Active RF Detector Probe

 Sonda Ativa Detectora de RF

Esta sonda foi copiada da revista Popular Electronics, e tem como função facilitar a medida relativa entre entrada e saída de amplificador de RF. As sondas normais funcionam bem em estágios de potências mais altas e algumas vezes, você pode ter uma ideia boa do nível de RF em watts se conhecer a resistência do circuito que está sendo feito a medição. Mas nesta, será só uma indicação se, por exemplo, o sinal na saída de coletor é maior que a de base, confirmando um ganho no circuito. 

Eu construí a sonda com um cabo coaxial e uma ponta de prova de multímetro. Um cano de antena de TV conectado na malha do cabo para isolamento.

Arquivos de montagem

Radio Regenerativo de Ondas Curtas de 6 Faixas

 

Eu consegui o esquema deste receptor regenerativo na internet. Ele foi desenvolvido pela T-Kit em 2012 com o nome de Ten-Tec 1253 e era vendido como kit de montagem. Constava de 9 faixas e tinha um seletor de bandas digital usando um 4017 e um botão que ia selecionando as bandas em sequência.

Os  Radios regenerativos são muito práticos e dominaram a década de 1920. São fáceis de construir e tem boa sensibilidade, mas apresentam uma série de deficiências: Instabilidade, sensibilidade excessiva, dificuldade em separar estações próximas (seletividade) e de produzir sons estranhos.  No entanto, a simplicidade do circuito regenerativo permanecia atraente para experimentadores e iniciantes.

A título de curiosidade, a principal diferença entre receptores regenerativos e super-regenerativos está na forma de como utilizam o ganho. O regenerativo usa feedback positivo para amplificar sinais, exigindo ajuste manual próximo à oscilação. O super-regenerativo utiliza uma "frequência" de apagamento (quench frequency) para forçar o circuito a oscilar e parar repetidamente, permitindo maior ganho com menos estabilidade.

Em 1930 foi desenvolvido o receptor super-heteródino que corrigiu todos estes problemas do regenerativos e se tornou o padrão do radio moderno.

Explicação do processo de regeneração:

Simplificando, um "detector" converte a energia de rádio de uma antena em energia de áudio, ou seja, um som que você pode ouvir. Um detector pode ser tão simples quanto um diodo de cristal, que é o coração do simples "rádio de cristal". . (Esse processo de detecção também é chamado de demodulação.)

Por si só, um detector pode interpretar ou demodular apenas sinais muito fortes, como uma estação de rádio AM próxima. No entanto, o processo de regeneração pode tornar um detector simples muito mais sensível, transformando-o em um "amplificador oscilante".

O circuito de regeneração realimenta repetidamente o sinal detectado de volta à entrada, o que aumenta sua intensidade centenas de vezes. Esse processo de realimentação deve ser cuidadosamente ajustado, o que é a função importante do controle de regeneração.

Funcionamento desta montagem:

Este receptor consiste em um amplificador de RF (Q1), um detector/oscilador "regenerativo" (Q2, Q3), um pré-amplificador (Q4) e um amplificador de áudio (U2). O regulador de tensão (U1) fornece 8V estável para todos os circuitos, exceto para Q4 e U2. O transistor Q5 fornece regulação de tensão adicional para o circuito de sintonia D1 e para o circuito detector/oscilador.  A comutação de banda é realizada por uma chave de 1 polo e 6 posições, que seleciona uma das 6 bobinas de seleção de banda (60, 49, 40, 31, 25 e 19 metros). A saída resultante de Q3 é um sinal de áudio de baixo nível que é amplificado por Q4 e entregue ao amplificador de áudio U2.

P1 ajusta o nível do sinal de RF da antena e deve ser posicionado conforme a antena que está sendo usada. Com uma antena pequena ele deve ser posicionado para o máximo, já com uma antena externa longa, ele deve ajustado para uma melhor recepção. O detector  regenerativo é extremamente sensível e pode ser sobrecarregado por sinais fortes a ponto  de o controle de ganho de RF se comportar mais como um controle de regeneração ou sintonia. Uma boa prática é girar P1 de volta ao ponto que ele pare de alterar a frequência de recepção.

