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红外光语音通信实验 激光通信实验

作者:  发布:2012/6/29 人气:771

激光通信早已用在国防上的特殊场合,完成特定的功能。对中学物理课而言,利用激光通信做物理实验,其价格太高。这里介绍一种用红外(线)光的语音通信实验,完全可以模拟激光通信的工作原理,且制作费用也很低。

图1是一种利用红外光进行语音通信实验的收发工作原理图。

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图1(a)中的MIC是语音话筒,只需对着话筒喊话,话筒的输出信号经过运放加以放大,放大的语音信号加到调制器对语音信号进行调制,再由红外线发光二极管发射已调制的语音信号。这里的调制器是一种脉冲振荡器,产生对称的方波信号。当语音信号加到该振荡器的输入端时,使方波信号的占空比随语音信号线性变化,从而达到调制目的。

图1(b)是光接收的解调电路,由红外接收管接收图1(a)的红外发射光信号,该接收信号根据图1(a)发送端的红外光强弱而变化。红外接收管的输出经两级运放放大后,加到滤波电路对调制的光信号解调,其解调信号再放大,供后级语音处理电路工作(或用耳机收听或放大后用功放放音)。

2_副本.jpg

1.红外线发射电路:图2是红外线发射电路,图中的MIC是一种常用的动圈式话筒,其输出阻抗为20000(高阻动圈式话筒)。话筒的输出加到运放IC1的反相端进行信号放大。这里仅用了一级放大器。为了获得足够的增益,其反馈电阻Rf用的很大(可到10MΩ),所以其运放的增益AV=107/2×103=5×103(74dB)。

被放大的语言信号,经R2(100kΩ)送到IC2-1调制器对语音信号进行调制。

这里的调制器,是由CD40106施密特六反相器的一个反相器IC2-1、外加RC阻容元件组成的。当无语音信号作用时,IC2-1、R3、R4、C1和VD1组成振荡器。电路工作时,IC2-1的输出端②脚为高电平,电源(+15V)通过R3对C1进行充电,C1上的充电电压上升,当上升的电压达到施密特的门限电平时,IC2-1的②脚转换为0电平,此时C1通过VD1、R4和IC2-1的②脚进行放电,当C1放电电压下降到施密特滞后电压时,IC2-1的输出端又从0电平转换到高电平,C1放电完成后,电源又对C1充电??如此反复进行,结果形成振荡,其波形为对称方波。按图的参数,振荡频率约18kHz。

当输入端语音信号经IC1放大再通过R2加到IC2-1的输入端①脚时,IC2-1的振荡器即受到语音信号调制,其规律是语音信号强度增加,IC2-1振荡器的脉冲占空比降低;当语音信号强度降低时,脉冲占空比增加,结果振荡器的占空比随语言信号变化而变化,且成比例关系,达到调制目的。该调制脉冲加到IC2-2(CD40106反相器之一)进行缓冲隔离后去激励红外发光二极管VD2,由它发射调制红外光束。电路中的R5为VD2的限流电阻。

2.红外接收电路:图3是红外线接收和解调电路,其中VD3是红外线接收二极管,它接收图

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2中VD2发射的红外线。发射和接收时,若在空旷区域,VD2与VD3尽可能在一直线上;在室内,VD3也可接收门窗、壁面VD2的反射信号。VD3的接收信号加到运放IC3-1的反相端②脚被放大,调节反馈电阻R7可以改变运放IC3-1的增益。这里,VD3的分布电容、运放IC3-1的输入电容和电阻R7构成低通滤波器,该滤波器限制了输入电路的频率响应。

IC3-1①脚放大的红外光调制信号,加到IC3-2反相输入端⑥脚再进行放大,放大增益=R9/R8,经具体推算,为40dB或100倍。IC3-2⑦脚输出的红外光调制信号加到由R10、C4组成的低通滤波器(仅一级)滤除载波(18kHz)信号,从而解调出语音信号。该语音信号仍然较弱,应进行一般的音频放大后,用耳机收听或由音响放音。

3.其它:图2、图3电路是红外线语音通信的基本电路,该电路的接收距离仅几米远,为了增大接收距离,应增加图2电路的发射能量,如图4所示。

4_副本.jpg

只要增加一级简单的功率放大器,同时推动7支红外发射管(或更多的),即可增大发射能量、扩大接收距离。为了减轻IC2-2的输出激励信号,可以将未级用的CD40106斯米特触发器并联使用。

另外,为了白天收发红外发射信号,防止背景的环境光,收发管均应放在深色塑料罩内工作。

制作图2、图3收发电路时,图2中的反馈电阻Rf和图3中的R7均可根据实际的收发情况加以调整,以满足接收效果,特别是采用了图4的发射电路后,更应调整Rf和R7的两个反馈电阻。

现在市场上已有的成品红外线耳机收发装置,其用途是家庭收看电视时,为了不影响他人工作,电视的伴音输出不通过机内扬声器,而把音频信号直接加在类似本文所述的红外线发射、接收装置上,用耳机收听电视的伴音信号,其室内效果较为理想。

 

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