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Transmissor/Receptor Mínimo

Prof. Luiz Ferraz Netto
leobarretos@uol.com.br

Objetivo
Esse é um projeto didático onde pretendemos, a partir de material bem simples, estudar a produção, transmissão e recepção de ondas eletromagnéticas. Ele incorpora uma série de experimentos escolares. Os projetos iniciais produzirão trens de ondas amortecidas que serão recebidos em rádios AM comuns. Depois da análise das descargas oscilantes no circuito L-C, evoluímos para um projeto sintonizado para transmissão e recepção. Estuda-se a sintonia e a ressonância elétrica.

Transmissor Elementar 1
A produção de sinais de rádio (ondas eletromagnéticas), que se propagam pelo espaço e levam informações, é tão simples que poucos sabem que pode ser conseguida com apenas três componentes improvisados. Essa possibilidade pode ser explorada em demonstrações, como trabalhos escolares e em Feiras de Ciências.

Os sinais produzidos por esse transmissor elementar 1, atravessam obstáculos como tábuas e paredes, e podem ser captados num rádio portátil, AM, transistorizado. 
Experimentalmente, o aluno pode demonstrar os efeitos citados, mas como montagem de uso prático, ela serve para transmitir sinais em código (Morse, por exemplo) para um amigo que está num ambiente adjacente, através da parede.

O transmissor é extremamente simples, como dissemos, e como receptor pode ser usado qualquer rádio portátil.

Comentários
Interrupções muito rápidas de corrente elétrica podem gerar oscilações de cargas elétricas num circuito as quais, por sua vez, produzem ondas de rádio, ou seja, ondas eletromagnéticas de altas freqüências que se propagam pelo espaço.
Podemos produzir tais “vibrações” de uma maneira muito simples, esfregando um fio ligado a uma pilha, numa lima comum. Como “carga” indutiva para reforçar as oscilações, ou seja, produzir os sinais desejados, temos uma bobina enrolada num bastão de ferrite. Eis, portanto, nosso transmissor: uma bobina enrolada num bastão de ferrite, uma pilha comum e uma lima.

Na realidade, este circuito não gera um sinal de freqüência fixa. Seus sinais se espalham numa ampla faixa de freqüências, produzindo assim um “ruído radioelétrico”. Sua operação como transmissor para longo alcance é proibida, pois interfere em muitos tipos de aparelhos de comunicação.
No entanto, foram aparelhos iguais a este, os primeiros a serem usados por Marconi e outros pesquisadores que acabaram por inventar o rádio.

Em nosso circuito, usaremos como antena um simples pedaço de fio de uns 50 cm de comprimento e, para demonstrações com alcances pequenos, nem mesmo isso será necessário, pois os sinais não irão além de alguns metros. Com este procedimento evitamos que ocorram interferências em rádios e televisores estejam ligados pelas proximidades.

Nosso projeto trata-se, evidentemente, de um aparelho indicado apenas para demonstrações em sala de aula e Feiras de Ciências, onde transmissor e receptor se encontram à curta distância.

Material

- 1 pilha grande
- 1 lima
- Bobina - ver texto
- Terminal antena/terra, fio esmaltado, fios, solda etc.

Montagem
Nas ilustrações abaixo, à esquerda temos o diagrama completo desse transmissor elementar 1 e à direita, o aspecto físico geral da montagem:

Detalhes
A bobina é enrolada num bastão de ferrite (que pode ser aproveitado de qualquer rádio transistorizado fora de uso) que tanto pode ser cilíndrico como chato. Esta bobina leva um enrolamento (L1) formado por aproximadamente 40 voltas de fio comum ou esmaltado de qualquer espessura (qualquer fio de cobre esmaltado desde #22 até #32) e outro enrolamento (L2) com 5 voltas do mesmo fio.

Os fios de conexão à pilha são soldados diretamente nos seus terminais. Se forem usados fios esmaltados, eles devem ser raspados no ponto de soldagem.

