Radio AM e FM

ÍNDICE

PÁG

Introdução (Receptores super heterodinos)...................................................................................1

Princípio de Funcionamento do Rádio........................................................................................2; 3; 4 e 5

Circuito em bloco do recepter AM e FM-Stério.................................................................................6

Receptores FM....................................................................................................................................7

Circuito Eléctrico do Rádio FM-Stério...............................................................................................8

Circuito Eléctrico Completo do Rádio FM-Stério, AM (OC e OM)...................................................9

Circuito Integrado TA7378P...............................................................................................................9

Circuito Integrado TA8110A.............................................................................................................10

Circuito Integrado TA7343P..............................................................................................................11

Bibliografia.........................................................................................................................................12

Introdução

Receptor Super-Heteródino

É o tipo mais comum entre os receptores de freqüência modulada disponível comercialmente. Pode ser dividido nos blocos: Sintonia; Oscilador local; Misturador; Amplificador de F.I.; Detector; Amplificador de saída.

O sinal captado e sintonizado pelo receptor é misturado com um sinal gerado no oscilador local no misturador. O produto obtido no misturador é composto de dois sinais, resultado de um fenômeno conhecido como batimento. Um sinal tem freqüência que é soma das freqüências do sinal sintonizado e do sinal gerado localmente. O outro sinal, obtido do misturador, possui freqüência que é a diferênça entre a freqüência do sinal sintonizado e do sinal gerado localmente. Este sinal é o alvo de interesse nesta etapa.

O circuito de sintonia está acoplado ao oscilador local para que a freqüência do oscilador local varie com os diferentes sinais sintonizados de forma que o sinal de diferença caia sempre na mesma freqüência, normalmente 10,7 MHz nos rádios FM comerciais e 455KHz para AM. Esta frequência é chamada de F.I.(Freqüência Intermediária).

Amplificadores sintonizados amplificam o sinal de F.I. Na verdade, podem haver muitas etapas de amplificação de F.I. Depois de amplificado, o sinal de F.I. é levado à etapa de detecção onde o sinal de áudio é obtido e, então, é levado ao amplificador de saída.

Este tipo de receptor não necessita nenhum tipo de ajuste feito pelo usuário e possui ótima sensibilidade e ótima seletividade embora seja o mais complexo em relação aos receptores de conversão direta; o super-regenerativo.

Trabalho do 1º Grupo ESTE Pós Laboral 4ºAno – 2008Receptor de Rádio FM-Stério e AM (OC e OM)

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Princípio de funcionamento dum rádio

O sinal elétrico captado na antena do receptor tem apenas alguns microVolts e precisa ser amplificado cerca de 1 milhão (até uns 10 Volts) para excitar o alto-falante. O problema é que a amplificação dá mais ganho para frequências maiores e menos ganho para frequências menores. Por exemplo, uma estação com portadora 1500 KHz teria amplificação muito maior que outra estação de portadora 600 KHz.

A diferença de ganho na amplificação traria sérias dificuldades no projeto do receptor - de fato seria necessário um circuito amplificador para cada estação transmissora, o que tornaria o receptor caro e volumoso. A solução encontrada é converter qualquer portadora sintonizada a uma frequência intermediária - F. I. - e só então proceder à amplificação. Desta maneira o circuito amplificador é projetado somente para uma frequência - a F.I. - independente da frequência sintonizada. O receptor de Rádio que usa esta conversão a uma FI (todos os receptores modernos o fazem) é chamado super-heteródino.

Fig.1 Setores de receptor de rádio

Vemos assim que o sinal elétrico captado na antena passa por várias conversões de frequência até chegar ao alto- falante. Podemos dividir o receptor em quatro setores, conforme o valor destas frequências (figura 4-1): fonte de tensão, RF, FI, AF. Esta divisão tem importantes consequências em serviços práticos com receptores, já que para cada setor aplica-se diferentes instrumentos e técnica de análise.

O setor RF trabalha com frequência na faixa RF - de 535 KHz a 1605 KHz no AM/OM, de 1605 KHz a 30 MHz no AM/OC, de 88 MHz a 108 MHz no FM. O setor FI no AM, tanto OM quanto OC, converte todas as portadoras à frequência intermediária FI 455 KHz; no FM a FI é 10,7 MHz. O setor AF (áudio-frequência) opera com o sinal demodulado - isto é, descartada a portadora - na faixa de áudio de 20 Hz a 20 KHz. A fonte de tensão trabalha com a frequência da rede (60 Hz) ou tensão dc de pilhas.


