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Rádio - Como os Primeiros Funcionavam

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O pioneirismo da transmissão de sinais sem fios é em geral atribuído ao engenheiro italiano Guglielmo Marconi, que obteve, em 1896, a primeira patente de um equipamento para tal finalidade. Na realidade, foram usadas técnicas já descobertas por Nikola Tesla e pelo físico russo Alexander Popov. Este último é considerado por alguns como o verdadeiro inventor da tecnologia. Esta página procura demonstrar, de forma simplificada, da operação dos primeiros aparelhos. Nesse contexto, os esquemas apresentados podem não corresponder exatamente aos reais da época, mas os princípios de funcionamento são preservados.

Naqueles anos, o telégrafo com fio já estava razoavelmente difundido. Os sinais telegráficos eram simples sequências de pulsos curtos e longos (pontos e traços), que representavam caracteres de acordo com o código Morse. Os pulsos eram gerados manualmente por uma chave liga/desliga, de formato especial e denominada manipulador. Os sinais elétricos eram transmitidos por fios e, na recepção, era usado um dispositivo de impressão em fita de papel (ou também algum tipo sinalizador sonoro). Um operador habilitado fazia a transcrição dos códigos em textos legíveis. Pela simplicidade do meio, era natural que as primeiras transmissões de rádio fossem dirigidas a sinais telegráficos, isto é, a substituição dos fios por ondas eletromagnéticas.

As válvulas termiônicas ainda não eram disponíveis e, portanto, meios eletromecânicos eram os únicos capazes de gerar ondas eletromagnéticas nas frequências adequadas para transmissão. A Figura 01 dá o esquema básico do pioneiro transmissor de centelha usado por Marconi (em inglês, há a expressão spark gap transmitter, transmissor de abertura de centelha na tradução literal).

Transmissor de centelha (spark gap transmitter)
Fig 01

A bateria B fornece, via manipulador telegráfico M, uma corrente contínua a uma bobina de indução T. Na realidade, é uma combinação de eletroímã com transformador. O contato móvel CM é normalmente fechado por ação de mola, mas a parte móvel contém material magnético (ferro) que é atraído pelo núcleo da bobina. Supondo M pressionado, essa atração abre o circuito, cessando a magnetização e fechando CM e o ciclo se repete. Portanto, enquanto o manipulador estiver pressionado, o contato CM ficará vibrando repetidamente, de forma bastante similar a uma campainha eletromecânica.

A cada abertura de CM é induzido um pulso de alta tensão no secundário de T devido ao maior número de espiras do mesmo. Valores típicos obtidos estavam na faixa de 2000 a 25000 volts. O dispositivo de centelha SG (spark gap) é um par de eletrodos esféricos separados por uma pequena distância. Cada pulso de tensão, por sua vez, começa a carregar o capacitor C. Quando a tensão nele se torna suficiente para romper a rigidez dielétrica do ar no espaço entre os eletrodos de SG, há formação de uma centelha que descarrega o capacitor através do indutor L. Mas essa combinação é um circuito ressonante LC e, portanto, ocorre uma oscilação na frequência determinada pelos valores de L e de C.

Nota-se que a oscilação é amortecida, pois o capacitor C se descarrega gradativamente enquanto não ocorrer um novo pulso de tensão dado por CM. Dependendo dos parâmetros do circuito, a oscilação pode ser interrompida antes do próximo pulso devido à queda de tensão abaixo do mínimo para centelha em SG. De qualquer forma, enquanto o manipulador é mantido pressionado, há produção de um trem de oscilações amortecidas, que é dirigido à antena e transmitido. O seu tamanho varia de acordo com o sinal telegráfico (ponto ou traço).

Transmissor de centelha com corrente alternada
Fig 02

Em razão dos amortecimentos e interrupções, havia considerável geração de harmônicos, com interferências em um amplo espectro. Foram também desenvolvidos circuitos para trabalhar com fontes de correntes alternadas conforme Figura 02. O uso de corrente alternada tem vantagens porque os geradores são mais simples e dispensa o contato móvel CM, mas o circuito da figura é pouco eficiente porque dificilmente as centelhas em SG coincidem com os picos de tensão.

Para amenizar o problema, foram criados dispositivos rotativos de centelha conforme Figura 03. Entre os eletrodos há um disco metálico com ranhuras na borda e acionado por algum dispositivo de rotação controlável. A rotação era ajustada para a coincidência dos picos de tensão com o menor espaço para centelha, melhorando a eficiência da transmissão.

Transmissor de centelha com contato giratório
Fig 03

Devido à ausência de interrupções bruscas do contato CM do circuito com corrente contínua, o formato da onda obtida era menos irregular, mas ainda não ideal porque as oscilações continuam amortecidas. As fontes consultadas indicam que esse era o tipo de transmissor instalado a bordo do Titanic.

Considera-se agora da recepção. Na ausência de dispositivos eletrônicos, o coesor foi o primeiro detector usado em receptores. Era formado por dois eletrodos metálicos no interior de um tubo de vidro e sob vácuo parcial. Entre os eletrodos havia certa quantidade de pó metálico. A passagem de um sinal oscilante força uma atração entre as partículas metálicas, reduzindo a resistência elétrica entre os eletrodos.

Receptor de coesor
Fig 04

Um dos primeiros circuitos com coesor pode ter a forma da Figura 04. Não é sintonizado, o capacitor C' serve apenas de passagem. Se um sinal de intensidade suficiente é captado pela antena, a resistência do coesor diminui e a bobina do relé é energizada, o que pode acionar algum meio de recepção telegráfica, como um gerador de sinal audível. Entretanto, o coesor era um meio problemático. Com a operação, as partículas metálicas tendem a se acomodar nas mesmas posições, cessando a variação de resistência. Isso exigia constantes toques no dispositivo, que rapidamente se tornou obsoleto.

Receptor de galena
Fig 05

A evolução seguinte foi o receptor de cristal, usado até o aparecimento das válvulas termiônicas. A Figura 05 dá ideia de um circuito simples. Nesse circuito já ocorre uma sintonia formada pela bobina L e pelo capacitor C. A detecção era feita por um cristal mineral que, em contado com a ponta de um fio, formava um diodo retificador conforme símbolo em linhas tracejadas da figura. Dos cristais empregados, provavelmente o mais comum era a galena (sulfeto de chumbo). Daí a expressão rádio de galena, que era usual até certa época.
Referências
Pesquisa na Internet em 05/2007. Fontes não anotadas.

Topo | Rev: Mar/2018