Receptores Introdução Sabemos que receptores são circuitos eletrônicos capazes de, a partir de um sinal complexo, produzir um sinal útil. Esse sinal complexo é formado por uma onda eletromagnética de alta freqüência e por um sinal de áudio que atua como modulador. O receptor separa estes dois sinais transformando o sinal de áudio num sinal audível. Para conseguir isso, entretanto, o sinal complexo deve sofrer algumas modificações, pois na entrada do receptor chegam sinais de várias emissoras, dos quais será escolhido apenas um. Figura 1 Diagrama em blocos do receptor completo Após a seleção, estes sinais são amplificados (chegam com amplitude muito pequena) e temos também necessidade, muitas vezes, de filtrar o sinal de ruídos estranhos à transmissão. Tudo isto é feito em várias etapas, por circuitos que estão representados em blocos no diagrama da figura 1. Obs.: embora o bloco do amplificador de FI seja único, ele será formado por vários estágios (mínimo de dois). Circuito de Sintonia Constituído por um circuito LC paralelo que entra em ressonância para uma dada freqüência. Para a freqüência de ressonância, o circuito comporta-se como um circuito aberto, enquanto que as demais freqüências são desviadas pela bobina para a terra. Um circuito de sintonia típico é mostrado na figura 2. Figura 2 Circuito de sintonia 1
Na antena do aparelho receptor estão presentes as ondas portadoras de todas as emissoras, entre as quais, apenas uma nos interessa. Para conseguir isolar esta estação, usamos o circuito de sintonia, composto das bobinas L 1, L 2 e do condensador variável Cv. As ondas de rádio de todas as estações encontram-se na antena, sendo então encaminhadas para o interior do aparelho, onde circulam em L 1. Devido à proximidade existente entre os enrolamentos L 1 e L 2, as correntes que atravessam L 1, induzem em L 2 outras correntes com características idênticas. De fato, podemos considerar que as ondas portadoras captadas em L 1 também estão presentes em L 2 e portanto, afetam o circuito ressonante formado por esta bobina e por Cv. Figura 3 Circuito de sintonia para duas faixas Desejamos sintonizar uma estação com freqüência de por exemplo 1000 KHz. Primeiramente, devemos girar o eixo do condensador variável até que o circuito formado por L 2 e Cv entre em ressonância nessa freqüência. A seguir, a corrente elétrica devida a essa freqüência induz em L 2 uma tensão que é enviada ao resto do aparelho. As portadoras das demais estações são desviadas para a terra através de L 2. Do mesmo modo, se desejarmos sintonizar outra estação deveremos mudar o valor de Cv a fim de obtermos nova freqüência de ressonância do circuito de sintonia. O enrolamento L 1 pelo fato de estar permanentemente ligado à antena, recebe o nome de BOBINA DE ANTENA, enquanto que L 2 e Cv são chamados respectivamente BOBINA DE SINTONIA e CONDENSADOR DE SINTONIA. Se o aparelho possuir mais de uma faixa de ondas, o condensador variável poderá ter mais de uma seção e também, condensadores variáveis menores em paralelo para ajuste fino de freqüência. Estes condensadores são chamados trimmers (figura 3). Amplificador de RF O sinal recebido na antena do receptor é de pequena amplitude, devido à distância que normalmente existe entre o transmissor e o receptor.esse sinal se aplicado diretamente aos estágios seguintes do receptor apresentará uma relação sinal/ruído muito baixa, prejudicando a qualidade da reprodução. Para que isso não ocorra, é introduzido entre o estágio de entrada e o estágio misturador um amplificador de RF, ou seja, um amplificador que opera na região de freqüências altas características das emissões de radiodifusão. Nos aparelhos de boa qualidade o capacitor variável possui três seções: no circuito de sintonia, no circuito oscilador e no próprio amplificador de RF, desta forma sua banda-passante fica exatamente 2
