Transmissor de FM - Oscilador Veronica

Veronica é o nome de um projeto PLL disponível na internet. Eu trago nesta postagem seu VCO que tem uma topologia muito interessante: ele usa 4 transistores BF494 como oscilador tendo uma estabilidade muito grande.


 

O projeto original pode ser encontrado aqui:

Retirei do original somente a parte do oscilador, deixando disponível entrada para o áudio, para a tensão do PLL, uma saída de amostra de volta para o PLL e a saída final de RF.

O circuito PLL é demasiadamente grande conforme possível conferir no link acima. Então eu elaborei a placa somente para o oscilador com o fim de conhecer o funcionamento do mesmo.

O esquema foi desenhado no Cadsoft Eagle e pode ser conferido na imagem acima.

Em breve arquivo para montagem estará disponível em PDF.


(Continua...)

Dos transmissorzinhos de revista a um estável PLL

Um pouco de História

Transmissores de FM são uma paixão que vem da adolescência. Na metade dos anos 90 um funcionário de uma eletrônica de rádio e TV de meu tio montava pequenos osciladores com o BF494 e um microfone de eletreto, transmitindo sua voz para os carros da rua, tudo com peças de sucata. As vezes ele entrava na frequência das rádios comerciais e falava no som do carro arrancando risadas das pessoas. Quando eu vi isso pensei: fui fisgado! Eu tinha que fazer aquilo também. Ouvir a própria voz em um rádio longe de você foi uma experiência fascinante.

Por tabela, para montar esse simples projetinhos acaba-se aprendendo muito de eletrônica, ensinamentos que se leva para a vida toda.

Os circuitos que ele montava eram simples como o da imagem abaixo.

Circuito popular nas revistas

Assim que eu comecei a montar esses pequenos transmissores eu procurava variações do mesmo. Foi quando encontrei o seguinte projeto, um transmissor de FM com 3 transistores BC548 para amplificar o som de um microfone de eletreto. Funcionava muitíssimo bem. A imagem seguinte é a foto desse transmissor que eu montei na época.

Pequeno transmissor que montei, já com alguma prática.

A foto acima, que eu tirei bem agora, usa 3 transistores BC548 que da um ótimo áudio para o microfone de eletreto. Eu montava dezenas desses circuitos.

Para quem quiser se aventurar o esquema é esse abaixo

No fim dos anos 90 era muito difícil conseguir informações sobre o assunto sem a internet e portanto tudo era muito limitado. As revistas de eletrônica disponibilizavam circuitos simples, por vezes defeituosos e sem circuitos para estabilizar a frequência transmitida, e as pessoas que tinham algum conhecimento os guardavam para si.


A imagem abaixo tem uma história bem curiosa. É um esquema que eu achei em uma revista e que me dava esperança de transmitir músicas para além dos limites de minha casa.

Tentei montar esse transmissor sem sucesso

São 4 transistores 2N2218 que eu consegui com muito custo. Faltava então desenhar e corroer a placa de circuito impresso. Só que na época eu não sabia que tinha esse negócio de "corroer placa", então o que eu fiz foi transferir o desenho para a placa, com um lápis e papel carbono e o cobre que deveria ser removido com ácido eu o fiz com uma serrinha de arco de serra para separar as trilhas e com uma espécie de chave de fenda eu arrancava o cobre não usado. Aquele meu colega técnico de eletrônica, quando viu aquilo começou a rir sem parar. Depois de alguns minutos rindo ele me disse como era a maneira correta de fazer. Mas ai faltava pouco para remover o resto. 😅😅😂😂

Acontece que quando eu montei esse circuito a primeira coisa que aconteceu foi o trimpot de volume pegar fogo. Se você analisar o esquema irá notar que o +vcc do circuito passa pelo diodo varicap via bobina tanque chegando até esse trimpot de volume. Fora isso ele era muito instável, sem filtros e com bobinas difíceis de fazer na época.

Mas nessa época, me lembro que alguém no meu bairro transmitia músicas em um TX que eu ouvia no meu receiver e a transmissão tinha um som alto e claro e a qualidade do áudio era muito boa. Eu buscava uma transmissão como aquela e minha busca por projetos era incessante.

A próxima imagem é do primeiro transmissor que eu consegui transmitir para mais de 500 metros.

