quarta-feira, 23 de dezembro de 2009

Spintrônica: chips que usam propriedades quânticas estão a caminho

Pesquisadores holandeses conseguiram transferir informações magnéticas diretamente para um semicondutor e, pela primeira vez, eles fizeram isto a temperatura ambiente. Esta comunicação representa a unificação entre as funções de armazenamento - uma função tipicamente magnética nos computadores atuais - e de cálculo - uma função desempenhada pelos semicondutores.
Vários outros pesquisadores já haviam demonstrado a possibilidade dessa união entre magnético e semicondutor, mas os experimentos vinham sendo feitos em temperaturas muito baixas ou em materiais mais exóticos.


Novo paradigma da computação


A demonstração da troca direta de informações entre materiais magnéticos e semicondutores, especificamente para o silício, é um passo histórico no desenvolvimento de um novo paradigma para a eletrônica e para a computação. O feito representa uma espécie de elo perdido que vem unir as duas áreas fundamentais da computação e poderá abrir caminho para uma nova forma de eletrônica, a chamada spintrônica. Entre algumas das vantagens da spintrônica, além da miniaturização, estão o reduzidíssimo consumo de energia e a capacidade de reter as informações na ausência de alimentação, uma vez que o material semicondutor estará magnetizado.

Chips quânticos

Ao contrário da eletrônica atual, que explora a carga do elétron e seu movimento, a spintrônica utiliza uma propriedade quântica do elétron chamada spin, uma espécie de "rotação" que faz com que um spin assuma duas posições. Os termos "para cima" ou "para baixo" são convenções usadas para representar a "posição" do spin, o que significa que ele pode ser usado para armazenar um bit de informação, assumindo um valor que pode ser 0 ou 1. Fazer um spin passar de 0 para 1 e vice-versa requer pouquíssima energia, muito menos do que o fluxo de elétrons usado nos computadores atuais. O grande desafio é transferir o dado - o 0 ou o 1 do spin - para o semicondutor, o material com que são feitos os processadores, para que esse dado possa ser usado nos cálculos computacionais.


Comunicação entre materiais magnéticos e semicondutores


No experimento agora feito na Universidade de Twente, Ron Jansen e seus colegas fabricaram um sanduíche formado por uma película finíssima - menos de 1 nanômetro de espessura - de óxido de alumínio colocada entre um material magnético e um material semicondutor.
A espessura das películas de cada um dos materiais, que contêm algumas poucas camadas de átomos, é crucial para o funcionamento do dispositivo. O material magnético tem a propriedade do magnetismo porque a maioria dos seus elétrons têm os spins apontando na mesma direção. Ao aplicar uma tensão ao longo da interface de óxido de alumínio, os pesquisadores demonstraram que é possível transferir esses elétrons com spins conhecidos para o semicondutor. O dispositivo permitiu confirmar que os elétrons mantêm sua polarização por um tempo suficiente para fluírem vários nanômetros ao longo do semicondutor, o que é mais do que o suficiente para seu uso em circuitos spintrônicos. O efeito prático é a criação de uma magnetização no semicondutor, com uma orientação e uma magnitude totalmente controláveis por meio da tensão aplicada.
O próximo passo da pesquisa será fabricar os primeiros componentes spintrônicos, capazes de utilizar e manipular as informações disponíveis nos spins transferidos para o semicondutor.


Fonte: Inovação Tecnológica

sexta-feira, 11 de dezembro de 2009

Antenas de metal líquido podem ser dobradas e deformadas

As antenas são construídas com um metal líquido injetado nos microcanais de um elastômero. Elas podem ser dobradas e deformadas porque suas propriedades mecânicas são determinadas pelo elastômero e não pelo metal.


Em um mundo em que cada pessoa está se transformando em um nó de uma rede mundial sem fios, as antenas estão se tornando cada vez mais importantes. Agora, pesquisadores da Universidade da Carolina do Norte, nos Estados Unidos, criaram antenas que podem ser torcidas, dobradas e enroladas para armazenamento, abrindo a possibilidade de uma versatilidade ainda maior no uso de equipamentos eletrônicos e na extensão das redes sem fios. Ao retornarem ao seu formato original, as antenas flexíveis retomam também seu funcionamento, mantendo o mesmo desempenho para o qual foram originalmente projetadas.

Antenas maleáveis e flexíveis

À parte desenvolvimentos futurísticos de nanoantenas para comunicação por luz, mesmo as antenas mais modernas são feitas de cobre ou outros metais, com rígidas limitações com relação ao quanto elas podem ser dobradas e, principalmente, quantas vezes elas podem ser flexionadas antes que a fadiga do metal as inutilize completamente. As novas antenas, desenvolvidas pela equipe do professor Michael Dickey, não apenas podem ser inteiramente dobradas um sem-número de vezes - elas retornam automaticamente ao seu formato original, voltando a funcionar sem qualquer perda de rendimento - elas irradiam com uma eficiência próxima aos 90%. Os pesquisadores acreditam que suas antenas maleáveis terão grande utilidade em aplicações onde a rigidez das antenas tradicionais representam um empecilho ao uso de aparelhos móveis, como telefones celulares, TVs e aparelhos de GPS.

Metal líquido

As antenas flexíveis e maleáveis são fabricadas com um metal líquido injetado em um polímero poroso e flexível. Elas podem ser deformadas à vontade porque suas propriedades mecânicas são ditadas pelo elastômero, e não pelo metal líquido. Os pesquisadores construíram as antenas injetando uma liga dos metais índio e gálio - que permanece líquida à temperatura ambiente - em canais tão finos quanto um fio de cabelo humano. Depois que a liga preenche completamente cada canal, sua superfície oxida, criando uma espécie de "pele" que mantém a liga firme na posição e permite que ela retenha suas propriedades líquidas. "Como a liga permanece na forma de um líquido, ela herda as propriedades mecânicas do material no qual ela está incorporada," explica Dickey.

Antena multifrequencial e sensor

A inovação tem dois benefícios adicionais. O primeiro é que, como a frequência de uma antena é determinada pelo seu formato, é possível usar a mesma antena maleável para transmissão em diversos canais, simplesmente esticando-a. O segundo benefício é que as antenas maleáveis podem funcionar como sensores. Montadas, por exemplo, em pontes ou outras obras de construção civil, elas transmitirão em frequências diferentes conforme as construções se expandam ou se contraiam, permitindo um monitoramento remoto sobre suas condições estruturais.

Mais caras

Os pesquisadores acreditam que as antenas maleáveis serão adequadas para determinados nichos de aplicações - por exemplo, onde haja limitações de espaço, quando as antenas poderão ficar acondicionadas em pequenos compartimentos até serem necessárias. Isto porque a liga de metal líquido é mais cara do que o cobre e os outros metais tipicamente utilizados na fabricação das antenas tradicionais.

Fonte: Inovação Tecnológica

sexta-feira, 4 de dezembro de 2009

Transmissão em SSB [Conclusão]

Amplificador Linear

Cabe ao amplificador linear a tarefa de fornecer potência ao sinal de SSB gerado pelo excitador de SSB. O amplificador linear tanto pode ser faixa-estreita quanto faixa-larga. A Figura 11 mostra o diagrama em blocos de um amplificador linear faixa-estreita.


Figura 11 - Amplificador linear de três estágios, faixa-estreita.


Os transistores ficam entre circuitos passa-faixa LC, responsáveis pela seletividade e o acoplamento entre os estágios.
O amplificador faixa estreita é apropriado para transmissores de freqüência fixa ou que operem numa faixa de freqüência estreita. Um amplificador é chamado de faixa-estreita se sua faixa de passagem é apenas uma fração de sua freqüência central, ou seja:

Amplificador faixa-estreita: BW/fo >>1.

Se a razão BW/fo for pouco inferior a 1 ou igualou maior que a unidade, então o amplificador será considerado de faixa-larga (Figura 12).




Devido ao uso do misturador, necessita-se de seletividade adequada para suprimir os sinais indesejáveis presentes em sua saída. Quanto maior a freqüência de transmissão, fr, e menor a freqüência intermediária, fi, maior é a seletividade necessária (Figura 13).




Por isso, deve-se escolher a freqüência central do filtro de faixa lateral de forma a reduzir os requisitos de seletividade. Isso é conseguido pela escolha de um filtro cuja freqüência central esteja entre 1,6 MHz e 9 MHz, quando se for transmitir em freqüências superiores a 10 MHz.
Para freqüências inferiores, os filtros de 455 kHz serão adequados.
Uma alternativa diferente, que contorna a necessidade do uso de filtros passa-faixa muito seletivos, é a utilização de duas conversões após a filtragem da faixa lateral (Figura 14).


Figura 14 - O uso de dupla conversão possibilita a obtenção de frequências elevadas a partir da FI de 455 KHz.


Os amplificadores utilizados para amplificar o sinal de SSB devem possuir boa linearidade para que não ocorram distorções que venham a prejudicar a qualidade do sinal e gerar intermodulação, o que poderia causar interferência sobre os canais vizinhos ao da freqüência irradiada. A Figura 15 ilustra a curva característica de transferência e as novas freqüências geradas pela intermodulação entre dois sinais de freqüências próximas.


Figura 15 - Gráficos que relacionam a geração de espúrios com a curva característica de transferência do amplificador.