na freqüência sintonizada nos outros dois estágios (figura 4). Neste circuito já estão interligados o circuito de sintonia e o amplificador de RF, respectivamente indicados por 1 e 2. Figura 4 Amplificador de RF Observe na figura 5 que o circuito produz uma banda-passante de 10 KHz de largura; os 5 KHz que existem de cada lado da freqüência central da portadora de cada emissora, servem para impedir que os sinais de uma emissora misturem-se aos de outra. Figura 5 Banda passante do amplificador de RF em um receptor Note que o valor do capacitor Cv varia inversamente com a freqüência, isto é, para freqüências maiores o valor do capacitor variável deve ser diminuído, abrindo-o mais. Agora vamos examinar o funcionamento do circuito da figura 4, onde o transistor tem como função amplificar o sinal de RF vindo do circuito de sintonia e injetado em sua base. Os sinais de RF captados pela antena, são selecionados pelo circuito ressonante em paralelo formado pelo secundário da bobina (L 2 ) e pelo capacitor variável Cv. Como a impedância de entrada de um transistor trabalhando em emissor comum não é alta (menor que 1 KΩ), e a impedância total entre os pontos C e D é da ordem de 60 KΩ, retiramos o sinal para a base através de uma derivação na bobina, derivação esta que deverá estar próxima do terminal ligado à terra. A base estando ligada a uma derivação com poucas espirais, tem um casamento de impedância necessário para que não haja perdas do sinal entre um estágio e outro. Assim, para uma freqüência F 1 qualquer, já selecionada pelo circuito de sintonia, obtem-se o circuito equivalente ilustrado na figura 6. Os resistores R 1, R 2 e R E determinam o ponto de trabalho para tensão contínua de transistor T 1. Além disso, o resistor de emissor funciona como carga para o circuito do oscilador local. O capacitor C tem a função de desacoplar a tensão contínua de polarização de base. Na figura 6, repare também, que o circuito ressonante está no primário, sendo formado por L 1 e C 1. O enrolamento L 2 funciona como secundário e acopla o sinal de RF à base de transistor. 3
Figura 6 Circuito equivalente para um amplificador sintonizado numa freqüência Como os resistores R 1 e R 2 estão ligados à base através da bobina L 2, teremos nessa bobina tanto a tensão alternada (RF) como a contínua de polarização. Na maioria das rádios de ondas médias, as bobinas L 1 e L 2 são enroladas com um núcleo de ferrite para aumentar o efeito indutivo da bobina. O único inconveniente é que o rádio torna-se diretivo, isto é, recebe muito bem sinais que cheguem perpendicularmente ao eixo da bobina e muito mal sinais que cheguem paralelamente ao eixo (figura 7). Conversor ou Misturador Figura 7 A antena com núcleo de ferrite tem uma certa diretividade O misturador tem como função converter o sinal de RF recebido na antena em uma freqüência mais baixa, conhecida como freqüência intermediária (FI). Isto é feito porque sinais de freqüência elevada, são difíceis de serem trabalhados e além disso, para cobrir toda a faixa de RF com ganho constante, necessitaríamos amplificadores de banda muito larga. O sinal recebido na antena está na faixa de ondas médias, entre 525 e 1620 KHz. Após o misturador, teremos uma única freqüência de 455 KHz que será a freqüência de FI. Os misturadores podem ser classificados em passivos e ativos. Passivos são aqueles que usam a não linearidade dos diodos e ativos são aqueles que se utilizam das características de transistores, válvulas, FETs, ou outros dispositivos não lineares. A conversão ocorre pelo processo de batimento entre duas freqüências. Quando aplicamos duas freqüências Fa e Fb sobre um elemento não linear qualquer, haverá um batimento entre elas, aparecendo na saída além de Fa e Fb, outras freqüências resultantes do batimento tanto da soma como da diferença de Fa e Fb. 4
Dessa forma temos na saída as freqüências Fa, Fb, Fa + Fb, Fa Fb, nfa + nfb, nfa nfb, onde nfa e nfb são as harmônicas das freqüências Fa e Fb. Na figura 8, temos um exemplo de misturador passivo formado por um diodo e da curva da corrente no diodo. Figura 8 Conversor de freqüência passivo (diodo como elemento não linear) Repare que na entrada do misturador temos dois geradores que simulam os sinais recebidos da antena (Fa) e do oscilador local (Fb). Na saída temos todas as combinações possíveis resultantes do batimento de Fa e Fb. Quando aplicamos sobre um elemento não linear qualquer, duas freqüências Fa e Fb diferentes, sendo as duas