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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Leichtes Telefon mit IR-Strahlen. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Telefonie Für Infrarotstrahlung stellt die Luft eine Art Filter dar, dessen Transparenz anhand des in Abb. dargestellten Spektrogramms beurteilt werden kann. 1. Für Wellen „naher“ IR-Strahlung – l=0,8...1,3 Mikrometer – bleibt die Transparenz recht hoch.
Bis vor Kurzem war die Nutzung des IR-Bereichs für Kommunikationszwecke durch den Mangel an leicht modulierbaren Emittern erschwert. Mit dem Aufkommen der IR-Dioden verschwand dieses Hindernis. In Abb. Abbildung 2 zeigt ein schematisches Diagramm eines Transceivers, der bei einer Wellenlänge von 0,95 µm arbeitet (lmax IR-Diode AL107B).
Wie sich herausstellte, eignen sich IR-Dioden auch gut als Empfänger von Infrarotstrahlung. In diesem Fall wird die Diode nicht mit Strom versorgt: Wenn der pn-Übergang beleuchtet ist, erscheint auf ihm je nach Beleuchtung eine EMK. Diese Reversibilität der IR-Diode ermöglicht eine deutliche Vereinfachung des optisch-mechanischen Teils des Gerätes. Da die Eingangsimpedanz des Verstärkers, der das Signal von der als Empfänger dienenden IR-Diode entfernt, recht groß sein muss, besteht seine erste Stufe aus einem Feldeffekttransistor VT1. Die Hauptsignalverstärkung erfolgt in einem Verstärker, der auf den Bipolartransistoren VT2-VT4 aufgebaut ist. Sein Gewinn beträgt Ku@10000. Die Ausgangsstufe des Verstärkers, bestehend aus den Transistoren VT5-VT8, sorgt für den Aufbau des dynamischen Kopfes BA1 beim Empfang und eine ausreichende Amplitude der Stromschwingungen in der IR-Diode im Sendemodus. Beim Umschalten auf Senden (Schalter S1 in Abb. 129 ist in der Position „Empfangen“ dargestellt) wird der dynamische Kopf an den Eingang des Verstärkers angeschlossen und als Mikrofon verwendet. Das im VT2-VT8-Pfad verstärkte Signal wird in Form eines Audiofrequenzstroms in die IR-Diode eingespeist. Sein Pegel hängt natürlich von der Spannung am Ausgang des Verstärkers und dem Widerstandswert des Widerstands R8 ab. Die Emission der IR-Diode steht in linearem Zusammenhang mit diesem Strom und folgt diesem auch bei den höchsten Telefonfrequenzen (IR-Dioden sind recht schnell). Ein sehr wichtiger Bestandteil eines IR-Transceivers ist sein optisches System. Als Linse, die im Empfangsmodus den Lichtfluss auf die IR-Diode konzentriert und im Sendemodus deren divergente Strahlung (~40°) zu einem schmalen Strahl „komprimiert“, eine Linse aus einem Fotovergrößerungskondensator mit einem Durchmesser von D = 70 mm und es wird eine Brennweite von F = 85 mm verwendet. Es wird empfohlen, das D/F@1-Verhältnis bei der Verwendung anderer Objektive beizubehalten. Von der Verwendung sogenannter vergüteter Optiken ist hier abzuraten. Es ist nur für das Spektrum von 0,4...0,7 Mikrometern freigegeben (Spiegel mit Außenbeschichtung fokussieren die IR-Strahlung besser, nahezu verlustfrei). Beim Entwurf eines optischen Systems werden alle Maßnahmen ergriffen, um die Streubeleuchtung der IR-Diode zu minimieren. Der Raum zwischen der Diode und der Linse muss mit einem konischen, lichtdichten Gehäuse dicht verschlossen werden und die äußere Beleuchtung der Linse muss durch Aufsetzen einer Haube reduziert