Audio Pointeur Laser Modulator …

Audio Pointeur Laser Modulator ...

Max Carter

Si vous souhaitez expérimenter avec le point-à-point (espace libre, sans fibre de verre) voix faisceau de lumière ou d’autres communications audio, ou avec la transmission de la musique (par exemple, à un émetteur de radio clandestine à distance), ces circuits pourraient être d’intérêt pour vous. Les circuits haute fidélité emploient un pointeur laser pas cher comme source de lumière et une photodiode facilement disponible en tant que détecteur. Le système a été démontré avec succès à une distance de 6,5 miles (10.5km).

Les lasers sont des dispositifs intrinsèquement non-linéaires; diodes laser fonctionnent heureusement que dans une gamme étroite de courants d’entraînement. Trop peu de courant et la diode refuse de "lase". Trop et la diode auto-détruit. Ainsi, les efforts visant à moduler directement un laser avec un signal analogique sont généralement insatisfaisantes. La grande majorité des modulateurs laser sont de conception numérique; le modulateur éteint le laser entre deux niveaux de courant discrets, transmettre des informations dans les données encodées dans le signal de commande. Dans ce cas, les «données» est une sous-porteuse FM fonctionnant à environ 75 kHz, et les niveaux actuels de laser sont 0 et 30 mA (réglable).

De même, photodétecteurs opérant dans le monde réel des sources de bruit lumière ambiante, sans bénéficier d’un support de transmission en fibre de verre, souffrent de non-linéarités de leur propre. La sous-porteuse FM est la plupart du temps immunitaire au détecteur de non-linéarité.

Le circuit d’émission est représentée sur la figure 1.

Figure 1

Le circuit utilise un procédé de génération FM appelée modulation de la pente. Intégrateur U1a, U1b comparateur limiteur et U3 forment un oscillateur FM / modulateur à roue libre fonctionnant à deux fois la fréquence de sortie de fonctionnement. Intégrateur U1a est le cœur du modulateur. La sortie de U1a est linéaire tension de rampe soit pente positive ou négative. La pente est déterminée par 1) la valeur de la capacité d’intégration des broches de connexion 13 et 14 de U1a et 2) la somme des courants de U1c, U1d et FREQ ADJ et potentiomètres LINEARITY ADJ au point de sommation (broche 13) de l’intégrateur. courant de rétroaction négative de U2, à travers le potentiomètre de réglage FREQ, amène le circuit à osciller à une fréquence déterminée par les pentes positives et négatives combinées du signal de sortie U1A. Le signal de sortie (broche U1A 14) est un non-symétrique (scalène) onde triangulaire. Le degré d’asymétrie détermine la période et donc la la fréquence du signal de sortie; plus l’asymétrie, plus la fréquence. En contrôlant la sortie de piste pour les intégrateurs, les courants d’entrée combinés (provenant des sources mentionnées ci-dessus) déterminent la fréquence de l’oscillateur instantanée.

Le signal de sortie provenant U1a est présenté au comparateur U1b. La sortie de U1b sera soit «élevé», près de la tension de rail d’alimentation, ou «faible», près du sol, selon que la tension broche 9 est au-dessus ou en dessous de la tension de référence sur la broche 10. Limiter U2 raccourcit la montée et la chute temps du signal de sortie de U1b. U2 fournit le signal de rétroaction négative à l’intégrateur, comme expliqué ci-dessus, et des horloges également sortie diviseur U3a. U3A divise la fréquence du signal par 2 et rétablit la symétrie.

