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Esse artigo vai ser o primeiro de uma série de artigos feitos por nosso grande amigo e saudoso Jose Carlos Miranda ex-proprietário do site Nova Eletrônica (.net). Nele estaremos disponibilizando todo o tutorial da montagem de um micro transmissor de FM chamado de “O espião”. Este é um micro transmissor na faixa comercial de FM muito estável, tanto que pode ser movimentado durante o uso sem o comprometimento de sua frequência de transmissão.
Seu alcance gira em torno de 100 a 200 metros, isso depende das condições do locar e a frequência de transmissão vai de 85MHz a 110MHz. Na realidade esse kit de micro transmissor é uma copia do Kit da Talking Electronics . Espero que gostem! Abaixo o texto e informações originais na integra.
Micro Transmissor de FM – O Espião
Este é nosso primeiro projeto de transmissor de FM de uma série prevista para o desenvolvimento didático onde encontraremos até transmissores de características profissionais trabalhando com circuitos PLL, moduladores estéreos, limitadores etc.
Nós aprenderemos como projetar transmissores de FM muito eficientes que usam um bom “circuito tanque” corretamente projetado.
O espião é um transmissor com alcance de 100 a 200 metros, que tem um desempenho muito estável. Pode ser usado como uma microfone de mão ou fixo para detectar os sons em um ambiente.Tem características bem interessantes, que serão descritas no artigo. Um das características mais importantes deste projeto é o uso de componentes Standard, com peças que podem ser obtidas em qualquer boa loja de componentes eletrônicos.
Foi projetado, não só para o Brasil, mas para todos os outros países, do mundo e quase toda localidade que tem uma distribuição de FM na faixa de freqüência de 88-108 MHz. Considerando que há restrições na transmissão de FM em diversos paises do mundo inclusive no Brasil, você terá que descobrir as leis em sua localidade antes de começar construção. Pois não assumimos nenhuma responsabilidade em nenhuma circunstância e não incentivamos a nenhuma transgressão a lei.
Alguns países requerem uma licença, alguns não permitem transmissão de nada, enquanto outros fixam a parte de FM especifica para transmissões amadoras as exigências discrepantes refletem a maturidade dos corpos administrativos e a compreensão delas que as ondas no ar são comunhão de bens e precisam ser controlado imparcialmente .
A vantagem deste projeto é que pode ser ajustado para transmitir em qualquer freqüência entre 85 e 110MHz, isto vai depender do número de voltas na bobina do oscilador e o espaçamento entre as voltas. O ajuste final da freqüência pode ser feita com o capacitor trimer a ar , colocado na placa de circuito impresso, que permitirá um ajuste de aproximadamente 5MHz na gama de freqüência, assim você pode fixar a freqüência para um ponto livre da faixa de FM evitando outras transmissões. A principal vantagem do trimer a ar é permitir fixar o ajuste da freqüência longe de qualquer outra fonte de transmissão, pois é insensato transmitir em cima de outro sinal.
Os transistores alternativos do transmissor de FM
Nós elaboramos uma lista de transistores alternativos que devem fazer o projeto trabalhar satisfatoriamente. Porém tentamos mostrar que muitos dos tipos farão os resultados variarem de acordo com a capacidade no funcionamento deles a 100MHz.
Os transistores funcionam perfeitamente para a fase auditiva mas quando estão na seção do oscilador, as variações serão notadamente consideráveis. Por experiência passada achamos melhor alguns grupos de transistores do que outros, pois mesmo quando eles têm o mesmo tipo e número podem dar uma variação incrível.
Se você pretende construir este projeto com seus próprios componentes, é essencial selecionar o ganho do transistor e seu desempenho, antes de começar, Uma das vantagens de você comprar este equipamento em forma de Kit está em que os transistores são pré – testados e selecionados para você ter êxito na construção de seu equipamento e certeza de que tudo está correto.
A sensibilidade do Microfone de Eletreto
A sensibilidade de todos nossos transmissores impressionará ao construtor logo no inicio.
Isto é conseqüência do microfone de eletreto de alta qualidade que nós fornecemos para o equipamento ele é muito sensível levando o circuito a ter um alto ganho.
Algumas lojas de eletrônica fornecem eletretos que têm média ou baixa sensibilidade estes não são indicados para este projeto pois produzirão uma saída de potencia muito inferior.
Você tem que ter cuidado ao comprar componentes que não podem ser identificados pois você não tem modo de descobrir se as características dos mesmos são as que você precisa levando você a descobrir apenas após a utilização do componente no circuito.
