СВЧ и ИК передатчики
СВЧ и ИК передатчики.
Для повышения скрытности в последние годы стали использовать инфракрасный канал. В качестве передатчика звука от микрофона используется полупроводниковый лазер. В качестве примера рассмотрим устройство ТRМ-1830. Дальность действия днем составляет 150 м, ночью - 400 м, время непрерывной работы - 20 часов. Габариты не превышают 26х22х20 мм. К недостаткам подобной системы можно отнести необходимость прямой видимости между передатчиком и приемником и влияние помех. Самое громкое дело с применением ИК канала - Уотергейт.
На рис. 10 представлены схемы простых оптических передатчиков для светотелефонов.
Элементы для схемы передатчика светотелефона с модуляцией луча видимого света, рис.10 а:
R1=50к-100к (определяет входное сопротивление устройства), R2=300к, R3=300к (регулировка начального тока через излучающий элемент — лампочку накаливания), R4=300к, R5=1к-5к, R6=100к-300к (коэффициент усиления каскада на ОУ — 1+R5/R5), R7=5-10 (уменьшает влияние разброса параметров лампочки и изменение ее сопротивления от протекающего тока, повышает температурную стабильность); С1=0.1-0.3, С2=0.1мкФ-5мкФ, С3=5мкФ-50мкФ, С4=0.1, С5=100мкФ-1000мкФ; А1 — ОУ К140УД8 или аналогичные ОУ, напряжение питания может быть увеличено или уменьшено до уровня, которое допускают технические условия на ОУ. Т1 — КТ3102 или другие аналогичные транзисторы; Т21 и Т2 одного транзистора КТ827; L1 — лампочка накаливания на 6.3В, возможно использование лампочек на другие напряжения, например, 3.6В, 12В и т.д. — КТ815 или другие аналогичные транзисторы, возможно использование вместо Т
Настройка:
Переменным резистором R3 устанавливается рабочая точка выходного транзистора (ОУ, Т1, Т2). Ток покоя, протекающий через этот транзистор, задает начальную интенсивность свечения лампы. Значительный начальный ток необходим для компенсации инерционных свойств лампы накаливания. Именно из-за инерционных свойств лампы, вызывающих искажения сигнала, глубина модуляции не может быть значительной: ток покоя не достигает нуля. Глубина модуляции (громкость) уртанавливается с помощью резистора R1 (громкость). С целью ограничения искажений сигнала этот уровень обычно составляет всего несколько процентов. Величина начального тока и величина R7 зависят от типа используемой лампочки. Величина начального тока выбирается с учетом изменения тока модуляции. Для нормальной эксплуатации и достижения максимальной дальности связи необходимо выполнить взаимную ориентацию излучающего элемента передатчика и датчика приемника. Это означает, что линия, вдоль которой осуществляется излучение, должна быть направлена на датчик приемника. Датчик же должен быть направлен на источник и ориентирован так, чтобы сигнал был максимален.
В данном устройстве возможно использование современных светоизлучающих диодов, обеспечивающих сравнительно высокую яркость излучения. Частотные свойства, надежность и экономичность у элементов этого класса значительно лучше, чем у ламп накаливания. Для достижения большей мощности излучения и дальности передачи возможно одновременное использование нескольких светодиодов.
Для повышения мощности излучения (и дальности), достижения экономичности (КПД) данных устройств связи целесообразно вместо чисто аналогового модулирующего сигнала использовать импульсную модуляцию, например, широтно-импульсную. Одним из вариантов такого решения может быть, например, использование усилителей класса D, к выходу которых можно подсоединить светодиоды. Учитывая повышенный коэффициент искажений, что характерно для усилителей класса В, в приемниках необходимо предусмотреть соответствующее фильтрование сигналов. К сожалению, электромагнитное излучение видимой части спектра обладает рядом свойств, снижающих привлекательность его использования в подобных устройствах. Это и низкая прозрачность многих передающих сред, иногда недостаточная скрытность луча, слабая способность к отражению от препятствий и т.д. Во многих случаях хорошей альтернативой может служить инфракрасное излучение. Используя светоизлучающие диоды инфракрасной части диапазона, удается создать значительное число устройств, облегчающих и украшающих жизнь. Достаточно вспомнить хотя бы пульты дистанционного управления бытовыми устройствами, например, телевизорами, видеомагнитофонами и т.д. На основе аналогичных свето- и фотодиодов можно сконструировать устройства оптической связи. Один из вариантов схемы передатчика светотелефона (фототелефона) с модуляцией инфракрасного излучения приведен на рис.11 б. Схема и ее настройка во многом аналогичны предыдущей схеме оптического передатчика (рис.10 а) с модуляцией луча видимого света. Элементы аналогичны схеме а), кроме R7 и L1(R7 заменяется резистором R8 - 8-10(ограничивает ток через ИК-светодиод, уменьшает влияние разброса параметров светодиода и повышает температурную стабильность, средний ток через излучающий диод - 250мА-300мА); L1 заменяется D1 - АЛ119А).
Настройка:
Переменным резистором R3 устанавливается рабочая точка выходного транзистора. Ток транзистора задает начальный ток и интенсивность потока (свечения) излучающего в отсутствии сигнала. Величина начального тока выбирается с учетом изменения модуляции. Глубина модуляции (громкость) устанавливается с помощью резистора R1 (громкость) и значительно выше, чем в предыдущем случае: ток через диод от максимального уровня уменьшается практически до нуля. Для нормальной эксплуатации и максимальной дальности связи, как и в предыдущем случае, необходимо выполнить взаимную ориентацию излучающего элемента передатчика и приемника.
На рис.11 приведены примеры схем оптических приемников, которые могут быть использованы совместно с описанными оптическими передатчиками - устройствами, обеспечивающими модуляцию световых лучей видимого и инфракрасного диапазонов. На рис.11 а представлен вариант схемы приемника на ИС 548УН1А, содержащей в своем составе два малошумящих ОУ, требующих для своей работы однополярного питания напряжением 9В-30В. Данная схема может быть использована в составе фотоприемопередатчика как для диапазона видимого света, так и для инфракрасного излучения. На рис.11 б представлен вариант схемы приемника на ОУ широкого применения. Особенностью данной схемы является использование в первом каскаде полевого транзистора. Это позволило достичь высокого уровня соотношения - сигнал/шум и необходимого высокого входного сопротивления усилителя при использовании ОУ с низким входным сопротивлением.
Элементы для схемы приемника на рис.11 а:
R1=1к-5к (регулировка чувствительности ОУ1: K=1+R3/R1), R2=200к-300к, R3=100к-500к, R4=30к-100к (регулировка громкости), R5=1к-5к (регулировка чувствительности ОУ2: K=1+R7/R6), R6=200к-300к, R7=10к-50к, R8=10, R9=300к-500к, R10=300к-500k; С1=0.1-0.2, С2=5мкФ-20мкФ, С3=0.1-0.3, С4=0.3-5мкФ, С5=1мкф-10мкФ, С6=5мкФ-20мкФ, С7=50мкФ-500мкФ, С8=0.1, С9=100мкФ-500мкФ, С10=0.1-0.3; D1 - тип светодиода зависит от параметров излучающего элемента, например, для инфракрасного диапазона ФДК261, ФД-25к, ФД-8к или аналогичный ИФ-фотодиод; А1, А2 - ОУ ИС КР548УН1; Т1, Т2 - КТ3102, КТ3107 или КТ315, КТ361, или аналогичные комплементарные (парные) транзисторы; Т - ТМ-2А или аналогичные.