POTENTE TRANSMISSOR DE FM COM DIODO VARICAP

POTENTE TRANSMISSOR DE FM MODULADO POR VARICAP

CARACTERÍSTICAS:

Tensão de alimentação:
6 a 12 V com o transistor 2N2218
12 a 18 V com o transistor 2N3553
Potência de saída:
1 W com o 2N2218
2 W com o 2N3553
Corrente exigida: 200 a 500 mA (conforme a versão)
Faixa de freqüências de operação: 60 a 120 MHz
Modulação por varicap



Nosso projeto consiste num transmissor com dois transistores oscilando em contrafase, alimentado com tensões entre 6 o 18 V, pode gerar um sinal potente entro 1 e 2 W, o que em condições favoráveis e com uma boa antena significa um alcance de algumas dezenas de quilômetros.

O ponto de destaque deste projeto não está somente na potência, mas também na forma de modulação, feita por meio de diodo varicap.

Com a utilização de um diodo de capacitância variável (varicap) temos uma modulação mais limpa e em consequência um melhor rendimento para o transmissor.

O circuito proposto apresenta a etapa completa de modulação já com microfone de eletreto, mas damos o modo de fazer a ligação de outras fontes de modulação de áudio externas, como por exemplo, um tape-deck, uma mesa de mixagem ou ainda um toca-discos.

Alterações indicadas com o uso de transistores mais potentes podem aumentar a potência.

COMO FUNCIONA

A etapa osciladora utiliza dois transistores de média potência para RF, ligados em contrafase numa bobina dotada de uma tornada central.

Esta bobina, em conjunto com o varicap e um trimmer determina a freqüência de operação do oscilador que deve ser ajustada para cair em ponto livro da faixa de FM. Esta freqüência vai sofrer alterações com a modulação, por efeito do varicap, conforme explicaremos mais adiante.

O sinal que realimenta o transistor Q2 é retirado do coletor do transistor Q3, por meio de C4, enquanto o sinal que realimenta o transistor Q3 é retirado do coletor de Q2.

A polarização de base dos transistores é dada pelo sistemas de resistores de R5 a R7. Para a versão mais potente, com os transistores 2N3553, os resistores R5 e R7 serão reduzidos para 6,8 kW ou 5,6 kW.

O acoplamento do sinal para o sistema de antena é feito por uma segunda bobina enrolada de modo a entrelaçar a bobina osciladora. Um trimmer em série com esta bobina ajusta o acoplamento do transmissor à antena de modo a ser obtido um maior rendimento na transmissão.

A modulação é feita a partir do sinal de áudio aplicado ao transistor Q1. O sinal amplificado deste transistor é levado a um diodo varicap para a modulação em frequência.

É interessante analisar o principio de funcionamento dos diodos de capacitância variável ou varicaps. Um diodo comum é também um varicap e estruturalmente, tem a aparência mostrada na figura 1.

Quando o diodo está polarizado no sentido inverso, conforme mostra a mesma figura, a junção se comporta como o dielétrico de um capacitor e as cargas distribuídas pelo material semicondutor formam as armaduras.

Na polarização inversa, a largura apresentada pela junção, ou seja, a separação das regiões em que estão as cargas, depende da tensão aplicada. Assim, quanto maior for a tensão, mais as cargas se afastam e com isso diminui a capacitância apresentada por este capacitor. Lembramos que a capacitância de um capacitor diminui quando aumenta a espessura do seu dielétrico.

Podemos então fazer com que um diodo polarizado desta maneira se comporte como um capacitor variável, aplicando-lhe uma tensão inversa. O valor desta tensão muda a capacitância deste diodo.

Um diodo comum se comporta como um varicap, mas não é um bom varicap, pois a superfície de sua junção normalmente é pequena e isso implica em variações pequenas da capacitância. Num circuito de sintonia ou de freqüêncía do transmissor como o nosso, um diodo comum pode até ser usado, mas para obter a modulação precisaremos de um sinal de áudio muito forte.

No entanto, existem diodos especiais que são fabricados com a finalidade de apresentarem capacitâncias com variações maiores, para serem usados em circuitos sintonizados. Estes diodos possuem grandes junções e com isto a capacidade de apresentar uma variação considerável na capacitância apresentada. Estes diodos são denominados diodos de capacitância variável ou simple varicaps.