O amplificador linear é o único que não gera nenhum espúrio. O amplificador que apresenta uma característica quadrática exibe um espectro onde aparecem produtos de intermodulação de 2ª ordem, ou seja, f2 ± f1.
Como esses sinais estão bastante afastados, em freqüência, dos sinais originais, os filtros LC conseguem suprimi-los com relativa facilidade.
Já o amplificador que apresenta uma região cúbica em sua característica de transferência, além de gerar produtos de intermodulação de 2ª ordem como no amplificador quadrático, também gera produtos de intermodulação de 3ª ordem, ou seja, 2f2 - f1 e 2f1 - f2. Esses sinais estão muito próximos em freqüência dos sinais originais, para que possam ser eliminados pelos filtros LC, e causam interferência prejudicial em canais de RF adjacentes ao canal utilizado. Por isso, todo o cuidado deve ser dedicado ao projeto de amplificadores lineares para SSB no sentido de obter-se o máximo de linearidade.
A distorção em amplificadores transistorizados é causada principalmente pela relação não-linear entre a tensão base-emissor e a corrente de coletor. Como a relação entre a corrente de coletor e a corrente de base é bem mais linear que a outra característica, o amplificador excitado em corrente apresenta uma distorção muito menor que o excitado em tensão (Figura 16).




Contudo, se a junção base-emissor receber uma polarização adequada, de tal maneira que o transistor opere sempre na região além do "joelho" da curva, a distorção resultante será bastante reduzida. O circuito que fornece essa tensão de polarização deve possuir baixa resistência interna. Isso é necessário porque o transistor de potência pode necessitar de correntes de base da ordem de centenas de miliampères durante o pico de excitação, contra apenas alguns miliampères no estado de repouso. Além disso, o circuito deve ser sensível à temperatura, para evitar a avalanche térmica do transistor de potência, o que é conseguido pelo emprego de termistores, diodos ou transistores, como sensores de temperatura.
Os cuidados com relação ao aquecimento devem ser os mesmos dedicados aos amplificadores de potência de áudio. Quanto à temperatura, os transistores de potência de RF devem trabalhar mais frios, para que possam melhor suportar um eventual descasamento de impedância com a antena. Daí a necessidade de usar dissipadores de calor de dimensões avantajadas. A Figura 17 mostra um circuito típico de polarização classe AB, muito utilizado em amplificadores lineares.


Figura 17 - Circuito de polarização regulada compensada em temperatura.


É aproveitada a baixa resistência dinâmica de um diodo diretamente polarizado para se obter uma tensão de polarização entre base-emissor praticamente independente da corrente de base.
R3 deve ser capaz de permitir a circulação de uma corrente igual ao valor próximo de IB no pico da modulação. C1 permite uma melhor regulação dinâmica, fornecendo corrente durante surtos momentâneos de demanda. R2 é ajustado para que a corrente de repouso de coletor seja apenas suficiente para evitar distorção excessiva em baixos níveis de potência. XRF1 serve para isolar (para RF) a base, de C1. R1 juntamente com R2 e a resistência ôhmica do choque, atua como um divisor de tensão. A tensão VBE fica em tomo de 0,55 V e a corrente de repouso de coletor por volta de 5% da corrente máxima, o que ocorre somente durante os picos de modulação.
Para se reduzir a distorção em amplificadores lineares também pode ser empregada a realimentação negativa. Como o uso da realimentação negativa alarga a curva de resposta em freqüência, seu uso é indicado em amplificadores faixa-larga.
A Figura 18 mostra o diagrama dos primeiros dois estágios de um amplificador linear cuja potência final é de 20 WPEP.


Figura 18 - Pré-amplificador de RF de dois estágios.


É utilizada realimentação negativa para reduzir a distorção e uniformizar o desempenho do circuito, permitindo um bom controle do ganho obtido em cada estágio. Os resistores Re fornecem realimentação negativa de tensão, enquanto os resistores RE fornecem realimentação negativa de corrente. Os transformadores T1 e T2 casam a impedância entre coletor e base. Os capacitores de 100 pF em paralelo com T1 e T2 sintonizam os mesmos na freqüência central de operação. A largura de faixa excede 1 MHz.
Apesar de ambos os tipos de realimentação reduzirem tanto o ganho quanto a distorção do estágio, seus efeitos sobre as impedâncias de terminação são diversos. RF diminui as impedâncias de entrada e de saída. RE eleva-as (Tabela 1).


Tabela 1


Os capacitores C6 e C10 sintonizam L3 e L5 para a freqüência desejada. Os demais capacitores devem apresentar uma baixa reatância capacitiva para a freqüência do sinal amplificado.


Figura 19 - Desenho simplificado do amplificador com dupla realimentação


Se for desejada a operação em faixa-larga, os capacitores C6 e C10 deverão ser omitidos e os indutores L3, L4 e L5, L6 trocados por transformadores bifilares toroidais de relação de impedâncias 4 : 1 (N = 2 : 1). A Figura 20 mostra a curva de resposta que pode ser obtida, e a Figura 21, o circuito simplificado.


Figura 20 - Curva de resposta de um estágio faixa-larga utilizando degeneração série-paralela.


Figura 21 - Circuito simplificado de um estágio amplificador faixa-larga.


A curva de resposta exibe um corte em baixa freqüência devido à queda de reatância do transformador. Em alta freqüência o corte deve-se principalmente às características do transistor.
Para a curva mostrada o transistor deve ter uma fT de 500 MHz.
A Figura 22 mostra o excitador e o amplificador de potência linear de um transmissor de SSB de 20 W. É utilizada realimentação negativa paralela no estágio excitador e a polarização de base é suprida da forma mostrada na Figura 17. O casamento de impedâncias entre Q1 e Q2 é proporcionado pelo capacitor C6. O indutor L1 sintoniza o coletor de Q1 na freqüência central de transmissão.


Figura 22 - Excitador e amplificador de potência linear classe AB de 20W PEP de saída.


O amplificador de potência Q2 é polarizado em classe AB, da mesma maneira que o estágio excitador. A associação de R8 e C8 ajuda a prevenir oscilações indesejáveis. O capacitor C9 tem a mesma finalidade. L2 sintoniza o coletor de Q2 e a rede formada por C10, L3 e C13 casam a impedância. A rede formada por C14 e L4 atua abaixo da freqüência de ressonância série, que é de 12,1 MHz. Sua finalidade é permitir a sintonia exata do amplificador de potência através do ajuste de L4. Todos os componentes entre L5 e o conector de antena atuam como filtro de harmônicos, sendo que L7 e C17 devem estar sintonizados na freqüência do segundo harmônico, ou seja, 14,4 MHz. O resistor R9 serve para descarregar a eletricidade estática acumulada na linha de transmissão que conecta o transmissor à antena, durante tempestades elétricas.
Os valores em ohms indicado dentro das elipses, no circuito da Figura 22, correspondem às impedâncias nos pontos assinalados. O mesmo é verdadeiro para os valores de potência.
Os choques de 47 µH são microchoques de ferrite, da SONTAG, assim como as formas, ferrites e canecas de blindagens dos indutores de ferrite utilizados nos circuitos das Figuras 10, 18 e 22.
Um transmissor completo de SSB para a faixa de 7,2 MHz pode ser obtido pela conexão dos circuitos das Figuras 10, 18 e 22.

Fonte:
Telecomunicações
Juarez do Nascimento
Makron Books

quinta-feira, 3 de dezembro de 2009

Transistores de pé farão chips menores e mais rápidos


Transistores são estruturas planas construídas sobre as pastilhas de silício. Se eles forem colocados de pé, caberão muitos mais deles na mesma área. A saída está nos transistores nanofios, agora construídos pela primeira vez.


Transistores de nanofios

A maneira tradicional de colocar mais transistores dentro do mesmo chip tem sido diminuir o tamanho dos transistores. Mas há outra abordagem possível: os transistores são estruturas planas construídas sobre pastilhas de silício. Se eles forem colocados de pé, caberão muitos mais deles na mesma área. Com isso em mente, há algum tempo os cientistas têm olhado com muito interesse para os nanofios - fios tão finos que seu diâmetro pode ser medido em átomos - já que eles podem ser fabricados em estruturas tridimensionais, que se projetam para cima a partir de um substrato.

Camadas bem definidas

Os componentes eletrônicos, como os transistores, são frequentemente feitos de estruturas heterogêneas, o que significa que eles são formados por sanduíches de diversos materiais. O grande desafio é construir os nanofios verticalmente em camadas bem definidas de materiais semicondutores, como silício e germânio, para que eles possam funcionar como transistores. Esse foi o progresso agora alcançado pela primeira vez por cientistas da Universidade Purdue, nos Estados Unidos. Os pesquisadores descobriram como criar nanofios com camadas de diferentes materiais e com fronteiras muito bem definidas - com precisão atômica - entre as diversas camadas de material, uma exigência crítica para a fabricação de transistores de nanofios. "Tendo camadas bem definidas de materiais permite otimizar e controlar o fluxo de elétrons e ligar e desligar esse fluxo," explica o professor Eric Stach, um dos autores da pesquisa, feita em colaboração com cientistas da IBM.