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Todos os receptores de Rádio obedecem ao mesmo esquema de estágios - do radinho de pilhas a sofisticados "systems". O que os diferencia é a maneira de implementar tais estágios (qualidade e complexidade dos componentes do circuito), bem como a existência de funções especiais (controle de tom, estéreo, etc). A figura Fig. 2 apresenta o diagrama de blocos do esquema de receptores AM (tanto OC quanto OM).

Todos os circuitos do receptor são alimentados por tensão dc, principalmente na polarização de transistores. A fonte de tensão fornece esta alimentação, que é chamada B+ se for voltagem positiva ou B- em caso de voltagem negativa. Quando a fonte e composta por pilhas basta ligar seus dois pólos ao circuito - a corrente elétrica sai de seu polo positivo, percorre os vários estágios do receptor e volta ao polo negativo. Mas se a fonte é retirada da tensão ac da tomada de parede da rede pública de eletricidade é preciso um circuito que faça a conversão para dc (retificação ); após este circuito retificador a fonte se comporta como se fosse uma pilha.

A chave liga/desliga (ON/OFF) se localiza na fonte de tensão, cortando a ligação do seu polo negativo com o chassis do aparelho, o que corta o caminho de retorno da corrente elétrica, impedindo-a de circular. Em alguns projetos esta chave é mecanicamente acoplada com o controle de volume, embora não haja ligação elétrica entre ambos.

A antena é o primeiro elemento do receptor. No AM é um indutor dentro do gabinete (que nada tem a ver com a antena metálica telescópica do FM), geralmente um fio rosado enrolado em um bastão de ferrite. As ondas eletromagnéticas de todas as estações emissoras de Rádio (bem como outras ondas que estejam se propagando naquela região, inclusive de estações de TV) chegam simultaneamente até a antena e induzem nela seus sinais elétricos com as respectivas frequências e amplitudes.

Ao sintonizador competirá selecionar o sinal da estação de Rádio desejada, filtrando-o da antena para os estágios seguintes, enquanto bloqueia os demais sinais e não deixa que eles da antena sigam para os outros circuitos do receptor.

O sintonizador tem um capacitor de capacitância variável manualmente pelo controle sintonia (seletor de estações emissoras, manipulado pelo usuário). Juntamente com a antena este capacitor forma um circuito LC cuja frequência de resonância dependerá do valor da capacitância. O usuário ajusta o controle SINTONIA até captar a frequência portadora da estação desejada, cujo sinal sofrerá impedância mínima e atravessará o circuito LC, enquanto sinais de outras estações (portanto com frequências diferentes da ressonância) sofrerão alta impedância e serão atenuados a níveis de voltagem insignificantes (bloqueados).

O controle SINTONIA varia a capacitância não só do capacitor de sintonização como também do capacitor do oscilador local. Os circuitos do receptor são projetados de tal forma que ao selecionar uma emissora no sintonizador (pelo ajuste da capacitância no sintonizador) o oscilador local é automaticamente forçado (pelo ajuste simultâneo de sua capacitância) a oscilar 455 KHz acima da frequência portadora sintonizada. Assim o oscilador local está sempre gerando um sinal de amplitude constante ("CW- constant wave" onda constante) e frequência 455 KHz acima da portadora sintonizada. No esquema da figura Fig. 2 que entre os capacitores do sintonizador e do oscilador local existe uma linha pontilhada, indicando que entre ambos não há qualquer ligação elétrica - mas eles são mecanicamente acoplados - o mesmo eixo que varia capacitância do primeiro simultaneamente varia a


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capacitância do segundo. Neste eixo amarra-se uma cordinha que puxa o ponteiro do mostrador, cuja posição fica relacionada ao giro do eixo e portanto à frequência sintonizada. O usuário manipula o knob do eixo de sintonia enquanto visualmente acompanha o ponteiro mover-se no mostrador.

