O rádio galena é um dispositivo simples de fazer, mas não é tão simples assim de entender. Isso porque ele envolve certos conceitos físicos que não são conhecidos por muitos. Portanto, vamos aprender sobre as principais partes de um rádio galena para montá-lo de forma consciente sobre seu funcionamento.


Introdução

Antes de entrar nos detalhes do rádio, preciso esclarecer alguns pontos, principalmente o porquê do vídeo acima não estar no canal do site.

Nesta segunda metade do ano, a coordenação do curso de Engenharia Eletrônica e Telecomunicações da PUC-MG propôs um projeto de rádio galena. Eu e 4 amigos da faculdade participamos da proposta e nosso projeto final está mostrado no vídeo acima. Este projeto final é resultado de um trabalho de 2 meses de pesquisa e desenvolvimento.

Os integrantes do trabalho foram: Fábio (eu), Hilder Lira Viana, Jonas Henrique Ribeiro da Silva, Roger da Silva Xavier e Rúbia Evelyn da Silva.

Juntamente à montagem física, desenvolvemos também um relatório contendo a explicação do funcionamento do rádio galena (circuito, antena e mineral galena) e com o desenvolvimento da nossa montagem. Portanto, recomendo a leitura do relatório, que pode ser baixado neste link, pois colocamos nele muita informação interessante sobre o assunto.

Entretanto, neste post, explicarei o funcionamento do rádio de forma resumida para quem quiser fazer uma leitura mais rápida. Recomendo ter uma noção básica sobre circuitos elétricos em corrente alternada. E quem quiser ler uma breve introdução da história do rádio galena, leia o início do relatório.


Funcionamento do Circuito

O circuito do rádio galena é composto por 6 principais elementos, que são: a antena, o indutor, o demodulador, o capacitor, o fone de alta impedância e o aterramento. Todos os 6 não são obrigatórios, mas todos eles garantem o bom funcionamento do rádio. A forma como eles estão ligados está mostrada na imagem abaixo:

A partir do circuito acima, podemos descrever o funcionamento do rádio de acordo com a função de cada elemento:

Antena

A antena tem dois papeis: o de captar as ondas de rádio AM e, consequentemente, de fornecer energia ao circuito. Isto é, as ondas de rádio são a fonte de energia do circuito, pois o próprio sinal recebido na antena é o que irá gerar vibrações no fone de alta impedância e produzir o sinal sonoro. Portanto, a vantagem desse tipo de rádio é não precisar de uma bateria ou uma fonte interna.

E vale dizer que este sinal é alternado, então a corrente circula ora em um sentido, ora em outro.

Mais detalhes na antena podem ser lidos no relatório.

Indutor e capacitor

O indutor e o capacitor são os responsáveis por criar a sintonia do sinal no circuito. São eles que selecionam a rádio (a frequência) que irá tocar no fone. Eles fazem isso graças à  frequência de ressonância dos circuitos elétricos. A frequência de ressonância é uma determinada frequência aplicada ao circuito (de corrente alternada) que faz ele ter o maior valor de potência útil. E ela é dada pela seguinte fórmula:

f = \frac{1}{2\pi\sqrt{LC}}

Onde f é a frequência de ressonância, L é a indutância e C é a capacitância.

Desta forma, de acordo com o valor do capacitor ou do indutor, a frequência de ressonância irá mudar. Logo, a frequência que terá a maior potência útil no circuito também mudará. Isso provoca, então, a mudança da sintonia do circuito, pois, de acordo com o valor do capacitor ou do indutor, o circuito aumenta a potência de determinada frequência de rádio AM e diminui a potência de outra frequência.

Portanto, o sinal com maior potência no circuito será aquele que produzirá os sons na saída. É interessante notar este efeito na prática, pois há pontos de sintonia em que duas faixas de rádio tocam ao mesmo tempo. Ou seja, o circuito está no meio da faixa de seleção de duas rádios, deixando então a potência das duas em um valor intermediário. Com isso, as duas rádios conseguem produzir sinais audíveis de média intensidade.

Mais detalhes da sintonia podem ser lidos no relatório.

Demodulador

O sinal AM, que é sintonizado pelo indutor e o capacitor, está justamente modulado em amplitude (Amplitude Modulation). Sendo assim, é necessário demodulador este sinal para termos um som audível na saída do fone de alta impedância.

Para isso, basta utilizar um componente retificador como um diodo. Entretanto, o diodo de silício comum possui uma queda de tensão (0.7v) relativamente alta para os sinais deste circuito de áudio. Sendo assim, é necessário usar o diodo de germânio que possui uma queda de tensão mais baixa (0.3v). E, dessa forma, os sinais não perdem significativamente a intensidade.

