MP0 : Galena

1. O que é um radio GALENA

O radio galena foi um dos primeiros radios usados no inicio dos anos 1900, recebia estações de Amplitude Modulada AM. Era um radio muito simples e facil de fazer, muito parecido com o que vamos descrever. O nome Galena vem do cristal de chumbo, que tem este nome e é um semicondutor (nem isolante nem condutor), no nosso radio usaremos diodos de silicio ou de germanio. A caracteristica mais interessante deste radio é que não utiliza energia eletrica de pilhas ou da rede eletrica. Atualmente na Europa existem diversos concursos com este tipo de radio, conhecidos como Crystal Set ou Crystal Radio, este concursos avaliam o desempenho dos radios concorrentes, pelo numero de estações recebidas por cada participante, em um determinado tempo. Estes radios possuem muita sofisticação e truques muito interessantes. Assim dá para ter uma ideia de como o radioamadorismo e a radioescuta são interessantes e abrangentes.

2 Fotos de minhas montagens de radios galena

fotos de um galena montado com transformador de força para casar a impedancia com fones comuns de baixa impedancia, note as derivações da bobina, selecionaveis com garras jacaré.

galena montado com bobina interna com soquete, transformador para fomnes de baixa impedancia e muitas derivações no secundario...

Galena montado como descrito nesta pagina

Outra montagem como descrito aqui.

3. Esquema eletrico

4. Teoria

O radio é uma forma de onda eletromagnetica, estas ondas tem um campo eletrico e um campo magnetico que se alternam muitas vezes por segundo, esta variação é conhecida como frequencia. A unidade de frequencia é o Hertz, em homenagem a um de seus descobridores. A velocidade destas ondas no espaço é de 300.000 km por segundo. As ondas eletromagneticas vão desde frequencias baixas até frequencias altissimas como a luz, raios X e raios gamma. Uma caracteristica da onda eletromagnetica é muito importante para o radio : é o COMPRIMENTO DE ONDA , ele é função da velocidade da onda e da frequencia comprimento de onda = velocidade/frequencia.

Para receber uma onda de radio é necessario uma antena, que deve ter um comprimento e altura apropriadas para funcionar corretamente. Geralmente as antenas possuem um comprimento fisico maior ou igual a meio comprimento de onda ou meia onda como são chamadas pelos radioamadores. Existem muitas formas e artificios para construção de antenas, como encurtar o comprimento fisico. Para nossa montagem devemos dizer que quanto maior o fio da antena e mais alta ele ficar é melhor. Assim apanhamos muitas ondas na nossa antena.

Nosso radio tambem necessita de outra parte importante para este tipo de radio que é o terra ou aterramento, não significa que devemos obrigatoriamente "plantar" um fio, os aterramentos são geralmente com fios enterrados, mas para nosso radio um fio de comprimento razoavel jogado no chão, já é suficiente.

Agora chegamos em uma parte importante do radio o CIRCUITO RESSONANTE, é um circuito eletrico onde selecionamos uma determinada frequencia, pois quando ligamos um radio, uma TV ou um celular ouvimos aquilo que queremos e não tudo que vem da antena, sons misturados. Como é feito isso ?

Para o radio o circuito ressonate é um indutor (bobina) com um capacitor. Não vamos aqui explicar o que é um capacitor ou um indutor, na internet tem muita materia sobre o assunto. Mas os dois tem uma caracteristica com um nome complicado REATANCIA (reatancia capacitiva - simbolo XC - é sempre positiva e reatancia indutiva - simbolo XL - é sempre negativa que são obtidos em função da frequencia e do valor do capacitor ou indutor) eles apresentam uma resistencia a passagem da onda eletromagnetica (no nosso caso), mas com um determinado valor do indutor e do capacitor uma frequencia ressoa . E quando isso acontece os valores das reatancias são iguais.

Saiba mais leia em http://pt.wikipedia.org/wiki/Reatancia

Assim vamos as formulas (quem não gosta de matematica pule isto rerere)

XC = 1 / (2* pi * F * C)

onde XC a reatancia capacitiva em Ohms, pi é 3,14..., F a frequencia em Hz e C o capacitor em Farad.

XL = 2 * pi * F * L

onde XL é a reatancia indutiva em Ohms e L o indutor em Henrie.