Procedimento
A operação do transmissor é bastante simples:
Ligue nas proximidades (1 a 2 metros do transmissor) um rádio AM, fora de estação, em qualquer ponto da faixa.
Raspe a ponta solta do fio X na lima. Deve ser transmitido um sinal que será captado como um ruído no rádio.

O aluno observará que estes sinais podem atravessar obstáculos, pois se o rádio estiver do outro lado de uma parede, eles ainda serão captados.
A codificação dos sinais pode ser feita em Morse. Nesta codificação uma “raspada” de curta duração significa um ponto e uma raspada mais longa, um traço. Pontos e traços são combinados e formam letras e números.
Para uma operação com um alcance um pouco maior, a antena será um pedaço de fio comum de aproximadamente 50 cm a 1 metro. A ligação à terra pode ser feita em qualquer objeto de metal de maior porte.
Conforme explicamos, este transmissor não emite sinais de freqüência fixa, mas sim um ruído. Desta forma, não o ligue à antenas externas ou longas.

Fora de uso, não deixe o fio encostado na lima, pois além de não haver emissão, a pilha irá gastar-se rapidamente pelo excesso de corrente.


Transmissor/Receptor Elementar 2

Nesse projeto, mais indicado para salas de aula, temos efetivamente um transmissor e um receptor. Agora, tanto um quanto o outro são sintonizáveis, ou seja, há um circuito oscilante L-C em cada um deles. Para uma dada 'abertura' do capacitor variável, no transmissor, há uma estreita faixa de freqüência irradiada, a qual, só será recebida no receptor com o devido ajuste do seu próprio capacitor variável.
O indicador de sinal detetado e recebido será uma pequena lâmpada néon, tipo NE-2.

Material

- 1 pilha grande e porta pilhas
- 1 roda dentada e lâmina flexível
- Bobina - ver texto
- 2 capacitores variáveis de 410 pf
- 1 lâmpada néon NE-2
- 2 bases de madeira, tubos de papelão, 
- Fio de cobre esmaltado #22, fio comum, solda etc.

Esquema - circuito elétrico

Montagem

Comentários
As bobinas L1 e L2 foram enroladas, com 80 espiras juntas de fio de cobre esmaltado #22, num pedaço de tubo de papelão (obtido em lojas de armarinho, para enrolar tecido) de diâmetro 10 cm. Os capacitores variáveis de 410 pF, 1 seção, não são tão fáceis de serem obtidos, mas podem ser substituídos por capacitores variáveis de duas seções, típicos para rádios valvulados (obtido em oficina de conserto de rádios e TV). Na verdade, dois capacitores variáveis iguais de rádios antigos irão funcionar bem. Os tamanhos 'grandes' dos componentes foram selecionados de propósito para permitirem um bom visual para todos os alunos da sala de aula.
A lima usada no experimento 1 foi substituída por uma roda dentada metálica munida de uma manivela, cujos dentes raspam numa lâmina flexível (usei lâmina de bronze fosforoso). Eis, abaixo, algumas fotos de minha montagem:

Fotos/ilustrações

Procedimento
Operar o equipamento é bastante simples. 
- Comece conectando o terminal (jacaré) da bateria na lâmina flexível (esse é na verdade um interruptor improvisado do circuito --- obviamente pode ser substituído por um interruptor tradicional). 
- Dê uma abertura média no capacitor variável do transmissor. 
- Coloque o receptor próximo do transmissor (veja última foto). 
- Gire a manivela e ajuste o variável do receptor até que a lâmpada néon acenda, acusando o recebimento das ondas emitidas pelo transmissor.

Nota: Esse trabalho terá seguimento; incrementações. Ao transmissor será inicialmente incorporado uma segunda bobina que será ligada a um sistema antena/terra. Uma segunda bobina também será incorporada ao receptor, fazendo parte de um sistema antena/terra. A seguir, o receptor irá transformar-se, substituindo-se a lâmpada néon por um diodo de germânio e um fone de ouvido --- uma variante do rádio 'galena'. Mais adiante, ao transmissor associaremos um sistema oscilador para substituir a manivela (ou lima). E ...