Ele usa dois transistores BD135 em contra-fase na saída.

O engraçado é que montei a antena plano-terra com ferros para armação de construção. Depois de alguns dias transmitindo meus amigos reclamavam que o sinal estava chegando muito franco. Chequei tudo no transmissor, refiz ajustes várias vezes até descobrir que o problema era a antena que estava com seus elementos oxidados (tinha que ser de alumínio). kkkk

Outra curiosidade engraçada, que me veio a cabeça agora, é que ele era muito instável na frequência de operação. Eu usava esse transmissor para transmitir musicas para amigos do bairro, nas madrugadas, mas assim que eu o colocava no ar, o transistor oscilador ia aquecendo e a frequência ia variando junto. Depois de uns 5 minutos a coisa dava uma estabilizada. Nesse tempo eu tinha que ficar com uma chave no trimmer corrigindo isso até que um dia eu tive a ideia de que assim que eu ligasse o transmissor, eu aqueceria o transistor oscilador com um isqueiro, ou seja, já ligava o TX na frequência certa. Tudo bem, podem rir.😂😂

Meu amigo Wagner Perez, que morava a uma quadra de casa, foi meu parceiro em boa parte dessas histórias.

Depois desse transmissor acima eu comecei a conhecer algumas pessoas que me falaram sobre o termo PLL. Me disseram que era um circuito que corrigia essa variação de frequência. A partir de então comecei a procurar por projetos PLL pois queria estabilidade na frequência.


Em 1999 eu tive contato pela primeira vez com um transmissor de verdade, e esse sim era um PLL! Ele era caseiro com algumas placas industriais, porém completo e muito bem montado. Foi a inspiração para tentar fazer um para mim. Fiz uma filmagem desse transmissor como recordação.

Em destaque o PLL. Possivelmente com o CI MC145151.

Essas imagens eu fiz com uma filmadora VHS que tinha na época (1999) pois eu não tinha máquina fotográfica

Já no ano 2000, agora sim com a ajuda da internet, e sabendo um pouco o que era o tal PLL, comecei a procurar por essa termo e um dos primeiros projetos PLL que achei foi um com o circuito integrado MC145151 e o 74F160. O site do projeto tinha além do diagrama, fotos e um longo texto. Decidi investir nele. Visitando parentes em SP, fui até a Sta. Ifigênia garimpar os integrados e consegui achar os dois. Em casa, desenhei a placa de circuito impresso usando o Paint do Windows ME (quem não tem cão caça com gato). Eu nunca consegui colocar esse circuito para funcionar pois depois de monta-lo eu descobri que o site de onde eu fiz o download não disponibilizava a tabela de frequência.

Nota: recentemente, em 2021, eu encontrei a tabela de troca de frequência e consegui colocar esse circuito para funcionar. Com um conhecimento relativamente maior eu estudei bem o circuito e elaborei corretamente uma placa. Como você pode ver no esquemático abaixo, a chave Dip Switch não está enumerada de 1 a 10, então eu tive que descobrir isso.

Circuito original

Mas voltando, para fazer o desenho da placa, eu desenhava um componente no Paint e imprimia na impressora, aí eu checava para saber se o desenho no papel impresso batia com o tamanho do componente.

Placa desenhada no Paint

Mas na época eu montei e ele não funcionou. Eu tinha todas as peças na mão e um circuito que não funcionava. Que angústia.

A imagem abaixo mostra a última placa que eu fiz na tentativa de colocar esse circuito para funcionar, sem sucesso. Usei no oscilador o integrado MC1648

2017

Tempos depois achei um outro projeto PLL que fazia uso do CI oscilador MC1648 e outros como o B553, 4011 e 4024. O site também tinha um texto bem explicado. Eu não investia minha energia em esquemas apenas. Meu conhecimento era muito pequeno para arriscar em projetos que poderiam ser uma furada e eu também não tinha dinheiro para isso. Mas esse projeto era bem detalhado e eu resolvi investir nele também. Encomendei os componentes e os recebi pelo correio, inclusive transistores e varicaps. Agradeço minha vozinha por essa ajuda😄.