Como nossa bobina é fixa e o capacitor é o elemento que varia, tendo o valor minimo e maximo do capacitor, é possivel calcular (com as formulas acima) uma bobina em que o capacitor possa sintonizar desde a menor frequencia até a maior frequencia. para o calculo uso a media da frequencia e a media do valor do capacitor achando o valor da bobina. Eu uso uma planilha excel e os recursos que o PC e o software oferecem para facilitar os calculos, do valor da bobina e de como fazer a bobina tendo o diametro do tubo e o diametro do fio.

Para receber Ondas Medias OM, com a frequencia minima de 540Khz e a maxima de 1500kHz, com um capacitor de 270pF maximo e 28pF minimo é necessario uma bobina de 320µH.

Com os novos projetos mostraremos como usar a planilha para calculo de circuitos ressonantes.

Aqui vou fazer um aparte, em eletronica e especialmente em radio frequencia, temos um fator muito importante e um tanto complicado chama-se IMPEDANCIA. Caso ligarmos nossa antena diretamente a bobina teriamos uma diferença muito grande de impedancias e isso diminuiria a sensibilidade do nosso radio, depois de montado poderemos ver isso na pratica. Assim a antena deverá ser ligada a uma derivação da bobina de sintonia ou então a um outro enrolamento secundario, este artificio tecnico faz com que haja um acerto ou "casamento" de impedancias, em termos tecnicos o que faremos é um transformador de impedancias. No nosso caso o secundario tera 1/6 das voltas do primario. e esta relação de 6 ao quadrado será a relação de impedancias entre o primario e o secundario. Ou seja o primario tera uma impedancia 36 vezes maior que o secundario.

Depois do sinal sintonizado pelo circuito ressonante ele precisa ser detetado ou devemos tirar a radio frequencia (RF) e deixar somente o audio que nos interessa. Para fazer isso com um sinal de AM, é necessario um diodo apenas.

Para garantir que a radio frequencia (RF) seja eliminada, usaremos um capacitor com baixa reatancia em sinais de RF e razoavelmente alta reatancia em baixas frequencias (audio). Este capacitor fica após o diodo e esta ligado a terra, para desviar a RF ainda presente.

E finalmente para ouvir precisaremos de um transdutor de sinais eletricos audiveis para som mecanico. Ou seja um par de fones. Este fone não é muito simples, pois necessita ter uma caracteristica de sensibilidade a correntes baixas o que não é comum em fones comerciais que operam em equipamentos de potencia de som mais elevada ( e consequentemente corrente mais alta ). ( caso voce não saiba o que significa corrente e tensão eletrica é melhor procurar na internet para saber mais)

Caso voce conheça o valor da capacitancia maxima do variavel use esta tabela para saber o valor do indutor.

Caso voce não conheça o valor do capacitor variavel, use a bobina de 280 µH (variavel de 310pF).

Esta montagem é a inicial, sugerimos aos colegas novatos que iniciem por aqui.

1. Materiais necessarios :

1a. Para fazer a bobina (ler antes item 1g abaixo) :

Tubo plastico: pode ser tubo de PVC marrom, de água de 32mm externo ou de 40mm externo. Ainda servem tubos de plastico duro com diametro externo entre 25mm e 40mm (tubo de vitamina C efervecente de 1g), todos devem ter 70mm de comprimento.

Fio esmaltado AWG 26 a 34 (0,4mm a 0,16mm de diametro): obtido em, pequenos transformadores retirados de soquetes de lampadas economicas (FLC fluorescent compact lamp).

1b. Diodo

Diodo de germanio: este diodo é um dificil de obter (codigos 1N60, 1N80, AA117), é encontrado em radios AM, mas é possivel substituir por um diodo de silicio tipo 1N4148 facilmente encontrado em qualquer tipo de sucata eletronica.

1c. Capacitor variavel

Capacitor variavel : este item é dificl de encontrar em lojas, mas facilmente encotrado em radios AM/FM em sucatas. Tenho tambem uma boa quantidade destes capacitores é só entrar em contato comigo.

1d. Fone

Fone de ouvido deve ser de um tipo especial pois os fones miniatura não servem. A fonte mais segura e facil de encontrarmos um é com um telefone comum com teclas, o fone de ouvido deles serve muito bem. Outra fonte é com transdutor a cristal (buzzer), usado em capainhas de telefones de teclas.