Primeira incrementação --- Técnica do relé
Para substituir o sistema liga/desliga via manivela/lâmina flexível, o colega Fábio Nobilis da boa e produtiva lista de discussão "Receptores_Experimentais" sugeriu a técnica do relé.

Nessa técnica, o próprio relé 'automaticamente' liga/desliga, substituindo com vantagens o sistema da manivela. Para essa incrementação no Transmissor Mínimo, os seguintes componentes 'extras' serão necessários: 1 relé de 1 pólo, 2 posições, com bobina para 6VCC; um capacitor eletrolítico (testar com valores entre 47 e 100 mF) para 25V, um porta-pilhas para 4 pilhas pequenas. Optativo, um interruptor simples em série com a alimentação de 6 V.
O esquema geral, incluindo essa incrementação, é posto a seguir:

Nesse esquema, RL é o eletroímã base do relé, n.f. (normalmente fechado) e n.a. (normalmente aberto) são os contatos fixos e a lâmina, entre eles, é o contato móvel. O contato móvel do relé é ligado diretamente ao positivo do porta-pilhas com 4 pilhas. O contato n.f. é ligado a um dos terminais da bobina do relé. O fio que vem do capacitor variável (CV) e bobina transmissora (BT) é ligado ao contato n.a. (mas, pode experimentar ligar no contato n.f. e comparar os resultados). O capacitor eletrolítico (comece experimentando um de 47 mF x 25V) é ligado em paralelo com a bobina do relé e é ele que, de certo modo, comanda a freqüência dos pulsos que serão encaminhados para o conjunto CV+BT.
Uma vez que o relé começa a vibrar, ajuste CV do transmissor e CV do receptor até obter o brilho da lâmpada néon acusando a produção, transmissão e recepção das ondas eletromagnéticas.

Segunda incrementação --- Técnica da cigarra
Nessa técnica, o relé do projeto acima, será substituído por uma cigarra de construção 'caseira'.
Eis o esquema elétrica e o visual de parte dessa montagem:

A campainha ou cigarra já foi descrita em várias outras partes dessa Sala 15; essencialmente, trata-se de um prego ou parafuso espetado numa base de madeira e enrolado em torno de si cerca de 50 espiras de fio esmaltado #22. A lâmina de contato superior é rígida e a lâmina que defronta o eletroímã (prego + bobina) é flexível. Ao apertar o botão interruptor o circuito é fechado e o campo magnético produzido pelo eletroímã atrai a lâmina flexível; esta abre o circuito, a lâmina flexível retorna e fecha novamente o circuito ... o ciclo se repete enquanto o botão estiver apertado. O capacitor eletrolítico em paralelo com a bobina do eletroímã afeta a freqüência de vibração da lâmina; valores entre 47 e 100 µF x 25 V podem ser experimentados.

Terceira incrementação --- Técnica do LED pisca-pisca

Nesse circuito o pisca-pisca do LED é quem vai 'chavear' o transistor NPN e este, por sua vez, suprirá a energia de excitação e manutenção do circuito oscilante CV/BT.

Para o transistor NPN, além do 2N3055, vale experimentar: BD135, AD162, TIP31, C3135, MJE 305, MJ15024 etc.

Quarta incrementação --- Técnica do flip-flop

Aqui o LED pisca-pisca foi substituído pelo multivibrador constituído pelos transistores BC548, capacitores eletrolíticos 22 µF x 16V e resistores 2K2 e 15K, 1/4W. O multivibrador fornece uma onda quadrada para chavear o 2N3055 (outros transistores NPN podem ser usados).

Aguarde!
Nas próximas incrementações melhoraremos o alcance do projeto dotando-o de antenas, depois melhoraremos o circuito tanque para uma saída em PI etc.

Se você tem outras sugestões para 'incrementar' esse transmissor/receptor "mínimo", envie-me um e-mail e acrescentaremos aqui suas propostas. Todos agradecem!

 

Léo

 

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