A ideia de utilizar o mineral galena é para reproduzir o rádio da forma como era feito antigamente, uma época em que não haviam diodos. Portanto, após alguns testes, fizemos o mineral e testamos a queda de tensão entre dois pontos arbitrários do mineral. Em certos pontos, conseguimos uma queda de tensão muito baixa (na faixa dos mV). Entretanto, o valor de queda de tensão que funcionou melhor foi em pontos onde a queda estava próxima dos 200mV.

No circuito final, colocamos o diodo de germânio e o mineral galena com uma chave para selecionar entre os dois. Nos testes feitos, o sinal com a galena possuía menor intensidade que o sinal com o diodo de germânio.

Mais detalhes a respeito do mineral galena, incluindo confecção, podem ser lidos no relatório.

Fone de alta impedância

O fone de alta impedância tem um papel um pouco óbvio, que é o de converter o sinal elétrico em sinal audível. Ele faz isso por meio das vibrações que o sinal elétrico produz em seu diafragma. Este tipo de fone não é muito fácil de encontrar atualmente, pois era comumente utilizado nos dispositivos antigos. Sendo assim, nos sobra uma pergunta interessante: por que, neste tipo de circuito, é necessário utilizar um fone de alta impedância?

Um dos motivos se dá graças à composição deste tipo de fone, pois ele é feito de um sal chamado de ‘La Rochelle’, diferentemente dos fones atuais. Por conta disso e de outros fatores, o fone de alta impedância é mais sensível aos sinais elétricos. Como os sinais captados pela antena são de relativa baixa intensidade, essa alta sensibilidade é crucial para a reprodução dos sinais AM em som audível.

Aterramento

O aterramento serve para a corrente ter um caminho para fluir no circuito. De acordo com nossos testes, ele não é obrigatório, já que o rádio funciona sem ele. Entretanto, observamos que utilizar um terra bem dimensionado faz muita diferença, já que o sinal fica com maior intensidade. No vídeo no início do post você pode observar isto na parte que mostro o rádio funcionando.


Detalhes de montagem

Indutor e capacitor

Existem várias formas de montar o circuito de sintonia, uma delas é como fizemos no projeto: deixando o indutor fixo e variando o capacitor. Optamos por esse método, pois conseguimos encontrar capacitores variáveis que atendessem a faixa da nossa bobina. Além disso, no circuito final, a bobina ficou sendo a própria antena (detalhes no tópico abaixo), então não tinha como ficar variando a indutância da antena de forma fácil e rápida. Sendo assim, a frequência de ressonância foi sendo alterada por meio do valor do capacitor.

De qualquer forma, existem também diversas montagens onde a variação dos parâmetros é feita no indutor. Para variar o indutor, é muito comum de encontrar montagens onde o fio esmaltado dele é raspado ao longo do comprimento da bobina. Com a bobina exposta (sem o isolamento) é conectado um outro elemento condutor que se desloca por toda a parte de fio que foi raspada. Veja a imagem abaixo para entender melhor.

Radio galena com bobina variável
Fonte: Mercadolivre

Então, para cada ponto de contato com a bobina, ela terá um valor de indutância diferente.

Antena

Optamos por utilizar um antena de quadro (antena loop). Um dos motivos foi que ela possibilitou ter um grande comprimento de fio em um espaço pequeno. Isso porque é necessário ter um grande comprimento de fio da antena para ter uma boa captação dos sinais AM. Veja a imagem abaixo de uma antena de quadro.

Antena de quadro do rádio galena
Fonte: Sarmento

Para projetar a antena, recorremos ao site Sarmento, especificamente o post sobre antena loop que foi extremamente útil. Nele, é possível encontrar todos os cálculos necessários para dimensionar a antena. E, também, para descobrir a faixa do capacitor com base no valor da indutância da bobina. No relatório também é possível encontrar os cálculos que utilizamos para fazer a bobina.

O valor de indutância da bobina proporcionou uma faixa de valores do capacitor parecida com um dos capacitores que adquirimos. Portanto, decidimos utilizar a própria antena como bobina. Isso ajudou bastante, pois reduzimos um componente do circuito e não foi necessário enrolar e criar uma bobina. Portanto, nosso circuito final ficou com a antena fazendo papel também de bobina como mostra a imagem abaixo:

Circuito final do projeto do rádio galena

Obs.: Nos primeiros testes que fizemos, testamos em um local mais elevado e utilizamos um bom terra. E, usando um fio esticado (~10m) como antena já estava dando resultados satisfatórios.

Considerações

Por fim, os dois meses de trabalho resultaram no projeto que pode ser visto no vídeo no início do post. E também na imagem abaixo é possível ver a nossa montagem final. Não deixe de ler o relatório para obter informações aprofundadas do projeto.

Montagem final do rádio galena