|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Фотофон. Передає звук за допомогою променя світла. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Альтернативні джерела енергії Не всім відомо, що Александер Грейам Белл зовсім не вважав телефон своїм найважливішим винаходом. Дійсно, Белл віддавав перевагу іншому винаходу, який, як він передбачав, вплине на засоби зв'язку. Белл був одержимий ідеєю передачі голосу за допомогою променя світла! Звернувшись до Сонця як до єдиного надійного джерела світла високої інтенсивності, який був у його розпорядженні, Белл спробував використати його як багатоцільовий засіб зв'язку. Свій винахід він назвав фотофоном. Більшість останніх років свого життя Белл провів у безуспішних спробах розширити сферу застосування фотофону. До смерті Белла 1922 р. фотофон знаходив лише обмежене військове застосування.
Як не дивно, його мрія про передачу повідомлень за допомогою світла, нарешті, збулася більш ніж через 100 років після народження ідеї. Ні, ми не використовуємо сонячне світло в скільки-небудь значній мірі для зв'язку, зате ми навчилися за допомогою енергії сонця збуджувати випромінювачі, названі лазерами, і спрямовувати промені лазерів по скляному волокну, товщина якого не перевищує товщину волосся. Настала ера волоконної оптики і стає реальністю ідея всеосяжного зв'язку, вперше висловлена геніальним винахідником телефону. Хіба не цікаво пройти слідами знаменитого винахідника і заново відкрити для себе фотофон? Тож давайте зробимо це. Спогади про минуле Все це сталося одного прекрасного дня в 1878 р., проте ми забігли вперед у нашій розповіді. Белла дуже цікавили засоби зв'язку, про що свідчать його численні винаходи. Але, крім того, він захоплювався світлом, яке чарувало його. Вже за часів Белла була відома сонячна електрика. Пов'язані з ним явища вперше спостерігалися Едмон Беккерелем в 1839 р., тобто за 8 років до народження Белла. Проводячи серію експериментів з електрики, Беккерель занурив два металеві електроди в провідний розчин і піддав установку впливу сонячного світла. На його подив, між електродами виникла невелика електрична напруга. Це відкриття пройшло переважно непоміченим до 1873 р., коли Уіллоубі Сміт виявив аналогічний ефект, піддаючи впливу світла шматочок селену. Ефект був незначним, але цей момент слід вважати справжнім народженням твердотільних сонячних елементів. Чому взагалі відбувалися такі явища? Це було незрозуміло з погляду класичної фізики! Але Белла таких питань не хвилювало. Він був практично мислячою людиною, і його уява займала думку про створення телефонного апарату, що працює від світла. Протягом наступних кількох років він з величезним інтересом стежив за повільним прогресом у галузі фотоелектрики та фотоприладів. 1878 р. у нього зародилася ідея фотофону. Працюючи з селеновими детекторами, Белл сконструював та експериментував з багатьма варіантами цього приладу. Хоча ранні експерименти були досить простими, проте вони успішними. 1 квітня 1880 р. Александер Грейам Белл слухав голос свого помічника Самнера Тейнтера, коли його слова переносилися променем світла на відстань понад 200 м. Світловий переговорний пристрій д-ра Белла став реальністю. Саме на цих успіхах, що послідували один за одним, Белл засновував свої передбачення подальшого розвитку техніки зв'язку, що здавалися тоді фантастикою. Наприклад, він був твердо переконаний, що у майбутньому люди подорожуватимуть лише за допомогою світла. Фотофон Розробляючи численні пристосування до фотофону та вдосконалюючи його конструкцію, Белл зауважив, що найбільш чутливими були прилади, в яких як детектор світла використовувався селеновий опір. Зрозуміло, що він працював без електронних підсилювачів. Натомість для посилення сигналів він використовував фокусування світла. У пошуках найкращої оптичної системи Белл сконструював різноманітні системи лінз та дзеркал. Один із детекторів Белла складався з розташованих по колу селенових елементів, на які за допомогою збірної лінзи фокусувалося світло. В іншій конструкції детектори розташовувалися на циліндричній поверхні та поміщалися у фокусі параболічного дзеркала. У всіх його пристроях селенові детектори з'єднувалися послідовно з батареєю та високоомним телефонним капсулем. Коли модульоване світло падало на поверхню