Depois de montado liguei o transmissor e ele funcionou de primeira! Frequência travada e transmissor operando em 104,5MHz. Com esse projeto funcionando, pude apreciar o circuito PLL e conhecer seu funcionamento. Mas esse projeto tinha uma coisa muito desagradável: é que para cada frequência de operação eu teria que usar um cristal diferente. Era uma mistura de alegria e decepção ao mesmo tempo pois praticamente todos os valores de cristais não eram comerciais. Mesmo assim, nesse projeto eu pude aprender sobre as vantagens de um PLL e a qualidade em modular um transmissor com diodos varicaps.

Este é o esquema muito divulgado na internet

Abaixo fotos desse transmissor que eu montei. A estética não era lá grande coisa, mas eu estava no começo. Com exceção dos CIs, varicaps e Transistores de potência, o restante dos componentes era de sucata.

Foto dele montado

No site, o projetista disponibilizou o projeto em placas separadas, parte de RF + PLL. Nessa época eu já inovava e não via motivos para não juntar tudo em uma placa só. Não só fiz isso como adicionei mais 2 transistores como amplificador de RF. Eu só comprava o que não conseguia tirar de sucatas.

Parte do PLL

Parte do Oscilador com o MC1648

Essa decepção em não ter um PLL que eu pudesse trocar a frequência a vontade, me manteve longe dos transmissores por anos. Nesse meio tempo minha relação com eletrônica se resumia a fontes de alimentação, áudio e vídeo, circuitos simples e principalmente como técnico de máquinas no meu trabalho.

Só fui contaminado pelo vírus de RF novamente anos depois, mais precisamente em 2009. Nesse ano voltei a garimpar por circuito e descobri o site do Francisco Filho. Nesse site ele disponibiliza um circuito que faz uso do PLL MC145152 e o prescaler MC12017. Não apenas disponibiliza o projeto como também faz uma excelente descrição do funcionamento do mesmo além de ensinar como são os cálculos para se fazer a troca de frequência.

Link do site aqui.

Dos muitos sites que eu garimpava o dele era o melhor, o mais bem detalhado e explicado e por isso teve meu crédito. Nessa época eu já encontrava inúmeros projetos de PLL na internet mas não sabia identificar no esquema se eram funcionais ou não, e a maioria dos projetos eram gringos. Então, descobrir um site tão detalhado e em português foi algo que eu considerei muito.
Por telefone comecei a procurar esses CIs, que na verdade já eram bem obsoletos e na época paguei cerca de 40 reais em cada um (MC145152 & MC12017), fora as demais peças. A internet já estava muito bem encaminhada nessa época, mas eu não encontrava esses CIs em lojas virtuais, por isso tinha que pesquisar por telefone.

Com todos os componentes em mãos e cerca de 100 reais mais pobre, comecei a desenhar a placa. Por força dessa nova empreitada conheci o Software Cadsoft Eagle, programa para elaboração profissional de layouts de circuito impresso. Aprender a usar o software por si só já era um trabalho enorme... mas a internet estava ai, com explicações bem ruins na ocasião mas que me ajudou a "sair do zero" com o programa.

Um dos primeiros desenhos que fiz com o programa

Assim que a placa foi elabora e revisada inúmeras vezes era hora de desenhar e corroer a mesma.

Eu não esperava que depois de montada a placa funcionasse de primeira e não funcionou. Que dizer, o oscilador oscilava, tinha um bom áudio mas a frequência não travava. Eu ainda não tinha assimilado o funcionamento e nem sabia por onde procurar o erro. As únicas ferramentas que eu tinha a disposição era um multímetro, um "farejador de RF" e meu Receiver Gradiente.

Farejador de RF é um simples equipamento feito com um micro-amperímetro (galvonômetro), um diodo de germânio e um choque de RF. Sua finalidade é de detectar a presença de RF na faixa de FM.

Detector ou farejador de RF

Meu Receiver Gradiente, companheiro de anos

Depois de dias tentando por o transmissor para funcionar tive a ideia de contatar o projetista de onde tirei o circuito por ele disponibilizado. Sem muitas esperanças fiz contato por e-mail que para minha surpresa ele respondeu prontamente. Ainda tenho os emails salvos.
Dotado de muita simpatia ele foi me dando algumas dicas, o que me ajudou muito. Dois dias depois o LED indicador de "elo perdido" ou PLL destravado apagou, indicando PLL TRAVADO. Dei aquele grito de alegria, afinal, vinha tentando fazer um PLL  a uns 10 anos.😃😃😃

Agora sim eu tinha um PLL que funcionava e que eu podia trocar a frequência a vontade.