Quando nós especificamos microfones de alta sensibilidade e baixo ruído para os equipamentos fazemos isso para que você tenha o melhor desempenho para seu circuito.
Iniciando a Montagem do transmissor de FM espião
Nós classificamos este projeto como bastante simples para transmissores de FM e o ideal para iniciar.
Antes de começar, você deve ler POR INTEIRO do princípio ao fim o este artigo. Um das características deste projeto é, freqüência estável devido ao resistor no coletor do transistor de saída, compacto, ampla faixa para ajuste de freqüência e permitir o deslocamento do mesmo como um microfone manual sem fio.
Podemos deixá-lo mais compacto utilizando-se bateria tipo botão, mais nos optamos por pilhas AAA que dão longas horas de utilização e ajustasse perfeitamente dentro de uma caixa de balas TIC TAC. Este projeto trabalha melhor do que diversos outros que já vimos, inclusive de linha comercial. Um breve esboço da características do ESPIÃO lhe ajudará a comparar isto com outros projetos.
O ESPIÃO transmite aproximadamente entre 100 e 200 metros sobre condições favoráveis mas quando você utilizá-lo em deslocamento considere a distancia reduzida entre 20 e 50 metros, isto acontece porque o corpo absorve uma grande porcentagem do sinal irradiado.
Transmite entre as freqüências de 85 – 110MHz, portanto cobrindo toda a faixa comercial e sobrando um pouco de cada lado, o ajuste é feito através do ajuste da bobina do equipamento seguindo nossas notas, no final do artigo.
Boa estabilidade de Freqüência e a reprodução é cristalina claro. Você pode usar este projeto para a escuta de pássaros, na segurança e supervisão, no quarto de crianças para monitorar ou ouvir o bebe em seu berço, o uso do micro transmissor é ilimitado e nós deixamos a descoberta de outras utilizações para sua imaginação.
A sensibilidade do transmissor de FM espião
A sensibilidade do transmissor Espião depende enormemente do valor do resistor de carga no microfone de eletreto.
Nós usamos um resistor de 39k no projeto, como o microfone que nós enviamos é um tipo muito sensível e de baixo ruído. Se você desejar aumentar a sensibilidade para um super desempenho, o resistor pode ser diminuído para 33k mas não coloque valores mais baixo pois o circuito pode entrar em oscilação gerando barulho como o motor de um barco.
Podem ser usados também microfones de eletreto de três terminais, sendo que usaremos apenas 2, o terra ligado a linha negativa e o central que irá ligado ao resistor de carga na placa de circuito impresso, desta forma o resistor interno do microfone de eletreto não será usado.
Nunca abra um microfone de eletreto, pois eles contêm apenas um transistor FET, as vezes um resistor e um diafragma de plástico metalizado (e nada mais) e eles jamais voltarão a trabalhar satisfatoriamente em uma remontagem. Alguns microfones de eletreto são maiores que outros.
Mas todos eles trabalham no mesmo princípio e produzem uma forma de onda na saída quando alimentados com uma voltagem. Alguns microfones de eletreto tem uma tensão de saída alta enquanto em outros esta saída é extremamente baixa. Não Há nenhum modo para descobrir está diferença a não ser experimentando em um circuito.
O tamanho da forma de onda ou tensão de saída é diretamente proporcional a qualidade do material do eletreto e não há nada que você possa fazer para mudar isto. Microfones de Eletreto não produzem voltagem ou corrente se não estiverem ligados a uma voltagem por um resistor de carga. Por este motivo você tem que ter um resistor de carga em série com um dos terminais. Se você colocar um microfone ligado diretamente a linha de alimentação sem o resistor de carga ele será destruído.
O microfone de eletreto é um dispositivo ativo (devido à presença de um transistor FET) e deve ser colocado em um circuito de forma correta. Alguns microfones vêm com terminais grandes e podem ser soldados diretamente à placa de circuito impresso. Outros sem terminais nenhum e precisarão que terminais sejam acrescentados a eles e ao fazer isto, não aqueça demais o microfone porque o diafragma é facilmente danificado.
Se o microfone produz muito ruído de fundo, como toucinho ou ovo ao fritar, é porque está estragado. A Provável causa deste defeito está em aquecer demais o microfone durante a solda. E a única coisa a fazer quando isto acontece é comprar outro eletreto e manipular com mais cuidado. Mantenha seus dedos no corpo do microfone monitorando a elevação de temperatura. Se ficar mais do que ligeiramente morno, o material de eletreto dentro do casco perderá seu campo elétrico e se danificará.
