KLV-A01 — Modulação de amplitude: emissor e receptor AM

1. Objectivo e Princípio de Funcionamento

Neste kit vais dimensionar e simular um emissor AM com portadora de 49,5 kHz e um receptor com detector de envolvente, ligados por um canal que atenua o sinal 151 vezes e lhe pode juntar ruído. No fim, deves saber calcular a frequência e o factor de qualidade de um circuito sintonizado, prever o índice de modulação m a partir da polarização, escolher a constante de tempo do detector e explicar o que o controlo automático de ganho (CAG) faz ao sinal.

Figura 27 da Revista CIRCUITO+ — **Figura 27 —** Diagrama de blocos do KLV-A01. Junto à seta de saída de cada bloco, a forma de onda do sinal que dele sai (ilustração calculada, com os valores do dimensionamento e do Estudo 1). Azul: emissor (①–③); castanho: canal (④, ⑤); verde: receptor (⑥–⑨).

No emissor, o gerador de áudio ① dá a mensagem (1 kHz, V_a = 0,6 V no Estudo 1), e o oscilador da portadora ② dá 1 V a 49,5 kHz, reduzido a 29 mV. O modulador ③ é um par diferencial (Q1–Q2) alimentado por uma fonte de corrente (Q3): a portadora entra na base de Q1, a mensagem faz variar a corrente de Q3 e, por isso, o ganho do par. À saída, o circuito sintonizado L1–C1 deixa passar só a portadora e as duas bandas laterais. No canal ④, o divisor Ra–Rb atenua o sinal. No receptor, o amplificador sintonizado ⑥ (Q4 com T1) devolve-lhe alguns volts, o detector ⑦ (díodo 1N34 e filtro Cd ∥ Rd) segue a envolvente negativa, o seguidor ⑧ (741) entrega o áudio e o filtro de CAG ⑨ devolve a média à base de Q4.

2. Esquemas Eléctricos

Figura 28 da Revista CIRCUITO+ — **Figura 28 —** Esquema eléctrico do emissor e do canal: gerador da portadora V2 com o divisor R5/R6, par diferencial Q1–Q2 com R7 na base de Q2, fonte de corrente Q3 com R1, R2 e RE, gerador de áudio V1 com Cc1, circuito sintonizado L1 ∥ C1 ∥ R3, acoplamento Cc2 e canal Ra–Rb com a fonte de ruído V3.

Figura 29 da Revista CIRCUITO+ — **Figura 29 —** Esquema eléctrico do receptor: acoplamento Cc3, polarização RB1/RB2, amplificador Q4 com RE4 ∥ CE4 e o primário de T1 sintonizado por C2 ∥ R4, detector D1 (1N34) com Cd ∥ Rd, filtro de CAG RL–CL com o interruptor S1 e Ragc até à base de Q4, acoplamento CH–RH, seguidor U1 (741) e carga R8.

3. Dimensionamento

Circuito sintonizado ③ — 49,5 kHz e Q ≈ 8

f₀ = 1 / (2π √(L1 C1)) = 1 / (2π √(4,7 mH × 2,2 nF)) ≈ 49,5 kHz

(A01.1)

Q = R3 / (2π f₀ L1) = 12 kΩ / (2π × 49,5 kHz × 4,7 mH) ≈ 8,2

(A01.2)

B = f₀ / Q = 49,5 kHz / 8,2 ≈ 6,0 kHz

(A01.3)

Fonte de corrente Q3 — a mensagem controla a corrente

VB3 = −5 V · R1 / (R1 + R2) = −5 V × 27 kΩ / (27 kΩ + 15 kΩ) ≈ −3,21 V

(A01.4)

IE = (VB3 − VBE + 5 V) / RE = (−3,21 V − 0,65 V + 5 V) / 1,5 kΩ ≈ 0,76 mA

(A01.5)

m = Va / (RE · IE) = 0,6 V / (1,5 kΩ × 0,76 mA) ≈ 0,53

(A01.6)

Portadora ②, modulador ③ e canal ④

vb1 = V2 · R6 / (R5 + R6) = 1 V × 100 Ω / (3,3 kΩ + 100 Ω) ≈ 29,4 mV

(A01.7)

Vp = (gm / 2) · vb1 · Rp = (14,6 mS / 2) × 29,4 mV × 11,1 kΩ ≈ 2,4 V

(A01.8)