Essa é uma das primeiras placas que fiz

Era uma placa grande, com os componentes esparramados e um pouco feia. Não parece muito com a primeira foto desse post (kkkk). O projetista tinha disponibilizado apenas o esquemático e eu tive que me virar com o desenho da placa. Como era um protótipo eu não me importei muito com isso.

Com ele funcionando eu testava a troca de frequência. Não existia uma tabela pronta. O que existia eram cálculos para chegar ao código binário.

Depois de conseguir trocar a frequência algumas vezes (para ter a certeza de eu estava calculando certo) eu tentei adicionar transistores de potência. No projeto original só tinha o oscilador, mas eu não conseguia amplificar o oscilador sem matar o sinal de RF. O oscilador gerava um sinal extremamente fraco e eu me atrapalhava nessa parte. Eu também nunca tinha trabalhado com o transistor MPF102, que é um FET e gerava um sinal extremamente fraco.

Como eu tinha alguma prática com os BF494, troquei o oscilador original por um com esse transistor e obtive mais potência nessa parte. Com um oscilador mais potente eu conseguia amplificar esse sinal.
Posteriormente eu voltei a usar o MPF102 pois descobri que ele era mais vantajoso e também comecei a perceber uma grande quantidade de circuitos profissionais usando FET no VCO.

Tempos depois e com a prática eu fui assimilando o funcionamento do circuito e fui fazendo aperfeiçoamentos (eu fazia uma placa atrás da outra) conseguindo uma boa estabilidade de funcionamento e uma placa muito menor. Nessa fase eu também comecei a investir em placas de dupla face para fazer um plano terra na face superior e melhorar a estabilidade, sempre em fibra de vidro. Também voltei a usar o transistor FET MPF102, pois ele tinha vantagens em cima do BF494 e era mais fácil de polarizar.

Por default, o MC145152 acende o LED somente quando o PLL perde o lock. Eu inverti isso fazendo o LED acender quando o PLL estivesse travado. Para isso adicionei um segundo BC548 para o chaveamento do LED.

Minha menor placa com 7cm x 8cm

Conforme eu usava o circuito fui percebendo quatro defeitos:


1. O PLL travava mas não na frequência correta. Por exemplo, ao invés de travar em 95,7MHz o circuito travava em 95,689MHz;

2. A portadora tinha um apito de fundo, facilmente perceptível quando eu transmitia o sinal sem música;

Solução dos problemas

1. O primeiro problema eu descobri depois que adquiri um frequencímetro de mão. Mesmo ajustando o trimmer junto do cristal, a frequência nunca chegava na correta. Resolvi o problema modificando a maneira como o projetista colocou o cristal de referência para oscilar no CI PLL e passei a usar a forma tradicional usada na grande maioria dos projetos encontrados na internet, cristal diretamente em paralelo com os pinos 26 e 27:

Coloquei o cristal diretamente nos pinos 26 e 27 do CI

Meu frequencímetro de mão que funciona muito bem

2. O segundo problema e o mais demorado deles para resolver (levei mais de ano...) foi o problema de um "apito" que a portadora tinha. Parecia um som de Flyback das Tvs antigas ou o sinal agudo de uma TV sem programação. Não importava quantas vezes eu desenhava e montava o circuito esse apito estava sempre presente na portadora, facilmente perceptível quando não se transmitia música. Foi quando, certa vez,  eu percebi que ao isolar o circuito PLL do oscilador, ou seja, com o oscilador livre, esse problema sumia. Então o problema estava no PLL e não no VCO. Bem, sem mais delongas, a causa do defeito era a maneira como o CI MC12017 era alimentado.

O projetista alimentou o circuito integrado MC12017 com +9V e fez via um resistor de 220R no pino 8 do CI. Acontece que o CI pode ser alimentador tanto pelo pino 8 como pelo pino 7 sendo quem um deles é um regulador interno. Pesquisando circuitos diversos fiz como a grande maioria e uni os dois pinos para a alimentação (pino 7+8) e o alimentei com +5V direto. PROBLEMA RESOLVIDO!