Manutenção da Lei de Moore

Essas estruturas de nanofios representam um possível caminho para a fabricação de uma nova geração de transistores ultra pequenos, mantendo o ritmo de miniaturização atual, que tem conseguido justificar a chamada Lei de Moore, segundo a qual o número de transistores por área no interior de um processador dobra a cada 18 meses. "Mas primeiro nós temos que descobrir como fabricar nanofios com padrões exatos, antes que a indústria possa começar a usá-los para fabricar transistores." A cautela demonstrada pelo pesquisador justifica-se porque os transistores de nanofios foram construídos inteiramente em escala de laboratório, utilizando um microscópio de transmissão eletrônica para monitorar a formação do nanofio.

Técnica de fabricação dos nanofios

Para fabricar os transistores de nanofios, os pesquisadores usaram inicialmente nanopartículas de uma liga de ouro e alumínio, que foram fundidas no interior de uma câmara de vácuo. A seguir, a câmara foi inundada com vapor de silício. Aos poucos, a "gota" de ouro-alumínio absorveu silício até se tornar supersaturada, fazendo com que o silício na forma de gás se precipitasse e formasse fios a partir de cada "gota". Cada nanofio recebeu então, na extremidade superior, uma gota da mesma liga de ouro-alumínio, fazendo com que a estrutura lembrasse um cogumelo. Com a redução da temperatura no interior da câmara, a cobertura de ouro-alumínio solidificou-se, permitindo a deposição de uma camada de germânio, criando uma estrutura heterogênea de germânio-silício. O ciclo pode ser repetido e invertido, injetando gás de germânio e depositando o silício a seguir, permitindo a fabricação de heteroestruturas com propriedades específicas.

Fonte: Inovação Tecnológica

segunda-feira, 30 de novembro de 2009

Baterias líquidas podem viabilizar energias renováveis

Professor Donald Sadoway e seu assistente David Bradwell observam um dos protótipos da bateria líquida, que está no centro do cilindro metálico, responsável por aquecê-la a 700 ºC.


Baterias portáteis

A simples menção à palavra bateria traz à mente os telefones celulares, os tocadores de MP3, as câmeras digitais e toda uma parafernália de equipamentos eletrônicos portáteis. É a portabilidade que exige que a energia seja acondicionada no interior de um pequeno dispositivo, que possa ser recarregado quando sua energia tiver se esgotado. Qual seria, afinal, o sentido de desenvolver baterias gigantescas, fixas, que não pudessem ser levadas para lá e para cá? Neste caso não seria mais simples ligar o equipamento à tomada?

Baterias estacionárias

Não se estivermos falando de capturar a energia de fontes renováveis e usá-la para alimentar a própria rede elétrica, substituindo sistemas de geração não sustentáveis e poluidores e tirando proveito das energias alternativas - eólica, solar, das ondas e das marés. O grande problema é que essas fontes realmente renováveis e sustentáveis de energia são extremamente variáveis: o Sol não brilha à noite, os ventos não sopram sempre e as ondas e as marés variam imensamente. E a rede elétrica que abastece empresas e residências não pode conviver com tamanha variabilidade. A solução é armazenar a energia quando ela está sendo gerada e injetar na rede de distribuição um fluxo contínuo - nos momentos de sol e vento, por exemplo, uma parte da energia vai para as baterias e outra vai diretamente para a rede. À noite, ou quando o vento cessar, as baterias enviam sua energia acumulada para a rede, mantendo constante o nível de suprimento.

Baterias líquidas

Agora, o Dr. Donald Sadoway, do MIT, nos Estados Unidos, parece ter encontrado uma forma de construir essas baterias gigantescas, que não precisam ter as limitações das baterias convencionais. "O que eu fiz foi ignorar completamente a tecnologia convencional usada nas pilhas e baterias portáteis," diz ele. O conjunto de exigências totalmente diferentes para as baterias estacionárias "abriu um conjunto totalmente novo de possibilidades." Há alguns anos, Sadoway fez parte de uma equipe que criou uma forma de substituir elementos caros das baterias recarregáveis por materiais mais baratos. Nesta pesquisa, sem precisar se ater à tecnologia convencional, o pesquisador achou melhor fabricar baterias líquidas. Como os componentes principais da bateria podem atingir altas temperaturas, eles podem se fundir e ficar constantemente na fase líquida. "Componentes sólidos nas baterias são como quebra-molas. Quando você quer uma corrente realmente alta, você não vai querer sólidos," diz ele.


Depois de testada e resfriada, a bateria líquida se solidifica. Os pesquisadores cortaram-na para estudar sua estrutura interna.


Como funcionam as baterias líquidas

O princípio básico consiste em colocar três camadas de líquido no interior de um recipiente - duas ligas metálicas diferentes e uma camada de sal. Os materiais foram escolhidos de tal forma que apresentam densidades diferentes, o que os mantém separados naturalmente em três camadas distintas, com o sal no meio, separando as duas camadas de ligas metálicas fundidas. A energia é armazenada nos metais líquidos, que tendem a reagir um com o outro. Mas eles somente podem fazer isso transferindo íons - átomos eletricamente carregados de um dos metais da liga - através do eletrólito. Isso resulta em um fluxo de corrente elétrica. Quando a bateria está sendo carregada, alguns íons atravessam a camada de sal e são coletados em um dos terminais. Quando a energia da bateria está sendo utilizada esses íons migram de volta através do sal e se depositam no terminal oposto.

Bateria fundida

A bateria opera a 700 graus Celsius, a temperatura para manter fundidas todas as três camadas. No protótipo que está sendo testado em laboratório, isto exige um fornecimento externo de calor. Mas Sadoway afirma que, nas baterias estacionárias em escala real, a corrente elétrica que estiver entrando ou saindo da bateria será suficiente para manter a temperatura sem o gasto extra de energia para alimentar a fonte externa de calor. A ideia é promissora, mas ainda há um longo caminho até que o conceito possa se transformar em uma solução que possa viabilizar as fontes alternativas de energia. Os testes em laboratório mostraram-se encorajadores, mas muitos outros testes serão necessários "para demonstrar que a ideia é escalável para as dimensões industriais, com custos competitivos," diz Sadoway. Um dos desafios é construir os contatos elétricos entre a rede de distribuição e uma bateria que funciona a 700 ºC.

Fonte: Inovação Tecnológica

segunda-feira, 23 de novembro de 2009

Codificação dos semicondutores

Muita gente ainda não tem essa lista que as vezes é muito útil, trata da codificação usada pelos fabricantes de semicondutores.



Fonte: Revista Elektor Brasil

sábado, 21 de novembro de 2009

Nanotecnologia cria antenas para transmitir informações por luz


As nanoantenas transmitem informações a taxas extremamente elevadas porque a alta frequência da luz permite uma modulação extremamente rápida do sinal - na prática, uma aceleração por um fator de 10.000, utilizando uma potência menor.


Ondas de comunicação

Em 1887, Henrich Hertz desvendou o funcionamento das ondas eletromagnéticas, lançando por sua vez a primeira onda das comunicações globais. Mais de 120 anos depois, a transmissão de dados sem fios domina o campo das telecomunicações. Nesse período, a quantidade de informações a ser transmitida aumentou e cresceu exponencialmente também o número de usuários que querem usufruir da tecnologia - virtualmente, cada cidadão na face da Terra. Para acompanhar a demanda, os engenheiros têm explorado frequências de rádio cada vez mais elevadas, de forma a transmitir quantidades cada vez maiores de informações no menor tempo possível. Há bem menos tempo, os cientistas descobriram que poderiam utilizar também a luz para transmitir ondas de rádio. Mas tropeçaram em uma dificuldade tecnológica: construir antenas capazes de viabilizar o uso dessa nova técnica era, se não impossível, totalmente impraticável.

Nanoantenas ópticas

Entra em campo a nanotecnologia. Agora, finalmente, os cientistas conseguiram fabricar nanoantenas ópticas que poderão abrir novas fronteiras na comunicação sem fios. O feito coube a um grupo de pesquisadores da Universidade do Estado de Baden, na Alemanha. O componente chave na tecnologia lançada por Hertz é a antena dipolo - uma antena desse tipo no ponto de transmissão e outra no ponto de recepção viabilizou o início de toda a tecnologia da radiotransmissão. A comunicação entre o transmissor e o receptor alcança a eficiência máxima quando o comprimento total das antenas dipolo corresponde a cerca da metade do comprimento de onda da onda eletromagnética que está sendo transmitida. Desta forma, a radiotransmissão por meio de ondas de luz, de altíssima frequência, exige antenas que não sejam maiores do que a metade do comprimento de onda da luz. Por exemplo, a luz amarela possui um comprimento de onda de 600 nanômetros, o que exigiria uma antena de, no máxima, 350 nanômetros de comprimento. A fabricação controlada dessas antenas de transmissão óptica em nanoescala esbarrava em uma dificuldade de ordem física: elas não podem ser fabricadas pelas técnicas tradicionais de exposição óptica devido à característica de onda da própria luz.

