disposição muito crítica de todas as peças no setor de alta frequência.
Como eliminar tudo isso?
Simplificar um receptor de FM (ou de qualquer outro tipo) não significa simplesmente reduzir o número de componentes, pois isso também compromete outras características como a sensibilidade, a qualidade de som, etc.
Pesquisando intensamente neste sentido, a Philips chegou a um novo conceito de receptor que supera a maioria destes problemas e que ainda revoluciona tudo aquilo que conhecemos em matéria de rádio-recepção.
O resultado desta tecnologia é o TDA7000, um circuito integrado inédito e que agora já se encontra ao alcance do experimentador.
A inovação que mais chama a atenção neste circuito integrado consiste na redução da frequência intermediária tradicional de 10,7 MHz, usada nos receptores de FM comuns, para apenas 75 kHz.
Com esta frequência tão baixa, pode-se eliminar as bobinas de difícil ajuste e confecção encontradas nos receptores convencionais, obtendo-se uma grande simplificação.
Quanto às outras inovações, os leitores certamente as perceberão ao analisar o princípio de funcionamento deste integrado.
Em suma, a disponibilidade deste novo integrado muda completamente os conceitos de rádio de FM, com a redução dos componentes, a eliminação de boa parte das bobinas e a realização de montagens uItra-compactas.
Podemos então pensar em graus muito maiores de compacidade para os receptores, que chegarão a tamanhos que até há pouco eram simplesmente sonho.
Rádios em relógios, canetas, isqueiros são algumas das possibilidades sugeridas pelo fabricante.
Para os nossos leitores, a realização de uma montagem uItra-compacta exigiria o emprego de ferramentas e técnicas ainda difíceis de serem conseguidas, mas sem dúvida um rádio compacto dentro de certa moderação, mas ainda menor que os tipos comerciais comuns, é perfeitamente possivel e é isso que propomos.
COMO FUNCIONA
Conforme salientamos na introdução, as excepcionais características dos receptores que propomos são baseadas numa tecnologia inédita que resultou no integrado TODA 7000, o qual muda completamente os conceitos de rádio-recepção.
Para entender como funciona este novo integrado, lembremos o princípio de operação dos receptores super-heteródinos convencionais.
Na figura 1 temos o diagrama de blocos de um circuito super-heteródino de FM comum.
Neste circuito, o sinal da estação recebida é misturado com o sinal do oscilador local resultando em dois sinais, um correspondente à diferença das frequências (f1 - f2) e outro à soma (f1 + f2).
O sinal diferença é denominado frequência intermediária, sendo mantido no circuito enquanto que o outro é eliminado. A frequência escolhida como valor intermediário nos FMs comuns é 10,7 MHz, valor bastante alto que exige o emprego de circuitos sintonizados LC críticos, para se garantir a seletividade.
A escolha de uma frequência intermediária alta como 10,7 MHz é justificada também pela necessidade de se eliminar a denominada frequência imagem, que nada mais é do que o sinal resultante do batimento da frequência do oscilador com outro sinal que tenha frequência inferior à sua num valor que corresponde à FI.
Explicando melhor, podemos obter a frequência intermediária tanto fazendo o batimento de um sinal 10,7 MHz maior que a frequência do oscilador local, como também com um sinal 10,7 MHz menor.
Se um dos sinais não for eliminado, podem ocorrer problemas de recepção, e para esta eliminação suas frequências devem ser distintas, o que exige o emprego de Fls altas. (figura 2)
E, mesmo com frequências intermediárias altas, a eliminação do sinal indesejável exige o emprego de circuitos seletivos que inevitavelmente são baseados em bobinas e capacitores de ajuste crítico.
A solução do problema a partir do abaixamento da frequência intermediária foi possível com uma nova tecnologia encontrada no TDA 7000.
Com uma FI da ordem de 75 kHz, é possível substituir os circuitos sintonizados passivos LC por elementos ativos e circuitos RC, e com isso resolver-se o problema da frequência imagem, além de manter a seletividade.
Na figura 3 temos a estrutura interna do integrado TDA 7000 com os componentes externos necessários.
Suas funções serão dadas mais adiante para facilitar os leitores que desejarem desenvolver seus próprios projetos.
A partir da entrada (antena) o sinal recebe inicialmente uma ampliação de 26 dB.
Esta etapa exige apenas um choque de RF em sua entrada, não sendo necessário o variável, e ela pode trabalhar com frequências na faixa de 3 a110 MHz.