селену, воно викликало зміну в його опорі, яке перетворювалося на звукові хвилі телефонним капсулем. Ви можете легко повторити його попередні експерименти. Дістаньте спочатку фотодетектор. Звичайно, їх зараз роблять не такими, якими звик користуватися Белл, але фотодетектор моделі VT312/2 фірми Vacte дуже схожий на біловський. Він є селеновим фотоопіром з невеликою домішкою кадмію для поліпшення характеристик. У ньому фактично два детектори. Белл часто використовував кілька детекторів збільшення чутливості. Детектори з'єднуються послідовно і містяться у фокусі параболічного відбивача. Підійде відбивач будь-якого розміру, проте, що більше його чаша, то більше вписувалося дальність зв'язку. Перегляньте каталог фірми Edmund Scientific Co. (7785, Edscorp Bldg., Barrington, NJ 08007). Вони мають багатий вибір параболічних і френелівських відбивачів. Детектор можна закріпити у фокусі відбивача за допомогою зіркоподібного тримача, подібного до зображеного на рис. 1. Детектор утворює з батареєю та високоомним телефонним капсулем загальний електричний ланцюг. Для цієї мети підійде 12-вольтова батарея, наприклад автомобільний акумулятор або кілька батарейок для ліхтарика, з'єднаних послідовно. Величина напруги тут не відіграє ролі. З іншого боку, телефонний капсуль не так просто знайти. Капсулі, які використовуються в сучасних телефонах, мають на відміну від своїх попередників низький опір і в нашому випадку погано працюють. Можна звернутися до радіоаматорів, які мають пару старих високоомних навушників. У крайньому випадку вони знають, де їх можна дістати. Як ви розумієте, такі навушники тепер не такі популярні, як раніше.
Всі ці деталі, з'єднані послідовно, становлять приймальну частину фотофону. Тепер справа за передавальною частиною.
У багатьох своїх ранніх дослідженнях Белл не намагався оптимізувати передавальну частину фотофону. Свою увагу він зосередив на вдосконаленні оптоелектронної схеми приймача. Завдяки цьому багато його ранніх конструкцій відрізняються простотою в кращому сенсі цього слова. Серед цікавих конструкцій була металева труба діаметром 2,5 см та довжиною 5 - 7,5 см. З одного кінця труби він прикріпив дзеркало, як показано на рис. 2. Коли в трубу говорять, звукові хвилі змушують дзеркало вібрувати та модулюють світло від джерела. Ви можете піти далі, замінивши жорстке дзеркало на кінці трубки шматком металізованої плівки. Тепер настав найбільш захоплюючий момент – випробування фотофону. Це необхідно робити принаймні вдвох. Нехай ваш друг тримає передавач біля рота, стане обличчям до сонця і підбере такий, кут нахилу дзеркала передаючого пристрою, щоб частина світла відобразилася на ваш приймальний пристрій. У той час як ваш друг говорить у трубку, переміщайте параболічний рефлектор доти, доки він не перетне світловий промінь і не сфокусує його на детекторі. Будьте обережні під час наведення рефлектора. Не спрямовуйте приймач безпосередньо на сонце, оскільки сконцентроване сонячне світло може швидко зіпсувати ваш детектор. Перше випробування проведіть на невеликій відстані, оскільки найменше переміщення вашого друга на великій відстані дуже позначається на сигналах, що посилюються фотофоном, і ускладнює налаштування. Після налаштування слухайте голос свого друга. Збільшення дальності дії фотофону Є кілька способів збільшення дальності фотофона. Один з них заснований на збільшенні розмірів параболічного відбивача, інший - на посиленні сигналу передавача збільшення розмірів закріпленого на ньому дзеркала. Можливо, вам вдасться натягнути алюмінієву плівку майлара на один з кінців великої консервної банки. Можна збільшити чутливість детектора. Ймовірно, вам захочеться поекспериментувати з різними світлочутливими елементами, змінюючи їхнє розташування, як це робив Белл. Зміна напруги батареї та опору навушника також призведе до зміни чутливості приймача. Звісно, у схемі фотофону можна використовувати сучасну електроніку. Параметром, що обмежує чутливість приймача, є вихідна напруга фотодетектора. Найкращий спосіб збільшити вихідну напругу – це пропустити її через підсилювач. На рис. 3 показано, як це можна зробити. Спочатку замініть фотоопір на невеликий сонячний елемент. Він трохи чутливіше в цих умовах і явно менш схильний до псування при попаданні прямих сонячних променів.
