Световой передатчик

В тех случаях, когда затруднительно протянуть между двумя пунктами провода и наладить телефонную связь,  можно воспользоваться световым передатчиком. Передача данных выполняется при помощи света. Такой аппарат позволит вам обеспечить секретность передачи информации, работает в любое время суток (ночью расстояние передачи увеличивается), аппарат      удобен в переноске и установке. Работает такой передатчик только в прямой видимости приёмника и передатчика. На базе приёмник-передатчик можно собрать светотелефон.

Этап №1 – разработка схем приёмника и передатчика

За элемент передачи взят  светодиод (приложение 1), за элемент приёма взят фотодиод (приложение 2)   Но эту пару можно заменить и на другие подходящие друг другу по диапазону света пары, например: инфракрасный диод и инфракрасный фотодиод. Передатчик и приёмник будут звуковыми,  т.е.  по средствам света осуществляется  передача звука. Также требуются достаточно мощные усилители низкой частоты (приложение 3).Таким образом, по сформулированным требованиям можно составить блок-схему.                                                                       (Схема в приложении с чертежом 1)

Этап №2 – разработка принципиальной схемы передатчика

Передатчик передаёт звуковые сигналы при помощи света, процесс происходит в три этапа:

Первый- получение звукового сигнала с электронного носителя,

Второй- усиление звукового сигнала,

Третий- преобразование электрического сигнала звуковой частоты в световой сигнал.

  Полученный световой сигнал будет изменяться по частоте и времени в такт со звуковым сигналом. Приёмник состоит  из фотодиода принимающего сигнал, усилителя принятого с фотодиода сигнала, и высокоомный головной телефон в качестве воспроизводителя сигнала.

  Транзисторы (приложение 4) усилителя включены по схеме составного транзистора. Такой усилитель низкой частоты дает значительное усиление сигнала по току, что крайне важно для питания светодиода, являющейся излучающим элементом передающего устройства. Напряжение, подаваемое на светодиод, при отсутствии входного сигнала должно быть 4—4,5Вольт, его величина устанавливается резисторами (приложение 6) R2 и R6.Детали передатчика, кроме светодиода, смонтированы на плате из текстолита. Транзистор Т-1 типа МП40 или МП41-МП42. Его статический коэффициент усиления по току может быть в пределах 50—60. Транзистор Т-2 типа П201-П203 с любым буквенным индексом и коэффициентом усиления не менее 50. Наконец, в качестве транзистора Т-З можно использовать любой мощный полупроводниковый прибор, например из серии П215-П217. Важно, чтобы его коэффициент усиления был не менее 20.(схема в приложении с чертежом 2)

Этап №3 – разработка принципиальной схемы приёмника

Приёмник может состоять только из фотодиода и головного высокоомного телефона, т.к. попадая на фотодиод свет, превращается в слабые электрические токи. Но для лучшего усиления лучше всё-таки использовать простейший усилитель всего на одном транзисторе. На вход такого усилителя нужно подать сигнал с фотодиода. Конденсатор С-1 не пускает на вход усилителя постоянное напряжение, которое может быть на линейном выходе, он пропускает переменное, которое необходимо усиливать. Вся конструкция смонтирована на текстолите.  (Схема в приложении с чертежом 3)

Приложение № 1

Светодиод  (СД, СИД, LED англ. Light-emitting diode) —полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока. Вероятно, первый светодиод, излучающий свет в видимом диапазоне спектра, был изготовлен в 1962 году в Университете Иллинойса группой, которой руководил Ник Хлоньяк. В 1923 году, экспериментируя с детектирующим контактом на основе пары «карборунд — стальная проволока», Олег Лосев обнаружил на стыке, двух разнородных материалов слабое свечение — электролюминесценцию полупроводникового перехода.

При пропускании электрического тока через p-n переход в прямом направлении, носители заряда — электроны и дырки — рекомбинируют с излучением фотонов (из-за перехода электронов с одного энергетического уровня на другой).

Не все полупроводниковые материалы эффективно испускают свет при рекомбинации. Лучшие излучатели относятся к прямозонным полупроводникам (то есть таким, в которых разрешены прямые оптические переходы зона-зона), типа AIIIBV (например, GaAs или InP) и AIIBVI (например, ZnSe или CdTe). Варьируя состав полупроводников, можно создавать светодиоды для всевозможных длин волн от ультрафиолета (GaN) до среднего инфракрасного диапазона (PbS).

Приложение №2

Фотодиод — приёмник оптического излучения, который преобразует попавший на его фоточувствительную область свет в электрический заряд за счёт процессов в p-n-переходе. Фотодиод, работа которого основана на фотовольтаическом эффекте (разделение электронов и дырок в p- и n- области, за счёт чего образуется заряд и ЭДС), называется солнечным элементом. Кроме p-n фотодиодов, существуют и p-i-n фотодиоды, в которых между слоями p- и n- находится слой нелегированного полупроводника i. p-n и p-i-n фотодиоды только преобразуют свет в электрический ток, но не усиливают его, в отличие от лавинных фотодиодов и фототранзисторов.

Приложение №3

  Усилитель звуковых частот (УЗЧ), усилитель низких частот (УНЧ), усилитель мощности звуковой частоты (УМЗЧ) — прибор (электронный усилитель) для усиления электрических колебаний, соответствующих слышимому человеком звуковому диапазону частот, таким образом, к данным усилителям предъявляется требование усиления в диапазоне частот от 20 до 20 000 Гц по уровню -3 дБ,  простейшие УЗЧ имеют более узкий диапазон воспроизводимых частот. Может быть выполнен в виде самостоятельного устройства, или использоваться в составе более сложных устройств — телевизоров, музыкальных центров, радиоприёмников, радиопередатчиков, радиотрансляционной сети и т. д.

Приложение №4

Транзистор (англ. transistor) — радиоэлектронный компонент из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами, позволяющий входным сигналам управлять током в электрической цепи. Обычно используется для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов.   Материалы  приложений взяты с сайта ru.wikipedia.org

                               Применение Светового передатчика

В тех случаях, когда затруднительно протянуть между двумя пунктами провода и наладить телефонную связь,  можно воспользоваться световым передатчиком.  Сам по себе передатчик весьма компактен, содержит распространённые детали и работает от батарей. В ночные часы дальность связи больше, чем днём. К сожалению, атмосферные явления влияют на качество связи. Дальность можно увеличить, используя рефлектор.

При желании можно использовать пару Передатчик-Приёмник на обоих концах световой связи, таким образом получится Светотелефон .

ГОУ   СОШ   г. Санкт-Петербурга №381

РЕФЕРАТ

Тема: Световой передатчик.

Выполнил: Федоров Тимофей

ученик 10-го класса

научный руководитель: учитель

высшей категории

Молеваник В.П.

Санкт-Петербург

2012г