de mesma amplitude, o elemento não linear age como um somador algébrico de nível, isto é, se num determinado instante os sinais tiverem amplitudes com fases idênticas, é feita uma soma dos sinais. Se tiverem amplitudes com fases inversas, haverá uma subtração dos sinais. Na figura 9, temos um conversor com os dois geradores em série e com mesma amplitude, mas com freqüências diferentes. Observe que Fb é maior que Fa. Figura 9 Conversor simplificado (F B > F A ) Na figura 10 temos a soma gráfica dos sinais Fa e Fb. Nos pontos onde há coincidência de fase (1, 8 e 9), é feita uma soma dos sinais, ao mesmo tempo em que o diodo conduz com maior intensidade de corrente. Já nos pontos onde a tensão resultante Vs está abaixo de 0,6 V, o diodo não conduz, bem como nos trechos em que a tensão está abaixo do eixo zero e portanto negativa. Como podemos observar na figura 10, o sinal na saída não é senoidal e nem tem uma forma definida. Se no lugar da carga resistiva (Rc) mostrada na figura 9, colocássemos um circuito LC, ressonante na diferença Fa-Fb, obteríamos apenas essa combinação e iríamos rejeitar as demais, inclusive Fa e Fb. Em aparelhos comerciais é usado como elemento não linear um transistor, que além de funcionar como conversor também amplifica o sinal. 5
O sinal do oscilador local é injetado na junção base-emissor e o sinal de antena é injetado na base do transistor. No coletor colocamos um circuito LC paralelo ressonante na freqüência intermediária, que será obtida do batimento de Fa e Fb. Figura 10 Conversão demonstração gráfica Esse tipo de conversor terá um ganho, que depende do nível de sinal gerado no oscilador local. A variação desse ganho é mostrada na figura 11. Figura 11 Ganho de conversão em função do nível de sinal do oscilador local Como o receptor cobre uma faixa de freqüências relativamente extensa, de 520 a 1625 KHz, para se conseguir uma sintonia de boa qualidade em toda a faixa, devemos variar a freqüência do amplificador de RF e do oscilador local ao mesmo tempo, de maneira que a diferença entre Fa e Fb seja constante. Para variar a freqüência, temos que variar o capacitor (circuito de sintonia), porque nele conseguimos uma variação uniforme, tanto no circuito de RF como no oscilador local. Para conseguirmos variar simultaneamente o circuito de RF e o oscilador do local, usamos um capacitor variável com dupla seção comandado por um único eixo, sendo uma seção usada no oscilador local e outra no amplificador de FR. Isto é mostrado na figura 12. Quando giramos o eixo do condensador variável, o valor de cada seção não varia uniformemente, isto se deve ao fato de que o tamanho das placas e a distância entre elas não é uniforme, sofrendo portanto pequenas variações. Conseqüentemente, a freqüência do oscilador local não varia uniformemente bem como a diferença Fa-Fb não é constante. 6
Podemos corrigir esta falta de uniformidade em dois pontos, um em freqüências baixas (F B ) e o outro em freqüências altas (F A ). Nas freqüências baixas, a correção é feita variando-se a posição do núcleo da bobina do oscilador e nas altas, o ajuste é feito através do trimmer (condensador variável) colocado em paralelo com cada umas das seções do variável de sintonia. Figura 12 Esquema do conversor com capacitor variável com duas seções (Cva Antena e Cvo Oscilador) As variações das capacitâncias de cada uma das seções e as correspondentes variações de freqüências e tensões dos circuitos de sintonia, do oscilador local e da freqüência intermediária (FI) são mostradas na tabela I. Nas demais freqüências, F 1, F 2 e F 3, por outro lado, o erro pode aumentar, chegando em alguns pontos até a 4 KHz para mais ou para menos. Para a freqüência de FI, a amplitude de erro depende da uniformidade do condensador, e sendo este de boa qualidade, o erro será mínimo. A figura 13 ilustra a variação do desvio de freqüência em relação aos pontos de freqüências F 1, F B, F 2, F A e F 3. Repare que o gráfico passa por zero nos pontos F B e F A, isto é, nesses pontos o erro é nulo. 7