Controle de Regeneração (P2)

Em Teoria, o controle de Regeneração do seu receptor ajusta o nível de feedback ou auto-oscilação da seção detectora (Q2). Com o controle totalmente para a esquerda, o receptor fica praticamente silencioso. A "regeneração" começa em um determinado ponto ao girar o controle no sentido horário. O ponto exato varia não apenas de banda para banda, mas também ao sintonizar dentro da mesma banda . A regeneração começa com um aumento audível no ruído de fundo, seguido por um chiado suave. O chiado, ou quaisquer sinais que possam estar na frequência desejada, aumenta à medida que você continua girando no sentido horário. Se você exagerar, o sinal fica distorcido e o receptor começa a oscilar, gerando apitos. Use sempre a quantidade mínima de regeneração para uma boa recepção. O melhor ajuste do controle de regeneração para um sinal AM é um pouco antes da regeneração (oscilação),  para ouvir CW, ajuste a regeneração um pouco mais e aparecerá o tom do CW e o mesmo acontecerá com a voz em SSB.

Ajuste da regeneração (P3)

Este potenciômetro seta o ponto certo do controle de regeneração. Para o ajuste, coloque o controle de regeneração (P2) na posição central e coloque P5 (trimpot) todo para a esquerda. Ajuste P5 devagar para a direita até aumentar o chiado ou começar apitos indicando inicio da regeneração.

Detalhes da instalação: 

Instale a chave de onda mais perto possível das bobinas e coloque os fios diretos sem cruzar com os outros para evitar interferência entre as bobinas (conforme foto acima).

A alimentação deve ser de 12Vdc máxima. Eu usei três baterias de lítio de 3,7V.

As frequências de recepção podem ser alteradas  facilmente, calculando a bobina para a recepção desejada e para isso, baixe o programa "Coil64" gratuito. Os capacitores em paralelo com as bobinas (C17, C19 e etc), ajustam a frequência correta. Por exemplo: se o calculo deu uma bobina de 12uH, você pode usar uma de 10uH e colocar um capacitor de alguns pFs em paralelo para ajustar  a banda requerida.

Eu montei o radio e fiquei muito satisfeito. Funcionou muito bem, com boa sensibilidade  e estabilidade. Vale a pena! 

Arquivos para montagem

CAG de Audio com FET BF245B

 

Um circuito de CAG consegue estabilizar o nível de saída de áudio independente da variação do sinal na entrada do circuito. Muito bom para controlar o nível de músicas em MP3 que são gravadas com níveis baixos ou alto demais.

Este circuito usa amplificadores operacionais de fácil acesso, como 741, TL072, MC4558, que são configurados para um ganho interno de 200 pelos resistores R7 e R3. Os resistores R1 e R2 fazem o divisor de tensão para polarizar o ampop no modo fonte única. O nível do sinal de saída é controlado pelo FET que está em paralelo com R4 e pelo sinal de saída do ampop que é retificado pelos diodos D1 e D2 e filtrado pelo capacitor eletrolítico C5 e injetado no gate. R5 e C5 tem a função de colocar o gate no nível de terra e fazer a constante de tempo para atuação do circuito de controle.

O sinal de entrada é feito via C6 e R6  e a impedância de entrada é dada pelo resistor R8. O sinal que chega na porta não inversora é dividido pelos resistores R6 e R4 que está em paralelo com o FET. Quando o FET está em corte, a divisão fica pela metade, mas quando ele está saturado, a resistência dreno-fonte fica muito baixa e, praticamente, anula o sinal que chega na porta do ampop. Se o nivel do sinal de entrada ficar dentro da faixa de controle do circuito, a saída vai permanecer estável, independente da variação do sinal de entrada. O sinal de saída do circuito é controlada pelo potenciômetro P1.

O FET é controlado porque o Source está ligado ao divisor  da tensão Vcc, e o gate está ligado no terra pelo resistor R5, portanto, Vgs vai ser igual a Vcc/2. Se Vcc for igual a 9V, Vgs será igual a 4,5V e esta tensão coloca o Fet em corte, deixando passar todo o sinal para a entrada do ampop. Se a tensão no gate começa a subir devido a um aumento no nível do sinal de entrada, a saída do ampop aumenta e o nível  da tensão retificada pelos diodos aumenta também.  A tensão de controle Vgs vai diminuir porque ela é uma diferença entre a tensão de Source e Gate (Vgs) e isso provoca um aumento da corrente no Fet. Este aumento será devido a diminuição da resistência Rds que está em paralelo com R4, forçando uma maior atenuação do nível do sinal de entrada.