Feixes de elétrons

Os pesquisadores alemães resolveram o problema utilizando um processo que emprega feixes de elétrons - a chamada litografia por feixe de elétrons. O método permitiu a fabricação de antenas de ouro com dimensões de até 100 nanômetros. As nanoantenas funcionam exatamente como as antenas de rádio. Só que estas últimas têm comprimentos de cerca de 1 metro. Desta forma, a frequência recebida pelas nanoantenas é 1 milhão de vezes mais elevada do que a frequência de rádio - ou seja, algumas centenas de GHz, contra os 100 MHz do rádio. Isto significa que as nanoantenas poderão transmitir informações a taxas extremamente elevadas porque a alta frequência das ondas de luz permite uma modulação extremamente rápida do sinal - na prática, uma aceleração no volume de dados transmitido por um fator de 10.000, utilizando uma potência menor. E a luz na frequência entre 1.000 e 400 nanômetros não tem qualquer efeito nocivo à saúde do homem, dos animais ou das plantas.

Antenas versáteis

E tem muito mais. Enquanto uma antena dipolo faz muito bem o serviço de transmitir e receber ondas de rádio, as nanoantenas ópticas terão inúmeras outras utilidades. Elas podem ser usadas como emissores de luz com aplicações em comunicação e computação quânticas, já que são capazes de emitir fótons individuais de forma controlada. Por emitirem luz, elas podem funcionar como "nanolanternas", permitindo estudar biomoléculas individuais sem o risco de danificá-las. As nanoantenas servirão ainda para a caracterização de nanoestruturas em semicondutores, sensores e circuitos integrados, graças ao seu funcionamento inverso, com alta eficiência na captura da luz. Os pesquisadores alemães já estão trabalhando na captura eficiente da luz visível por meio das nanoantenas e na focalização dessa luz em pontos com cerca de 10 nanômetros, o que permitirá a otimização das células solares fotovoltaicas.

Fonte: Inovação Tecnológica

sábado, 14 de novembro de 2009

Transmissão em SSB [Primeira parte]

O termo SSB é a sigla em inglês para "Single SideBand" ou faixa lateral única. Esse termo refere-se à principal característica desse tipo de emissão, que é a de transmitir somente uma das faixas laterais pelo processo de modulação em amplitude com supressão da portadora. De fato, o sistema de modulação em SSB pode ser encarado como um avanço em relação ao sistema AM-DSB/SC e dele se origina. A Figura 1 mostra os espectros dos vários tipos de modulação em amplitude.


Figura 1


Como seria de se esperar, devido à existência de duas faixas laterais, existem dois modos de se emitir um sinal de SSB: em USB (Upper SideBand), faixa lateral superior, ou LSB (Lower SideBand), faixa lateral inferior. Existem basicamente três métodos para a obtenção do SSB: por filtragem, por fase e por segmentação do espectro.
Modernamente, porém, somente o método da filtragem é utilizado, devido à disponibilidade de filtros apropriados para a execução dos circuitos de transmissão.

SSB por Filtragem

Neste método inicialmente se produz um sinal AM-DSB/SC com um modulador balanceado e na seqüência remove-se uma das faixas laterais com o auxílio de um filtro passa-faixa (Figura 2).


Figura 2a

Figura 2b


O funcionamento deste transmissor pode ser descrito como se segue.

Amplificador de áudio: tem a finalidade de adaptar o nível do sinal entregue pelo microfone às necessidades do modulador balanceado. Inclui muitas vezes algum tipo de tratamento do sinal com o objetivo de melhorar a inteligibilidade. Um limitador de picos é quase sempre empregado ou, então, um compressor de nível.

Modulador balanceado: gera o sinal AM-DSB/SC a partir do sinal modulante proveniente do amplificador de áudio e da portadora, oriunda do oscilador do mesmo nome.

Oscilador de portadora: gera um sinal de RF de amplitude e freqüência constantes. Geralmente utiliza um cristal oscilador para melhoria da estabilidade de freqüência.

Filtro de faixa lateral: como o seu nome sugere, sua finalidade é filtrar uma das duas faixas laterais entregues pelo modulador balanceado. Devido à alta seletividade requerida neste ponto do circuito, normalmente não são empregados circuitos LC e sim filtros mecânicos ou a cristal.

Misturador de canal: justamente pela necessidade do uso de filtros especiais para eliminação da faixa lateral indesejada, toma-se imperativo o uso do estágio misturador. Acontece que os filtros de faixa lateral são fabricados em algumas poucas freqüências, e a necessidade da obtenção de inúmeros canais de RF obriga a se dispor de um estágio misturador para obtê-los.

Oscilador de canal: através da escolha apropriada da freqüência deste oscilador é que se consegue obter a freqüência irradiada. Geralmente, como no caso do oscilador de portadora, utilizam-se cristais em sua construção. Contudo, em equipamentos de freqüência variável utilizam-se osciladores LC de alta estabilidade ou sintetizadores de freqüências digitais.

Filtro de canal: é utilizado para filtrar os sinais na saída do misturador do canal, permitindo que apenas um deles tenha acesso ao amplificador linear. Como as necessidades de seletividade são menos severas nesse ponto, utilizam-se circuitos LC na construção desse filtro.

Amplificador linear: serve para amplificar o sinal que será irradiado pela antena. Sua construção exige precauções no tocante à quantidade de distorção introduzida pelo circuito, que deve permanecer a mais baixa possível. Utilizam-se sempre dispositivos polarizados em classe A ou B, sendo proibido o uso de amplificadores classe C.

A maior parte dos estágios que compõem um transmissor de SSB já foi analisada nos capítulos anteriores. Aqui serão abordados o funcionamento, em maior profundidade, do filtro de faixa lateral e do amplificador linear, já que se trata de circuitos específicos para esse tipo de transmissor.

O Filtro de Faixa Lateral

Para cumprir sua finalidade, o filtro de faixa lateral deverá exibir uma curva de resposta semelhante à da Figura 3.


Figura 3


A atenuação final precisa exceder - 40 dB para uma boa supressão da faixa lateral. A ondulação da curva de resposta dentro da região plana não deverá ultrapassar a 3 dB e a largura de faixa a - 3 dB deverá ser inferior a 3 kHz. O fator de forma da curva do filtro, que é a relação entre largura de faixa a - 60 dB e a largura de faixa a - 6 dB, deve ser o menor possível. A freqüência da portadora é aquela em que a curva de resposta do filtro exibe uma atenuação de aproximadamente - 20 dB.

Filtros Mecânicos

A indústria americana iniciou a produção de modelos desse tipo de filtro em 1952 e a indústria japonesa em meados dos anos 60. Sem dúvida, a mais significativa característica desse tipo de filtro é o alto Q dos ressoadores de disco metálico dos quais é feito. Um Q de 10000 é comum neste tipo de ressoador.
Os filtros mecânicos desfrutam de uma excelente característica de estabilidade de freqüência. Isso toma possível fabricá-los com uma faixa passante que vai de algumas centenas de hertz até alguns quilohertz.
A Figura 4 ilustra o modo de operação de um filtro mecânico. A Figura 5 mostra a constituição interna de um filtro com transdutores magneto-estritivos.


Figura 4

Figura 5


Outros filtros utilizam transdutores piezoelétricos. A figura 6 mostra o circuito equivalente elétrico de um filtro mecânico com transdutores magneto-estritivos.


Figura 6


Como observação final, o filtro mecânico é fabricado para freqüências inferiores a 1 MHz e sua perda inserção não ultrapassa 7 dB.
A impedância de terminação é de aproximadamente 50 k ohms para um filtro magneto-estritivo de 455 kHz e sua capacitância de sintonia é de cerca de 120 pF. Filtros com transdutores piezoelétricos requerem uma impedância menor, em tomo de 1 k ohms.

Filtros Piezoelétricos

Um cristal oscilador exibe uma ressonância série, fs, e, numa freqüência ligeiramente maior, uma ressonância paralela, fp, conforme se pode concluir, pelo exame da Figura 7.


Figura 7


Em ambos os casos o fator de qualidade Q é muito elevado, podendo superar 100 mil vezes. O cristal é utilizado como filtro nas imediações da ressonância série. Como a separação pólo-zero, fp – fs, equivale, num cristal em aberto do tipo HC-6U, a cerca de 0,12% de fs, a largura de faixa obtida com o uso de cristais de freqüência inferior a 1,25 MHz será insuficiente para o uso em SSB, havendo a necessidade de aumentar a separação. Isso pode ser conseguido pela conexão de uma indutância externa em série com o cristal, para diminuir fs, ou em paralelo para aumentar fp. A Figura 8 mostra os efeitos causados pelo uso de indutâncias.


Figura 8a

Figura 8b


O uso de indutâncias, contudo, pode originar respostas espúrias. A Figura 8b mostra o aparecimento de uma ressonância paralela abaixo da freqüência de ressonância do braço RLC-série, causada pela colocação de uma indutância externa em paralelo com o cristal.
A Figura 9 mostra um filtro a cristal do tipo meia-treliça.