O nome de cada componente e o sinal pelo circuito
A função de cada componente no transmissor de FM Espião
- O microfone de eletreto detecta os sons e produz uma saída da ordem de 2 a 20 milivolts de sinal.
- O resistor de carga de 39k determina o ganho do microfone.
- O capacitor de 22nF faz o acoplamento da saída do microfone com o primeiro estagio .
- O primeiro BC 547 amplifica o sinal de áudio com um ganho de cerca de 70 vezes .
- Os resistores de 1M e 22k polarização o transistor de forma que o coletor fique a meia voltagem da linha de alimentação, isto dá para a fase um ganho mais alto.
- O capacitor de 100nF deixa passar o áudio para o estágio do oscilador de RF.
- O capacitor de 1nF mantêm a base do transistor oscilador de RF estável em torno de uma oscilação de 90MHz .
- O resistor de 47k ligado a base do oscilador de RF forma a polarização de base do oscilador.
- O resistor de 470R permite a realimentação através do capacitor de 10pF para o emissor manter o oscilador trabalhando.
- O resistor que de 470R permite a realimentação através do capacitor de 10pF
- para o emissor manter o oscilador em funcionamento.
- O trimer ajustável de 2a 10pF em paralelo com o capacitor de 39pF e a bobina de 6 voltas formam o circuito tanque ajustado para controlar a freqüência de operação.
- O capacitor de 10pF no emissor derivam uma pequena porção do sinal e passa isto ao estágio de saída.
- O terceiro BC 547 trabalha como um amplificador linear e mantém o efeito de carga da antena no oscilador.
- O resistor de 150k faz polarização de base no estágio de saída.
- O pedaço de fio com 170cm corresponde aproximadamente a medida necessária para uma antena de comprimento de meia onda para operar a 90 MHz.
- O capacitor de 22nF serve com capacitor de desacoplamento da fonte de alimentação e impede a linha positiva de subir e cair quando a corrente é tirado pelo oscilador e fases de amplificação. Mantendo as duas linhas negativa e positiva fixa e isto é muito importante pois mantém o circuito trabalhando com desempenho no Maximo mesmo quando as baterias começaram a fraquejar.
- A alimentação de 3v é a mais baixa voltagem permitida para uma operação segura e com bom desempenho.
Como funciona o transmissor de FM Espião
O circuito é bastante complicado para um iniciante e para lhe ajudar a entender a função de cada componente nós proporcionamos um segundo diagrama de circuito com cada componente devidamente identificado.
O primeiro componente sobre o qual nós falaremos é o microfone de eletreto.
Este dispositivo contém um Transistor de Efeito de Campo (FET) e um diafragma feito de um material plástico fino metalizado que é então é carregado em um campo elétrico.
Apos este procedimento um campo elétrico estático permanece no plástico mesmo depois do campo elétrico ter sido afastado e é este material que é chamado de eletreto e permite que a carga elétrica se mova prontamente em sua superfície quando é estimulado.
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Características : |
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Microfone de Eletreto O microfone de eletreto às vezes é chamado também como microfone de condensador. Requer uma tensão entre 2e 3v e tem um consumo de aproximadamente 1mA.
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A construção interna de um microfone de eletreto. O Ar entra no mic de eletreto pelo topo furado e move a folha fina de mylar . Isto muda a distribuição das cargas elétricas no plástico e as mudanças vão para o gate do FET. O FET amplia o sinal e o resultado está disponível no terminal de Dreno .
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O terminal de entrada do FET (o gate) é conectado ao disco do diafragma plástico que esta colocado dentro de um encapsulamento normalmente feito de metal furado de forma que quando as ondas sonoras entram no microfone elas movem o diafragma ligeiramente e estimulam o movimento das cargas elétricas no gate do FET. O FET Transistor de Efeito de Campo) é um dispositivo de alta impedância e não inibe o movimento das cargas. As cargas no material do eletreto no gate do FET influenciam para para que tenhamos o sinal ampliado no terminal de dreno do FET.
Um resistor de carga de 39k é conectado a este terminal e seu valor determina o ganho do FET.
Se você diminuir o valor do resistor, a saída aumenta, mas ao mesmo tempo começa um assobio com barulho ao fundo e um acordo tem que ser feito entre sensibilidade e o barulho. Nós selecionamos o valor mais satisfatório de resistor de carga para os eletretos que nós estamos enviando nos equipamentos.
