INSTRUÇÕES:

❖ Esta Avaliação contém 1 (um) trabalho, totalizando 10 (dez) pontos;
❖ Você deve estregar os projetos solicitados com os seguintes dados:
o Nome / Data de entrega.
❖ Envio o arquivo pelo sistema no local indicado;
❖ Em caso de dúvidas consulte o seu Tutor.

Aluno (a):

Data: / / 201_.
Projeto Prático em Eletrônica III – ELT
Projeto Prático em Eletrônica III – ELT
NOTA: Atividade Prática e de Pesquisa
Neste projeto, o aluno demonstrará na prática a conversão e interpretação de sinais de alta
frequência em sons. A pesquisa e o projeto fazem parte do escopo do aprendizado e da assimilação
dos conteúdos propostos no decorrer do curso. Para a realização da tarefa, serão necessários al
guns itens de baixo custo que podem ser adquiridos em quaisquer estabelecimentos que operem
com manutenção de equipamentos eletrônicos. Ainda, existe uma série de conteúdo específico na
internet que ensina o reaproveitamento dos materiais neste projeto demandados, obtendo-os de
equipamentos estragados e/ou não mais utilizados. Fica a critério do aluno a maneira de se obter
estes componentes, bem como a sua segurança, pois a Instituição não se responsabiliza por even
tuais acidentes que possam ocorrer. Por isso, seja prudentel na utilização dos equipamentos e dos
componentes.

Este projeto consiste em reprodução sinal sonoro enviado por ondas moduladas e posterior
mente demoduladas para ser reproduzido em autofalantes. O trabalho será dividido em 4 partes,
que são as postagens remetidas à Avaliação do Tutor:
• Embasamento Teórico;
• Projeto e Simulação;
• Construção;
• Conclusões.
Os arquivos solicitados (descritos em cada uma das etapas do Projeto) deverão ser postados
na área pertinente para Avaliação.

Projeto Prático em Eletrônica III – ELT

Parte I

Embasamento Teórico

O Projeto consiste na elaboração de circuitos osciladores, com ajuda do EWB (disponível na
disciplina de mesmo nome), utilizando-se de CI’s, fontes, resistores, capacitores, etc. Nesta etapa
do trabalho, o aluno deve estruturar toda a teoria envolvida na confecção deste Modulador/De
modulador, descrevendo os processos, componentes e fluxos. Deve, ainda, elencar as ferramentas
utilizadas na confecção, a função de cada um dos materiais utilizados.
A roteirização dos Trabalhos se dará em 3 fases (atividades) distintas:
1) Construção de um circuito oscilador senoidal de 200 KHz para a sua utilização como por
tadora.
• O oscilador pode ser de qualquer configuração que o aluno sentir mais confortável,
contanto que atinja a frequência desejada.
O aluno deverá descrever, para esta fase, o embasamento teórico utilizado no Software.
2) Construção de um circuito modulador AM com portadora senoidal de 200 KHz.
• A portadora precisa ser obtida a partir do oscilador projetado na primeira atividade;
• O sinal a ser modulado no circuito projetado precisa ser um sinal senoidal de 20 kHz;
• O sinal a ser modulado no circuito projetado de forma prática precisa ser o sinal de
saída de algum sistema reprodutor de áudio (computador, MP3, etc.);
O aluno deverá descrever, para esta fase, o embasamento teórico utilizados para a confecção do
Projeto Prático.
3) Construção de um circuito demodulador AM com portadora senoidal de 200 KHz.
• A portadora precisa ser obtida à partir do oscilador projetado na primeira atividade;
• O sinal ser demodulado precisa vir do modulador projetado na segunda atividade;
• Entre as conecções do circuito modulador e demodulador precisa-se existir um circuito
Buffer construído com um Amplificador Operacional para isolamento de cada cir
cuito;
• O sinal a ser demodulado no circuito projetado de forma prática e precisa ser produ
zido em autofalantes.
O aluno deverá descrever, para esta fase, o embasamento teórico utilizados para a confecção do
Projeto Prático.