Figura 9


Esta configuração é utilizada para neutralizar a capacitância Co dos cristais e aumentar a faixa de passagem, que passa a ser igual ao dobro do espaçamento entre fp e fs. Para isso, tanto a separação de freqüências entre pólo e zero quanto à diferença entre as freqüências de ressonância série dos cristais Y1 e Y2 deverão ser de aproximadamente 1,5 kHz, ou seja, fS2 igual a fp1, para uma faixa de passagem de 3 kHz. O valor exato de fp2 pode ser ajustado por meio de C2. Desta forma, haverá o máximo de sinal na saída, e mínimo de atenuação, tanto nas freqüências de ressonância série de ambos os cristais, quanto nas freqüências onde as reatâncias apresentadas pelos cristais tiverem sinais opostos, ou seja, acima de fS1 e abaixo de fS2, acima de fp1 e abaixo de fp2. Nas freqüências onde as reatâncias tiverem os mesmos sinais, haverá atenuação, sendo máxima quando as reatâncias forem exatamente iguais, o que ocorre acima de fp2, no filtro meia-treliça. A atenuação da faixa lateral obtida pela utilização de um filtro meia-treliça de apenas -20 dB. Para conseguir maior atenuação, deve-se utilizar o filtro treliça, mostrado na Figura 9b, que apresenta maior atenuação da faixa lateral indesejada (- 40 dB). Um filtro adequado para SSB deve utilizar seis cristais, sendo quatro na configuração treliça e dois na configuração meia-treliça. A atenuação conseguida para a faixa lateral, dessa maneira, é de aproximadamente - 60 dB.

O Excitador de SSB

A Figura 10 mostra um excitador completo para SSB, cujo funcionamento é analisado a seguir.


Figura 10


Função dos Principais Componentes

D1 e D2 - servem para nivelar os picos do sinal de voz, proveniente do microfone (diodos limitadores).
R4 - regula o nível de modulação.
Q1 e Q2 - modulam a portadora com o sinal de áudio, suprimindo-a na saída, onde aparecem somente as faixas laterais.
R7, R8 e C9 - ajustam o equilíbrio do circuito modulador.
FM1 - filtro mecânico de faixa lateral. Suprime uma das faixas laterais.
Q3 - fornece o ganho de tensão ao sinal de FI.
T2 - sintonizado na FI. Serve de acoplamento ao estágio seguinte.
Q4 e Q5 - converte a freqüência de FI na freqüência desejada de transmissão.
R13 - ajuste de equilíbrio do misturador de canal.
T3 - bobina trifilar.
Q6 - oscilador de portadora.
C18 - ajuste fino da freqüência da portadora.
Q7 - gerador de corrente constante.
Q8 - oscilador de canal.
C22 - ajuste fino da freqüência do oscilador de canal.
Q9 - gerador de corrente constante.
Y1 - cristal de portadora.
Y2 - cristal de canal.

Modulador Balanceado

É composto pelos transistores Q1, Q2 e Q7, mais os potenciômetros R7 e R8 e o trimmer C9. O potenciômetro R7 compensa as diferenças de VBE dos transistores Q1 e Q2. O potenciômetro R8 mais o trimmer C9 ajustam o equilíbrio do modulador, permitindo a eliminação quase completa da portadora. Na verdade é possível obter-se uma atenuação da portadora de aproximadamente - 40 dB em relação ao nível das faixas laterais. O transformador T1 é usado para inverter a fase do sinal de áudio destinado à base de cada transistor.
Os capacitores C3 e C4 desacoplam as bases para o sinal de portadora, já que os transistores moduladores operam em base-comum para esse sinal.
O uso de um gerador de corrente constante, Q7, para acoplar a portadora aos emissores dos transistores moduladores, bem como a seleção adequada dos componentes (no sentido da obtenção do equilíbrio perfeito de todo o circuito), proporciona a melhor condição de funcionamento. T1 tem uma impedância de 10 k ohms no primário e 500 ohms em cada metade do secundário. A corrente de coletor dos transistores é igual a 1mA, exceto para Q7, onde a corrente tem o dobro do valor. O divisor de tensão de base polariza-as ao redor de 3 V. Os transistor são todos BF 494, que possuem uma fT = 250 MHz e ß = 115.
O trimpot R8 é utilizado para o ajuste do equilíbrio do modulador balanceado, permitindo o cancelamento da portadora. A ação de R8 é complementada pelo trimmer C9, que corrige eventuais diferenças de fase entre os sinais presentes em ambos os coletores. Às vezes toma-se necessário conectar C9 ao coletor de Q1, para conseguir-se uma atuação correta.

Misturador de Canal

O funcionamento do misturador de canal é, sobre todos os aspectos, semelhante ao do modulador balanceado, valendo para este estágio os mesmos critérios de seleção rigorosa dos componentes utilizados, visando à obtenção do melhor equilíbrio do circuito a fim de suprimir na saída o sinal do oscilador de canal.
O potenciômetro R13 mais os resistores R14 e R15 formam um divisor de tensão que modifica a polarização da porta dos FETs, fazendo variar sua condutância, proporcionando a compensação das eventuais diferenças de parâmetros dos componentes usados.
O transformador T3 mais o capacitor C16 sintonizam a freqüência desejada, fc + fi ou fc - fi. Para melhor precisão e controle da capacitância distribuída dos enrolamentos, é utilizado um transformador trifilar.
Os capacitores C14 e C15 colocados nas portas dos FETs devem apresentar baixa impedância para a freqüência de conversão e servem para criar uma tensão simétrica entre os terminais do transformador de FI, melhorando o desempenho geral.
Após o misturador de canal, deve ser colocado um filtro suficientemente seletivo para eliminar os produtos indesejados de conversão. Normalmente, são necessários pelo menos dois circuitos ressonantes LC paralelos para a obtenção da seletividade necessária. Aqui isso é conseguido pelos seguintes componentes: C16 em paralelo com a indutância do primário de T3 formam o primeiro filtro passa-faixa de canal. O segundo filtro passa-faixa está localizado no pré-amplificador de RF, mostrado na Figura 18. Os componentes do filtro são L2 e C2. Juntos, os filtros conseguem atenuar pelo menos -40 dB os produtos indesejáveis de conversão.

Fonte:
Telecomunicações
Juarez do Nascimento
Makron Books

quinta-feira, 12 de novembro de 2009

O incrível padre Landell de Moura

Esse é um livro que conta um pouco da vida desse cientista brasileiro pouco conhecido e não reconhecido por seu povo.



quinta-feira, 5 de novembro de 2009

Detectada corrente elétrica persistente, que flui eternamente

A corrente persistente, que parece desafiar todos os princípios da física, é resultado de um efeito da mecânica quântica que influencia a forma como os elétrons viajam através de anéis metálicos comuns.


Uma corrente elétrica perpétua pode parecer algo parecido como um interruptor especial que, tão logo acionado, faz os narizes de todos os cientistas torcerem imediatamente. Mas foi exatamente isso o que fizeram físicos da Universidade de Yale, nos Estados Unidos.

Corrente elétrica persistente

Para aliviar um pouco o preconceito contra o termo "perpétuo," os cientistas preferem chamar esse minúsculo fluxo de elétrons de corrente persistente, uma pequena corrente elétrica que flui naturalmente, de forma incessante, ao longo de anéis metálicos, mesmo na ausência de qualquer fonte externa de energia. Esta é a primeira vez que se obtém uma medição definitiva dessa corrente elétrica persistente elusiva, prevista teoricamente há várias décadas. O desafio é que a corrente é tão fraca que é difícil medi-la sem interferir com ela, o que dificultava a criação de um experimento que pudesse oferecer resultados seguros e confiáveis.

Movimento dos elétrons

Os pesquisadores utilizaram braços oscilantes metálicos construídos em nanoescala, tão minúsculos e sensíveis que permitiram a medição nas alterações do campo magnético que a corrente elétrica persistente cria ao fluir ao longo do anel metálico. A corrente persistente, que parece desafiar todos os princípios da física, é resultado de um efeito da mecânica quântica que influencia a forma como os elétrons viajam através dos metais. A rigor, é o mesmo tipo de movimento que permite que os elétrons de um átomo fiquem orbitando eternamente o seu núcleo. Até agora, os cientistas vinham tentando medir a corrente persistente usando magnetômetros extremamente sensíveis, conhecidos como SQUIDs (Superconducting QUantum Interference Devices), mas os resultados eram inconsistentes e até contraditórios. "Os SQUIDs são considerados há muito tempo como a ferramenta de fato para medir campos magnéticos extremamente fracos. É até difícil de pensar que nosso dispositivo mecânico pode ser mais sensível do que um SQUID," explica o professor Jack Harris, um dos autores da pesquisa.

Supercondutores e computação quântica

"Esses anéis metálicos são comuns, não-supercondutores, e podemos pensar neles essencialmente como resistores," diz Harris. "Ainda assim, mesmo em um resistor, essas correntes fluirão eternamente, mesmo na falta de uma tensão externa." A medição definitiva da corrente persistente ajudará nas pesquisas em várias áreas da física, eventualmente oferecendo um melhor entendimento sobre como os elétrons se comportam nos metais, uma informação importante tanto para o campo dos supercondutores quanto para a computação quântica, sempre às voltas com as interferências do ambiente sobre os qubits.

Fonte: Inovação Tecnológica

domingo, 1 de novembro de 2009

Capacitores com polaridade

Qual é o terminal que funciona como blindagem?

