Najprostszy fototelefon
Skąd pomysł?
Przeglądając książkę pana inżyniera Janusza Wojciechowskiego pod tytułem "Nowoczesne zabawki" trafiłem na opis urządzeń zwanych fototelefonami. Książka ta została wydana w 1974 roku i większość schematów jest mocno archaiczna. Urządzenia te opierały się na nieprodukowanych już dziś elementach, w tym tranzystorach germanowych. Jednak sama idea przesyłania dźwięku za pomocą samego tylko strumienia światła zaciekawiła mnie tak, że postanowiłem przeprowadzić parę doświadczeń w tej dziedzinie. Poniżej przedstawiam pierwszy zrealizowany przeze mnie przed laty model fototelefonu. Umożliwia on zapoznanie się z zasadą działania urządzeń tego typu i może zapewniać jednokierunkową komunikację na nawet sporym dystansie. Oczywiście później zbudowałem wiele bardziej skomplikowanych i doskonalszych urządzeń, ale zdecydowałem, że to własnie najprostsze z nich ma największą wartość dydaktyczną.
Potrzebne materiały
By zbudować najprostszy fototelefon potrzebujemy elementów z poniższej listy.
- laser półprzewodnikowy wraz z kolimatorem,
- tranzystor BD135,
- potencjometr 50K,
- stabilizator napięcia 5V - 78l05,
- kondensator elektrolityczny 100uF,
- kondensator 100nF,
- rezystor 10K,
- fototranzystor,
- sprzęt montażowy (ucinaki do drutu, lutownica, lutowie).
Pewnie najtrudniejszym do zdobycia elementem wydaje Ci się być półprzewodnikowy laser? Uspokoję Cię - zdecydowanie wystarczy dioda laserowa pochodząca ze zwykłego wskaźnika laserowego. Jest ona wyposażona także w odpowiedni kolimator. Należy jednak zaznaczyć, że powinien być to najprostszy laser czerwony. Wskaźniki emitujące światło o innej barwie są zwykle wyposażone w specjalne, miniaturowe przetwornice zasilające laser półprzewodnikowy, co uniemożliwia ich wykorzystanie. Do naszych celów najwygodniej jest delikatnie rozmontować taki wskaźnik i przylutować przewody doprowadzające zasilanie. Obecny we wskaźniku włącznik należy wylutować, po czym zastąpić go zworą. Ja w celu ochrony delikatnego układu lasera nałożyłem na całość rurkę termokurczliwą, która po podgrzaniu ściśle przylega do powierzchni. Tak przygotowany laser półprzewodnikowy prezentuje się następująco:
Całą resztę elementów bez problemu kupimy w sklepie elektronicznym.
Budowa
Urządzenie, jak możesz się domyślać, składa się w dwóch bloków: nadajnika i odbiornika. Celem pierwszego jest przekształcenie prądu zmiennego niosącego informacje o dźwięku na wahania jasności światła laserowego, zaś odbiornik ma przekształcić wahania amplitudy oświetlenia z powrotem w sygnał elektryczny, a następnie akustyczny.
Schemat nadajnika:
Jeśli układ będzie zasilany napięciem 5V to można pominąć stabilizator napięcia. Działanie układu jest bardzo proste: baza tranzystora jest spolaryzowana napięciem pochodzącym ze ślizgacza potencjometru. Regulując potencjometrem prąd bazy wpływamy na prąd kolektora, w obwód którego jest podłączona dioda laserowa. Na bazę tranzystora jest także doprowadzony przez kondensator prąd zmienny o częstotliwości akustycznej, pochodzący na przykład z odtwarzacza mp3. Dzięki temu prąd kolektora jest silnie zależny od napięcia zmiennego niosącego informacje o dźwięku. Intensywność światła laserowego jest więc w niewielkim, ale wystarczającym do naszych potrzeb stopniu modulowana przez dźwięk. Potencjometrem możemy ustalić punkt pracy tranzystora i głębokość modulacji. Regulację należy zawsze prowadzić w ten sposób, że przed podłączeniem zasilania potencjometr musi być skręcony do masy. Po włączeniu zasilania delikatnie i powoli pokręcamy nim aż do momentu, kiedy w diodzie laserowej rozpocznie się akcja laserowa. Można to rozpoznać po nagłym wzroscie intensywności świecenia. Nie należy pokręcać dalej, ponieważ może dojść do uszkodzenia tranzystora i diody laserowej. Po regulacji można podłączyć źródło sygnału.
Odbiornik jest jeszcze prostszy w budowie:
Fototranzystor wraz z rezystorem tworzy sterowany przez światło dzielnik napięcia. Prąd płynący przez fototranzystor jest silnie zależny od intensywności jego oświetlenia, więc zgodnie z prawem Ohma napięcie w punkcie połączenia fototranzystora i rezystora będzie się także zmieniać w takt zmian oświetlenia. Po oświetleniu zmodulowanym przez nadajnik światłem laserowym w tym punkcie pojawi się napięcie zmienne analogiczne do napięcia sterującego nadajnikiem. Przez kondensator jest ono podawane na dowolny wzmacniacz akustyczny. Można wykorzystać gotowe głosniki komputerowe, lub też inny wzmacniacz (na przykład ten).
Dzięki diodzie laserowej urządzenie ma naprawdę duży zasięg jak na takie skromne środki. W nocy z łatwością można nadawać na odległość do pół kilometra. Oczywiście nic nie może zasłaniać ani przerywać wiązki światła.
Poniżej przedstawiam zdjęcia gotowego nadajnika i odbiornika. Z racji prostoty zostały one zbudowane w tak zwanym "pająku", tj. bez płytek drukowanych.
Życzę miłej i pouczającej zabawy:)
Literatura dodatkowa:
- Cox J.F., Fundamentals of linear electronics: integrated and discrete, Cengage Learning, 2011
- Sawicki J., Fototelefon, Młody Technik, 1972, 6 (czerwiec), Warszawa, str. 76-84
- Wojciechowski J., Nowoczesne zabawki, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa, 1966, str. 419-423
Marek Ples