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.
Abaixo tem um vídeo explicando e resumindo o projeto.
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 acessado 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\times \pi \sqrt{L \times C}}
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 (0,7 V) 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 (0,3 V). 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.
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.
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:
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 estávamos obtendo 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.
Eu sou estudante de 13 anos de idade, e eu juntamente aos meu colegas, vamos apresentar na feira científica o funcionamento do radio galena, esse relatório ajudou muito. Acho isso muito interessante e é sempre bom a prender coisas novas… ♥♡
É msm
Que ótimo, Larissa! Aprender é sempre bom, ainda mais que você está fazendo isto desde cedo (vai chegar na minha idade super inteligente haha). Te desejo sucesso na apresentação e nos seus aprendizados. Qualquer dúvida que vocês tiverem podem perguntar que tento ajudá-los.
Não consegui baixar o relatório mencionado no texto onde á possível encontrar maiores detalhes
Olá, Silvio. Quando você acessa o seguinte site, o que aparece? https://www.mediafire.com/file/nbrbugy849wgc1g/Radio_Galena-_Relatorio.pdf/file
O diodo não é retificador e sim de sinal que é de germânio e não de silício.
O símbolo do cristal é diferente do símbolo do diodo.
Olá, Raimundo. Respondi o seu comentário no e-mail que me enviou!
Boa tarde
Primeiramente gostaria de parabenizar o ótimo trabalho.
Souza aluno de engenharia elétrica e gostaria apenas de sanar uma duvida, pois tenho que reproduzir o mesmo projeto.
No calculo do tamanho da antena por que foi dividido o 282/8 ?
Boa tarde, Willian. Muito obrigado em nome do grupo! Esse cálculo não está bem indicando, mas o fio da antena loop deve ter comprimento menor que 0.15λ e escolhemos 1/8 (0.125λ) de forma arbitrária.
Olá, belo trabalho, parabéns!
Uma dúvida: qual a tensão e corrente de saída (“retificadas”)?
Olá, Abner. Muito obrigado! Que pergunta excelente e confesso que não sei a resposta. Acabou que não pensamos em fazer esse tipo de medição e o rádio ficou na universidade. Então não consigo testar para te informar.
Obrigado Fabio, sem problema.
Não sou aluno de nenhuma faculdade, mais sou um eterno apaixonado pela ciência e por minha fé, sou testemunho de Jeová . Construí um desses rádios e funcionou perfeitamente com uma antena muito pequena de 15 cm por 15cm feita com a grade de aluminio de dentro de uma raquete de mosquito. Experimentem. PARABÉNS A TODOS.
Olá, José Mauricio. Que ótimo! A construção desse radinho é bem versátil mesmo, mas nunca tinha visto um usando antena com a grade da raquete de mosquito. Achei bem criativo da sua parte hehe. Obrigado pelo comentário!
gostaria de saber como voce obteve os resultado de 0,3 V de queda de tensão do Diodo de Germanio ?
isso é tabelado ? ou foi calculado ? qual a formula de calculo utilizado ?
Olá, Lucas. Este valor não foi calculado e nem medido. Simplesmente, consideramos o valor comum de aproximação da queda de tensão do diodo de germânio. Como não nos preocupamos em projetar o rádio nos mínimos detalhes, esta aproximação foi suficiente para nos dar um direcionamento adequado no projeto.
muito obrigado uma duvida estou fazendo um projeto sobre o radio e cheguei na parte de simulação no proteus como busca o fone de alta impedancia nk proteus confesso que estou perdido .
Por nada! Ótima pergunta, mas acredito que o Proteus não possui um fone de alta impedância exatamente. O que você pode tentar fazer é usar um “speaker” (modelo “active”) e alterar a impedância dele para um valor alto (1k a 10k ohms). Mas não sei se funciona mesmo.
Ficou Fantástico. Parabéns!
Valeu demais, Sérgio!
Voces nao falam da bobina e da importancia dela!
Olá. Foi falado na parte da antena (pois ela atua como indutor do circuito) e nas partes sobre indutor. Esse post é um breve resumo do relatório que foi desenvolvido. Se quiser ler mais detalhes, recomendo acessar o relatório.
Quqndo tinha 13 anos construi varios radio de galena com uma antena interior, enrolava várias varias espiras de fio esmaltado num cabo de vassoura, que posteriormente era esticado no sotão da casa.
Fundia o cristal de galena e com um estilete procurava o ponto sensivel-
Mais tarde descobri que ligando a saida dos fones ao ponto central do potenciometro de um qualquer radio. obtinha o volume, com a vantagem de conseguir a sintonia de emissores muito diversos.
Sensacional, Eduardo! Você foi um adolescente bem explorador e curioso então hehe. Essa questão de melhorar a sintonia com o potenciômetro eu não fazia ideia. Valeu por compartilhar sua história!
Não entendi a questão da antena.
A questão das medidas dela
Olá, Genivaldo. O post é apenas um resumo do trabalho desenvolvido, focado no funcionamento dele. Por isso não tem as medidas. Acesse o relatório no ResearchGate que lá tem os detalhes das dimensões.