A etapa seguinte corresponde ao misturador que trabalha com um sinal proveniente do oscilador local, o qual é ajustado externamente por um circuito LC.
O sinal que sai deste bloco já corresponde à frequência intermediária que é levada a um filtro passa-baixas, e em seguida a um amplificador limitador. O filtro “passa--tudo", que vem depois, é um defasador de 90°.
O bloco M2 consiste num misturador cuja finalidade é demodular em fase o sinal.
O filtro passa-baixas, que vem a seguir, elimina em parte o sinal de frequência intermediária. Temos depois um amplificador limitador controlado por um varicap, de onde o sinal é levado a um comutador de saída.
Este circuito comutador é comandado por um sinal de ruído, com a finalidade de se obter o seu silenciamento.
Para se obter um receptor completo de FM, poucos componentes externos são usados, como vimos, e suas funções são:
C1 é o capacitor de muting
C2 é o capacitor de de-ênfase.
C3 é o capacitor que determina o nível de ruído nas posições entre estações, ou sem sinal.
C4 elimina as harmônicas da frequência intermediária que aparecem na saída do demodulador.
C5 é responsável pelo desacoplamento da fonte, devendo ter suas ligações as mais curtas possíveis.
C8, C10, C11, C12 - todos estes capacitores formam o filtro de FI de 4ª ordem.
C14 é o capacitor que desacopla a entrada reversa de RF. Como se exige baixa impedância neste desacoplamento, terminais curtos são importantes na sua ligação.
C15 é o capacitor que desacopla a tensão CC de realimentação no amplificador limitador de FI.
C17 é o capacitor que determina a frequência intermediária.
C18 tem por função desviar em 90 graus a fase do sinal antes da sua entrada no correlator.
C21 e C27 são os capacitores do oscilador, sendo seus valores determinados pela faixa de frequências que se sintoniza.
C2O é o variável que, em conjunto com estes capacitores, faz a sintonia.
C22, C23, L2 - estes componentes são dimensionados para operar como um filtro passa-faixa na região de FM.
Os valores dados nos projetos são para as faixas convencionais de 88 a 108 MHz em nosso país, mas pode ser feita sua alteração.
R1 é o resistor de carga de saída, tendo seu valor em função do nível de sinal desejado. Seu valor é limitado pela tensão de alimentação segundo especificações.
Duas versões de rádios serão dadas ao leitor:
A primeira consiste em se utilizar um circuito de sintonia do tipo tradicional, com uma bobina e um capacitor variável, atuando diretamente sobre o oscilador local, já que não se necessita neste caso da dupla sintonia dos rádios comuns, atuando-se também sobre a entrada de sinal. (figura 4)
Para esta versão são utilizados poucos componentes externos, capacitores de baixo valor na sua maioria, e se obtém um sinal de áudio diretamente para uma etapa amplificadora cujas características dependem da aplicação a ser dada.
Para escuta em fone, num sistema “walkman” pode-se ter um simples transistor, enquanto que para uma saída de maior volume, uma etapa complementar ou um integrado.
A segunda consiste numa sofisticação maior dada pelo uso de um varicap na sintonia. Para os leitores que não conhecem este componente, damos algumas explicações.
Quando polarizamos no sentido inverso uma junção PN, ou seja, um diodo comum, os portadores de carga (positivo e negativo) que formam o material semicondutor se aproximam e se afastam como as placas de um capacitor variável em função da tensão existente em seus extremos.
Para uma baixa tensão, os portadores se mantém próximos da junção e a capacitância é maior, enquanto que para uma tensão alta, os portadores se afastam diminuindo a capacitância. (figura 5)
Todos os diodos em princípio funcionam como varicaps, mas existem aqueles que são fabricados para isso e que portanto apresentam respostas melhores em relação à frequência e à faixa de capacitâncias que podem ser conseguidas. Estes são os díodos varicap.
Obs. No site o leitor encontrará artigos que detalham o funcionamento e uso desses diodos.
Num circuito que use um varicap, conforme mostra a figura 6, o que ocorre é que o capacitor variável é substituído por um potenciômetro comum que muda a tensão neste componente.
Esta mudança de tensão corresponde a uma variação de capacitância e consequentemente a uma mudança de frequência.
Um potenciômetro facilita a elaboração de um circuito de sintonia, mas ao mesmo tempo exige alguns cuidados adicionais como a regulagem da tensão de operação.