werden. Die Haube kann aus einem Stück Kunststoff- oder Metallrohr mit einem Innendurchmesser etwas größer als D bestehen. Es sollte so lang wie möglich sein, mindestens 2D. Die Innenfläche der Haube sollte geschwärzt sein; Es ist besser, wenn diese Beschichtung matt ist. Über weitere Details des IR-Transceivers. Der dynamische Kopf BA1 ist vom Typ 0,1GD-6, Sie können aber auch jeden anderen verwenden, der einen Schwingspulenwiderstand im Bereich von 6...16 Ohm hat. Transistoren VT2-VT4 – fast jede NPN-Struktur – KT315, KT3102 usw. Widerstände R2, R3, R5...R11 – MLT-Typ; R1 – C3-14 oder CMM; R4 – Tuning oder Anpassung jeglicher Art. Das IR-Netzteil des Telefons muss in der Lage sein, 100 mA Strom zu liefern. Zum Einrichten des Geräts benötigen Sie ein Avometer. Messen Sie nach dem Einschalten des Empfangsgeräts die Spannung Uk an den Kollektoren der Transistoren VT7, VT8. Der hier benötigte Wert Uk=+1,5 V wird durch Änderung des Widerstandswerts des Widerstands R10 erreicht. Überprüfen Sie dann die Spannung an der Source des Transistors VT1 (+1 V) und seinem Drain (+2 V). Dieser Modus wird durch Ändern des Widerstandswerts von Widerstand R3 eingestellt. Wenn Sie nun Ihr Telefon auf ein beleuchtetes Objekt richten, können Sie Geräusche hören, und wenn das Licht elektrisch ist, können Sie den Wechselstromhintergrund hören. Straßenlaternen am Abend können auf diese Weise aus mehreren hundert Metern Entfernung angezapft werden. Nachdem Sie den Transceiver auf Senden geschaltet haben, messen Sie den Strom in der IR-Diode (um den Stromkreis nicht zu unterbrechen – anhand des Spannungsabfalls am Widerstand R8). Er sollte zwischen 30 und 40 mA liegen, maximal 50 mA. Die Regelung erfolgt durch Auswahl des Widerstands R8. Abschließend wird der vom Transceiver aufgenommene Strom im Standby-Modus (10 mA) und bei Auftreten eines entsprechenden Signals (bis zu 30...40 mA bei hoher Lautstärke) gemessen. Im Sendemodus sollte der vom Transceiver verbrauchte Strom 30...40 mA betragen. Liegt keine Übermodulation vor, kommt es nicht auf die Lautstärke dessen an, was in das Mikrofon gesprochen wird. Der gewünschte Modulationspegel wird durch Auswahl des Widerstands R7 eingestellt. Für weitere Experimente benötigen Sie ein zweites IR-Telefon. Wenn der Abstand zwischen den Geräten gering ist, kann es beim Empfang zu einer Überlastung des Verstärkers kommen, was sich auf die Übertragungsqualität auswirkt (der Empfänger verfügt nicht über AGC). In diesem Fall müssen Sie den Pegel des IR-Trägers irgendwie reduzieren. Sie können beispielsweise die Linse eines der Geräte mit einem Ring aus schwarzem Papier blenden. Da die Breite des Strahlungsmusters des IR-Telefons etwa 1,5° beträgt, ist es mit gewissen Schwierigkeiten verbunden, sie aufeinander auszurichten. Sinnvoll ist es, die Geräte zumindest mit einfachen Visierungen auszustatten. Der beste Tonabnehmer entspricht der höchsten Lautstärke des empfangenen Signals. Tagsüber beträgt die Reichweite der IR-Kommunikationsleitung mehrere hundert Meter. Es wird durch Fremdbeleuchtung (hauptsächlich den hellen Hintergrund hinter dem Korrespondenten) begrenzt, was den Geräuschpegel beim Empfang erhöht. Abends und nachts steigt sie auf 1,5 km. Autor: Poljakow V.
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