Desenvolvimento de Receptor Super RegenerativoExperimental Prof. Francisco Fambrini Faculdade de Engenharia Universidade Anhanguera – Pólo Santa Bárbara do Oeste José Maurício Muniz Leme JML Eletrônica Keywords: receiver, radio-frequency, super regenerative, seletivity, projects. Palavras-chave: receptor, rádio-frequência, super regenerativo, seletividade, projetos. RESUMO: Neste trabalho, os autores fazem uma revisão sobre a literatura disponível a respeito dos receptores de rádio chamados de “super regenerativos” que, devido a simplicidade de seus circuitos eletrônicos e sua sensibilidade, são largamente empregados mesmo nos dias de hoje como receptores de sistemas de rádio-controle, como por exemplo em abertura de portas de garagem, automação residencial, brinquedos rádio-controlados e alarmes de automóveis. Dois circuitos detetores super regenerativos foram montados em laboratório e seu desempenho foi avaliado, resultando numa análise pouco comum na literatura. O primeiro circuito foi sintonizado na frequência de 27 MHz (Faixa do Cidadão – PX) e o segundo em 118 a 136 MHz (VHF de aviação comercial). Ambos se mostraram muito sensíveis e adequados a finalidade a que se destinam, embora poucos seletivos, conforme prevê a teoria. Esse artigo descreve detalhes de construção dos dois modelos de receptores, bem como faz um análise de suas características elétricas, servindo de base para outros pesquisadores que desejarem estudar esses interessantes e úteis circuitos, que continuam atuais, apesar de existirem há quase 100 anos. although few selective. the authors present a review of the available literature regarding radio receivers called "super-regenerative" which. This article describes details of the construction of the two types of receivers. o que chamamos demodulação. fig-1. Frequência Modulada apareceria somente anos depois. Os primeiros receptores não tinham estágios de amplificação: o sinal de rádiofrequência (portadora) era captado pela antena e aplicado a um circuito ressonante (responsável pela sintonia da frequência) com um detetor de picos e fones de ouvido de altíssima impedância. which are still present.PX) and the second at 118 at 136 MHz (VHF commercial aviation radiocomunication). because of the simplicity of their electronic circuits and their sensitivity. toys and radio-controlled car alarm. The first circuit was tuned at 27 MHz (Citizen Band . such as in open garage doors. as the theory predicts. are widely used even today as receivers of radio-controlled systems. Um circuito muito popular no começo do século XX e final do século XIX era o “rádio a galena”. providing the basis for other researchers wishing to study these interesting and useful circuits. que é em geral de muito pequena intensidade. o qual não possuía nenhuma amplificação : .ABSTRACT In this paper. resulting in a non-common analysis in the literature. although they have existed for almost 100 years. INTRODUÇÃO: Um receptor de rádio-comunicações tem por função captar o sinal de RF (rádio-frequência) existente no espaço livre. O tipo de modulação era invariavelmente o AM (Amplitude Modulada)(ref-2). Precisa também eliminar sinais indesejáveis (filtragem) e detectar a informação existente nesse sinal. Both were very sensitive and suitable for the purpose intended. Two super regenerative detectors circuit were assembled in the laboratory and their performance was evaluated. and makes an analysis of their electrical characteristics.. frequentemente da ordem de microvolts por unidade de área. home automation. patenteando o receptor regenerativo em 1914. Os regenerativos se constituíram num grande avanço na topologia de circuitos de receptores de rádio. Como não existem circuitos amplificadores. contrariando toda a comunidade científica. inferiores a 10 MHz (ref-3). o sinal que aparece nos fones de ouvido é muito fraco e exige o emprego de antenas enormes e fones de ouvido de altíssima impedância. Fones magnéticos somente os de altíssima impedância (acima 50 Kohms ) podiam funcionar. Em 1912. Tal fone de ouvido deveria ser preferencialmente piezoelétrico. ao invés de usar um diodo (D1 no esquema acima) utilizava-se um cristal de galena (minério do qual se extrai o chumbo) para separar o sinal de áudio do sinal de RF. Lee De Forest manteve uma batalha jurídica contra Armstrong sobre a invenção do regenerativo. desta maneira