ROTAÇÃO DO EIXO DO VARIÁVEL A) CVa (ANTENA) CVo (OSCILADOR) 30 O 250 pf 247 pf 60 0 240 pf 242 pf 120 0 100 pf 98 pf 180 0 65 pf 66 pf 270 0 39 pf 41 pf 330 0 25 pf 23 pf B) FREQÜÊNCIA F 1 (KHz) F 2 (KHz) DADA MEDIDA F 2 F 1 = FI ERRO F F 1 520 978 458 KHz +3 KHz FB 796 1251 455 KHz 0 F 2 1072 1525 453 KHz - 2 KHz FA 1348 1803 455 KHz 0 F 3 1625 2084 459 KHz + 4 KHz C) POSIÇÃO (fig. 10) VF 1 VF 2 V RESULTADO 0 0 0 0 1 + 0,8 V + 1,0 V + 1,8 V 2 + 1,0 V 0 + 1,0 V 3 0-1,0 V - 1,0 V 4-0,8 V 0 V - 0,8 V 5-0,9 V + 1,0 V + 0,1 V 6 0 0 0 7 + 0,8 V - 1,0 V - 0,2 V 8 + 1,0 V 0 + 1,0 V 9 0 + 1,0 V + 1,0 V 10-0,8 V 0-0,8 V 11-0,8 V - 1,0 V - 1,8 V 12 0 0 0 Tabela I A) Valor do capacitor variável em função da rotação do seu eixo, B) Resumo do erro de rastreio e C) Níveis injetados no conversor 8
O erro de rastreio varia de receptor para receptor, porém, em todos eles, nos pontos F B e F A temos a curva passando pelo zero (0) e portanto erro nulo. O erro de rastreio ou sintonia, deve ser medido em cinco pontos: F 1, F B, F 2, F A e F 3. Inicialmente sabemos que F 1 e F 3 são as freqüências extremas com valores respectivos de 520 e 1625 KHz. Figura 13 Representação gráfica do erro de rastreio A freqüência central F 2 está localizada no ponto intermediário entre F 1 e F 3 e portanto : F = F 2 + F 2 1 3 520 + 1625 = = 1072 KHz 2 Através do valor de F 2, agora podemos calcular F B que é um ponto intermediário entre F 1 e F 2, e também o valor de F A que é um valor intermediário entre F 2 e F 3. F B = F + F 2 1 2 = 520 + 1072 2 = 796 KHz 2 3 F = F + F A 2 = 1072 + 1625 2 = 1348 KHz resumindo temos: F 1 = 520 KHz F B = 796 KHz que é o extremo inferior da faixa. que é o ponto de calibração inferior. F 2 = 1072 KHz que é a freqüência central da faixa. F A = 1348 KHz que é o ponto de calibração superior. 9
F 3 = 1625 KHz que é o extremo superior da faixa. Para que possamos medir o erro em diversas freqüências, sintonizamos o gerador em F 1, com o receptor sintonizado para máxima tensão de saída. Com um frequencímetro medimos a freqüência do oscilador e pela diferença entre a freqüência da antena e do oscilador, temos a freqüência de FI prevista de 455 KHz. A diferença entre a freqüência lida e prevista nos dará o erro de rastreio. Temos como exemplo, na tabela IB um erro de + 3 KHz para F 1 (o erro foi para mais). Já em F 2 o erro foi de 2 KHz, isto é, para menos. Resumindo, o erro de rastreio é a diferença entre a freqüência de FI prevista na saída do misturador e o valor medido dessa mesma freqüência. Veja que em F B e em F A não houve erro, pois esses pontos foram calibrados para erro nulo. Nesses dois pontos a freqüência de FI é exatamente 455 KHz. Devido a isso, as emissoras com freqüências próximas a F B e F A têm boa qualidade de som, enquanto aquelas que operam em freqüências mais afastadas desses pontos têm pior qualidade de recepção, pois a freqüência resultante cai fora do centro da banda-passante de FI, tornando a bandapassante mais estreita. Oscilador Local Os osciladores em geral, podem ser descritos como circuitos, que a partir de uma tensão DC produzem sinais senoidais. Empregam-se normalmente circuitos LC como osciladores, e dependendo dos valores dos componentes e da alimentação contínua, podemos obter freqüências e formas de onda variadas, de alguns Hertz a Megahertz e ondas tais como: senoidais, quadradas, dente-de serra, etc. Podemos também ter geradores de freqüências fixa ou variável. Como em rádio desejamos sinais senoidais e de freqüência variável, usamos osciladores LC onde tanto o valor dos condensadores como o das bobinas podem ser variados. São usados normalmente três tipos de osciladores: Armstrong, Hartley e Colpitts, cada um deles possuindo várias versões. Como já vimos anteriormente, o oscilador local do receptor deve gerar freqüências de maneira a cobrir toda a faixa, de modo que o sinal recebido na antena subtraído do sinal do oscilador local seja constante. Os osciladores funcionam com uma realimentação positiva de sinal, isto é, uma parte do sinal de saída de um amplificador é desviada e enviada para a entrada, com fase igual ao sinal que já existe nessa entrada. Observamos portanto, que é feita uma realimentação positiva. 10