Como o leitor sabe, quando se ligar um capacitor eletrolítico num circuito temos que levar em consideração a sua polaridade. Se um capacitor deste tipo for ligado ao contrario, começa a aquecer acabando por romper ao fim de pouco tempo e ficar completamente inutilizado. Se for submetido a uma tensão muito elevada, o aquecimento é rápido e até poderá explodir. Os capacitores não polarizados podem ser ligados a um circuito com qualquer orientação e só fundirão se forem sujeitos a uma tensão muito superior ao valor inscrito no seu encapsulamento. No entanto, existem capacitores deste tipo que também possuem pseudo-polaridade. Estamos falando dos capacitores, em que as películas metálicas que formam as duas placas, são enroladas formando uma espécie de bobina. Este tipo de construção era muito comum no tempo das válvulas, mas ainda continuam a aparecer à venda no mercado. Normalmente, o terminal da placa exterior esta marcado com uma faixa ou um ponto, mas infelizmente em outros casos não existe qualquer identificação. O terminal da placa exterior deve ser sempre ligado a massa do circuito. Se assim não for, nos circuitos eletrônicos sensíveis (pré-amplificadores, por exemplo) poderá ocorrer ruído, ou mesmo tendência para oscilação. Por exemplo, quando um destes capacitores é utilizado para transferir o sinal para a grade de uma válvula (entrada de alta impedância), o terminal da placa interior do capacitor deve ficar para o lado da grade e o terminal da placa exterior ligado ao anodo da válvula anterior, que possui menor impedância.

O teste

Quando um capacitor não possui qualquer marcação, mas o leitor desconfia que ele é o responsável pelo ruído gerado num circuito de áudio, existe um processo simples para determinar qual e o terminal ligado a placa exterior. Basta aplicar um sinal senoidal, com frequência da ordem de 1 kHz e amplitude pico a pico de dois a três Volts, nos terminais do capacitor, tal como mostra a figura 1.

Figura 1 - Processo para testar um capacitor

Depois, o canal X de um osciloscópio recebe o mesmo sinal da ponta de teste do canal Y que e mantida encostada ao encapsulamento do capacitor. Selecione o modo X-Y e na tela deve aparecer uma elipse mais ou menos achatada. Se a elipse achatar no sentido do eixo Y quando a ponta de teste é afastada do corpo do capacitor (figura 2), o terminal da placa exterior esta ligado ao lado "quente" do sinal senoidal.

Figura 2 - Esquerda: ponta de teste encostada. Direira: ponta de teste afastada

O lado frio é o que está ligado à massa. No caso contrário, isto é, se a elipse aumentar, o terminal da placa exterior está ligado à massa. Para maior garantia, troque a ligação dos terminais do capacitor e repita o teste. Podem existir varias razões para não verificar qualquer alteração na forma da elipse. O capacitor não é do tipo bobinado, a tensão, ou a frequência do sinal é demasiadamente baixa, o canal Y está ajustado para baixa sensibilidade, ou o efeito das suas mãos está interferindo com o teste. Muitas vezes, aplicando na ponta de teste Y um pequeno disco metálico, obtêm-se melhores resultados, porque se aumenta o acoplamento capacitivo. Depois de ter identificado as legações internas dos terminais de um capacitor, não quer dizer que outros capacitores iguais apresentem a mesma ligação. O autor do artigo já detectou inúmeras vezes discrepâncias deste tipo, mesmo para capacitores iguais comprados ao mesmo tempo.

Fonte - Elektor nº35 - Fevereiro de 2005

sexta-feira, 30 de outubro de 2009

Einstein 1 x 0 Teorias Especulativas


Um fóton (violeta) carrega um milhão de vezes mais energia do que o outro (amarelo). Ainda assim eles chegaram virtualmente juntos.


Estrutura do espaço e do tempo

O Telescópio Fermi, da NASA, que observa os céus em busca dos raios gama, a forma de mais alta energia da luz, está completando um ano de operação com um feito longamente esperado pela comunidade de físicos, astrofísicos e cosmologistas. Depois de mapear mais de mil fontes individuais de raios gamas, o telescópio obteve uma medição que está fornecendo uma evidência experimental inédita sobre a estrutura do espaço e do tempo, unificados na teoria do espaçotempo de Einstein.

Teoria unificadora

"Os físicos gostariam de substituir a visão de Einstein sobre a gravidade - expressa em suas teorias da relatividade - com algo que desse conta de todas as forças fundamentais," explica Peter Michelson, cientista do Telescópio Fermi. "Há muitas ideias, mas poucas maneiras de testar cada uma delas." Várias abordagens em busca de novas teorias sobre a gravidade vislumbram o espaçotempo como tendo uma estrutura "esponjosa" e mutável em escalas físicas trilhões de vezes menores do que um elétron. Alguns desses modelos preveem que a estrutura esponjosa do espaçotempo faria com que os raios gama de alta energia movessem-se mais lentamente do que os fótons de mais baixa energia. Isto contraria diretamente as previsões de Einstein, de que toda a radiação eletromagnética - ondas de rádio, infravermelha, luz visível, raios X e raios gama - viaja através do vácuo sempre à mesma velocidade.

Einstein continua valendo

Em 10 de Maio de 2009, o Telescópio Fermi - assim como outros observatórios espaciais - captou uma explosão de raios gama com uma duração de 2,1 segundos, ocorrida em uma galáxia a 7,3 bilhões de anos-luz de distância. Dentre os muitos fótons que o telescópio captou, dois possuíam energias com intensidades que diferiam mais de um milhão de vezes. Ainda assim, depois de viajarem 7,3 bilhões de anos-luz, eles chegaram com uma diferença de apenas 9 décimos de segundo. "Esta medição elimina qualquer abordagem para uma nova teoria da gravidade que se baseie em alterações na velocidade da luz fortemente dependentes de alterações na energia," explica Michelson. "Para uma parte em 100 milhões de bilhão, esses dois fótons viajaram à mesma velocidade. Einstein continua valendo."

Fonte: Inovação Tecnológica

sábado, 24 de outubro de 2009

Encyclopedia of Electronic Circuits

Livro compostos por seis volumes onde o autor fez um compilado de esquemas de diversas revistas e organizou por categoria.

Encyclopedia of Electronic Circuits Vol.1

Encyclopedia of Electronic Circuits Vol.2

Encyclopedia of Electronic Circuits Vol.3

Encyclopedia of Electronic Circuits Vol.4

Encyclopedia of Electronic Circuits Vol.5

Encyclopedia of Electronic Circuits Vol.6

Magnetricidade é observada pela primeira vez

Entenda o processo de geração das cargas magnéticas:
a) no campo zero, as cargas magnéticas ocorrem como pares associados, mas algumas se dissociam, gerando um momento magnético flutuante;
b) o campo de energia compete com o potencial de Coulomb, baixando a barreira que ativa a dissociação;
c) um campo aplicado transversalmente acelera as cargas, fazendo-as se dissociarem;
d) no campo aplicado, essas cargas permanecem dissociadas, enquanto mais pares associados se formam para restaurar o equilíbrio. As cargas livres geram flutuações no momento magnético que são detctadas por múons implantados.



O equivalente magnético da eletricidade - chamado de magnetricidade - foi demonstrado experimentalmente pela primeira vez por cientistas do London Centre for Nanotechnology, da Inglaterra. A comprovação de que uma carga magnética pode se comportar e interagir em alguns materiais exatamente como uma carga elétrica deverá levar a avanços tecnológicos significativos, assim como exigirá uma reavaliação de todas as atuais teorias sobre o magnetismo.

Norte sem Sul

No mês passado, depois de quase 80 anos de tentativas, cientistas conseguiram demonstrar experimentalmente pela primeira vez a existência de monopolos magnéticos, uma espécie de "carga magnética" individual, de dimensões atômicas. Todo ímã é formado por dois polos inseparáveis, chamados norte e sul. Se ele for cortado no meio, nascerá um outro ímã, com os dois polos, e assim sucessivamente, até o nível atômico. Mesmo um único átomo se comportará como uma pequena barra magnética, com dois polos. Contudo, o padrão de orientação dos polos magnéticos parece se propagar por alguns materiais, fazendo surgir as chamadas "cargas magnéticas" - em tudo equivalentes aos polos magnéticos individuais previstos por Paul Dirac em 1931.

Carga magnética

Agora, os pesquisadores ingleses não apenas mediram a carga dos monopolos magnéticos, como detectaram seu movimento, demonstrando que há uma simetria perfeita entre a eletricidade e o magnetismo - a magnetricidade. Os monopolos foram detectados como distúrbios no estado magnético de um material conhecido como gelo de spin (Dy2Ti2O7). Segundo os cientistas, eles só podem existir no interior do material. A corrente magnética resulta do movimento dessas cargas magnéticas de dimensões atômicas, da mesma forma que a carga elétrica resultado do movimento dos elétrons. "Este é passo muito importante para confirmar que a carga magnética pode fluir como uma carga elétrica. Estamos nos primeiros estágios, mas quem sabe quais aplicações da magnetricidade poderão estar disponíveis nos próximos 100 anos," prevê o professor Steve Bramwell, coordenador do estudo.

Fonte: Inovação Tecnológica

segunda-feira, 12 de outubro de 2009

Captação de ondas


Antenas e pré-seletores para AM e DRM

Para as experiências iniciais, efetuadas depois de se ter construído um receptor de ondas curtas ou DRM, pode ser suficiente uma antena telescópica ou mesmo um simples fio, mas este artigo mostra como e possível melhorar a recepção.