Se o resistor for muito diminuído, começara a gerar um problema de instabilidade e produzirá um pico alto no receptor, por isso é melhor manter o valor que nós sugerimos. Se você estiver for utilizar o projeto como um microfone sem fio para segurar com as mãos, o resistor pode ser aumentado para 68k ou ate mais de forma que você pode pegar o encapsulamento do transmissor e falar diretamente ao microfone sem produzir distorção, veja notas no fim do artigo em microfones manuais.
O próximo componente é o capacitor de 22nF. Este componente faz o acoplamento entre o microfone e à primeira fase responsável pela amplificação do áudio. Este valor porém não é crítico e deve ser tão grande quanto o possível para permitir a passagem de baixas freqüências. O valor de 22nF foi escolhido por ser um dos mais altos disponíveis na versão cerâmico em um encapsulamento pequeno.
A próxima seção para a comentar é o amplificador auditivo. Este consiste em um transistor com dois resistores de polarização. Para manter os estágios separados das outras seções do circuito tem um condensador de acoplamento de 22nF na entrada (o qual comentamos acima) e um capacitor de 100n na saída. Servindo este também para fazer um estágio de acoplamento AC entre estágios.
O principal propósito deste estágio é dar ganho suficiente ao sinal proveniente do microfone de forma que o microfone não sejá sobrecarregado. E este procedimento manterá o fundo de ruído a um nível mínimo.
O transistor é polarizado por um resistor de base de 1M e um resistor limitador de 22K no coletor este conjunto de resistores proporciona um ganho de cerca de 70 a 100 vezes no sinal vindo do microfone. O acoplamento de saída deste estágio pode ser feito por qualquer tipo de condensador e nós optamos por um capacitor de 100nF cerâmico ou multicamadas por seu tamanho pequeno.
O próximo estágio é um oscilador operando em alta freqüência na região de 100MHz . A freqüência de saída depende do valor da bobina e do condensador que formam este circuito tanque sintonizado , e em outro ponto neste artigo nós daremos mais informação para fixar a freqüência.
A freqüência pode ser ajustada mais adiante depois que o projeto estiver pronto, virando o trimer de ar com uma pequena chave de fenda . Isto dará um ajuste de cerca de 5 MHz. Girando o trimer abrindo o catavento aumenta a freqüência e os fechando diminui a freqüência.
O oscilador é um oscilador controlado a voltagem e isto significa que a voltagem da fonte de alimentação terá um peso importante na freqüência operacional. Nós estamos considerando que a alimentação é estável enquanto estamos testando o projeto e nós consideramos que o oscilador é estável até onde a linha de alimentação está estável. Este será o padrão enquanto as baterias forem novas. Com as baterias perto do fim da vida, a freqüência variara ligeiramente.
Uma qualidade muito boa são possíveis com pilhas do tipo AAA no equipamento mas se você quiser uma vida adicional ao transmissor e maior prazo de estabilidade na operação, você deve usar pilhas alcalinas de boa qualidade. Estas darão aproximadamente 200 horas de operação. Outros componentes no circuito afetam a freqüência mas estes têm menos peso.
Porém, se algum componentes for retirado do circuito, o oscilador para de operar. Alguns destes componentes porém estão longe do oscilador e a influência deles pode ser dramática.
Por exemplo, removendo o capacitor de 1nF da base do oscilador ou o 22nF da bateria teremos como principal efeito o oscilador não trabalhar ou ter uma muito baixa saída.
Nós não sugerimos nenhuma mudança no valor das peças ou no desenho da placa de circuito impresso mas alertamos que o desempenho do espião foi aperfeiçoado depois de muitos protótipos, e qualquer mudança pode conduzir ao fracasso.Por exemplo, movendo o circuito sintonizado (a bobina, condensador e trimer) em 1cm o coletor do transistor diminuirá a saída em até 50%.
O comprimento adicional da trilha de circuito impresso reduzirá o pulso de realimentação ao emissor do estágio oscilador que pode não se iniciar corretamente. De um modo semelhante, um projeto como este construído em uma placa universal ou proto-board terá um resultado muito pobre. Por Isso é que eu só recomendo a montagem com a placa de circuito impresso com o desenho original desenvolvido pelo equipamento confeccionada em fibra de vidro. Pois foi projetado para o menor tamanho possível para conseguirmos o melhor desempenho.