Um oscilador divide-se em três partes: Figura 14 Diagrama em bloco de um oscilador básico a) AMPLIFICADOR: é formado por um elemento ativo, transistor ou válvula e tem a função de amplificar o sinal injetado em sua entrada. Normalmente é usado um transistor em montagem emissor comum, que além de amplificar defasa o sinal da saída em 180 0 em relação ao sinal de entrada. Se o sinal na entrada tem fase positiva, esta aparecerá na saída com fase negativa e vice-versa. No exemplo da figura 14 o amplificador tem ganho de 200 vezes, ou seja, o sinal de entrada é multiplicado por 200. Se na entrada tivermos um sinal de 2 mv, este aparecerá na saída com um valor de 400 mv. b) FILTRO PASSA-FAIXAS: forma o elo de realimentação e determina como função principal, a freqüência de operação do oscilador, de maneira que só haja realimentação nesta freqüência. Além disso, gira a fase do sinal em 180 0 corrigindo a defasagem introduzida pelo amplificador, de forma que o sinal seja realimentado sempre com a mesma fase, mantendo assim o ciclo de oscilação. c) ATENUADOR: sua principal função é controlar o índice de realimentação do sinal. Para que isso ocorra, o atenuador deve possuir um fator de atenuação igual e contrário ao ganho de tensão do amplificador. No nosso exemplo esse fator deverá ser 200. Com isso o sinal injetado na entrada terá sempre a mesma amplitude, evitando-se desse modo a saturação na saída. Por exemplo, se aplicássemos na entrada uma tensão de 2 mv e tendo o amplificador um ganho de 200 vezes, teríamos na saída 400 mv. Se este nível fosse aplicado à entrada sem atenuação e novamente amplificado teríamos agora na saída uma tensão de 80 V. Prosseguindo neste ciclo o transistor ficaria saturado. Para evitar que isto ocorra, o sinal de realimentação é atenuado a fim de manter o sinal de saída constante e sem saturação. Por outro lado, se tivermos muita realimentação o sinal de saída também irá se saturar, e se tivermos pouca realimentação o circuito deixará de oscilar ou oscilará intermitentemente. Por esse motivo devemos prever um nível de realimentação adequado. Para que o oscilador funcione corretamente, o ganho total da malha amplificador/atenuador deverá ser maior do que 1. Antes de estudarmos cada tipo de oscilador, lembre-se que os osciladores devem possuir as seguintes características: a) Logo que seja ligada a alimentação contínua, iniciar seu ciclo de operação automaticamente. 11
b) Ter boa estabilidade de freqüência (manter a freqüência constante) mesmo sob variações da tensão de alimentação ou variações de temperatura. c) Ser de fácil ajuste, tanto em amplitude como em freqüência. d) Fornecer a forma de onda desejada sem distorção. e) Manter a tensão de saída constante. Vejamos agora como funcionam os tipos de osciladores citados: 1) OSCILADOR ARMSTRONG Quando ligamos a chave CH, aplicamos a tensão de alimentação Vcc entre o coletor e o emissor, conseqüentemente, irá circular uma corrente I C do emissor para o coletor, devido às cargas minoritárias. A variação de corrente I C que circula em L 1 faz surgir em torno da mesma um campo eletromagnético. Como I C tende a aumentar, as linhas de campo aumentam envolvendo também L 2. A indução eletromagnética provocada por L 1 em L 2 provoca surgimento de tensão em L 2, fazendo com que aumente a corrente de base I B e também I C, fazendo aumentar novamente o campo em L 2. Após algum tempo, a bobina descarrega seu campo sobre o condensador C V, criando um campo elétrico sobre o mesmo que faz surgir uma tensão com polaridade oposta à da bobina. Desta forma, a base fica negativa em relação ao emissor, levando o transistor ao corte, cessando a corrente de coletor e eliminando o campo eletromagnético sobre L 1 e L 2, terminando desse modo o ciclo de oscilação. Figura 15 Oscilador Armstrong simplificado O transistor, que tem função de amplificador, ao mesmo tempo em que amplifica o sinal injetado na base, roda a fase do sinal em 180 0 de tal forma que se o sinal na base é positivo, fará aparecer no coletor, negativo e vice-versa. A freqüência de operação do oscilador é determinada por L 2 e por C V que formam um filtro ressonante em paralelo. Desse modo, só é induzida na base do transistor a tensão que esteja na freqüência de ressonância. Para outras freqüências não haverá realimentação, pois serão todas curtocircuitadas para o chassis. A bobina L 1 forma o elo de realimentação (que devolve o sinal de saída para a entrada) de maneira a manter a oscilação. Normalmente L 1 e L 2 são enroladas no mesmo núcleo, a bobina L 1 é enrolada de maneira que rode a fase em 180 0, a fim de que a realimentação do coletor para a base se dê na mesma fase. A distância d entre L 1 e L 2 funciona como um atenuador, quanto maior ou menor essa distância, maior ou menor será a tensão realimentada. 12