Fig. 3 Batimento no mixer (AM) Batimento no mixer (FM)

O mixer ("misturador") recebe do sintonizador o sinal da emissora, que é a portadora modulada AM. Recebe também a saída do oscilador local, que é o sinal CW na frequência 455 KHz acima da portadora. Quando os dois sinais se misturam no mixer (processo chamado BATIMENTO) o resultado é um sinal cuja frequência é a diferença entre eles e com a mesma modulação da portadora recebida do sintonizador (Fig.3):

Portadora modulada - (Portadora CW+455 KHz)= 455 KHz modulados

Em outras palavras a frequência portadora da estação sintonizada é convertida para a frequência intermediária (F.I.) de 455 KHz, mantendo a mesma modulação AM que recebeu na emissora. Ou ainda, o sinal da estação emissora passa a ter a frequência portadora de 455 KHz em substituição à sua portadora original. Em vista deste processo de conversão das frequências denomina-se conversor ao conjunto do mixer e oscilador local; na prática eles costumam ser implementados por um só transistor.

A saída do conversor é sempre 455 KHz (modulados AM) qualquer que seja a estação sintonizada. Com o sinal padronizado é possível projetar os circuitos do estágio seguinte - frequência intermediária - F.I. - com grande amplificação, elevando a potência do sinal até o nível necessário para demodulação . Como só há a frequência intermediária de 455 KHz (modulados AM) consegue-se facilmente eliminar sinais interferentes que têm outra frequência. Esta filtragem e amplificação na FI são realizadas em 2 ou 3 sub-estágios em sequência (cascata), os quais denominam-se 1ª FI, 2ª FI, 3ª FI.

O que temos na FI é a portadora (FI) 455 KHz, cujos picos de amplitude formam o envelope com formato semelhante ao sinal de áudio correspondente a informação de som - como a portadora é ac formam-se dois envelopes simétricos, um para amplitudes positivas e outro para negativas. O sinal FI aparece na entrada do detector de áudio (figura 4- 4a), que se encarregará de eliminar a portadora 455 KHz e deixar apenas um de seus envelopes (figura 4-4b), operação denominada detecção ou demodulação.

Os sinais das emissoras chegam à antena do receptor com níveis variados de voltagem, dependendo de fatores externos como potência de transmissão, distância entre emissora e receptor, etc. Como o circuito de FI é único para qualquer sintonização resultaria que o sinal de uma emissora com forte recepção chegaria com excessiva amplificação no detector de áudio, enquanto sinal de emissora com


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fraca recepção teria amplificação insuficiente. O A.G.C. ("automatic gain control", controle automático de ganho ; também denominado A.V.C. - "automatic volume control", controle automático de volume) controla o ganho da amplificação conforme o nível do sinal captado: a amplificação é pequena para sinais de emissoras fortes e grande para sinais de emissoras fracas, resultando no detector de áudio sempre o nível (padronizado) de 1 a 3 Volts pico-a-pico. Para executar esta tarefa o AGC extrai uma amostra do sinal no detector de áudio e conforme seu nível gera uma tensão dc que altera a amplificação no FI.

Em alguns projetos a amostra é extraída do pré-amplificador de áudio e pode também alterar o ganho da pequena amplificação inicial feita no sintonizador. O AGC e o detector de áudio podem ser considerados como pertencentes ao setor de áudio, embora estejam parcialmente com o FI.

Na saída do detector o sinal já está pronto para ser amplificado e excitar o alto-falante. O potenciômetro controle de volume é manipulado pelo usuário e ajusta o nível de voltagem desta saída, assim controlando a intensidade da corrente elétrica que excitará o alto-falante e por conseguinte o volume (altura) do som produzido no receptor. Veja que o AGC é independente deste controle, atuando só até o detector de áudio, que opera com nível padronizado de sinal e que nada tem a ver com o volume do som no alto- falante.

O pré-amplificador serve de buffer entre os estágios anteriores e a saída de maior potência para o alto-falante. Em alguns projetos ele é omitido. O amplificador de áudio faz a amplificação final do sinal, elevando a corrente elétrica a nível suficiente para excitar o alto-falante. Nestes dois últimos estágios não há qualquer alteração no formato do sinal, somente uma amplificação de sua potência.