Na figura 2, mostramos o uso típico de um desses diodos num circuito de sintonia.

Neste circuito substituímos o capacitor variável em paralelo com a bobina por um Varicap e um capacitor comum. Depois, através de um resistor aplicamos a tensão desejada do cursor de um potenciômetro neste varicap de modo que ele altere a capacitância apresentada ao circuito e com isso sua frequência de ressonância.

Desta forma, o potenciômetro substitui o capacitor variável, podendo controlar a frequência do circuito pela movimentação do seu cursor.

Muitos rádios e sintonizadores tanto de AM como FM usam a sintonia por Varicap, e até mesmo televisores, substituindo o capacitor variável que é um componente caro, por um simples trimpot ou potenciômetro.

No nosso caso, vamos usar o Varicap para modular o sinal de FM. Ligando um varicap a um circuito de áudio, as variações da tensão provocadas pelos sons vão se traduzir em variações de freqüência na faixa de FM, ou seja numa modulação. Obtemos então um sinal que, a partir de uma freqüência central, se desloca para cima e para baixo em função do sinal de áudio, conforme sugere a figura 3 acima.

Veja que podemos perfeitamente aplicar à base de Q1 um sinal composto de FM ou multiplexado de um circuito apropriado e com isso obter uma transmissão estereofônica.

Nesta mesma série temos o projeto de um transmissor estéreo cuja parte codificadora (multiplexadora) pode ser usada neste circuito de maior potência.

A fonte de alimentação para este circuito deve ter características especiais dada sua sensibilidade a ruídos e roncos. Uma boa filtragem é fundamental para obter o menor nível de ruído. A alimentação por bateria é muito interessante no sentido do minimizar estes problemas.

Também lembramos que o alcance de um transmissor não depende somente de sua pôtência. Com uma fração de watt é possível obter alcances de milhares de quilômetros tudo dependendo das freqüências utilizadas e do sistema de antena. O bom alcance de um transmissor depende portanto da sua capacidade de transferir para o espaço toda a
energia gerada e principalmente, na direção desejada, caso e m que a aumenta a eficiência.

Para o nosso transmissor tanto podemos usar uma antena vertical (a), um dipolo de meia onda (b) ou uma antena plano-terra (c) todos mostrados na figura 4. Para obter o melhor rendimento de um transmissor quando acoplado a uma antena externa, a relação de ondas estacionárias (ROE) deve ser mantida tão próxima quanto seja possível de 1 para 1 (1: 1).

O cabo de ligação a antena deva ser do tipo apropriado à antena, ou seja, com a mesma impedância da antena.

MONTAGEM

Começamos por dar o diagrama completo do transmissor na figura 5.

A montagem deste transmissor numa placa de circuito impresso é mostrada na figura 6.

Para os transistores precisaremos de pequenos radiadores de calor do tipo circular de encaixe, (ver foto), pois eles devem aquecer durante o funcionamento. O transistor 2N3553 tem pinagem diferente do 2N2218. A pinagem do 2N3553 é mostrada na figura 7.

O varicap usado pode ser o BB809 ou eqüivalentes como o BB909 (A ou B), BB405 ou BB106. Na verdade, o leitor pode fazer testes com qualquer varicap usado em circuitos de sintonia de FM ou TV.

Os capacitores devem ser todos cerâmicos de boa qualidade, exceto C7 que é um eletrolítico para 25 V ou mais.

Os capacitores C1 e C2 também podem ser de poliéster.

Os resistores são de 1/8 W ou maiores, com 5% ou mais de tolerância a o microfone de eletreto é do tipo de dois terminais, devendo ser observada sua polaridade na ligação.

Se for usada outra fonte externa de sinal como um gravador, mixer ou toca-discos, basta remover o microfone, retirar R1 do circuito e aplicar o sinal em C1. Para um som mais grave, se houver tendência aos sons agudos, aumente C1 para 220 ou mesmo 470 nF. Se houver distorção do sinal com a fonte de sinal empregada, ligue entre a base de Q1 e o emissor um trimpot de 470 k e ajuste sua polarização para a melhor qualidade de som. Os trimmers podem ser tanto do tipo de base de porcelana como plástico com valores entre 20 e 50 pF.