U4 est le pilote de laser. Lorsque la sortie de la bascule D (U3a) est faible, le conducteur relie le laser alimentation en courant du uF condensateur 4.7 de couplage. Cela provoque la diode Schottky inférieure à la conduite, la charge du condensateur. Lorsque la bascule D est élevé le conducteur connecte le condensateur au rail au sol. Cette décharge le condensateur et provoque la diode supérieure à mener. Le courant de décharge est fourni au pointeur laser. la résistance interne du conducteur et la chute de tension directe des diodes fonctionnent en conjonction avec la résistance interne de l’aiguille pour limiter la circulation de courant à travers le circuit. courant de laser peut être contrôlé avec un multimètre connecté à TP4 et TP5. La circulation du courant du régulateur de courant est en fait une moitié le flux de courant instantané à travers la diode laser, étant donné que les flux de courant laser pour exactement la moitié du temps. La résistance de mise à l’échelle de 2 ohms établit une chute de tension à une à une au laser nominale instantanée relation actuelle. Courant à travers la diode laser, l’amène à produire une lumière cohérente d’une longueur d’onde et de la dispersion caractéristique d’une diode laser. La sortie de la diode laser est une série d’impulsions de lumière en phase avec la sortie du générateur de sous-porteuse FM.

Options de Laser entraînement Autres

Hot Pointer Shell

Le système d’entraînement négatif représenté sur la figure 1 a été choisie parce que le pointeur laser pas cher utilisé a l’anode de la diode laser relié au corps de pointeur (masse positive). L’approche la figure 1 semblait plus simple que de fournir un rail d’alimentation négative ou la conversion du circuit modulateur ensemble à la masse positive. Si le corps de pointeur à chaud est pas une préoccupation, le conducteur pourrait être aussi simple que d’un transistor NPN à collecteur ouvert. Le pilote de MOSFET, condensateurs de couplage et diodes Schottky (U4, C7, D1 et D2) représentées sur la figure 1 ne seraient pas nécessaires:

Mise à la terre positive

Si vous préférez avoir le corps du pointeur laser à la terre, l’approche la plus simple dans le concept (mais pas nécessairement simple dans l’exécution) serait de câbler l’ensemble du circuit de modulateur laser comme positif à la terre système et utiliser un transistor PNP comme le conducteur. La connexion au pointeur laser ressemblerait à ceci:

Le laser est tout simplement un porte-clé pointeur laser pas cher. Afin de travailler avec le modulateur d’impulsions, le laser doit être du type non équipé de la régulation du courant actif. En d’autres termes CHEAP. (Étant donné un choix de pointeurs laser, serait-être des bâtisseurs de ce circuit devrait choisir le moins cher disponible -. Acheter plusieurs) pointeurs bon marché sont équipés uniquement d’une résistance interne à valeur fixe de limitation de courant (valeur d’environ 50 ohms). Au moment de la rédaction de ce document, un tel pointeur était disponible ici. ici aussi. Vous pouvez également trouver un à votre magasin local ‘dollar’.

Remarque à propos des boutons-poussoirs

Les constructeurs doivent être conscients que les boutons-poussoirs sur les pointeurs laser bon marché ne sont pas fiables (dans mon expérience). Il suffit de coller le commutateur peut produire un fonctionnement erratique de la diode laser, attribué faussement à l’échec de la diode. Si vous trouvez le pointeur commence à agir de façon erratique ou apparaissant à l’échec, retirez la bande et d’exercer le commutateur à plusieurs reprises et de voir si les performances sont améliorées. Les constructeurs pourraient envisager en contournant l’interrupteur du pointeur. Si vous faites cela, être sûr de ne pas contourner la résistance de limitation de courant du pointeur. Malheureusement, l’accès à la petite carte de circuit dans le pointeur sur lequel le bouton poussoir est monté, il faudra couper dans la coque extérieure de l’aiguille, qui peut causer la destruction du pointeur. Procéder avec soin.

Ligne et micro U1c amplificateurs et U1d amplifient et isolent leurs signaux d’entrée respectifs et de les présenter, par l’intermédiaire des résistances 100K, au modulateur de pente, comme expliqué ci-dessus. Les circuits amplificateurs également chacun introduisent un 6 dB par octave haute fréquence pré-accentuation, à partir de 1600 Hz.