Exemplo: Vd = 4,5V e Vg = 3V, logo Vgs = 4,5 - 3 = 1,5V. Lembre-se, quanto menor o Vgs, maior é a corrente Id até o Fet saturar. (Fet tipo N).

Na saída pode ser colocada a chave S1 que permite a inserção ou não do CAG. Um ponto importante de qualquer circuito com ampop é o capacitor C2 de 100nF que deve ficar bem próximo do terminal de alimentação do ampop para evitar ruídos.

Placa do circuito para montagem

Analizador de Distorção Harmônica (THD)

O QUE É THD E POR QUE ELA É IMPORTANTE?

Em um amplificador ideal, o sinal de saída deve ser uma cópia ampliada do sinal de entrada. No entanto, na prática, circuitos eletrônicos alteram a forma de onda do sinal, ou seja, eles distorcem a informação recebida. Existem diferentes formas de distorção, porém a principal delas é a distorção provocada pela não linearidade dos amplificadores, ou seja, uma relação de ganho entre entrada e saída que não é constante em todas as condições.

A falta de linearidade do amplificador introduz no espectro do sinal componentes harmônicas, ou seja, sinais cuja frequência são múltiplos inteiros do sinal de teste. Chamamos isso de distorção harmônica. A THD, ou Taxa de Distorção Harmônica Total, buscar medir essa distorção avaliando a energia dos harmônicos contra a energia do sinal fundamental (de teste). Quanto menor esse parâmetro, melhor a qualidade do amplificador.

Neste projeto foi usado um oscilador ponte de wien, devido a baixa taxa de distorção, um filtro Notch e um multímetro AC.  O oscilador é constituido pelo CI - IC-1, funcionando em 1Khz com uma pequena variação dada pelos potenciômetro P1. (faixa de 610 a 1280 Hz). A saída é ajustada em 500mv rms por P4.

O filtro Notch é construído usando o CI TL072 (IC-4)  e dá uma rejeição de 60dB em 950Hz. O medidor AC foi desenvolvido usando um TL081 (poderia ser um TL071) com controle de offset.

Neste projeto experimental foi medido inicialmente o sinal com uma montagem de um medidor de AC até 100Khz em um miliamperímetro. Mas o erro foi grande devido ao fato que a onda não é  senoidal perfeita e portanto, a leitura rms apresentava erros. Para corrigir isso, foi necessário que a medida fosse  feita por um multimetro True RMS.

Como é feita a medida

O aparelho tem um conector (J1) para saída do sinal do oscilador de 1Khz, que será conectado na entrada do amplificador em teste. A saída do amplificador é ligada nos bornes (J2) do sinal de entrada e tem um resistor  de 8 ohm x 25W fazendo a carga para o amplificador. 

Passe a chave SW1 para a função "Setar" e aumente o volume do amplificador para 3/4 do máximo,  ajuste o potenciômetro P6 (no painel) para uma leitura de 1.000mVrms no multimetro True rms conectado nos bornes DVM.

Passe a Chave SW1 para "Medir" e então o sinal do amplificador agora vai passar pelo filtro Notch que eliminará o sinal de 1Khz, deixando só os sinais dos harmônicos gerados. Ajuste o potenciômetro P1 (no Painel) para uma menor medida possível eliminando ao máximo o sinal de teste de 1Khz. Este sinal restante é a soma dos níveis dos harmônicos gerados no amplificador e será medido no multimetro True rms.

Com uma matemática simples, divida o valor dado  na posição "Medir" pelo valor dado na posição "Setar" e depois multiplique o valor dado por 100 para achar o resultado em porcentagem.

Exemplo: Posição SET -----> valor = 1.000mVrms

                 Posição Medir ---> valor = 12 mVrms

                 THD = (12mV/1000mV)*100 = 1,2%

No meu protótipo eu deixei o medidor AC porque a placa já estava pronta, mas não será necessário se for usado um multimetro True rms (maior precisão).