A caixa, que é o elemento que mais preocupa a maioria dos leitores, não precisa de modo algum ser de tipo especial. Na verdade, a escolha de onde será instalado o receptor vai muito da habilidade de cada um, podendo ser sugeridas soluções como pequenas caixas tipo “walkman", até os tipos de mesa que inclusive admitem a colocação de alto-falantes mais pesados, com o que a qualidade de som será sensivelmente melhorada.
Com relação aos componentes eletrônicos, começamos com o circuito integrado que, conforme dissemos, é uma novidade sem equivalentes e que no momento da saída deste artigo (1983) já deverá estar disponível nas principais lojas.
Este integrado é o TDA 7000 da Philips e suas características são:
Faixa de tensões de operação (Vp), ........... 2,7 a 10V
Corrente sob alimentação de 4,5V (Ip) ...........8 mA
Faixa de frequências de operação (frt)..........1,5 a 110 MHz
Sensibilidade ............................. 1,5 uV
Tensão de áudio de saída em carga de 22 k .......75 mV
O invólucro é de 18 pinos em duplo alinhamento (DIL), devendo ser feita sua montagem em placa.
Na verdade a placa de circuito impresso é absolutamente indispensável nesta montagem, e seu desenho deve ser cuidadoso assim como sua elaboração, já que o circuito é bastante crítico.
De modo algum os leitores devem procurar modificar os nossos desenhos de placas sugeridos, sem ter conhecimento das dificuldades que isso pode causar.
Com relação aos demais semicondutores, são todos comuns: os transistores são de uso geral NPN e PNP na etapa de áudio básica, e o transistor de RF é o BF494.
Para todos, não recomendamos a utilização de equivalentes que poderiam comprometer o desempenho do receptor. Temos ainda dois diodos de uso geral que podem ser 1N4001, 1N914 ou 1N4148 e que não são críticos e, além disso, um varicap para a versão de sintonia por potenciômetro que pode ser o BB809 ou ainda o BB109.
Resistores e capacitores não oferecem maiores dificuldades. Os resistores são de 1/8 W e os capacitores eletrolíticos devem ter uma tensão de trabalho a partir de 6 V.
Os demais capacitores são cerâmicos tipo disco e em alguns casos podem ser usados tipos de poliéster, se bem que suas dimensões maiores possam trazer algum problema de fixação.
O potenciômetro de sintonia é de 100 k para esta versão, e o de volume é de 22 k, e este último pode trazer incorporada a chave geral (S1) que liga e desliga a unidade.
Como a alimentação é feita com tensão de 4,5 V deve ser usado um suporte de 3 pilhas. Em caso de dificuldade para sua obtenção, uma solução alternativa consiste em se usar um suporte de 4, inutilizando uma posição com uma pilha gasta curto-circuitada, conforme mostra a figura 7.
Os demais componentes são acessórios e dependem das versões escolhidas pelo leitor. As bobinas serão detalhadas a seguir.
Na figura 8 temos pormenores das bobinas que são usadas nas nossas versões, já que a versão original, da Philips, usa a bobina L1 impressa e que exige cuidados redobrados na confecção da placa que deve ser preferivelmente de fibra de vidro.
Para as demais versões placas comuns podem ser usadas.
MONTAGEM - VERSÃO 1
Esta é a versão original sugerida pelo fabricante do integrado e que consiste num circuito básico que funciona como sintonizador, isto é, não possui etapa de áudio. O circuito completo é o mostrado na figura 9.
A saída de áudio desta versão pode ser usada para excitar um amplificador de potência como sintonizador, um amplificador pequeno integrado ou não num receptor econômico ou ainda uma etapa de apenas um transistor num sistema que use fone. (figura 10)
A bobina L1 é impressa e a bobina L2 consta de 3 espiras de fio 23 nas medidas indicadas na figura 8.
O capacitor variável é de 170 pF (Toko 2N17). Pode ser usado um tipo comercial de duas seções, ficando uma delas desligada, já que neste caso não faremos seu uso.
A placa de circuito impresso para esta versão é mostrada na figura 11.
Na montagem observe cuidadosamente a posição do integrado e os valores dos capacitores. A saída de áudio deve ser blindada para que não haja captação de zumbidos pelo amplificador.
Os ajustes serão dados mais adiante.
Na ligação do suporte de pilhas observe a sua polaridade.
MONTAGEM - VERSÃO 2
Partindo da versão original sugerida pela fábrica, que é a versão 1, damos a seguir uma versão completa, nossa, que faz uso de circuito de sintonia simples por variável e já possui um bom amplificador de áudio com 3 transistores e mais uma etapa amplificada de RF na entrada.