Vr = Vp · Rb / (Ra + Rb) = 2,4 V × 1 kΩ / (150 kΩ + 1 kΩ) ≈ 16 mV

(A01.9)

Amplificador sintonizado ⑥, Detector ⑦ e Filtro de CAG ⑨

VB4 = 10 V · RB2 / (RB1 + RB2) = 10 V × 22 kΩ / (100 kΩ + 22 kΩ) ≈ 1,80 V

IE4 = (VB4 − VBE) / RE4 = (1,80 V − 0,65 V) / 1 kΩ ≈ 1,15 mA

(A01.10–11)

τ = Rd · Cd = 47 kΩ × 3,9 nF ≈ 183 µs

τmáx = √(1 − m²) / (2π fm m) = √(1 − 0,53²) / (2π × 1 kHz × 0,53) ≈ 255 µs

(A01.12–13)

fCAG = 1 / (2π RL CL) = 1 / (2π × 47 kΩ × 330 nF) ≈ 10,3 Hz

ΔVCAG ≈ ΔVáudio · fCAG / fm = 1,41 V × 10,3 Hz / 1000 Hz ≈ 14,5 mV pico a pico

fH = 1 / (2π RH CH) = 1 / (2π × 470 kΩ × 33 nF) ≈ 10,3 Hz

(A01.14–16)

AD633 — AM com um multiplicador

W = (X1 − X2)(Y1 − Y2) / 10 V + Z

W = 5 V sen ωpt × 5 V sen ωmt / 10 V + 5 V sen ωpt = 5 V × (1 + 0,5 sen ωmt) sen ωpt

(A01.17)

4. Lista de Material

Tabela 11 — Lista de material do KLV-A01 (resistências 1/4 W, 5 %, E12)

Referência	Componente	Valor / designação comercial	Qtd.	Substituto
R1 · R2 · RE · R3 · R5 · R6, R7 · Ra · Rb	resistências do emissor e canal	27 kΩ · 15 kΩ · 1,5 kΩ · 12 kΩ · 3,3 kΩ · 100 Ω · 150 kΩ · 1 kΩ e 3,3 kΩ	1 de cada (R6, R7: 2; Rb: 2)	—
RB1 · RB2 · RE4 · R4 · Rd, RL, Ragc · RH · R8	resistências do receptor	100 kΩ · 22 kΩ · 1 kΩ · 15 kΩ · 47 kΩ · 470 kΩ · 10 kΩ	1 de cada (47 kΩ: 3; 10 kΩ: 2)	—
C1, C2 · Cd	condensador NP0 / poliéster	2,2 nF · 3,9 nF	2 · 1	2,2 nF, 2 %
Cc2 · CL · CH · Cc1, CE4 · Cc3	poliéster (nF); electrolítico 16 V (µF)	100 nF · 330 nF · 33 nF · 10 µF · 1 µF	1 de cada (10 µF: 2)	Cc3: poliéster 1 µF
L1 · T1	bobina axial · transformador sintonizável	4,7 mH · primário 4,7 mH, relação 1 : 0,5	1 · 1	ferrite tipo pote
Q1–Q4 · S1 · D1	transístor NPN · interruptor · díodo germânio	BC547B · unipolar · 1N34A	4 · 1 · 2	BC548B · AA119, BAT85
U1 · U2	amp. operacional · multiplicador	µA741 · AD633JN	1 · 1	TL071 · AD633AN

5. Estudos de Simulação no Falstad

Estudo 1 — O sistema completo

⚡ Simulador Falstad (abre no navegador):

▶ Estudo 1 (Sistema completo) (Direto) ↗

Figura 30 da Revista CIRCUITO+ — **Figura 30 —** Estudo 1, captura real do Falstad (Abrir direto no Simulador Falstad ↗), t = 36,84 ms, 1,9 ms a 50 µs/div. De cima para baixo: ① mensagem de 1 kHz; ② portadora de 49,5 kHz; ③ sinal AM; ⑧ mensagem recuperada.