Detalhes

Os diodos dz1 e dz2 no oscilador é para estabilizar o nível de saída do oscilador. Com um osciloscópio, ajustar P3 para melhorar a forma da onda. O ajuste deve ser bem próximo de quando a oscilação se extingue.

No conector J2, onde entra o sinal vindo do amplificador, tem um atenuador ATT que diminui a tensão em 10x, caso se utilize um amplificador de maior potencia. Neste caso, coloque uma carga de maior potencia (R12).

Nos pinos de alimentação +/- dos CIs, coloque capacitores cerâmicos de 100nF para eliminar oscilações e ruídos.

                                                             Placa: 120 x 100 mm

 Arquivos do projeto

Carregador Bateria Chumbo-Ácido 12V - 7 A/H

 

Quando uma bateria é carregada somente até atingir a tensão de 14,4V, ela recebe uma carga de somente 70% do total. Os 30% restantes são completados por uma carga lenta de pico. Existem 3 estágios para uma carga boa que são: Fase 1 = Corrente constante, Fase 2 = Carga de pico e Fase 3 = Carga em flutuação. Este carregador que estou postando aqui executa estes 3 estágios. Ele é alimentado por uma fonte de 19 volts de um carregador de Notebook

Curva de Carga de Bateria de chumbo-ácido

Esquema do Carregador

                            

Este circuito usa um LM350 para controlar a tensão e corrente, e um LM358 para fazer o controle de carga. O regulador trabalha com a configuração usual de fonte de tensão ajustável e o Ampop como comparador de tensão. O transistor Q1 faz parte do circuito que vai controlar a corrente e a tensão de carga na saída para a bateria. A tensão máxima na saída do regulador será de 14,4V mais a queda em D1. Como D2 esta curto circuitado pelo contato do relé, ele não interfere na fase 1.

Fase 1: Quando a bateria está bem descarregada, ela drena uma quantidade maior de corrente do regulador e esta corrente precisa ser controlada no valor máximo de 0,1C, ou seja, um décimo da capacidade da bateria. Por exemplo, uma bateria de 7 A/H teria uma corrente de carga de 700mA. Quando em carga, a corrente que atravessa a bateria e o resistor R4 desenvolve uma queda de tensão neste resistor e quando esta tensão atinge 0,65V, o transistor Q1 começa a conduzir forçando a queda de tensão na saída do regulador. Esta queda é proporcional a corrente de carga da bateria, ou seja, ela mantém a corrente constante na bateria. O trimpot P1 ajusta a tensão na saída do regulador (Vcarga) e R4 regula a corrente máxima de carga da bateria (Icarga). Este resistor é calculado pela fórmula R=0,65/Icarga. Exemplo: Resistor de 1 ohms para Icarga de 0,7A ou 0,68 para de 1A. O diodo D1 é usado para evitar que a tensão da bateria force uma corrente em cima do LM350 quando a tensão de entrada no circuito seja desligada. Este circuito pode ser usado para carregar uma bateria com capacidade de 10 A/H, basta usar o regulador  LM350 e o resistor de 0,68 ohm em R4  que agora vai regular a corrente em 1A.

Fase 2: A medida que a bateria vai sendo carregada, a tensão na mesma vai subindo e a corrente drenada vai diminuindo até que a tensão atinja os 14,4 volts. Daí em diante a tensão de carga permanece fixa porque o transistor Q1 não atua mais. Esta corrente Icarga vai diminuindo e sendo comparada com a tensão de referência fornecida por R8, P2 e D3 no pino 6. Enquanto ela for maior que a referência, o pino 7 vai permanecer em nível alto, ligando o Led 2 "Carga" e mantém o relé desligado. O diodo zener D4 se faz necessário devido a que o LM358, quando em nível alto, sua saída fica 1,5 V menor que a tensão de alimentação e esta diferença acionaria o transistor Q2.

Esta fase 2 dura muito tempo, conforme o gráfico acima. A corrente mínima que provoca o corte da carga (Icorte) é 3% da capacidade da bateria e no caso de uma bateria de 7 A/H seria de 210 mA. Atingindo um valor menor que Vcorte, o comparador leva a saída para zero volts e liga o relé. O contato NF abre e insere o diodo D2 no circuito, provocando uma queda na tensão de saída de 0,7 volts na tensão de carga. 