Projeto Prático em Eletrônica III – ELT

Parte I: Embasamento Teórico

1) Construção de um Circuito Oscilador Senoidal de 10 MHz

O primeiro passo consiste na elaboração de um oscilador senoidal com frequência de 10 MHz, utilizado
como a onda portadora do sistema de modulação AM. Para este projeto prático, foi selecionada a topo
logia de um Oscilador Colpitts. Esta configuração é amplamente reconhecida pela sua excelente estabi
lidade em circuitos de rádio frequência (RF) e facilidade de implementação em bancada.
Princípio de Funcionamento (Topologia Colpitts)
Diferente do modelo Hartley que faz uso de indutores divididos, o Oscilador Colpitts utiliza um circuito
ressonante LC baseado em um divisor capacitivo composto por dois capacitores em série (C1 e C2) co
nectados em paralelo com um único indutor (L1).
O ponto central entre esses dois capacitores é interligado diretamente à referência (terra) do circuito.
Essa tomada central promove a inversão de fase (defasagem de 180°) necessária para a malha de reali
mentação (feedback) regenerativa. O sinal atenuado retorna para a base do transistor bipolar de junção
Q1 (2N2222), que atua como o elemento ativo de amplificação, compensando as perdas óhmicas da
malha ressonante e sustentando a oscilação de forma contínua e estável.
Equacionamento Matemático e Dedução dos Componentes
A frequência de oscilação da portadora (f0) é rigorosamente determinada pela equação da ressonância
de circuito LC:

f_0= 1
2π√L1⋅Ceq

Onde:

• f0: Frequência desejada da portadora (10 MHz = 10 × 106Hz).
• L1: Indutância do circuito. Mantendo o indutor padrão adotado no esquemático de 100𝜇H
(0,0001H).
• Ceq: Capacitância equivalente do divisor capacitivo em série.

Para isolar e calcular o valor necessário de Ceq, rearranjamos a fórmula original elevando ambos os
membros ao quadrado:

(f0)2= 1
4π2⋅L1⋅Ceq

Projeto Prático em Eletrônica III – ELT

Ceq= 1
4π2⋅(f0)2⋅L1

Substituindo os valores de projeto (f0= 10 x 106Hz e L1= 100 x 10−6H):

Ceq= 1
4π2⋅(10×106)2⋅(100×10−6)

Ceq= 1
39,4784⋅(10×1013)⋅(100×10−6)

Ceq= 1
39,4784⋅108≈2,533×10−12F=2,533pF

A capacitância equivalente de dois capacitores associados em série obedece à relação:

Ceq=C1⋅C2
C1+C2

Com o objetivo de assegurar a simetria do ganho e do sinal de feedback na malha, adotam-se capacitores
de valores idênticos (C1= C2). Dessa forma, a equação simplifica-se para:

Ceq=C1
2⟹C1=C2=2⋅Ceq

C1=C2=2⋅2,533pF=5,066pF

Para fins de simulação exata no software e montagem em bancada com componentes comerciais, apro
xima-se o valor nominal 5,07 pF(ou valor comercial de 5,1 pF).

Componentes do Circuito e Suas Funções Específicas:

• Indutor L1 (100𝜇H): Armazena energia na forma de campo magnético e atua em conjunto com
a malha capacitiva para definir a frequência de ressonância de 10 MHz.
• Capacitores de Sintonia C1e C2 (5,07pF): Constituem o divisor capacitivo que determina a fre
quência central da portadora e realiza a fração de realimentação de tensão para o transistor.
• Transistor Q1(2N2222): Componente semicondutor ativo configurado para fornecer o ganho de
corrente necessário para suprir as perdas do circuito tanque e manter as oscilações senoidais.
Projeto Prático em Eletrônica III – ELT

• Resistores de Polarização R1(10KΩ) e R2(1KΩ): Estabelecem a malha de polarização em cor
rente contínua (DC), fixando o ponto de operação estável (ponto Q) do transistor na sua região
linear ativa.