Para que o sinal de saída fique sem distorção, o fator de realimentação deve ter um valor menor ou igual ao da saída e deve ter fase oposta. 2) OSCILADOR HARTLEY Estes osciladores existem em dois tipos: SÉRIE e PARALELO. No oscilador Hartley em série as correntes contínuas e alternadas passam por um mesmo trajeto através da parte inferior da bobina L (figura 16). Figura 16 Diagrama simplificado do oscilador Hartley série No oscilador Hartley em paralelo, as correntes CA e CC fazem caminhos diferentes, sendo que só a corrente alternada circula através da bobina L 1 (figura 17). Figura 17 Diagrama simplificado do oscilador Hartley paralelo O oscilador Hartley não usa bobina de realimentação, como é o caso do oscilador Armstrong. O Hartley é formado por uma bobina L, com uma derivação central que a divide em duas partes L 1 e L 2. A realimentação da saída para a entrada é aplicada no extremo inferior da bobina, sendo que entre os pontos 1 e 2 o sinal ficará defasado de 180 0 em relação ponto B. A bobina L em conjunto com o condensador variável forma o filtro que determina a freqüência de oscilação do circuito. A bobina L 1 mais o condensador C funciona como elo de realimentação da saída para a entrada. 13
O sinal de saída pode ser retirado através de um acoplamento indutivo com a bobina L ou através de R E, caso em que não será usado o condensador C E. 3) OSCILADOR COLPITTS Tem o mesmo princípio de funcionamento que o oscilador Hartley paralelo (figura 17), só que utiliza um divisor capacitivo ao invés de um indutivo. No oscilador Hartley a realimentação é retirada de uma derivação na bobina, enquanto que neste é retirada do ponto de junção dos dois capacitores. O sinal de saída é realimentado para a entrada através do condensador C 3 e aplicado ao extremo inferior da bobina L. O sinal aplicado no ponto C sofre rotação de fase de 180 0. Se o semiciclo é positivo no ponto C, é negativo no ponto A e vice-versa. O filtro que determina a freqüência do oscilador é formado por L em paralelo com o condensador equivalente de C 1 e C 2 em série. A realimentação é retirada do ponto B entre os dois condensadores (figura 18). A grande vantagem do oscilador Colpitts sobre os demais é a sua estabilidade em freqüência devido a variações de temperatura. Esta estabilidade ainda pode ser melhorada utilizando-se condensadores com compensação térmica. Para variarmos a freqüência, podemos fazer C 1 ou C 2 variáveis, desta forma o sinal de saída pode ser retirado tanto do emissor como do choque de RF, ligado em série com a fonte de alimentação Vcc. Figura 18 Diagrama simplificado do oscilador Colpitts Amplificador de FI O amplificador de FI tem a finalidade de amplificar e filtrar o sinal obtido pela mistura do sinal de RF, com o sinal do oscilador local. Ele é formado na realidade por dois amplificadores iguais e sintonizados ambos na freqüência central de FI (455 KHz) e tendo banda-passante de 10 KHz, isto é, 5KHz a mais ou a menos da freqüência central. Um esquema típico é mostrado na figura 19. 14
