红外光语音通信实验

红外光语音通信实验,Infrared voice transmission experiment

作者：史为 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。 　　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）。 　　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 　　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。 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。