Fase 3: Com a diminuição da tensão de carga para 13,7 volts, coloca a bateria na condição de flutuação fornecendo uma tensão constante e uma carga de reposição. O contato do relé NA agora liga o Led 1 indicando início da flutuação.

Detector de Metais PI-Russo Modificado - Análise de funcionameto

 

GERADOR DE PULSOS

Este artigo descreve o funcionameto do Detector de Metais PI-Russo, um dos mais usados pela facilidade de construção e de grande imunidade a interferências.  A desvantagem deste tipo de detector é o fato dele não discriminar o tipo de metal detectado. O gerador de pulso é típico em todos circuitos deste detector, ou seja, tem a função de gerar um pulso de alta potência na bobina rastreadora.

Uma bobina rastreadora deve ter uma indutância em torno de 350 a 450 uH e +/- 2 ohm de resistência dos fios. Uma bobina de 250 mm de diâmetro deve ter 22 espiras de fio 0,40 mm de diâmetro, uma resistência de 2,3 ohms e 380 uH de indutância. No final deste artigo vou deixar uma tabela de bobinas para vários diâmetros e formatos.

Gerador de pulsos

O gerador de pulsos utiliza um 555 como oscilador astável, gerando uma frequência entre 90 e 120 Hz e um pulso negativo com largura de 4% do período total. Para que este pulso possa chavear o mosfet que necessita de um pulso positivo, é usado o transistor T1 que faz a inversão. Os resistores R4 e R5 dividem este pulso, fornecendo uma tensão segura no gate do mosfet.

O pulso faz o mosfet saturar e carrega a bobina com uma corrente alta, limitada pela resistência da bobina. Esta corrente será alta, sendo dada pela tensão de alimentação dividida pela resistência da bobina, da resistência dos fios e a resistência de saturação do mosfet. Quando o mosfet abre o circuito, gera um pico de tensão enorme (Fcem), com mais de 900V. O resistor R6 colocado em paralelo com a bobina, reduz esta tensão para uns 300V. O mosfet escolhido deve ter uma tensão VDS bem maior para não queimar e também suportar uma corrente de pico de pelo menos uns 3,5 A.

Este pulso gera uma campo magnético que entra na terra e quando encontra uma metal, sofre uma deformação e retorna para a bobina. Como a tensão da bobina é muita alta para trabalhar com circuitos integrados, ela é reduzida pelo resistor R7 e os dois diodos em anti-paralelo D1 e D2. Este sinal grampeado é enviado para o ccto de tratamento do sinal pelo capacitor C5.

TRATAMENTO DO SINAL DE RETORNO

Tratamento do sinal de retorno capturado

Este sinal é amplificado pelo IC-2, passa pelos potenciômetros de ajustes e entram em IC-2 que funciona como um comparador. O capacitor C7 tem uma função importante no circuito, ele descarrega mais quando na proximidade com um metal e com isso, diminui a distância entre as tensão de comparação, causando o alargamento do pulso de saída. Ou seja, quanto mais próximo de um metal, mais largo será o pulso na saída e portanto, será ouvido mais clicks que são enviados ao alto falante. Na versão original deste detector você ouvira mais ou menos clicks no alto falante.

Modificação na saída para o alto falante

Nesta versão coloquei outro 555 (IC-3) funcionando como oscilador de áudio, cuja frequência pode variar de alguns hertz até uns 2.5 khz. A frequência é determinada pelos resistores R18, R19 e o transistor do opto-acoplador. Quando a bobina rastreadora está longe de algum metal, não vai aparecer pulsos na saída do comparador e o opto não será polarizado, portanto o oscilador não funciona. A medida que a bobina rastreadora se aproxima de um metal, os pulsos na saída do comparador vão alargando e o diodo do opto vai receber mais corrente, aumentando o acoplamento e diminuindo a resistência do seu transistor de saída. Isso aumenta a frequência do oscilador.