reforçando sobremaneira a intensidade dos sinais captados. com o advento das válvulas triodo termoiônicas por Lee De Forest (também chamadas de “Audion”) . Armstrong suicidou-se em 1954 (ref-2). Em 1922. em 1934. Isso se constitui em um circuito oscilador de RF. Edwin Howard Armstrong desenvolveu o primeiro receptor com estágio de amplificação do sinal de RF presente na antena. até que. que seria o sistema receptor mais utilizado no mundo até os dias de hoje. sendo um aperfeiçoamento do primeiro. geralmente operando na sintonia de freqüências baixas. Armstrong inventou ainda o receptor super-heteródino. o mesmo Armstrong patenteou o receptor super regenerativo. . que é a base do detetor super regenerativo.Nos rádios a galena. a Suprema Corte dos Estados Unidos deu ganho de causa a Forest. Ele concluiu que parte da corrente de saída da placa da válvula podia ser alimentada de volta e sintonizada na sua grade . 4) Fig.Fig-1 .ref. . de origem alemã feito pela companhia NORA.Rádio receptor regenerativo. o que torna sua sintonia muito versátil.Diagrama elétrico de um receptor Super regenerativo a válvula Importância Atual: Modernamente. . robôs e walkie-talkies simples. os receptores super regenerativos voltaram a ter importância sobretudo em sistemas de rádio-controle de curto alcance como por exemplo: sistemas de controle remoto de abertura de portas de garagens. sobretudo devido a simplicidade de seus circuitos. como os circuitos patenteados do Armstrong (ref. (3) A figura–2 baixo ilustra um típico receptor super-regenerativo composto por uma única válvula. sensibilidade e pelo fato de possuírem uma ampla banda passante. brinquedos rádio-controlados. 2 . em 1923. Na foto acima. sugerido por Alan Yates. capaz de demodular sinais em FM (ref– 5). é apenas ilustrativo. Este exemplo não foi testado pelos autores. mostra-se outro diagrama de um receptor super regenerativo usando transistores de efeito de campo.Módulo receptor RLP-434 A. Ainda a título de exemplo. próprio para ser usado em conjunto com microcontroladores é mostrado na figura abaixo: Fig. é possível ver com clareza o trimmer. sintoniza em 433 MHz Esse tipo de módulo é vendido no comércio já pronto e costuma ser sintonizado na faixa de 433 MHz. cujo parafuso permite ajustar a frequência central Fo sintonizada (ref-14). . 3 .Um exemplo de módulo receptor super regenerativo fabricado pela RLP na Argentina. sendo bastante utilizado em receptores de controle remoto de alarmes de automóveis. Definição de Largura de Banda: É a largura. Considerando-se um circuito tanque sintonizado composto por um indutor de indutância L (dada em henries) e um capacitor de capacitância C (dada em farads) : A frequência de ressonância fo é dada em hertz. em função da pulsação angular Wo medida em rad/s por: Denomina-se Banda Passante de um sinal o intervalo de freqüências que compõem o sinal. Ou seja. medida em hertz. sem misturá-las. menos formal. A largura de banda de um filtro passa-faixa é a parte da resposta em frequência do filtro que está situada na faixa de 3dB da resposta na frequência central (valor de pico). da faixa de frequência para a qual a Transformada de Fourier do sinal é diferente de zero. Seletividade é a capacidade de separar estações com frequências muito próximas. Sensibilidade é a capacidade que o receptor tem de captar sinais fracos e estações distantes. é a que leva em conta a atenuação dos sinais nos extremos da Faixa. . Outra definição. ela é a diferença entre f2 e f1 em um filtro passa-faixa. A Largura de Banda desse sinal é o tamanho de sua banda passante.Conceitos: A qualidade de um receptor é determinada por sua Sensibilidade e Seletividade. a Largura de Banda (B) é igual a Frequência (F) sintonizada dividida pelo fator de mérito ( Q ) do circuito: B= F/Q . é a frequência de ressonância do circuito LC.Fc é a frequência central da banda passante. ou seja. B = f2 − f1 Sua Largura de Banda em radianos/segundo será : Largura de Banda em Hertz: O Fator Q (Fator de Mérito) : Para um único circuito LC paralelo sem realimentação regenerativa. varia-se também o valor de M. pois atua-se sobre o ganho do amplificador e consequentemente sobre Rneg.B: Largura de Banda Q: Fator de Mérito ou Fator de Qualidade do circuito tanque. o novo fator de de Qualidade será: Qreg = Z / (R − Rneg) Onde: Qreg : fator de Qualidade com realimentação Rneg : :resistência