2) Construção de um Circuito Modulador AM com Portadora Senoidal de 10 MHz

A segunda fase do projeto consiste na implementação do estágio de modulação em amplitude (AM).
Este processo consiste em variar a amplitude de um sinal senoidal de alta frequência (denominado onda
portadora) de maneira diretamente proporcional às variações de tensão de um sinal de baixa frequência
(denominado sinal de informação ou modulante).

Fluxo de Sinal e Fonte Externa

Atendendo estritamente às especificações práticas do projeto, a fonte externa responsável por gerar o
sinal de informação (áudio) é um computador. O caminho percorrido pelo sinal elétrico dentro do sis
tema obedece rigorosamente à seguinte cadeia de blocos sequenciais:

Computador⟶Entrada de Áudio⟶Modulador AM⟶Sinal AM

O sinal senoidal de áudio com frequência de 20 kHz gerado pelo computador é injetado na entrada de
áudio do circuito modulador, onde se misturará dinamicamente com a portadora senoidal de 10 MHz
proveniente do oscilador projetado na fase anterior.

Princípio de Funcionamento da Modulação AM por Transistor

A modulação ocorre por meio do transistor bipolar de junção Q2(2N2222), que é configurado para operar
como um misturador não-linear de sinais. A onda portadora de 10 MHz é aplicada à base do transistor,
enquanto o sinal de áudio de 20 kHz vindo do computador é acoplado de forma a deslocar dinamica
mente o ponto de polarização contínua (DC) do componente.
À medida que a tensão do sinal de áudio oscila, ela altera a condutância do transistor e varia a corrente
de coletor de Q₂. Essa variação força a amplitude do sinal de alta frequência (10 MHz) a acompanhar
fielmente o desenho geométrico (envoltória) da senoide de baixa frequência (20 kHz). Como resultado,
desenvolve-se sobre o resistor de carga de coletor o Sinal AM pronto para ser transmitido ao estágio
receptor.

Projeto Prático em Eletrônica III – ELT

Índice de Modulação (m) e Análise de Potência

A integridade e a qualidade da transmissão dependem da relação matemática entre as amplitudes dos
sinais envolvidos, denominada índice de modulação (m):

m=Am
Ac

Onde:

• Am: Amplitude de pico do sinal de áudio gerado pelo computador.
• Ac: Amplitude de pico da onda portadora de 10 MHz.

Para que a modulação ocorra sem perdas de informação ou distorções harmônicas, o circuito deve operar
dentro da faixa linear ideal, onde 0 ≤ m ≤ 1. O volume de saída do computador deve ser ajustado para
que a amplitude Am não ultrapasse Ac. Se ocorrer sobremodulação (m > 1), as cristas da onda modulada
sofrem ceifamento, gerando ruídos espúrios e impedindo que o receptor recupere o áudio original com
clareza.

A distribuição de energia no sinal AM final é calculada através da equação da potência total modulada
(Pmod):

Pmod= Pc(1+m2
2 )
Onde Pc representa a potência contida unicamente na portadora isolada, dada por Pc=(Ac)2
R
(com R
sendo a resistência equivalente de carga do coletor). Esta equação demonstra matematicamente que o
acréscimo de potência no sinal AM final provém exclusivamente das bandas laterais geradas pelo sinal
de áudio do computador.
Componentes do Circuito e Suas Funções Específicas:

• Transistor Q2(2N2222): Elemento semicondutor que atua como misturador e modulador não
linear, variando a amplitude da portadora conforme a tensão de entrada de áudio.
• Resistor R3(1 kΩ): Resistor de carga conectado ao coletor de Q₂, responsável por converter as
variações da corrente modulada em tensão, disponibilizando o sinal AM final.
• Resistor R4(10 kΩ): Provê a polarização de base e o acoplamento de impedância adequado para
receber o sinal proveniente da saída de áudio do computador.
Projeto Prático em Eletrônica III – ELT

3) Construção de um Circuito Demodulador AM com Portadora Senoidal de 10 MHz

O estágio receptor tem como finalidade processar o sinal AM modulado para recuperar com total fideli
dade a informação de áudio original de 20 kHz, eliminando os componentes de alta frequência da por
tadora.