Na banda de UHF, as ondas de rádio propagam-se segundo a linha de visão, de forma semelhante ao que acontece com a luz. Assim, a recepção de uma estação fica limitada a cerca de 100 km, valor que depende da altura da antena transmissora. Entretanto, as ondas de rádio com frequência inferior a 30 MHz propagam-se de forma completamente diferente, permitindo alcances muito maiores. Mas é claro que os mecanismos complexos da propagação desta gama de frequências também criam problemas especiais, como a dependência da hora do dia, flutuações apreciáveis na intensidade do sinal e desvanecimento.

Radiação e propagação

A propagação das ondas curtas depende em larga medida da existência de camadas de ar na alta atmosfera, que são tornadas ligeiramente condutoras devido à ionização provocada pelo Sol. A colisão das partículas emitidas pelo Sol com as moléculas de ar, principalmente a radiação gama, origina a sua ionização com a consequente criação de elétrons livres. Estas camadas parcialmente condutoras funcionam como uma espécie de espelho, provocando a reflexão das ondas de rádio que possuam uma dada frequência, se incidirem na camada com um ângulo inferior ao chamado "ângulo crítico". Em termos gerais podemos dizer que para grandes ângulos incidentes, as camadas ionosféricas são transparentes não provo cando reflexão dos sinais. Por outro lado, para o mesmo ângulo incidente, se a frequência da onda for aumentada, a onda deixa de ser refletida para a Terra e refrata-se perdendo-se no espaço exterior. O sinal de um transmissor de ondas curtas também pode ser recebido a curta distancia (30 a 100 km conforme a altura da antena) devido a "propagação terrestre". Alem desta distancia o sinal perde-se devido a curvatura da Terra, tornando impossível a comunicação direta. No entanto, os sinais refletidos pelas camadas ionosféricas podem atingir locais da superfície terrestre situados alem de uma distancia mínima, tal como mostra a figura 1.


Figura 1


Entre o limite máximo da recepção direta e o ponto em que a reflexão ionosférica começa a ser possível, existe uma região denominada "distancia de salto, ou zona de silêncio" (skip zone). O ângulo de reflexão necessária para o sinal ser recebido nesta região é demasiadamente grande. É claro que o transmissor também gera energia que incide na camada ionosférica com esse ângulo, mas como ele é superior ao ângulo critico, a onda refrata-se e perde-se no espaço exterior. Poderia ser recebida, por exemplo, na Lua ou em Marte, se ai existissem seres possuidores de um receptor de rádio. Para cada frequência, a distancia de salto (distancia entre o transmissor e o primeiro local da Terra onde a recepção de ondas refletidas e possível) varia com a hora do dia e depende da atividade solar, uma vez que esta influencia fortemente a ionização da alta atmosfera. Por outro lado, os sinais de rádio com frequência mais elevada só podem ser refletidos se incidirem na ionosfera segundo um ângulo menor e neste caso a distancia de salto também é maior. Durante o dia, a distância de salto é da ordem de 200 km para sinais de 6 MHz e da ordem de 1000 km para 15 MHz. Durante a noite, a distância de salto aumenta, uma vez que a ionização da camada ionosférica diminui e para a mesma frequência passa a ser necessário um ângulo de incidência menor. É por esta razão que muitas vezes estamos ouvindo perfeitamente uma dada estação ao anoitecer e de repente ela desaparece, uma vez que a distancia de salto aumentou com a chegada da noite. Se o mesmo programa estiver a ser difundido em outras frequências, como acontece normalmente com a BBC, DW, etc, basta sintonizar o receptor para uma frequência mais baixa para continuar escutando o mesmo programa. Por vezes, a mesma onda de rádio pode chegar ao receptor através de caminhos diferentes (por exemplo, radiação direta e radiação refletida), mas os diferentes percursos originam certo defasamento dos dois sinais, que poderá provocar o aumento do sinal captado, ou o seu enfraquecimento. Principalmente na banda de ondas curtas, é comum observarem-se rápidas flutuações do sinal recebido. O desvanecimento seletivo do sinal e comum nos transmissores de AM (amplitude modulada) originando uma distorção desagradável, devido a perda quase total da portadora que fica na sombra das bandas laterais. o novo sistema de rádio digital (DRM) também e afetado pelo desvanecimento, mas os métodos de modulação e codificação utilizados são particularmente robustos e podem tolerar uma perda parcial dos dados digitais, sem afetar grande mente a qualidade da recepção. Graças à técnica de correção de erros, mesmo a perda total temporária do espectro DRM geralmente não diminui a qualidade da recepção. Não ha dúvida que o sistema DRM veio trazer nova vida a radiodifusão em ondas medias e curtas. A tabela 1 apresenta algumas das estações DRM que já estão funcionando, mas a lista esta constantemente aumentando.


Tabela 1


Um fio comprido

Os transmissores de ondas curtas potentes podem ser recebidos utilizando uma simples antena telescópica, ou um pedaço de fio com comprimento inferior a um metro, mas para receber estações longínquas é necessária uma antena mais elaborada, de preferência situada fora de portas, bem afastada de outros objetos e situada tão alto quanta possível. Em teoria, uma antena de fio cumprido apresenta uma frequência de ressonância igual a um quarto do cumprimento de onda, embora necessite de um bom plano de massa. Na prática, um fio com comprimento da ordem de 10 metros funciona de forma satisfatória. Se o receptor de rádio estiver situado junto a uma janela, ou perto de uma parede exterior, a extremidade do fio da antena pode ser ligado diretamente na entrada do receptor. Nos outros casos, a ligação deve ser feita utilizando cabo coaxial, ligando a blindagem do cabo à terra, tal como mostra a figura 2.



Figura 2


A impedância do cabo pode ser de 50O ou de 75O. No final, a resistência da antena varia com a frequência do sinal recebido originando uma impedância complexa com componentes alternadamente indutivos e capacitivos. Um cabo coaxial que não é excitado com a sua impedância característica transforma a impedância da antena, podendo provocar apreciável perda de sinal. No entanto, a influência na recepção DRM é mínima, porque este sistema suporta variações de 10 dB na intensidade do sinal. As antenas exteriores do tipo fio comprido são normalmente construídas com fio de vários condutores e grande seção, para se obter maior rigidez mecânica (reduzindo a ação do vento) e menores perdas ôhmicas. Um fio sem ou com encapamento, como os que são utilizados na ligação de alto-falantes (seção de 0,75 mm2 a 1,5 mm2) serve perfeitamente. No caso da recepção DRM, pode ser utilizado um fio muito mais fino. Uma antena experimental, que construímos com fio de cobre esmaltado de 0,3 mm de diâmetro, funcionou perfeitamente e tem a vantagem de passar completamente despercebida. Em muitos casos, o nosso receptor pode ser ligado ao sistema de antenas já existente no edifício. Estes sistemas existentes nos prédios modernos fornecem sinais de TV e UHF, bem como sinais de ondas curtas, medias e longas. Normalmente obtem-se melhores resultados com uma antena exterior em vez de interior. Por vezes, a antena exterior já desapareceu, mas na parede ainda existe o respectivo cabo coaxial que poderá ser ligado ao nosso receptor formando uma antena vertical. É claro que neste caso o condutor central do cabo tem de ser interligado com a blindagem. Normalmente o cabo estende-se pela totalidade do edifício até o telhado e, portanto pode formar uma antena mais comprida que um fio esticado horizontalmente. Por vezes, principalmente quando se pretendem receber sinais de frequência elevada (superiores a 15 MHz), esta antena improvisada até fornece melhores resultados que uma antena exterior construída de propósito.

Pré-seleção

As antenas de fio comprido possuem uma grande largura de banda, permitindo a recepção de sinais de AM (amplitude modulada) desde 500 kHz até 22 MHz, de forma relativamente uniforme e sem ser necessário prever qualquer sistema de sintonia da antena. Contudo, a pré-seleção poderá ser necessária se a recepção se degradar devido a frequências imagem. Os receptores super-heteródinos captam sempre duas frequências; a que se pretende ouvir e a frequência imagem, que está afastada da primeira o dobro da FI (frequência intermédia) do receptor. Quando a FI possui o valor usual de 455 kHz, as frequências imagem estão afastadas 910 kHz da frequência que se pretende receber. Entretanto, alguns receptores possuem um misturador comutado, onde o sinal é misturado não só com a frequência fundamental do oscilador local, mas também com todas as frequências harmônicas ímpares, embora com alguma atenuação. Principalmente no caso da recepção de estações de ondas médias potentes, esta mistura pode criar uma grande interferência com efeitos desastrosos. Nestes casos, um estágio pré-seletor pode melhorar muito as coisas. Normalmente, o estágio pré-seletor fica situado entre a antena e a entrada do receptor é sintonizável. Nas lojas comerciais para radioamadores existem vários modelos de pré-seletores, mas o leitor também pode fabricar uma unidade deste tipo.

Sintonizável

O melhor processo para construir um estágio pré-seletor de frequências, é usar um circuito ressonante sintonizável (figura 3).