Prototype pointeur laser modulateur.

La chose noire sur la gauche est un microphone à condensateur. La chose jaune en haut est un pointeur pas cher laser (le bouton-poussoir sur le pointeur, sur le côté éloigné du corps jaune dans la photo, est enregistrée vers le bas pour le fonctionnement). Le cordon gris en bas à droite est pour la connexion à une source d’alimentation 12-15V DC.

Pratiquement tout photodiode devrait être utilisable dans ce circuit. Assurez-vous de choisir celui qui est sensible à la longueur d’onde du laser que vous utilisez – visible (aussi appelé «bleu renforcée») dans ce cas.

Le signal optique 75 kHz détecté à partir de la photodiode est couplée à la base du transistor 2N2222 qui amplifie de manière sélective le signal détecté par un facteur d’environ 200, et il présente à l’amplificateur U1a. amplifie U1A et délivre le signal à travers le limiteur U2 à one-shot multivibrateur U3a. sorties U3A impulsions de longueur fixe (durée) à l’intégrateur U1b. La sortie de U1b est une tension analogique qui représente l’ densité des impulsions d’entrée – plusieurs impulsions de fréquence plus élevée (d’entrée) génèrent une tension plus élevée; moins d’impulsions (inférieure de fréquence d’entrée) génèrent une tension inférieure. Ainsi, le signal d’entrée modulé en fréquence est reconverti en signal audio analogique transmis initial. L’intégrateur introduit à haute fréquence de désaccentuation (roll-off) au-dessus d’environ 1600 Hz. Ce roll-off est compensée par une préaccentuation complémentaire dans les amplificateurs audio de la (figure 1) un modulateur ci-dessus. LP filtre U1c, comme le montre, coupe à environ 16 kHz pour permettre la transmission de la musique. Voir la note 1 si une réponse en fréquence plus restrictive est nécessaire.

Prototype pointeur laser Récepteur

La photodiode est au-dessus du récepteur, monté sur un trépied.
Earbuds sont présentés connecté au récepteur dans ce plan. Le récepteur peut également être connecté à une entrée du haut-parleur ou ligne.

Close-up de la photodiode montée.

concentration de faisceau peut augmenter le rapport signal sur bruit du signal optique détecté et peut être nécessaire, en fonction de la distance entre émetteur et récepteur et d’autres facteurs. Voici un Faisceau laser Concentrateur pour monter votre photodiode pour une sensibilité accrue et la gamme. Le concentrateur a été utilisé avec succès avec le système modulateur / démodulateur prototype pour établir une liaison audio sur une distance de 6,5 miles.

Alignement du système

Le modulateur pointeur laser audio nécessite l’alignement. La procédure d’alignement utilise le discriminateur dans le démodulateur comme un «compteur de fréquence. La procédure est pas difficile, mais devrait être suivie attentivement pour de meilleurs résultats. La figure 3 montre l’interconnexion modulateur / démodulateur utilisé pour l’alignement.

Figure 3

alignement de base:

  1. Retirez toutes les entrées audio de la carte de circuit de modulateur. Retirez le pointeur laser du connecteur circuit modulateur de bord. Retirez la photodiode du connecteur circuit démodulateur de bord.
  2. Connectez la carte de modulation à la carte démodulateur comme le montre la figure 3.
  3. Sur la carte de démodulateur connecter les conducteurs d’un multimètre à TP6 et TP7. Réglez le compteur à l’échelle volts 0-2 (ou le plus proche). Alimentez les planches.
  4. Tourner VR2 (LIN) sur la carte de modulateur à sa position extreem CCW.
  5. Réglez la commande FREQ sur la carte de modulateur pour une lecture de zéro volt (0.0V) sur le multimètre.
  6. Avec un cavalier clip-plomb, connectez TP1 sur la carte de modulateur TP2 sur la carte de modulateur (ce qui est le rail au sol de la carte). Notez la lecture de la tension sur le multimètre; retirer le cavalier.
  7. Connectez TP1 sur la carte de modulateur à TP3 sur la carte de modulateur (ce qui est le rail d’alimentation positive du conseil d’administration). A noter que la lecture de la tension sur le multimètre est désormais contraire polarité que la tension noté à l’étape 5. Régler la commande LIN sur le modulateur pour la même lecture de la tension absolue noté à l’étape 5. (Par exemple, si la tension noté à l’étape 5 est +0,65 volts, réglez la commande LIN pour une lecture de -0.65 volts.) Retirez le cavalier.
  8. Retirer le pouvoir du conseil d’administration; retirer tous les cavaliers; retirer le multimètre; restaurer les connexions originales au pointeur laser et photodiode.

