SUMÁRIO INTRODUÇÃO 3 OBJETIVOS 4 REVISÃO TEÓRICA 4 ESQUEMA DO CIRCUITO 4 BOBINA E CAPACITORES 5 CAPACITÂNCIA EQUIVALENTE 6 DIODOS 6 INDUTÂNCIA 6 METODOLOGIA 7 MONTAGEM DOS ELEMENTOS 7 CÁLCULOS 11 CAPACITORES EM PARALELO 11 ÁREA DA SEÇÃO TRANSVERSAL 11 FAIXA DE FREQUÊNCIA DE OPERAÇÃO DO RÁDIO 11 RESULTADOS 12 REFERÊNCIAS 14

INTRODUÇÃO Tendo sua primeira aparição em 1906, quando Henry. H. C. Dunwoody, um coronel do exército dos Estados Unidos, patenteou o detector de cristal. Ele consistia em um pedaço de galena (sulfeto de chumbo natural), que era ligado a uma antena através de um arame fino (bigode de gato). Todo o som que era transmitido pelo transmissor e captado pela antena, passava pelo cristal e era escutado através de um par de fones de ouvido. As frequências emitidas eram selecionadas no cristal ou pedra de galena, bastando apenas que se movesse a agulha. Os primeiros radioescutas do mundo todo, inclusive os brasileiros nas décadas de 20 e 30, conheceram as audições radiofônicas através das galenas, receptores elementares, na maioria de fabrico caseiro. Esse tipo de rádio é extremamente simples e, não precisando de corrente para alimentá-lo, ele era muito usado em locais onde não se dispunha de energia elétrica ou outra forma de tensão. Foi muito usado durante a guerra pelos soldados, devido ao seu pequeno tamanho, bastando esticar um fio com 20 ou 30 metros para se captar estações situadas a milhares de quilômetros de distância. Uma quantidade enorme de ondas eletromagnéticas pode ser captada por um receptor elétrico simples e reproduzida por um fone de ouvido, utilizando-se apenas a energia que elas mesmas transportam. Mais tarde, surgiram os alto-falantes que, por sua vez, eram cornetas de som, no mesmo estilo das antigas grafonolas e, posteriormente, embutidos nos receptores. Mesmo em anos mais recentes, a "Galena" continuou a ser um receptor muito apreciado por todos que se iniciavam na radioeletricidade, na escuta, ou não tinham dinheiro para adquirir um rádio. Um dos pontos mais interessantes no funcionamento do rádio é o fato de que a teoria que explica o seu funcionamento é basicamente a mesma que ilustra a transmissão e recepção de rádio e TV como nos dias atuais.

OBJETIVOS O projeto de um rádio Galena tem por finalidade colocar em prática conhecimentos que foram adquiridos no curso de Física 3, tais como o conhecimento sobre capacitores, indutância, circuito LC e resistência.

REVISÃO TEÓRICA

ESQUEMA DO CIRCUITO O rádio que montaremos tem basicamente a mesma estrutura dos rádios de galena tradicionais, mas com alguns “melhoramentos” que são possíveis hoje pela disponibilidade de componentes baratos e de fácil obtenção. Por exemplo, no nosso caso, usaremos um diodo de germânio como detector, em lugar do cristal de galena. Com ele obtemos maior sensibilidade, além da facilidade de operação, pois o cristal antigo precisava ser tocado experimentalmente com um fiozinho denominado “bigode de gato”, até que o ponto sensível fosse encontrado, operação que exigia muito cuidado e paciência. Segue abaixo a ilustração do esquema básico de um rádio de galena.

Figura 1: Esquema básico do rádio.

O a figura 1 está dividida em 2 blocos. O primeiro bloco, chamado de “Sintonizador”. A frequência de sintonização é dada pela fórmula:

Hertz
Equação 1 O segundo bloco é formado pelo demodulador de AM que consiste de um retificador de altas frequências formado pelo Diodo de Germânio D1 associado com um filtro Passa-Baixa. Hertz
Equação 2 No caso do rádio construído pelo grupo, foi utilizado um indutor variável, então não foi utilizado o capacitor variável.