Seu circuito completo é mostrado na figura 12.
A placa de circuito impresso é dada na figura 13.
Na montagem são os seguintes os cuidados que devem ser tomados:
a) Observe bem a posição do integrado e de todos os transistores, além dos diodos da etapa amplificadora de áudio.
b) Veja as especificações das bobinas na figura 8. Descasque bem os fios nos pontos de soldagem, a não ser que seja usado o fio tipo Piresolda.
c) Seja rápido ao soldar todos os resistores e capacitores. Cuidado com a polaridade do eletrolítico.
d) Fixe com cuidado o variável e observe bem a polaridade dos fios do suporte de pilhas, cujo positivo passará antes pelo interruptor geral S1.
e) As conexões do potenciômetro devem ser curtas.
f) Use alto-falante de boa qualidade para melhor qualidade do som.
g) A antena pode ser um pedaço de fio de 20 com ou mesmo telescópica nas localidades de sinais fortes. Se os sinais forem fracos experimente o tipo de antena que dê melhores resultados.
Os ajustes e prova serão dados após a próxima versão.
MONTAGEM - VERSÃO 3
Esta é a versão mais elaborada, que faz uso de um sistema de sintonia por varicap, conforme explicado na introdução, e que pode servir de base para um excelente receptor tipo walkman, portátil, ou mesmo sintonizador de mesa.
O circuito completo desta versão é dado na figura 14.
A placa de circuito impresso é mostrada na figura 15.
Os principais cuidados que o leitor deverá tomar durante a montagem são:
a) Siga a posição do circuito integrado, dos transistores e dos diodos, principalmente os diodos zener e o varicap. Veja as faixas que indicam a sua polaridade. Seja rápido ao soldar estes componentes.
b) Solde os resistores segundo seus valores, assim como os capacitores de menor valor. O eletrolítico deve ter sua polaridade observada.
c) As bobinas têm as mesmas especificações da versão anterior podendo ser feitas segundo a figura 8. A soldagem deve ser feita após raspagem de suas pontas, a não ser que o fio usado seja do tipo Piresolda que não necessita deste procedimento.
d) Os potenciômetros devem ter fios curtos e eventualmente devem ser aterrados se for notada captação de zumbidos ou tremulações na sintonia (observe o aterramento no desenho da placa).
e) A polaridade do suporte das pilhas deve ser seguida, e o alto-falante deve ser de boa qualidade para que o som esteja de acordo com as experiências do leitor.
f) A antena pode ser um pedaço de fio de 20 cm ou mais, ou do tipo telescópico para as localidades de sinais fortes.
g) Os demais acessórios não exigem cuidados especiais para sua colocação.
PROVA E AJUSTES
Uma vez que qualquer uma das três versões esteja pronta, o leitor deve conferir toda a montagem antes de ligá-la.
Depois de conferir tudo, coloque as pilhas no suporte e ligue a alimentação acionando o interruptor S1 nas duas últimas versões.
Abrindo o volume, o alto-falante deve emitir o chiado característico dos receptores de FM, isso se já não pegar alguma estação local.
Se isso acontecer, procure sintonizar uma estação no extremo da faixa e veja se sua posição também corresponde ao extremo do giro do potenciômetro.
Se o leitor notar uma discrepância grande em relação à posição da sintonia e a posição que a estação deveria estar, ou então a cobertura da faixa for incompleta, deve ajustar isso aproximando ou afastando as espiras de L2.
Em princípio este é o único ajuste necessário ao bom funcionamento do seu receptor, se bem que um pequeno ajuste do mesmo modo também pode ser feito em L1 nas versões 2 e 3 para se obter maior ganho.
Se a coisa não ocorrer do modo esperado, os possíveis problemas e suas soluções são:
a) Não há cobertura da faixa de frequências segundo o desejado. Neste caso deve ser verificada a bobina L2. Uma espira deve ser retirada ou acrescentada e ela ainda deve ser ajustada no sentido de aperto ou afastamento das espiras até se obter a cobertura desejada.
b) Ligeiramente fora de sintonia ocorre uma pequena oscilação no som. Neste caso deve ser encurtado o fio de ligação ao potenciômetro de sintonia ou então blindado.
c) Falta de volume ou distorção. Deve ser verificado o estado das pilhas.
Depois de tudo isso é só desfrutar de seu excelente receptor de FM.