O Circuito Buffer de Isolamento (Exigência Estrutural)

Atendendo às diretrizes de projeto, a conexão entre a saída do circuito modulador e a entrada do bloco
demodulador não é direta. Intercalou-se entre esses estágios um circuito Buffer ativo construído com um
Amplificador Operacional (AmpOp) configurado como seguidor de tensão (ganho unitário).
O Buffer possui uma impedância de entrada idealmente infinita e uma impedância de saída nula. Essa
característica isola eletricamente o modulador do demodulador, impedindo que o efeito de carga e o
consumo do circuito de recepção alterem a impedância do transmissor. Esse isolamento é indispensável
para evitar o casamento incorreto de impedâncias, o que desestabilizaria e deslocaria a frequência por
tadora de 10 MHz gerada na Fase 1.

Detector de Envelope e Filtragem Passa-Baixas
O sinal AM devidamente isolado pelo Buffer é injetado no Detector de Envelope. O processo inicia-se
com a retificação de meia-onda realizada pelo diodo de comutação rápida D1 (1N4148), cuja função é
eliminar os semiciclos negativos do sinal modulado.
A corrente retificada resultante segue para a malha de filtragem passa-baixas em paralelo, constituída
por R5e C3. O capacitor C₃ carrega-se rapidamente no pico de amplitude do sinal retificado e descarrega
se de forma controlada através do resistor R₅ durante a queda. O tempo de descarga desta malha é di
mensionado para acompanhar estritamente a envoltória de baixa frequência do sinal (o áudio) e rejeitar
os resíduos de alta frequência da portadora de 10 MHz, desviando-os para o terra.
Para garantir que o filtro atenue a portadora de 10 MHz mas permita a passagem integral do sinal de
áudio máximo de 20 kHz, a frequência de corte (fc) ideal do filtro foi projetada para 30 kHz:

fc= 1
2π⋅R5⋅C3

Mantendo o resistor comercial de R5 = 10 kΩ, deduz-se o valor exato do capacitor C₃ para a sintonia
correta:

C3= 1
2π⋅10.000⋅30.000≈0,53nF(ou 530pF)
Projeto Prático em Eletrônica III – ELT

Comprovação Teórica da Saída de Alto-falante

O sinal elétrico senoidal de 20 kHz recuperado após a filtragem é acoplado diretamente à bobina móvel
de um alto-falante, que atua como o transdutor eletroacústico final do sistema.
A passagem dessa corrente elétrica alternada pela bobina imersa no campo magnético constante do ímã
permanente do alto-falante gera uma força mecânica (baseada na Lei de Lorentz). Esta força induz um
movimento de pistão no cone/diafragma do componente, deslocando-o para frente e para trás exatamente
a 20.000 vezes por segundo (20 kHz). Esse movimento mecânico comprime e rarefaz as moléculas de
ar ao redor, convertendo as variações elétricas demoduladas em ondas de pressão mecânica sonora au
díveis, comprovando teoricamente a reprodução acústica exigida no projeto.

Componentes do Circuito e Suas Funções Específicas:

• Amplificador Operacional (AmpOp): Atua como Buffer isolador de ganho unitário entre os es
tágios de modulação e demodulação.
• Diodo D1 (1N4148): Semicondutor de silício ultra-rápido encarregado de retificar o sinal AM
eliminando os semiciclos negativos.
• Resistor R5 (10 kΩ): Define a taxa de descarga do filtro e serve como impedância de carga para
extração do sinal de áudio.
• Capacitor C3 (0,53 nF): Atua junto com R₅ na filtragem passa-baixas para escoar os resíduos da
portadora de 10 MHz para o terra.
• Alto-falante: Transdutor final responsável por transformar o sinal elétrico demodulado em ondas
sonoras perceptíveis.
Projeto Prático em Eletrônica III – ELT