BOBINA E CAPACITORES Abaixo, segue o esquema da bobina construída:

Figura 2: Detalhe da montagem da bobina. A bobina que irá sintonizar a radiofrequência desejada, juntamente com o capacitor C1 (que no projeto é formado por dois capacitores de 200 pF e 27 pF ligados em paralelo). Os dois formam um circuito ressonante, sendo a bobina (indutor) variável, assim podendo ser sintonizado frequências na faixa de banda AM. A frequência de ressonância é dada pela fórmula: Hertz
Equação 3 O capacitor C2 possui 100 pF e sua finalidade é filtras o sinal. É o chamado filtro passa-baixa, que filtras as altas frequências. Sua fórmula de frequência de corte já foi apresentada anteriormente (Equação 2).

CAPACITÂNCIA EQUIVALENTE Também chamado de condensador, ele é um dispositivo de circuito elétrico que tem como função armazenar cargas elétricas e consequente energia eletrostática, ou elétrica. Ele é constituído de duas peças condutoras que são chamadas de armaduras. Entre essas armaduras existe um material que é chamado de dielétrico. Dielétrico é uma substância isolante que possui alta capacidade de resistência ao fluxo de corrente elétrica. A capacitância de um capacitor pode ser calculada pela razão da carga (Q) do capacitor acumulada pela sua diferença de potencial elétrico (V) entre suas armaduras. É expressa por:

Equação 4 Os capacitores também podem ser associados visando uma capacitância específica. As associações são constituídas de duas maneiras: em série e em paralelo.
Em série:

Equação 5

Em paralelo:

Equação 6
DIODOS
Os diodos estão presentes em muitos dos circuitos eletrônicos e seu funcionamento é muito simples. No rádio sua função é de retificar a corrente, ou seja, deixar a corrente passar em um sentido e bloquear em outro. É necessário identificar os terminais do diodo, pois possuem anodo e catodo. O catodo geralmente é marcado com um anel pintado.

INDUTÂNCIA O valor da indutância apresentada em um circuito depende de muitos fatores, como por exemplo: comprimento e disposição dos condutores. O valor da indutância de uma bobina é determinado pelo tamanho e formato da mesma, número de espiras e o material de que é feito o núcleo. O espaçamento entre as espiras da bobina também influi no valor da indutância. A fórmula que permite calcular a indutância de uma bobina é:
L= 1,257 ×N2×A108 × m Henry
Equação 4
Onde:
L: indutância, em henry (H).
N: quantidade de espiras (número puro). m: comprimento da bobina, em milímetros (mm).
A: área da espira, em milímetros quadrados (mm²). As bobinas de uma camada com núcleo de ar são construídas com as espiras enroladas lado a lado, sobre um tubo de material não magnético.

METODOLOGIA

MONTAGEM DOS ELEMENTOS

BOBINA OU INDUTOR Foi necessário um pedaço de tubo de PVC com 3,5 cm de diâmetro e 15 cm de comprimento. Para enrolar a bobina, foi utilizado fio de cobre esmaltado com número AWG 22. Foi deixado um espaço de mais ou menos 2,5 centímetros de cada lado do tubo e então o cobre foi enrolado. Para enrolar, foi seguido a regra de que as voltas devem ficar bem próximas uma da outra, e uma volta não pode passar por cima da outra. Deixou-se sobrar de cada lado entre oito e dez centímetros de fio. Foi então lixado o esmalte das extremidades do fio que sai do início e do fim da bobina.

Figura 1: Bobina ou indutor.
ANTENA
Para a antena, foi utilizado o mesmo fio de cobre AWG 22, com aproximadamente 50 m de comprimento, e para o teste ele foi esticado a partir do terceiro andar do bloco C da UTFPR até próximo a região da biblioteca, para a melhor obtenção das ondas. Ela é conectada no rádio com a utilização de um jacaré, que é ligado na bobina.

Figura 2: Antena.

Figura 3: Jacaré utilizado para conectar a antena na bobina.