Depois de muitas montagens por hobby, percebi que um circuito PLL completo e de qualidade em uma placa muito pequena não era vantajoso. Como eu uso componentes comuns, ou seja, resistores de 1/4 e nada de SMDs, a montagem manual era muito trabalhosa e os setores de RF ficavam espremidos. Então comecei a aumentar um pouco o tamanho da placa. Eu também investia em formas de acrescentar um pré-ênfase no áudio, que é um circuito para reforçar as frequências mais altas (agudas).

O tamanho da placa também era necessário pois eu queria que o circuito soltasse de 1 a 2w de potência, então eu precisava empregar transistores para chegar com eficiência e estabilidade a essa potência. Foi então que ao desenhar a placa eu cheguei ao tamanho de mais ou menos 12x13cm e então eu arredondei o tamanho final para 15x15cm, que é um tamanho de uma placa PCI vendida comercialmente em uma de minhas lojas preferidas.

Placa de 15cm x 15cm

A placa acima mostra minha primeira placa com excelente funcionamento e que eu não tinha mais correções significativas para fazer. Orgulho de ter conseguido. Só eu sei o trabalho que tive para chegar nisso, praticamente sozinho, sem curso em eletrônica e sem ajuda alguma de alguém ao meu lado.

Mas eu não me dava por satisfeito. Sempre tive um tipo de inquietação e uma vontade de inovar. Então eu topei o desafio de juntar a essa placa um outro circuito, um gerador de estéreo e assim ficou:

Essa placa é de aproximadamente 15cm x 25cm

Esse gerador de estéreo é baseado no circuito integrado chaveador 4066 e usa um crista de 4.864MHz. O projeto ainda conta com dois VUs com o CI LM3915.

Não só fiz essa placa como todo o processo foi manual e desenhado na caneta específica (retroprojetora) e corroído no ácido.

Desenhando a placa

Placa corroída

Começo da montagem - Oscilador em teste

Dentro do gabinete

Esse circuito acima foi para dentro de um gabinete montado exclusivamente para esse projeto.

Frente do gabinete em finalização na época

Uma coisa que sempre me incomodou em circuitos com CIs é a quantidade de jumpers. Então eu passei algumas trilhas por entre os terminais do integrado MC145152 para não ter que colocar esses jumpers.

E nesse meio tempo também montei um transmissor de 25W.
Para colocar esse equipamento no ar se faz necessário outras ferramentas de teste e ajuste como um medidor de ROE e um Wattímetro, além de uma antena decente. Como não disponho dessas ferramentas, que encarecem muito o hobby, existe um grande risco da queima do transistor de saída e interferências. Portanto, o transmissor de 25W montei somente por montar, nunca coloquei no ar.

Visão superior do TX de 25W

PA de 25W no detalhe. Transistor 2N6082 comprado em 2000

Outro ponto de vista

Parte da frente do gabinete, que agora está "encostado" sem uso

Um outro teste que fiz foi tentar montar o transmissor totalmente linear e não em ângulo como na placa de 15x15cm. Um amigo me disse que tecnicamente dessa forma o circuito tem um comportamento muito melhor e assim eu topei o desafio. O resultado foi uma placa de 11cm x 30cm.

11cm x 30cm

É estupenda a qualidade e estabilidade desse circuito que praticamente usa componentes comuns. Com exceção dos integrados MC145152, MC12017 e os componentes de filtro entre o PLL e o VCO (que são calculados), todo o restante dos componentes admitem equivalências.

A ideia agora é fazer a mesma placa usando o Integrado MC1648 como oscilador. Tenho 2 peças aqui faz mais de 15 anos e vou dar uma utilidade para elas. Diz o manual que ele tem uma pureza espectral muito grande.

Projeto com o MC1648

Bem, acho que é só isso. Espero que tenham se divertido com essa história e que de alguma forma ela tenha lhe trazido lembranças das suas também.

Minha vontade agora é disponibilizar um projeto de fácil construção e deixa-lo à disposição por aqui. Aguardem.


Aquele abraço.


PS: hoje construo transmissores com os integrados MC145151DW2 + LB3500. Entre em contato pelo e-mail rafael_reali@hotmail.com