Figura 3

A bobina é do tipo de núcleo de ar e o diâmetro do fio tem pouca importância. As bobinas pequenas podem ser construídas com fio de cobre esmaltado de 0,3 a 0,7 mm de diâmetro, mas o fio das bobinas maiores deve ser mais grosso para aumentar a estabilidade mecânica. Uma bobina com 20 espiras, núcleo com diâmetro de 8 mm e comprimento de 10 mm possui uma indutância da ordem de 2,5 mH. Em combinação com um condensador variável de 370 pF, esta bobina ressona a aproximadamente 5 MHz. Este circuito pode, portanto ser sintonizado para as frequências da banda de 49 metros e frequências superiores até cerca de 16 MHz. Uma tomada executada na segunda espira, fornece a impedância apropriada para a ligação ao receptor. A antena pode ser ligada ao circuito ressonante por meio de acoplamento indutivo, utilizando uma bobina de apenas duas espiras. Se as duas bobinas poderem ser deslocadas uma em relação à outra, está encontrado o processo para variar o acoplamento, de forma a encontrar o melhor ponto de funcionamento. Um acoplamento cerrado origina maior transferência de sinal, mas o fator Q do circuito ressonante diminui, reduzindo a atenuação da frequência imagem, uma vez que a banda passante é maior. Se for utilizada uma antena curta do tipo chicote ou telesc6pica, o acoplamento indutivo deve ser maior e a antena pode ser ligada diretamente a extremidade quente do circuito ressonante. Note que a extremidade fria é a que esta ligada a massa do circuito. O circuito ressonante da figura 3 possui um fator Q da ordem de 50, valor que fornece uma banda passante com cerca de 120 kHz, quando trabalha com sinais de 6 MHz. Portanto, o condensador variável tem de ser ajustado com muita precisão para o sinal desejado ficar incluído na banda passante. No caso de recepção DRM (rádio digital), o ponto ótimo de sintonia pode ser reconhecido pela máxima amplitude de sinal apresentada pelo software decodificador, mas o atraso no processamento dos dados torna difícil a sintonia. É mais fácil utilizar um sistema de recepção acústica direta, ligando a saída do receptor diretamente a saída "Line" da placa de som do computador que executa a decodificação. Nesta situação, a sintonia pode ser executada em função do ruído máximo produzido nos alto-falantes do PC. Se o estágio pré-seletor for alojado numa caixa própria, as frequências mais importantes podem ser marcadas numa escala em volta do eixo do condensador variável. A figura 4 mostra o mesmo tipo de circuito ressonante com um diodo de capacidade variável (varicap), colocado no lugar do condensador variável da figura 3.


Figura 4


Neste caso é necessário utilizar uma tensão de alimentação estável e bem filtrada, para a recepção não ser degradada pela modulação de fase do sinal da antena. Com um condensador variável normal, a gama de sintonia do circuito ressonante não ultrapassa 1:3. Uma solução para aumentar a gama de sintonia, é utilizar varias bobinas que podem ser selecionadas por meio de um comutador rotativo. Outra solução, muito utilizada pelos radioamadores na banda dos 8 aos 10 metros (3,5 a 29, 7 MHz), onde e necessária uma gama de sintonia de 1:10, é usar um segundo circuito ressonante e acoplar os dois condensadores variáveis. A figura 5 mostra um circuito deste tipo, onde se utiliza um segundo condensador variável e outra bobina com 10 espiras. Embora para cada posição de sintonia existam duas frequências indesejadas, que o circuito não rejeita, elas estão bem afastadas da frequência imagem e não causam problemas. Hoje em dia já não e fácil adquirir bons condensadores variáveis com dielétrico de ar, mas muitas vezes é possível aproveitá-los de um velho receptor de rádio.

Figura 5


Frequência fixa

Uma alternativa aos pré-seletores ajustáveis é utilizar um filtro de frequência fixa, quando apenas se pretende receber uma frequência, como acontece muitas vezes nas ondas médias. Embora a banda passante seja relativamente grande, é possível obter boa seletividade, uma vez que estamos trabalhando com frequências relativamente baixas. A figura 6 mostra um circuito deste tipo, sintonizado para 1296 kHz e que permite melhorar a recepção da BBC ao anoitecer.


Figura 6


Este filtro pode reduzir a interferência provocada pelos múltiplos da frequência do oscilador local na banda de ondas curtas. Para a banda dos 49 metros existe uma solução ainda mais simples, que utiliza um filtro cerâmico SF6, dos que são normalmente utilizados nos estágios de FI (frequência intermediaria) dos receptores de televisão. A figura 7 mostra como intercalar o filtro entre a antena e a entrada de um receptor, de forma que possa estar ligado e desligado quando já não é necessário. A largura de banda de 100 kHz (3 dB), especificada pelo fabricante para o filtro SF6, é demasiadamente pequena, mas no nosso caso é alargada devido à baixa impedância da antena e do receptor. Na prática, as frequências de corte do filtro (6 dB) ficam situadas a 5850 kHz e 6150 kHz. Este filtro pode ser útil para a banda de 49 metros, quando existe interferência provocada por estações potentes da banda de 40 metros. A 7 MHz o filtro provoca uma atenuação da ordem de 40 dB.


Figura 7


Antenas magnéticas

As antenas de fio comprido captam energia das ondas de rádio, tanto do campo magnético como do campo elétrico. Pelo contrario, as antenas curtas (chicote e telesc6picas) captam principalmente energia do campo elétrico e originam um maior nível de interferência, especialmente quando o receptor é utilizado dentro de portas. O acoplamento entre a antena e os aparelhos elétricos e linhas da rede elétrica é principalmente capacitivo. Portanto, a recepção pode ser melhorada se for captada energia da componente magnética da onda de rádio. Em principio, tudo o que é necessário resume-se à utilização de um fio em forma de anel (também denominado antena de quadro), ou uma bobina. Muitas vezes utiliza-se um quadro com uma ou varias espiras de fio. As antenas de quadro sintonizadas são particularmente eficazes, uma vez que garantem um fator Q elevado, Por exemplo, o leitor pode utilizar um tubo de cobre dobrado formando uma circunferência com um metro de diâmetro. No entanto, película de alumínio colada no exterior de uma caixa de papelão de grandes dimensões também fornece bons resultados. Ligando as extremidades do anel condutor a um condensador variável com 500 pF no máximo, obtém-se um circuito ressonante de Q elevado, que fornece ao receptor um sinal muito forte, levando em conta as reduzidas dimensões deste tipo de antena. Tal como mostra a figura 8, o acoplamento com a entrada do receptor deve ser fraco, para evitar o amortecimento excessivo do circuito ressonante.


Figura 8


Uma pequena bobina da ordem de 10 por 10 centímetros fornece o sinal para aplicar na entrada do receptor. Experimentalmente não e difícil determinar o tamanho ideal da bobina de acoplamento e a sua posição em relação ao anel da antena de quadro. Devido ao elevado Q deste tipo de antena, torna-se desnecessária qualquer outra forma de estágio pré-seletor. Um simples fio basta para construir uma antena magnética, mas o fator de qualidade (Q) será baixo, bem como o sinal fornecido ao receptor. Por outro lado, a largura de banda será demasiadamente grande. No caso de falta de espaço, a dimensão da antena pode ser diminuída, construindo-a com duas ou mais espiras de fio isolado. Uma boa solução para evitar a captação da componente elétrica da onda de rádio, é usar uma antena de quadro blindada, que na sua forma mais simples pode ser construída com um pedaço de cabo coaxial. Uma antena deste tipo pode ser facilmente dissimulada numa estante e fornece uma boa relação sinal/ruído. A frequência de ressonância depende do tamanho da antena e da posição do condensador de sintonia. Se o cabo coaxial possuir um comprimento total de 4 metros, a frequência de ressonância estende-se até menos de 6 MHz e a sintonia pode fazer-se com um condensador variável de 500 pF, tal como mostra a figura 9.


Figura 9


O acoplamento com a entrada do receptor é feita através de um transformador de banda larga, onde a impedância do primário deve ser mais elevada que a impedância do cabo que forma o anel. É possível obter bons resultados com 20 espiras de fio esmaltado enroladas num núcleo de ferrite toroidal. Para o circuito ressonante não ser muito amortecido, fato que baixaria o fator Q, o secundário só deve possuir 2 a 4 espiras. O melhor é determinar experimentalmente o número ótimo de espiras. Para receber sinais de ondas médias, há muito tempo que as antenas de ferrite provaram ser muito eficazes. Tal como as antenas de quadro, são muito insensíveis a interferências provocadas por campos elétricos. A figura 10 mostra uma antena de ferrite, seguida de um estágio para efetuar a conversão de impedância.


Figura 10


Utilizando uma barra de ferrite com diâmetro de 10 mm, são necessárias cerca de 70 espiras de fio de Litz, ou fio de cobre esmaltado com 0,3 mm de diâmetro. Se o diâmetro da barra de ferrite for apenas de 8 mm, o número de espiras terá de subir para cerca de 100. A sintonia é feita com o condensador variável de 370 pF e o circuito ressonante desenvolve elevadas tensões de sinal, mesmo no caso de estações longínquas. Por exemplo, o autor que mora em Essen - Alemanha, já tem obtido 50 mV de sinal, quando utiliza uma barra de ferrite com comprimento de 20 cm, para receber a BBC em 1296 kHz. Na entrada do receptor que possui baixa impedância, a amplitude do sinal é ainda de 5 mV, mais do que suficiente para receber rádio digital.

Fonte: Revista Elektor