Obs.: a versão original é monofônica e não admite, pelo seu princípio de funcionamento, a ligação de um decodificador. Entretanto, informações que nos chegam indicam que em breve a versão estéreo deste integrado será disponível.
Lista de Material
Versão 1:
CI-1 - TDA 7000 - circuito integrado
Cv - 170 pF - capacitor variável
L1, L2 - ver texto
P1 – 22 k _ potenciômetro simples
Capacitores cerâmicos:
C1 – 27 pF
C2 - 56 pF
C3, C10, C16 - 3n3
C4 – 68 pF
C5 – 82 pF
C6, C17 - 10 nF
C7 - 22 nF
C8 - 180 pF
C9, C13 – 330 pF
C11 - 150 pF
C12 - 100 nF
C14 - 220 pF
C15 - 150 nF
C18 - 1n8
Diversos: placa de circuito impresso, fio para bobina, caixa, suporte de pilhas, etc.
Versão 2:
CI-1- TDA 7000 - circuito integrado
Q1 - BF494 - transistor NPN de RF
Q2, Q3 - BC337 - transistor NPN de uso geral
Q4 - BC327 - transistor PNP de uso geral
D1, D2 - 1N4148 - diodos de silício
Cv - variável de 170 pF
P1 – 22 k - potenciômetro miniatura ou comum
R1 - 1k8 x 1/8 W - resistor (marrom, vermelho, vermelho)
R2 – 18 k x 1/8 W - resistor (marrom, cinza, laranja)
R3 – 560 R x 1/8 W - resistor (verde, azul, marrom)
R4 – 100 R x 1/8 W - resistor (marrom, preto, marrom)
R5 – 120 k x 1/8 W - resistor (marrom, vermelho, amarelo)
FTE - alto-falante de 4 ou 8 ohms
S1 - interruptor simples
Capacitores cerâmicos:
C1 – 68 pF
C2 – 27 pF
C3 - 56 pF
C4 - 82 pF
C5, C9, C16 - 3n3
C6, C18 - 10 nF
C7, C19 - 22 nF
C8 – 180 pF
C10, C13 – 330 pF
C11 - 150 pF
C12, C20 – 100 nF
C14 - 220 pF
C15 - 150 nF
C1 7 - 1n8
Eletrolítico:
C21 – 220 uFx 6 V
Diversos: placa de circuito impresso, bobinas (ver texto), suporte de pilhas, etc.
Versão 3:
CI-1 - TDA 7000 - circuito integrado
Q1 - BC558 - transistor PNP
Q2 - BF494 – transistor NPN de RF
Q3, Q4 - BC337- transistores NPN de uso geral
Q5 - BC327 - transistor PNP de uso geral
Dz – 400 mW x 3 V - diodo zener BZX 79 3V0
Dv - varicap BB809
D1, D2 - IN4148 - diodos de uso geral
P1 – 100 k - potenciômetro miniatura ou comum
P2 – 22 k - potenciômetro miniatura ou comum
R1 – 100 k x 1/8 W - resistor (marrom, preto, amarelo)
R2 – 330 k x 1/8 W - resistor (laranja, laranja, amarelo)
R3 – 82 R x 1/8 W - resistor (cinza, vermelho, preto)
R4 - 5k6 x 1/8 W - resistor (verde, azul, vermelho)
R5 - 1k5 x 1/8 W - resistor (marrom, verde, vermelho)
R6 – 10 k x 1/8 W - resistor (marrom, preto, laranja)
R7 - 1k8 x 1/8 W - resistor (marrom, cinza, vermelho)
R8 – 18 k x 1/8 W - resistor (marrom, cinza, laranja)
R9 – 560 R x 1/8 W - resistor (verde, azul, marrom)
R10 – 100 R x 1/8 W - resistor (marrom, preto, marrom)
R11 – 120 k x 1/8 W ~ resistor (marrom, vermelho, amarelo)
Capacitores cerâmicos:
C1 – 68 pF
C2 – 82 pF
C3, C12, C19 – 100 nF
C4, C7, C10, CI3 - 3n3
C5, C18 - IOnF
C6, C20 – 22 nF
C8 – 180 pF
C9, C14 – 330 pF
C11 - 150 pF
C15 - 220pF
C16 - 150 nF
C1 7 - 1n8
Eletrolítico:
C21 – 220 uF x 6 V
Diversos: alto-falante de 4 ou 8 ohms, placa de circuito impresso, bobinas (ver texto), suporte para 3 pilhas (ver texto), etc.