Réglage fin:

La procédure ci-dessus devrait produire une fidélité acceptable pour la plupart des applications. Une amélioration supplémentaire peut être acheived avec un générateur de sons et de l’oscilloscope et / ou analyseur de distorsion comme suit:

Avec Oscilloscope:

  1. alignement de base complète les étapes 1-7 ci-dessus.
  2. Connecter le générateur de sons (mis à 1 kHz) à la prise audio d’entrée de ligne de modulateur; connecter l’oscilloscope à la prise de sortie audio du démodulateur.
  3. Augmenter le niveau de sortie du générateur de sons et / ou de la ligne de contrôle du modulateur MOD jusqu’à ce que la distorsion de la sinusoïde affichée est notée.
  4. Régler la linéarité (LIN) le contrôle sur le modulateur pour le plus pur (peu déformée) sinusoïdal.
  5. Retirer le pouvoir du conseil d’administration; retirer le matériel d’essai; restaurer les connexions originales au pointeur laser et photodiode.

Avec analyseur Distorsion:

  1. alignement de base complète les étapes 1-7 ci-dessus.
  2. Connecter le générateur de sons (mis à 1 kHz) à la prise audio d’entrée de ligne de modulateur; connecter l’analyseur de distorsion à la prise de sortie audio du démodulateur.
  3. Augmenter le niveau de sortie du générateur de sons et / ou de la ligne de contrôle du modulateur MOD jusqu’à ce qu’une augmentation de la distorsion est notée sur l’analyseur.
  4. Régler la linéarité (LIN) le contrôle sur le modulateur pour un minimum de distorsion.
  5. Retirer le pouvoir du conseil d’administration; retirer le matériel d’essai; restaurer les connexions originales au pointeur laser et photodiode.

Réglage de l’intensité du laser:

  1. Sur la carte de l’émetteur, connecter les fils d’un multimètre pour TP4 et TP5. Régler le multimètre pour lire millivolts.
  2. Réglez la commande CUR à la résistance MINimum. Alimenter le conseil d’administration de l’émetteur.
  3. Réglez le pot de CUR au courant de laser désiré (1mV = 1mA). [A noter que la résistance de la commande CUR est augmentée, la luminosité du laser augmente progressivement. Un point sera atteint lorsque le laser commence à ‘lase’. Ceci sera considérée comme une augmentation relativement brusque de luminosité et se produit typiquement environ 20 mA. Un réglage de courant de 30 mA est suggéré. Les réglages actuels de plus de 30 mA avec un pointeur laser pas cher pourrait entraîner dans la vie de laser raccourci.]
  4. Retirer le pouvoir du conseil d’administration; retirer le multimètre.

Définition des niveaux de modulation:

  1. Il n’y a pas "correct" niveau de modulation. Réglez les niveaux de modulation (MOD LINE et MIC MOD) aussi haut que vous pouvez sortir avec. Le modulateur reste linéaire jusqu’à un niveau où la déformation sera soudainement être remarqué dans le signal audio reçu. Lorsque la distorsion est remarqué, vers le bas le niveau un peu de modulation.

Schematics produits avec DCCAD.

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