Схема IC1 – попередній каскад посилення слабкого сигналу від сонячного елемента. Елемент пов'язаний за змінною складовою із входом схеми через конденсатор С1. Завдяки такому зв'язку фотоелектричного елемента можна "відсікти" весь світ, за винятком модульованого. Резисторами R1 та R2 визначається коефіцієнт посилення запобіжника, що дорівнює відношенню величин R1/R2. При збільшенні відстані між передавачем та приймачем значення цих опорів слід змінити. Однак не встановлюйте коефіцієнт посилення занадто великим, інакше схема самозбуджуватиметься. Придушити паразитну генерацію можна, підключивши ємності паралельно резисторам R2 та R3, але при цьому погіршиться частотна характеристика приймача. Змінюючи величину R2, необхідно настільки ж змінити і величину R3, оскільки величини цих опорів завжди рівні. Сигнал з виходу підсилювача подається на регулятор гучності R4, звідки надходить кінцевий підсилювач IC2. Цей підсилювач підвищує рівень сигналу до значення, необхідного для гучномовця. Досить непогано, порівняно з тим, що було без підсилювача. Виготовляючи схему, зверніть увагу, що потрібні два джерела живлення, +9 і -9 В. Підійдуть 9-вольтові батареї для транзисторного приймача. Однак величина напруги живлення не критична, і можна використовувати будь-які джерела живлення в діапазоні 6-15 В. Поліпшення характеристик передавача Поліпшити чутливість фотофона можна, приєднавши до передавача підсилювач, схема якого дана на рис. 4. У ній використовується той самий інтегральний підсилювач потужності LM386, що і на рис. 3, однак на його вхід подається сигнал із мікрофона, а не з сонячного елемента.
Вихід підсилювача потужності навантажується на невеликий динамік діаметром 5 см, подібний до використовуваного в кишенькових транзисторних приймачах. Поверх динаміка натягується шматок алюмінієвої плівки майлара. Коли ви кажете в мікрофон, ваш голос посилюється і подається на динамік. У свою чергу, динамік змушує вібрувати покриту дзеркальним шаром плівку і модулює сонячний промінь. Щоб ще більше збільшити дальність зв'язку, необхідно збільшити розмір динаміка, а отже, його поверхню, що відбиває. Я спостерігав за дослідами, в яких невеликі уламки дзеркала приклеювалися безпосередньо до діафрагми динаміка, що коливається. Однак я не можу ручатися за ефективність такого пристрою, оскільки ніколи його не відчував. Ймовірно, воно діє як чашоподібний відбивач. У процесі вдосконалення фотофону Белл і Тейнер знайшли понад 50 способів модуляції світлового променя голосом, у тому числі схеми зі змінною поляризацією, які використовуються нині у складних пристроях лазерного зв'язку. Висновок Якщо ви одного разу захопилися створенням системи оптичного зв'язку, важко потім не думати про цю проблему, що хвилює. У пізні роки свого життя Белл пророкував їй велике майбутнє. Проекти оптичного зв'язку, започатковані дослідами Белла, втілюються в життя. На жаль, проекти винахідника не були реалізовані за його життя. Автор: Байєрс Т.
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ DC/DC-перетворювач Mean Well RSD-500 ▪ Глобальне потепління змістило земну вісь ▪ Електромобіль Nissan Leaf 2018
▪ Розділ сайту Будівельнику, домашньому майстру. Добірка статей ▪ стаття Теорія груп. Історія та суть наукового відкриття ▪ статья Який спортсмен і навіщо змінив своє ім'я на Віскас? Детальна відповідь ▪ стаття Мерчандайзер. Посадова інструкція ▪ стаття Джерела живлення для LCD та LED дисплеїв. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page