Para que um buzzer funcione como fone é necessario colocar um resistor de 47k a 220k entre os terminais dele, como na foto

No canto esquerdo um fone antigo (reliquia - alemão - presente do py2xt TKS (ThanKS obrigado) OM (Old Man - homem) de alta impedancia. No canto direito em cima, um buzzer adaptado para funcionar como fone de cristal (ver detalhes abaixo na construção). Em baixo a esquerda e a direita fone retirado de telefone de impedancia media.

1d0. Capacitor de 10nF a 100nF (ou 103 a 104) este capacitor desvia a radio frequencia que ainda pode estar presente apos o diodo detetor. O material e tamanho dele (isolação) não são criticos. Voce encontra este capacitor tambem no soquete da lampada economica ou em qualquer sucata eletronica convencional.

1e. Antena

Fio encapado, antena.

1f. Opcionais

Plugues, base de madeira, conectores e caixa.

1g. Encurtando o caminho: caso vc consiga uma antena interna de radio com ferrite , fica dispensado do material da bobina (tubo e fio esmaltado). Esta antena ou bobina de quadro é encontrada em receptores AM ou AM/FM.

Voce tem que identificar as ligações que estão com fios pintados ou coloridos. identifique o inicio e fim de cada enrolamento usando um ohmimetro ou medidor de continuidade e ligue os dois inicios (memo lado e proximos) junto.

2. Como construir o radio :

2a. Bobina :

Caso voce não conseguiu uma bobina de ferrite, então voce deve providenciar um tubo platico de 25mm a 40mm de diametro por uns 70mm a 100mm de comprimento.

O fio voce encontra facilmente em soquetes de lampadas economicas :

Dessolde o transformador do circuito impresso. Veja foto abaixo (estes transformadores, das fotos abaixo, tem construção identica aos que precisamos mas o fio deles é grosso para o nosso uso).

Retire a fita plastica em volta do transformador.

Desmonte o nucleo de ferrite (este nucleo podera servir para montagem de transmissores futuros).

Geralmente ele não desmonta facilmente pois esta colado, com o auxilio do ferro de solda quente, aqueça a junta do nucleo colada.

Com o auxilio de um estilhete solte o nucleo, se quebrar não tem problema, pois ele é facil de ser encontrado.

Retire a fita plastica que protege o enrolamento

Precisaremos de 2 destes para enrolar nossa bobina. Mas é preciso medir o diametro do fio, para calcular a bobina desejada. Para isso devemos desenrolar um pouco do fio dos carreteis :

O fio sai todo enrugado

segure ele firme esticado e passe em uma madeira duas ou tres vezes, para ficar liso. (não passe em metais ou superficies muito duras para não remover a isolação).

O fio ficara liso

enrole 10 a 20 espiras, bem juntas, em um lapis ou tubo fino. (o diametro do tubo ou lapis não é importante). Use um pedaço de fita crepe para segurar o fio no inicio do enrolamnet e corte outra para usar no final. Importante voce deixar o enrolamento a vista para ser medido.

Eu enrolei 20 espiras (este fio é o correto, notem como ele é mais fino):

Meça com uma regua o comprimento do enrolamento. O meu tinha 5mm, então 5mm divididos por 20 (espiras) dá 0,4mm por espira, ou seja o diametro do fio é de 0,4mm. Com maior numero de espiras a nossa medida fica sempre mais precisa, mas 10 a 20 voltas já é o suficiente.

Tabela gerada no excell para uma bobina de 280µH, com diametro de 30mm e nosso fio de 0,40 necessitamos de 154 espiras.( fios mais grossos não servem pois dariam uma bobina muito comprida) Calcule quantos metros de fio necessitaremos ?

Resposta 14,5m ou seja precisamos de 2 transformadores (é bom ter mais um).

Caso voce queira calcular outra bobina pode usar minha planilha excell em anexo PLANILHA BOBINA

Vamos fazer nossa bobina:

1.Corte o tubo com 70 a 100mm de comprimento, passe uma lixa nas bordas para retirar as rebarbas.