O alto-falante é o último estágio do receptor. A corrente elétrica do amplificador atravessa seu indutor, provocando os efeitos eletromagnéticos que fazem sua membrana vibrar e criar ondas sonoras no ar em torno do receptor. A intensidade e a frequência da corrente elétrica são proporcionais à força e à frequência de vibrações da membrana, garantindo que as características elétricas do sinal (frequência, voltagem) serão retransformadas em características do som (frequência, altura).

NB: O funcionamento dos blocos FM são similares ao do AM.


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Cirtuito em Bloco do receptor AM e FM – Stério

Fig. 2 Diagrama em bloco do receptor AM e FM - Stério


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RECEPTORES FM

Um receptor FM, ou ainda rádio FM, consiste em um equipamento capaz de sintonizar, demodular e amplificar sinais modulados em freqüência.Existem, basicamente, três tipos de rádio FM : O receptor de Conversão Direta; o Super-Regenerativo; e o Super-Heteródino. Este último é o tipo normalmente disponível comercialmente.

O receptor FM-estéreo é semelhante ao monoaural até o demodulador (figura 17-8). Neste ponto são acrescentados estágios que separam (L+R), (L-R) e o piloto 19 KHz, misturando-os depois em uma matriz para se obter L e R puros. O controle separação de canais ajusta o nível de (L+R) para que ele seja misturado em doses certas com (L-R) na matriz. L e R são amplificados em amplificadores de áudio separados, cujas saídas excitam os respectivos alto-falantes L e R.

A saída do demodulador contém a faixa de 0 a 53 KHz, com sinais cujas amplitudes correspondem a (L+R) de 0 a 15 KHz, (L-R) de 23 KHz a 53 KHz e o piloto CW de 19 KHz. O filtro passa-baixo corta em 15 KHz e na sua saída teremos apenas (L+R), já que (L-R) e o piloto estão acima deste valor.

O filtro passa-banda deixa passar a banda de 23 KHz a 53 KHz contendo (L-R), eliminando (L+R) e o piloto que estão abaixo de 23 KHz. O trap ("armadilha") 19 KHz é ressonante nesta frequência e somente o piloto 19 KHz o atravessa. Desta forma os três elementos do sinal FM-estéreo são separados.

O piloto 19 KHz CW sincroniza um oscilador, fazendo-o produzir o sinal CW de 38 KHz na mesma fase do piloto e da portadora AM 38 KHz que havia sido suprimida na transmissão. Este sinal é misturado com a saída do filtro passa-baixo 23 KHz a 53 KHz, recompondo a portadora AM nas bandas laterais (L-R)+ e (L-R)-.

O sinal (L-R) havia modulado AM a portadora 38 KHz (suprimida), formando as bandas laterais (L-R)+ e (L-R)-. Depois de recomposto o sinal AM, com a reposição da portadora 38 KHz obtida do oscilador, é feita a demodulação AM com um detector positivo que recupera o envelope positivo (amplitudes positivas de L-R) e outro detector negativo que recupera o envelope negativo (amplitudes negativas de L-R). Assim obtém-se dois envelopes +(L-R) e -(L-R) iguais mas de fases opostas.

Na matriz (L+R), +(L-R) e -(L-R) são combinados para se obter L e R puros:

(L+R) + (L-R) = L (em dobro)(L+R) - (L-R) = R (em dobro)


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Circuito Eléctrico do rádio FM stério

Fig. 4 Circuito FM-estéreo

A figura 4 apresenta um circuito do estágio de separação de canais em um receptor FM-estéreo. Na verdade existe um grande número de tipos deste circuito, dependendo da marca do aparelho (mas todos eles seguirão o esquema básico e apresentarão o mesmo resultado - L e R separados).


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Circuito Eléctrico Completo do radio FM, AM (Ondas Curtas e Médias)


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Circuito Integrado TA7378P

Circuito Integrado TA8110AP


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Circuito Integrado TA7343P

Conclusão

Concluimos que o funcionamento de receptor AM e FM, difere somente na frequência.


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Bibliografia

Internet Página da Agência Nacional de Telecomunicações. Disponível em:http://www.anatel.org.br.

Farad Pauli, Física Básica, edicção 4, Magnetismo e Eletrecidade, 1930, EUP São Paulo – Brazil.

Material fornecido pelo docente.


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Radio AM e FM

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