A fórmula da frequência do oscilador astável é F= [1,45 / (12k + Ropto + 2 x 27k) x 10nF].  Como se pode ver, o resistor do opto tem grande influencia na frequência. Quando o transistor do opto saturar, será atingido o maior valor de oscilação, por volta de 2.5 khz. Resumindo, quanto mais próximo de um metal a bobina rastreadora estiver, maior será a frequência de áudio no alto falante.

Sensor de bateria descarregada

O equipamento é alimentado por um conjunto de 3 baterias de Lítio 18650 que fornecem 11 volts. A tensão de 8,25V  indica que as baterias estão descarregadas. Foi utilizado um pequeno circuito com o TL431, usado no modo comparador para monitorar o estado das baterias. Os resistores R8 e R9 dividem esta tensão e quando ela for menor que 2,5V (Vref), apaga o Led

Alguns dados sobre detectores por pulso

Em geral pode-se dizer que a profundidade teórica máxima da detecção de uma bobina é de cinco vezes o seu diâmetro e o tamanho mínimo de um objeto detectado com uma bobina é cinco por cento do seu diâmetro. Então uma bobina com o diâmetro de 23cm alcançaria 1,15 metros e detectaria um objeto com um tamanho maior que 1,15cm, teoricamente.

Amostra do som ao aproximar de um metal

Um pouco de matemática

Exemplo:

Tensão de alimentação: 11V

Resistência da  bobina: 3,75 ohms (resistencia do fio, Ron do mosfet, fiação e etc)

Resistência de amortecimento:  R6 = 220 ohm

Ipico = 11/ 3,75 = 2,9A

Vcem = 2,9 x 220 ohm = 638 Volts (tensão gerada quando o mosfet abre)

Tabela para construção de bobinas

Cg.

Wattímetro de RF Analógico - 4,5 a 150Mhz

 

Resolvi montar este wattímetro analógico depois que ganhei este medidor da Honeywell de 100uA, com amortecimento de fundo de escala, que é um espetáculo, rs.

Ele mede potencia direta nas faixas de 10 e 50 W, e potência refletida (ROE).

A montagem é muito simples, e o mais trabalhoso é fazer a placa do detector. Mas quem já é craque em fazer PCB vai tirar de letra. Os diodos detectores 1N60, capacitores de filtros vão ficar nesta placa e os potenciômetros de ajustes, devem ficar numa placa separada.

Para o ajuste da potência será necessário um wattímetro confiável para usar como referência e uma carga de 50 ohms. Faça a montagem conforme a imagem acima. Entre com qualquer potência entre 1 a 10W e meça no wattímetro referência e depois meça neste aparelho na escala de 10W, ajustando o potenciômetro P1 para mostrar a mesma medida da referência. Depois repita esta operação entrando com qualquer entre 10 e 50W na escala de 50W e ajuste no potenciômetro P2. 

Para o ajuste da potência refletida é preciso ajustar P3 e P4 para mostrar a mesma leitura DC

.

Ajustar a potência direta: Use a montagem da figura 1 e entre com uma potência de 5W. Meça a tensão DC no terminal do meio do potenciômetro P3. Ajuste para 3/4 do valor máximo e anote o valor lido. Agora faça a montagem conforme a figura 2 usando a mesma potência de 5W.  Meça a tensão DC no terminal do meio do potenciômetro P4 e ajuste para a mesma leitura lida no terminal do meio de P3. 

Feito isso está calibrado o aparelho.

Fazendo uma leitura de Potencia Refletida: (Faça a montagem da fig. 1).

Passe a chave de modo para CAL. Ajuste no potenciômetro P5 para o ponteiro deslocar até o fim da escala. Agora coloque a chave em SWR e será medida a potencia refletida. O Potenciômetro P5 fica no painel do instrumento. Outra coisa, a variação do ponteiro em SWR não vai indicar uma potencia em watts, mas uma relação de medida entre a potencia direta e a refletida. Será necessário, então, uma escala de ROE, que vai indicar a relação entre a impedância da saída do Transmissor e a impedância da antena. Se forem bem próximas, o ROE vai ficar próximo de 1:1.1,  Rtx / Rant = 1. Por exemplo: se a antena está com 70 ohms e o transmissor com 50 ohms o ROE será 1:1.4 (70/50).

 

Esta placa tem 75 x 66 mm

 Arquivos para montagem

Wattimetro Analógico 50W