2. Faça 6 furos menores que voce conseguir (voce pode esquentar um fio e derreter o plastico do tubo não use o soldador diretamente, caso vc queira com uma pequena sobra de fio de 20mm, voce estanha este pedaço onde o soldador vai encostar, e a outra ponte derrete o plastico), para passar um fio soldavel (sobra de componente cortada ex. resistor ou capacitor) os furos serão dois a dois de forma que o fio soldavel possa pssar pelos dois furos e torcido forme um terminal da bobina. Serão dois terminais do lado neutro da bobina separados entre si com 10 a 15mm e o outro com a distancia maior que o numero de espiras vezes o diametro do fio, no meu caso 154 voltas vezes 0,4mm, o que dá 62mm. É melhor colocar os terminais a 70mm separados, para ter espaço para trabalhar.

3. Tire o esmalte da ponta do fio (uns 4cm) com auxilio de uma lixa fina, cuidado para não quebrar o fio, o uso de estilhete ou faca encrua o fio e o torne duro e quebradiço. Enrole em um terminal sem soldar, (lado com dois terminais). Este sera o lado terra ou comum. Separe tres pedaços de fita crepe ou isolante. Enrole com muito cuidado o fio até ele terminar, e vá contando as voltas. Quando terminar o fio sera preciso emendar, dai cole o fio com fita crepe, para que não desenrole (cuidado senão voce perde todo o trabalho. Lixe a ponta dos fios e emende com solda, deixe uma fita crepe para proteger a emenda (eu exagerei...)

Enrole até completar o numero de voltas, fixe no terminal do outro lado, lixe e solde.

4. Sera necessario enrolar um outro enrolamento este de 1/6 das voltas do primeiro enrolamento (aproximadamente) no meu caso 154 / 6 = 25,6 voltas ou 25 voltas. Parta do mesmo ponto do primeiro enrolamento e enrole por cima do primeiro as voltas calculadas.

Na foto aparecem 3 cores de fios, onde duas são do enrolamento primario e a outra (menor a direita) do secundario.

Caso voce já tenha colecionado os componentes vamos montar:

Eu vou montar com SUCATA, pois consigo tudo no ferro velho....

Cortei um pedaço de madeira, peguei na sucata dois terminais de dois pontos com fixação por parafusos. Um servirá para antena e terra o outro para os fones e um capacitor variavel velho.

Colei com cola branca a bobina (rechei bem a parte interna inferior do tubo de cola), os dois terminais e o capacitor variavel.

resolvi montar dois prototipos, e vou colar o outro, este usa a bobina comercial com nucleo de ferrite, e dois conectores RCA para entrada de antena e saida de audio.

Depois de seco.

Vamos soldar

Vou soldar a entrada de antena com fio amarelo, ligando o terminal de antrada ao topo do secundario da bobina.

Os fios terra (3) são de cor branca e no esquema estão em preto, mas nos protortipos estão brancas. Soldar um fio terra entre o terminal terra da antena e o fio comum da bobina (onde estão os inicios de enrolamento). Soldar outro fio terra entre o terra da siada de audio e o fio comum da bobina. Soldar o ultimo fio entre a conexão terra do capacitor (terminal entre C1 / C2 ou terminal de carcaça).

Soldar o fio verde entre o topo do primerio da bobina (enrolamento maior) e o capacitor variavel (ligação C1 ou C2). Soldar o diodo neste mesmo ponto (lado do diodo sem a tarja preta - lista).

Soldar o lado tarjado (listrado) do diodo com fio azul ao terminal de saida de audio.

Soldar o capacitor entre os terminais de audio ( saida e terra).

Agora é só espetar a antena, ligar a um terra, este "terra" pode ser outra antena, um aparelho ou fonte (desligados mas ligados a rede eletrica) e ligar o fone.

Outra montagem

Com o meu consegui no maximo sintonizar 7 estações, mas é preciso variar a conexão terra por diversos pontos, para isso uso uma garra jacaré ligada ao "terra".

Veja o resultado no youtube, não ficou otimo pois não dá para gravar do fone http://youtu.be/CYspAhdMNek

Mas é possivel infinitas variações de ligações terra, antena e montar outra bobina com mais derivações no enrolamento secundario da antena. Montar um galena para ondas curtas ou até para FM.

Uma alteração simples é no capacitor variavel :

Voce pode soldar duas seções do capacitor variavel juntas para aumentar a capacitancia do capacitor, no capacitor tem as indicações C1, C2, Fc1 e Fc2. Ligue C1 com C2 (são as ligações do capacitor em AM) já Fc1 e Fc2 são de FM (deixar desligado).

São infinitas possiblidades ...

Até a proxima montagem

de py2ohh miguel