negativa A Taxa de Regeneração é M tal que: M = Qreg / Q = R / (R − Rneg) A estabilidade da amplificação depende do coeficiente M. Um receptor super-regenerativo possui realimentação positiva sobre o circuito tanque LC sintonizado. A Realimentação Positiva pode compensar as perdas de Energia causadas pela resistência R . Em nosso sistema experimental tal ajuste é feito através de um trim-pot e uma pequena compensação térmica é obtida com o uso da junção PN de um diodo de silício. responsável pelo amortecimento das oscilações sobre o circuito LC. Ainda : Q= Z/R Onde Z é a impedância Reativa do circuito tanque LC e R representa as perdas por resistência que se traduzem em energia degradada (térmica). teremos instabilidade que se traduz por um apito contínuo na saída de áudio. A tensão elétrica do sinal no circuito tanque é a tensão de RF presente na antena multiplicado pelo valor de Q. Esse problema pode ser resolvido através de algum controle de ganho introduzido no amplificador (melhor seria se fosse um Controle Automático de Ganho – CAG – como os implementados nos usuais receptores superheteródinos) – (ref-9). que por sua vez depende do coeficiente de Realimentação do circuito: se R – Rneg < Rneg. Variando-se a corrente de base do transistor Q1. Considerando-se agora a Realimentação. então tal realimentação pode ser expressa como sendo um “Resistência Negativa” (Rneg). . A teoria sobre osciladores de rádio frequencia é extensa e não será discutida nesse trabalho. O circuito do receptor de rádio é mostrado abaixo. N. são sugeridos dois circuitos práticos. 47. sendo a antena ligada ao enrolamento primário deste. O artigo original descrevia um simples “walkie-talkie” (transceptor sem fios) para comunicação entre dois pontos situados a pequena distância e operava na frequência central de 27 MHz. Tal enrolamento secundário foi montado de modo a possibilitar uma indutância igual a 2. Tecnicamente. Primeiro Circuito Este foi publicado originalmente pela Revista Nova Eletrônica. A bobina L1 é na realidade um transformador de RF com núcleo de ferrite. Para isso. recomenda-se a leitura das referências 10 e 13 Testes Práticos Neste artigo. é um oscilador do tipo Hartley. cujo sinal de áudio é retirado da derivação central da bobina L1 (ref-10). de Janeiro de 1981 (ref-8). ambos testados pelos autores em laboratório.Um receptor super regenerativo é na verdade um oscilador que opera na mesma frequência que se deseja receber. O acoplamento da antena é feito através de um pequeno transformador de RF. sem o amplificador de áudio. Essa indutância pode ser alterada mudando-se a posição do núcleo de ferrite da bobina. cujo enrolamento secundário é sintonizado na frequência de 27 MHz e possui uma tomada central (“center-tap”).2 uH para que em paralelo com o capacitor de 15 pF ressone na frequência desejada. . 5 mA (sem amplificador de áudio) Sensibilidade. Este primeiro circuito não possui ajuste de regeneração.. entretanto..... e foi ajustado para receber portadoras na frequência de aviação comercial....-8)..... 9 V Nominal Frequencia.... 118 a 136 MHz.................. acreditamos que a sensibilidade apresentada seja suficiente........... O ganho do transístor foi fixado pelos resistores de polarização ( R1..6 V (mudar os resistores de polarização) Largura de Banda............ mas os valores ótimos são de fato os mostrados no esquema... possuindo uma largura de Banda da ordem de 200 KHz....... e tomada na 6a espira... Muitas vezes as estações PX ficam misturadas devido a seletividade insuficiente para separar estações adjacentes...Foi construída com 12 espiras de fio esmaltado 32AWG em forma de plástico com o núcleo de ferrite montado internamente....................200 KHz Segundo Circuito Trata-se de um oscilador Clapp modificado (ver referência 10).... 1............ pois o circuito mostra ser capaz de receber sinais da amplitude igual a 25 uV presentes na sua antena........... Tal receptor é capaz de sintonizar diversas estações de Faixa do Cidadão (PX)...... pois possibilitam o funcionamento mais estável........ Foi desenvolvido pelos autores a partir de diversos receptores comerciais de controle remoto de portões de garagem......................... entretanto.... exatamente no meio........... foram experimentados em laboratório....... ......................... R2 e R3) e também pelos capacitores C1 e C2. ......... Como receptor de sistemas de rádio-controle. Seu esquema elétrico é mostrado na Figura.............4 : ..................... 