Tabela 12 — Previsto/Observado, Estudo 1 (Figura 30)

Grandeza	Ponto	Previsto	Observado	Desvio (%)
Portadora na base de Q1 (mV)	② Q1	29,4	29,4	0
f da portadora (kHz)	③ Q2	49,5	49,5	0
Centro da envolvente (V)	③ Q2	2,4	2,17	−10
Índice de modulação m	③ Q2	0,53	0,46	−13
Áudio, pico a pico (V)	⑧ 741	1,41	1,41	0

Estudo 2 — Índice de modulação e sobremodulação

⚡ Simulador Falstad (abre no navegador):

▶ Estudo 2a (Va = 0,36 V) (Direto) ↗ ▶ Estudo 2b (Va = 1,2 V) (Direto) ↗ ▶ Estudo 2c (Va = 1,5 V) (Direto) ↗

Figura 31 da Revista CIRCUITO+ — **Figura 31 —** Estudo 2, capturas reais do Falstad a 50 µs/div, com amplitude (a) 0,36 V, (b) 1,2 V e (c) 1,5 V (sobremodulação).

Tabela 13 — Previsto/Observado, Estudo 2 (Figura 31)

Grandeza	Ponto	Previsto	Observado	Desvio (%)
m, V_a = 0,36 V	③ Q2	0,32	0,29	−9
m, V_a = 1,2 V	③ Q2	1,06	0,93	−12
m, V_a = 1,5 V (pelo máximo)	③ Q2	1,32	1,22	−8
E_mín, V_a = 1,5 V (V)	③ Q2	0	0,03	—

Estudo 3 — O controlo automático de ganho (CAG)

⚡ Simulador Falstad (abre no navegador):

▶ 3a (Fraco, CAG ligado) (Direto) ↗ ▶ 3b (Forte, CAG ligado) (Direto) ↗ ▶ 3c (Fraco, sem CAG) (Direto) ↗ ▶ 3d (Forte, sem CAG) (Direto) ↗

Figura 32 da Revista CIRCUITO+ — **Figura 32 —** Estudo 3, capturas reais do Falstad: (a) fraco, CAG ligado; (b) forte, CAG ligado; (c) fraco, CAG desligado; (d) forte, CAG desligado.

Tabela 14 — Previsto/Observado, Estudo 3 (Figura 32)

Grandeza	Ponto	Previsto	Observado	Desvio (%)
Ondulação de CAG, (a) (mV p-p)	⑨ CL	14,5	12,7	−12
m, (a) fraco, com CAG	⑥ T1	0,46	0,42	−9
m, (b) forte, com CAG	⑥ T1	0,46	0,40	−13
m, (d) forte, sem CAG	⑥ T1	0,46	0,23	−50
Áudio (b)/(a), com CAG	⑧ 741	3,25	1,71	−47
Áudio (d)/(c), sem CAG	⑧ 741	3,25	1,06	−67

Estudo 4 — AM com o multiplicador AD633 (DSB-FC e DSB-SC)

⚡ Simulador Falstad (abre no navegador):

▶ 4a (DSB-FC, com portadora) (Direto) ↗ ▶ 4b (DSB-SC, portadora suprimida) (Direto) ↗

Figura 33 da Revista CIRCUITO+ — **Figura 33 —** Estudo 4, capturas reais do Falstad: (a) DSB-FC, Z ligado à portadora; (b) DSB-SC, Z à massa.

Tabela 15 — Previsto/Observado, Estudo 4 (Figura 33)

Grandeza	Ponto	Previsto	Observado	Desvio (%)
Máx. de W, DSB-FC (V)	③ W	7,5	7,49	−0,2
E_mín, DSB-FC (V)	③ W	2,5	2,6	+5
m, DSB-FC	③ W	0,50	0,48	−4
Máx. de W, DSB-SC (V)	③ W	2,5	2,50	−0,2
Bossas de ⑦ por período de ①, DSB-SC	⑦ D1	2	2	0

Em resumo — KLV-A01

O par diferencial com fonte de corrente é um modulador AM: m = V_a/(R_EI_E), e o tanque L1–C1 a 49,5 kHz guarda só a portadora e as bandas laterais.
Q = 8,2 dá 6 kHz de largura de banda: chega para as bandas laterais de 1 kHz e custa só 5 % de m.
O detector precisa de 20 µs ≪ τ ≤ τ_máx; com τ = 183 µs funciona sem corte diagonal até m ≈ 0,65.
O CAG reduz o ganho com o sinal forte e mantém o amplificador linear; sem ele, Q4 satura e a modulação perde-se.
Com o AD633, a DSB-FC sai com m = 0,5 exacto; a DSB-SC não se detecta com um díodo.