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Convertendo som em sinal elétrico e vice-versa

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Na telefonia, são fundamentais os dispositivos que convertem sons em sinais elétricos e estes últimos em sons, isto é, microfones e fones.

A Figura 01 dá o princípio de funcionamento do microfone de carvão, o primeiro tipo usado em larga escala.

Figura 01

A vibração do diafragma provocada pelo som incidente comprime ou expande a massa de carvão granulado no interior. Isso faz variar a resistência elétrica entre os dois eletrodos conectados aos bornes. Portanto, uma corrente elétrica que circula pelos bornes irá variar de intensidade de acordo com o som.

Em outros termos, pode ser visto como uma resistência elétrica variável com o som.

O tamanho dos grãos está na faixa de 0,20-0,25 mm. Em geral usado carvão de pouco resíduo, como antracito. Valores típicos de impedância variam de 30 a 100 ohms. A resposta de freqüência é pobre, variando de aproximadamente 300 a 3000 Hz, com um pico em torno de 1000 Hz. Mas é aceitável para comunicações telefônicas, que não têm grandes exigências de fidelidade. O ruído de fundo é perceptível, mas não chega a incomodar nesta aplicação.

O dispositivo pode ser danificado pela tendência de aglomeração dos grãos e também por picos de corrente na linha.

Apesar das desvantagens, foi extensivamente empregado em telefones devido à capacidade de trabalhar com correntes relativamente altas, permitindo fornecer a potência necessária sem necessidade de amplificação. Aparelhos mais recentes, que dispõem de circuitos amplificadores, usam tipos melhores e mais compactos, como microfones de eletreto.

Figura 02

O dispositivo receptor (fone de ouvido) padrão é do tipo magnético, operando de forma parecida com os alto-falantes comuns, mas com bobina fixa em vez de móvel.

A Figura 02 dá o esquema simplificado de funcionamento.

A resposta de freqüência é similar à dos microfones de carvão e, portanto, forma um conjunto equilibrado para a aplicação.

Aparelhos atuais fazem uso de dispositivos piezelétricos e circuitos amplificadores.

Nos primeiros aparelhos, fone e microfone eram fisicamente separados. Depois foram integrados em um único conjunto, popularmente designado apenas por "fone".

Um telefone rudimentar

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Com os dispositivos citados no tópico anterior e uma bateria, é possível construir um circuito de telefonia elementar conforme esquema da Figura 01.

Figura 01

Em princípio, este circuito deve funcionar, mas de forma pouco eficiente: não há acoplamento de impedâncias e, portanto, a transferência de energia é prejudicada, resultando provavelmente em baixo volume e distorção.

Outro fator limitante é a ausência de dispositivos de chamada e sinalização.

Um telefone melhor

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A Figura 01 dá a representação de um transformador simples. A relação básica do transformador é:

Figura 01

V₂ / V₁ = I₁ / I₂ = N₂ / N₁.

A igualdade mostra que transformadores podem ser construídos com números de espiras tais que as relações entre tensões e correntes (impedâncias) de cada bobina sejam iguais ou próximas das impedâncias próprias dos circuitos a que estão ligados.

O circuito da Figura 02 é um arranjo melhor do que o do tópico anterior. O microfone, que tem menor impedância, é acoplado ao circuito por meio de um transformador, construído com números e relação de espiras de forma a combinar as impedâncias de cada lado. Nessa condição, a transferência de energia é otimizada e o desempenho deve ser melhor.

Figura 02

Outro aspecto positivo é a existência de uma bateria para cada aparelho, que operam de forma independente, como seria desejável em um sistema de telefonia.

Entretanto, o circuito ainda não pode ser considerado de uso prático: não há meios de chamada e sinalização, corrente é continuamente drenada da bateria, mesmo sem uso.



Outro ponto negativo: a pessoa que fala ouve sua voz no próprio fone. Isso é desejável se o volume for baixo. No circuito, o fone reproduz a própria voz com plena intensidade do sinal na linha, o que é bastante incômodo.

Dispositivos de chamada e sinalização

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Os primeiros telefones usavam um sistema eletromecânico acionado por manivela para o sinal de chamada (magneto).

Figura 01

Na realidade, o magneto é um simples gerador elétrico que faz uso de um ímã girante no interior de um núcleo dotado de bobina. A Figura 01 deste tópico dá o esquema simplificado.

A rotação do ímã inverte periodicamente o sentido do fluxo magnético no núcleo, gerando uma tensão alternada na bobina.

Dependendo do modelo, magnetos usados em telefonia podiam fornecer tensões de 60 a 110 V e correntes de 2 a 6 ampères.

Nos sistemas atuais, os sinais de chamada são gerados nas centrais de comutação.

Figura 02

Os primeiros dispositivos de sinalização (campainhas) eram do tipo eletromecânico, em contraste com os atuais, em geral do tipo piezelétrico.

A Figura 02 ao lado dá o diagrama básico. A simplicidade dispensa mais comentários. Por muito tempo, foi o único tipo empregado nos aparelhos comerciais.


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