Figura 19 Esquema simplificado de um amplificador de FI Além de amplificar e filtrar o sinal, o amplificador de FI tem três outras características: Sensibilidade, Seletividade e Controle Automático de Ganho. A sensibilidade é definida como sendo a capacidade de receber sinais fracos e reproduzi-los com a mesma fidelidade dos sinais recebidos com maior intensidade. Ela também está relacionada com o ganho dos amplificadores e com o ruído gerado nos mesmos. Já a seletividade é definida como sendo a capacidade que o receptor tem de separar os sinais induzidos na antena, relacionando somente a freqüência desejada e rejeitando as demais. Essa rejeição é obtida nos amplificadores de FI pela sua banda estreita. Outro fator que influi na seletividade é a rejeição do sinal imagem. Ao sintonizarmos uma emissora, o sinal poderá ser recebido em três pontos diferentes do dial sendo: um ponto correspondente à freqüência central, outra à freqüência central acrescida do dobro do valor da freqüência de FI e finalmente, o ponto correspondente à freqüência central menos o dobro da freqüência de FI. Se o amplificador de FI tiver boa seletividade, estas duas freqüências imagens não serão amplificadas ficando situadas fora da banda-passante do amplificador. O amplificador de FI na realidade é formado por dois transistores montados em configuração emissor comum (figura 19), sendo o primeiro amplificador formado por T 2 e o segundo por T 3. O primeiro estágio vai desde o coletor de T 1 até o coletor de T 2. O segundo estágio vai do coletor de T 2 à entrada do detetor. Como filtro de FI é utilizado um transformador com relação 1:1, sendo o primário formado por L 1 com C 1 em paralelo e o secundário por L 2 com C 2 também em paralelo. Tanto o primário como o secundário formam circuitos ressonantes na freqüência de FI (455 KHz), veja a figura 20. Figura 20 Transformador de FI com primário e secundário sintonizador O secundário possui três terminais, sendo que a saída do meio é uma derivação com baixa impedância, de onde é retirado o sinal para ser aplicado às bases dos transistores T 2 e T 3, pois estando estes ligados em emissor comum, possuem baixa impedância de entrada. 15
Detetor O detetor possui três funções básicas: a) Demodular o sinal recebido pela antena, isto é, separar o sinal de áudio do sinal de RF da portadora. b) Selecionar a mensagem através do filtro passa-faixas e desviar a portadora para o chassis. c) Fornecer a tensão de controle para o Controle Automático de Ganho. Temos dois tipos diferentes de demoduladores, um para transistores tipo NPN e o outro para circuitos com transistores PNP. Na figura 21 temos um demodulador para transistores NPN e na figura 22 um demodulador para transistores PNP. Figura 21 Demodulador ou detetor de AM e CAG em rádio que usa transistores NPN Note que as principais diferenças entre os dois tipos é a posição do diodo, a polaridade da tensão de alimentação e tensão do CAG. Repare também a polaridade do sinal demodulado obtido na saída dos dois demoduladores. O diodo é principal elemento do demodulador. Dependendo de sua posição deixará passar um dos semiciclos da portadora, bloqueando o outro. No outro lado do diodo, no ponto B aparece uma tensão de RF pulsante, cujo envoltório corresponde ao sinal de áudio (mensagem transmitida). O filtro na saída do demodulador, formado por R 1, C 1 e C 2 é um filtro RC do tipo passa-baixas, com freqüência de corte em torno de 50 KHz. Nesse filtro são cortadas todas as freqüências acima dessa faixa, inclusive à portadora de 455 KHz. 16
Figura 22 Demodulador ou detetor de AM e CAG em rádio que usa transistores PNP Conforme mostra a figura 22, na saída do filtro, no ponto C temos um sinal de amplitude variável correspondente ao sinal modulante, variando somente do eixo zero para cima. Após o capacitor de acoplamento, o nível DC é bloqueado, restando somente o sinal AC que corresponde ao sinal de áudio. O potenciômetro P é usado como carga para o detetor e sua principal função consiste em variar o nível de sinal que será injetado no estágio seguinte, atuando portanto como potenciômetro de volume. Controle Automático de Ganho (CAG) A função do CAG é controlar o ganho de receptor automaticamente. Ao ouvirmos uma emissora de ondas médias localizada a grande distância do receptor, teremos na antena um sinal de baixa intensidade, podendo estar abaixo de 100 µv. Porém, se a emissora estiver próxima do receptor, o sinal poderá ser de 1 mv. Teríamos então uma reprodução com pequena amplitude no primeiro caso e com excessiva amplitude no segundo. Assim, quando o sinal recebido na antena é muito forte o CAG age no sentido de reduzir o ganho dos amplificadores. Quando o sinal recebido é fraco, o CAG age de modo a aumentar o ganho dos amplificadores, mantendo a saída constante. Para tanto, o sinal de RF presente no ponto B (saída do detetor) das figuras 21 e 22, é transformado em um nível CC variável, sendo realinhado para a entrada onde vai controlar o ganho dos amplificadores de RF e FI. Isso é mostrado em blocos na figura 23. Observe que o CAG é mais eficiente nos pontos onde o sinal de RF tem baixo nível, ou seja, no amplificador de RF e no primeiro amplificador de FI. Já no segundo amplificador de FI, a eficiência do CAG é menor, pois ali o sinal já sofreu diversas amplificações. 17