SINTONIA O tamanho da bobina está relacionado com a frequência da estação de rádio que queremos ouvir. O diodo de germânio não está preso a uma ponta ou outra da bobina, mas pode mover-se entre as suas extremidades. Como o fio que foi utilizado na bobina é esmaltado, é necessário remover o esmalte de uma faixa horizontal dela para que seja possível estabelecer o contato com cada uma das espiras. Para isso, foi utilizado uma lixa fina, o esmalte deve sair e expor o metal.

CAPACITOR C2 O capacitor C2 é um capacitor de 101 pF, e foi ligado ao cátodo do diodo e ao terra do circuito, e em paralelo com a saída para o fone. Sua função é dar um curto no sinal de alta frequência da transmissora de rádio, que transporta o sinal de rádio ouvido no fone. Esse capacitor é utilizado pois costuma dar mais eficiência ao circuito e colaborar para uma melhor sintonia.

Figura 4: Capacitor C2 ligado em paralelo à saída do fone.

TERRA O aterramento do circuito é realizado pelo contato do terminal inferior da bobina ao solo.

Figura 5: Terra.

CAPACITOR C1 Em alguns rádios, utiliza-se como C1 um capacitor variável, porém como no rádio construído foi utilizada indutância variável, foram utilizados dois capacitores em paralelo de 220 e 27 pF (capacitância equivalente de 247 pF). O capacitor forma, juntamente com a bobina, um circuito ressonante.

Figura 6: Capacitor C1 (Capacitores em paralelo).
FONE
O fone, como dito anteriormente, foi ligado em paralelo com o capacitor C2 (101 pF), através de uma saída P2, soldada no fio.

Figura 7: Saída P2.

CÁLCULOS
C1 = 250 pF
Diâmetro = 3,50 cm
Raio = 1,75 cm
Comprimento = 7 cm

CAPACITORES EM PARALELO Foi necessário colocar dois capacitores em paralelo para que a capacitância de 250 pF fosse atingida:
Ceq = C1 + C2
Ceq = 220 + 30
Ceq = 250 pF

ÁREA DA SEÇÃO TRANSVERSAL
A = π x R²
A = π x (1,75²)
A = 9,62 cm²

FAIXA DE FREQUÊNCIA DE OPERAÇÃO DO RÁDIO * Para o máximo número de voltas:
L= 1,257 ×N2×A107 ×m
L= 1,257 ×1002×9,62107 ×8
L= 151,17 nH Fr= 12πLC

Fr= 818,7 Khz

* Para o número de voltas no mínimo
L= 1,257 ×12×9,62107 ×m
L= 15,11 nH

Fr= 12πLC
Fr= 81,87 Mhz

RESULTADOS Quando o número e voltas é mínimo a frequência é máxima. Para o número de voltas máximo a frequência é mínima. Portanto, a frequência é inversamente proporcional ao número de voltas. A faixa de operação do rádio: 818,7 Khz à 81,87 Mhz. * Rádio Iguaçu (1180 Khz)

L= 1CF²4π² L= 1(250×10-12)×(1180 ×103)×4π L= 72,77 μF
Isolando N na fórmula:
L= 1,257 ×N2×A107 ×m
Encontra-se que N = 66,19. Aproximadamente 66 voltas.

* Rádio Integração
L= 1CF²4π²

L= 1(250×10-12)×(1380 ×103)×4π

L= 53,20 μF

Isolando N na fórmula:
L= 1,257 ×N2×A107 ×m

Encontra-se que N = 55,30. Aproximadamente 55 voltas.

REFERÊNCIAS

http://www.qtcbrasil.com.br/galena/default.asp, cesso em 02 de Dezembro de 2014.

http://www.crystalradio.net, acesso em 02 de Dezembro de 2014.

http://scitoys.com/scitoys/scitoys/radio/radio.html#crystal, acesso em 02 de Dezembro de 2014.

http://www.cienciamao.usp.br/dados/rec/_olaboratorioemcasaradio-.arquivo.pdf, acesso em 03 de Dezembro de 2014.

http://py2ohh.w2c.com.br/trx/galena/galena.htm, acesso em 02 de Dezembro de 2014.