27 MHz Corrente drenada.. O primário desta mesma bobina foi feito enrolando-se 3 espiras sobre o mesmo núcleo.. 25 microV para 100 mV na saída de áudio Minima tensão de operação ...... Outros valores.. Os valores experimentados são os mesmos sugeridos no artigo original (ref. Tensão de Alimentação....... .... 1 MHz .................. . ..........................30 microV para 100 mV na saída de áudio Minima tensão de operação ............................. 6..................................As características elétricas medidas nesse protótipo foram as seguintes: Tensão de Alimentação..5 mA máxima (sem amplificador) Sensibilidade. 118 a 136 MHz Corrente drenada....................... 9.......................................................6 Volts Largura de Banda............................ 5 mA Nominal.................6 V Nominal Frequencia................... 1 uH quando medidas com medidor de indutâncias apropriado.SP). Tal antena não deve ser maior do que um fio rígido de cerca de 50 cm de comprimento. L2 é enrolada sobre este mesmo tubo plástico de diâmetro 10 mm. devido ao desacoplamento de impedâncias no circuito tanque sintonizado. A bobina L2 é responsável pelo acoplamento com a antena. . A melhor maneira de ajustar este trim-pot é a seguinte: quando sintoniza-se alguma comunicação de avião. Caso tal indutor não seja encontrado no comércio.Nos testes de bancada. O transistor Q1 deverá ser obrigatoriamente um BF 199 ou PE210-d da Philco. Um problema inerente aos receptores super-regenerativos é a emissão de radiação de RF pelo próprio receptor (EMI – Eletromagnetic Interference ). Antenas maiores (mais longas) podem gerar maior instabilidade de funcionamento no receptor. Calibra-se o protótipo usando um gerador de RF em 127 MHz. A bobina L1 forma. A indutância de L1 ficou em torno de 0. porem L1 é feita com apenas 2 espiras do mesmo fio. Foram feitas experiências com um transístor BF494 em substituição ao BF199. uma bobina com cerca 20 espiras de fio 32 AWG enrolada sobre um pequeno núcleo de ferrite deverá funcionar da mesma maneira. porque a frequência é alta (136 MHz) e a fibra de vidro é o material ideal pois possui alta rigidez dielétrica em altas frequências (VHF e UHF). juntamente com o capacitor ajustável (“trimmer”) C7 o circuito tanque sintonizável LC paralelo descrito anteriormente e é responsável pela frequência central da banda passante sintonizada. ajustar para melhor qualidade de recepção.sontag. mas este segundo não mais é fabricado. Usou-se uma pequena placa de fibra de vidro para montar o circuito. As bobinas L1 e L2 são enroladas formando um pequeno “transformador de RF”. XRF1 é um “reator de RF “ de indutância 22 uH (no protótipo foi utilizado da marca SONTAG: www.br ). L1 é feita com 3 espiras de fio 17 AWG em forma plástica de 10 mm de diâmetro (sem núcleo de ferrite. proporcionando uma indutância dessa ordem.com. usou-se núcleo de ar). que é típica das transmissões de aeronaves comerciais. o circuito mostrou-se muito sensível para captar transmissões de rádios VHF de aviação comercial (consegue-se captar transmissões de aviões da TAM e da Gol na cidade de Bragança Paulista e também comunicações oriundas de aeronaves que se aproximam do Aeroporto de Viracopos em Campinas . Os capacitores devem ser todos cerâmicos tipo disco exceto C4 que é do tipo eletrolítico.5 uH e de L2 em torno de 0. o próprio circuito do receptor oscila na frequência recebida e irradia através de sua antena esse sinal. o qual pode eventualmente causar EMI nos equipamentos eletrônicos próximos. mas a sensibilidade foi muito inferior (o ganho do BF494 é bem menor do que do BF199) exigindo-se talvez mudanças nos resistores de polarização de base. o que limita o uso desse tipo de receptor. Para isso basta calibrar o trimmer de 1-10 pF para frequencia de 127 MHz. Não aconselha-se placa de fenolite. O trim-pot TP1 deve ser ajustado para máxima sensibilidade sem apitos (auto-oscilação na faixa audível). De fato. Figura 5 – Diagrama Elétrico do amplificador de áudio sugerido . possibilitando assim um teste “auditivo” do funcionamento do receptor. Para este receptor funcionar. uma vez que a função de XRF1 é propiciar uma elevada impedância para o sinal de RF e uma baixa impedância