Amplificador de Áudio Figura 23 Pontos onde é aplicado o sinal do CAG O amplificador de áudio possui três funções básicas. a) Amplifica o sinal de áudio que aparece na saída do detetor, sinal que como vimos é de pequena amplitude. b) Converte a tensão de entrada em potência de saída, com nível suficiente para excitar o alto falante. c) Casa a impedância de saída do amplificador com a carga, que no caso será o alto-falante. O sinal de áudio na saída do detetor é de baixo nível, sendo normalmente da ordem de 10 mv. Para os rádios domésticos e mesmo para os usados por radioamadores, a potência de saída normalmente está na faixa de 1 a 5 W, que apresenta um nível razoável de áudio. Os amplificadores de potência de áudio podem ser formados por um único circuito integrado (para pequenas potências) ou por circuitos formados por componentes discretos, como por exemplo, usando dois transistores em par complementar, que formam um circuito simples e com ótimo desempenho. Figura 24 Amplificador de potência com par complementar e duas baterias Como desejamos retirar o sinal de saída de um ponto com baixa impedância (8 ohms por exemplo), usaremos como saída o ponto de junção dos dois emissores (ponto A da figura 24). Na figura 24 temos um exemplo de amplificador simplificado usando um par complementar. O circuito é alimentado por duas fontes separadas, Vcc 1 e Vcc 2. Na entrada do amplificador está ligado um gerador de áudio com uma forma de onda senoidal, que durante o semiciclo positivo irá fazer T 1 conduzir e T 2 entrar em corte. Com isso, irá circular uma corrente saindo do pólo positivo de Vcc 1, passando através de R L e da junção emissor-coletor de T 1, voltando ao pólo negativo. 18
Durante o semiciclo negativo, acontece o contrário, T 1 indo ao corte e T 2 passando a conduzir. Pelo fato de T 2 ser PNP, só conduzirá quando a base estiver negativa em relação ao emissor. Nestas condições, irá circular uma corrente do emissor para o coletor T 2 através de R L e voltando ao pólo negativo de Vcc 2. A corrente em R L aumenta em função do aumento da tensão do gerador de entrada e desse modo, a tensão criada em R L também é senoidal. Durante o semiciclo positivo, a corrente circula através de R L, indo do ponto A para o ponto B (figura 24), fazendo aparecer uma tensão AC sobre R L, sendo o ponto A positivo em relação ao ponto B. No semiciclo seguinte, a corrente circula em sentido contrário e, por sua vez, a tensão em R L terá polaridade contrária. Devemos notar que pelo fato do sinal ser retirado dos emissores, não haverá inversão de fase com relação ao sinal de entrada. Na figura 25 temos o esquema completo de um amplificador de áudio para pequena potência (da ordem de 2 W). O transistor T 1 funciona como amplificador de tensão, ou pré-amplificador. Nele o sinal de saída do detetor é inicialmente amplificado para um nível de tensão suficiente para excitar a base de T 2. O transistor T 2 tem a função de excitador ou driver, convertendo a variação de tensão em sua base, em variação de corrente no seu coletor, e excitando as bases de T 3 e T 4 que fornecem a potência de saída. Figura 25 Amplificador de áudio com par complementar O resistor ajustável R 3 ajusta a tensão de polarização a fim de que os transistores operem num mesmo ponto quiescente (em descanso), produzindo assim um ganho simétrico e evitando distorções por intermodulação cruzada (Cross-Over). Os diodos têm a função de estabilizar as tensões nas bases de T 3 e T 4 para fazê-los operar em classe AB ou B e funcionam também como estabilizadores térmicos, mantendo as correntes de base constantes. 19