Voltando ao estágio do oscilador:
É alimentado pelo resistor 47k e isto faz a corrente fluir no circuito de coletor-emissor. Conectado ao coletor esta um circuito sintonizado paralelo composto de um condensador e uma bobina. Quando um pulso de energia passa por uma configuração desta, o condensador absorve uma energia inicial por ter a mais baixa impedância.
Como a voltagem sobe, a tensão de alimentação começa a enviar energia a bobina o que a faz produzir um fluxo eletromagnético. Este fluxo é chamado de fluxo de expansão que vai se pondo cada vez maior, irradiando-se para as voltas adjacentes da bobina para produzir uma voltagem oposta a aplicada na bobina (é por isso que a voltagem de alimentação encontra dificuldade em entregar energia para a bobina).
Quando a voltagem no condensador aumenta, a taxa de expansão do fluxo diminui e um ponto é alcançado onde o fluxo já não consegue mais se expandir. O condensador então se descarrega agora na bobina em uma tentativa de manter o fluxo e toda a energia do condensador é transferida para a bobina. Quando o capacitor já não pode mais entregar energia, o campo da bobina começa a se desfazer e quando isto começa a acontecer produz uma voltagem induzida nas espiras da bobina com uma polaridade oposta ao potencial de energia.
Esta polaridade oposta começa a carregar o condensador NA DIREÇÃO OPOSTA e ao mesmo tempo uma pequena porção da voltagem vai ao emissor do transistor pelo capacitor de 10pf para deixar o transistor levemente no corte .
Desta forma o transistor sai efetivamente de circuito e permite a bobina executar sua tarefa de carregar o condensador.
Com os colapsos do fluxo, um ponto é alcançado onde o fluxo deixa de poder carregar energia adicional ao capacitor e a voltagem pelo capacitor faz a corrente fluir inversamente na bobina para produzir o fluxo.
Isto cria outra reversão de direção da voltagem e a voltagem de entrada ao emissor do transistor deixa de virar o desligar de transistor.
O transistor começa a virar novamente para ajudar o capacitor na energia necessária para a bobina.
Isto completa um ciclo de operação e para 100MHz são necessários a repetição deste evento por 100 milhões de vezes por segundo! Esta oscilação produz uma portadora de 100MHz que pode ser captada como um ponto silencioso ou “ponto morto” no rádio.
Em cima desta portadora nós precisamos somar um sinal auditivo e isto é conseguido injetando no oscilador uma voltagem variada na base de forma que a freqüência possa ser deslocada ligeiramente para cima e para baixo, de acordo com a forma de onda do áudio. Agora nós vimos à função do capacitor de 1n . A base do transistor tenta se mover para cima e para baixo às 100MHz em acompanhamento com o emissor mas o capacitor de 1n coloca uma restrição e o resultado é uma base firme em aproximadamente 2.6 volts.
A seguir vem a forma de onda auditiva que por ser é uma freqüência muito mais baixo, não têm sofre nenhum efeito na voltagem pelo capacitor de 1nf e permite a base do transistor subir e cair. E Isto altera o ganho do transistor e as mudanças na sua capacitância interna. Isto altera a freqüência do oscilador em uma quantia igual a forma de onda de áudio que entra. A esse processo damos o nome de MODULAÇÃO DE FREQÜÊNCIA ou modulação de FM que produz uma transmissão de sinal muito limpa e livre de distorção.
A produção do oscilador é levada do emissor através de um capacitor de 10pf para uma fase adicional chamada de amplificador linear ou estágio de saída. O propósito deste estágio é separar o oscilador da antena de forma que a antena não carregue o oscilador e altere o freqüência.
Isto é muito importante se você quiser usar o transmissor como um microfone de lapela ou mover ao redor como um microfone manual. O estágio de saída é parcialmente ligado pelo resistor de base de 150k e o sinal que vem através do capacitor de 10p que irá aumentar e diminuir a corrente de base. O transistor amplia este sinal e produz uma corrente de saída variada no coletor do transistor. À freqüência de operação, desta corrente é passado para a antena e é irradiada pelo fio como ondas de radio.
O resistor no coletor mantém o sinal longe da tensão positiva enquanto é entregue a corrente para a saída da alimentação da antena. O componente final é o capacitor de 22n do outro lado da bateria. Ele é necessário para reduzir a impedância interna da bateria. O capacitor estabiliza a tensão e acumula energia que permite puxar picos de corrente sem afetar o resto do circuito. O capacitor também é chamado de “desacoplador de alimentação” e a 100MHz é muito eficiente.