para as frequências de áudio. Um pequeno alto-falante de 8 ohms pode ser acionado com facilidade com este amplificador. O potenciômetro de 10K é o controle de volume do receptor. Este amplificador é clássico e não se apresenta o esquema elétrico nesse trabalho por se tratar de um circuito muito comum. tal valor de indutância poderá variar sem que haja mudanças no desempenho do receptor. Hoje em dia. podendo ser alimentado com bateria de 9Volts ou mesmo com 6 Volts oriundos de quatro pilhas associadas em série. Naquela época (1996) era dificil se conseguir circuitos integrados como o LM386 da National em locais afastados dos grandes centros urbanos. O datasheet do amplificador com LM386 é citado na referência-1. um BC337 e um BC327. é necessário ainda um pequeno amplificador de áudio (a entrada deste amplificador deverá estar acoplada na “Saída de áudio” do detetor superregenerativo).Conforme já foi dito. O LM386 é um circuito integrado barato e extremamente eficiente para esta função. aconselha-se fortemente que se construa um pequeno amplificador de áudio com LM386 para amplificar o sinal de saida deste detetor super regenerativo. No protótipo foi construído um pequeno amplificador com 4 transistores: dois BC548. entretanto. http://en.vk2zay.datasheetcatalog.html 4) Wikipedia. Revista Eletrônica Popular. Circuitos elétricos. esse desconhecido II”. 11) Burian Jr Yaro. Osciladores.net/article/1 6) Philips components. Charles ARRL Handbook. Érica. enciclopédia on line. Ed.html 2) Falcão.pdf 7) Revista Nova Eletrônica . 6.pro. Revista Eléctron N. página na internet. 14) Comunicación inalámbrica. "Receptor Super-Regenerativo para 27 MHz". 9) Cavalcanti. Um walkie-talkie sem fios. magnéticos e teoria eletromagnética. Ed.org/wiki/Regenerative_circuit 5) Kitchen ..php/ ANEXOS : LISTA DE MATERIAL ELETRÔNICO RELATIVA AOS CIRCUITOS PROPOSTOS . Serra . Editora Almeida Neves.org/datasheet/philips/BF199_CNV_2. maio/junho de 1979.com.. .com/pf/LM/LM386. http://fazano.ucontrol. 12) Boylestad Robert .br/port09.wikipedia. datasheet do Amplificador LM386.pdf 3) Fazano. 10) Burian Jr Yaro. http://www.ar/wiki/index. José Pinto F. 1992. Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos. Osciladores Eletrônicos. datasheet do transístor BF199 www. José Antonio D. 8 ed. 2006. N1TEV. página 41. 47. Nashelsky Louis .REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1) National co.ist. 1972. . . n.pt/set2004/pdf/teoricas_cap0. http://www.national. página na internet. pagina 22. 1 ed. Josir. Janeiro de 1981 8) A. 1963. http://falcao. Prentice Hall. Rio de Janeiro.utl. 13) Sobrinho. Carvalho. site na rede: http://www. “O Receptor. resistor de carbono 1/8 w 47 ohms. capacitor eletrolítico 3.9 K. capacitor poliéster metalizado Indutor de 0. capacitor cerâmico disco ou plate 330 pF. comprimento sugerido 50 cm Placa de circuito impresso em fibra de vidro . capacitor cerâmico disco 10 nF. capacitor ajustável trimmer 150 pF. capacitor cerâmico disco 4. Si.5 uH com fator de mérito proximo de 100 Indutor de 0. pequenos sinais Resistor 10 K . ANEXO-2 LISTA DE MATERIAL . 1/8 w Resistor 120K . resistor de carbono 1/8 w 10 K.c.7 uF.7 nF capacitor cerâmico tipo disco 27 pF capacitor cerâmico tipo disco 15 pF capacitor cerâmico tipo disco 4. capacitor cerâmico disco 10 nF. 1/8 w Resistor 15K . capacitor eletrolítico Bobina sintonizada com primário e secundário. capacitor eletrolítico 220 uF. 16V. 1/8 w Resistor 39 K.7 nF capacitor cerâmico tipo disco 1 uF.6 K.2 uH Bateria ou fonte de 9 volts d. capacitor cerâmico disco 1-10 pF. resistor de carbono 1/8 w 5.circuito 1 Q1 R1 R2 R3 R4 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 L1 B1 Transístor BF 494 . 1/8 w Resistor 1K . capacitor cerâmico disco 100 nF. indutância do secundário = 2. resistor de carbono 1/8 w 4.ANEXO-1 LISTA DE MATERIAL . 1/8 w Trim-pot linear 47K miniatura 22 nF.circuito 2 Q1 D1 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 VR1 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 L1 L2 XRF1 B1 Antena PCB Transístor BF199 (Philips-Ibrape) ou PE-210d (Philco) Diodo 1N4148.1 uH acoplado a L1 através de núcleo de ar Indutor sontag (choque) de 22 uH ou valor próximo Bateria de 9 Volts ou fonte de alimentação estabilizada nesse valor Monopólo vertical de ¼ onda.3 pF.7 nF capacitor cerâmico tipo disco 4. 1/8 w Resistor 1K .Philips 3. 1/8 w Resistor 100 ohms .