A bobina L1 é formada por 6 espiras (3 + 3) de fio rígido 22 esmaltado ou mesmo de capa plástica com tomada central e um diâmetro de aproximadamente 1 cm. Use um lápis como fôrma e enrole sobre ela L2 que deve ser enlaçada, de modo a ter 3 ou 4 espiras.

Na figura 8, temos o diagrama de uma fonte de alimentação de 12 V com o circuito 7812 que deve ter um radiador de calor.

Nesta mesma fonte pode ser usado o 7806 para uma versão de menor potência ou o 7815 para uma versão de maior alcance com o transistor 2N3553.

Na figura 9, mostramos como a fonte de alimentação, pelos poucos componentes usados, pode ser montada com base numa ponte de
terminais.

O transformador desta fonte tem enrolamento com tensão um pouco maior que a desejada na saída e corrente de 500 mA para as versões de 6 a 12 V e 1 A para as versões de 15 V. A tensão de trabalho do capacitor eletrolítico deve ser pelo menos 50% maior que a tensão do secundário do transformador usado.

Para todas as versões, os diodos retificadores podem ser do tipo 1N4002 ou equivalentes de maior tensão.

O fio de conexão do microfone deve ser blindado, o mesmo ocorrendo se for usada outra fonte de sinal, para que não ocorra a captação de zumbidos.

Para a antena podemos usar cabo coaxial ou paralelo, dependendo de sua impedância.

AJUSTE E USO

Para provar e ajustar o transmissor, ligue ínicíalmente nas proximidades um receptor de FM sintonizado em frequência livre.

O transmissor deve estar sem antena ou com um pedaço de fio pequeno, de uns 30 cm ligado num dos terminais de saída.

Ajuste CV1 inicialmente para captar o sinal com maior intensidade. Afaste-se com o receptor para certificar que o sinal não some e portanto, não se trata de uma harmônica.

LISTA DE MATERIAL Semicondutores: Q1 - BC548 ou eqüivalente - transistor NPN de uso geral Q2, Q3 - 2N2218 ou 2N3553 - transistores de média potência para RF - ver texto D1 - BB809 ou equivalente - diodo varicap Resistores: (1/8 W, 5%) R1, R3, R5, R7 - 10 kW R2 - 2,2 MW R4 - 120 kW R6, R8 - 8,2 kW Capacitores: C1 - 100 nF - cerâmico ou poliéster C2 - 220 nF - cerâmico C3 - 2,2 nF - cerâmico C4, C5 - 22 pF - cerâmico C6 - 15 pF - cerâmico C7 - 100 mF x 25 V - eletrolítico CV1, CV2 - 20 a 50 pF - trimmers - ver texto Diversos: MIC - microfone de eletreto de dois terminais LI, L2 - Bobinas - ver texto S1 - Interruptor simples Placa de circuito impresso, radiadores de calor para os transistores, cabo blindado, caixa para a montagem, terminal tipo antena/terra, antena externa, fonte de alimentação, fios, solda, etc..

Se constatar a presença de ronco com a fonte, verifique sua filtragem. O fio de ligação da fonte ao transmissor deve ser curto ou blindado. Será interessante montar o transmissor em caixa de metal aterrada para que este problema seja minimizado. Pode ser necessário em alguns casos ligar em paralelo com a entrada de alimentação um capacitor cerâmico de 100 nF.

Se houver dificuldade em conseguir um sinal mais forte, não sendo alcançada a frequência desejada com o ajuste, reduza ou aumente o número de espiras de L1, enrolando por exemplo numa nova bobina com 4 + 4 ou mesmo 2 + 2 espiras. Faça testes até conseguir o melhor.

Uma vez comprovado o funcionamento sem a antena, podemos passar a conexão da antena externa.

O ajuste final com a antena externa pode ser feito com base nas indicações de medidor de intensidade de campo. Um multímetro comum, ligado da forma indicada na figura 10 serve como medidor de intensidade de campo.

Ajuste então CV2 de modo a obter o melhor rendimento do transmissor, ou seja, o maior alcance. Depois é só utilizar o aparelho.

Na figura 11, mostramos como fazer a ligação de uma chave comutadora que permite ligar outras fontes de sinal, inclusive um mixer.

Obs: os transistores BD135 podem ser experimentados em lugar dos Q2 e Q3 originais, usando dissipadores de calor.