Vienkārša un lēta digitālā audio lāzera pārraide: 4 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:56

Kopš izgatavoju lāzera pistoli, esmu domājis par lāzera modulēšanu, lai pārsūtītu audio, vai nu izklaidei (bērnu domofons), vai varbūt, lai pārsūtītu datus sarežģītākam lāzera lielgabalam, ļaujot uztvērējam saprast, kam viņš tika iesists. Šajā pamācībā es pievērsīšos audio pārraidei.

Daudzi cilvēki ir izveidojuši analogās modulētās pārraides sistēmas, pievienojot analogo audio signālu lāzera diodes barošanas avotam. Tas darbojas, taču tam ir daži nopietni trūkumi, galvenokārt nespēja pastiprināt signālu uztveršanas galā, neradot lielu troksni. Arī linearitāte ir ļoti slikta.

Es gribēju lāzeru digitāli modulēt, izmantojot impulsa platuma modulācijas (PWM) sistēmu. Lētās lāzera diodes, ko izmanto lāzera lielgabalu projektā, var modulēt pat ātrāk nekā parasto gaismas diodi, sasniedzot miljoniem impulsu sekundē, tāpēc tam vajadzētu būt ļoti izpildāmam.

1. darbība: principa pierādījums (raidītājs)

Ir pilnīgi iespējams izveidot diezgan pienācīgu raidītāju, izmantojot trīsstūri vai zāģveida zobu ģeneratoru un salīdzinot tā izvadi ar signāla ievadi ar op-amp. Tomēr ir diezgan grūti iegūt labu linearitāti, un komponentu skaits diezgan ātri pieaug, un izmantojamais dinamiskais diapazons bieži ir ierobežots. Turklāt es nolēmu, ka ir atļauts būt slinkam.

Nedaudz sānisku domu vērsa mani uz īpaši lētu D klases audio pastiprinātāju ar nosaukumu PAM8403. Es to iepriekš izmantoju kā īstu audio pastiprinātāju lāzera lielgabala projektā. Tas dara tieši to, ko mēs vēlamies, impulsa platumu, modulējot audio ieeju. Nelielus dēļus ar nepieciešamajām ārējām sastāvdaļām var iegādāties no eBay par cenu zem 1 eiro.

PAM8404 mikroshēma ir stereo pastiprinātājs ar pilnu H tilta izeju, kas nozīmē, ka tas var vadīt abus vadus pie skaļruņa līdz Vcc (plus) sliedei vai zemei, efektīvi četrkāršojot izejas jaudu, salīdzinot ar tikai viena vada vadīšanu. Šim projektam mēs varam vienkārši izmantot vienu no diviem izejas vadiem, tikai no viena kanāla. Pilnīgā klusumā izeja tiks virzīta uz aptuveni 230 kHz kvadrātveida vilni. Modulācija ar audio signālu maina izejas impulsa platumu.

Lāzera diodes ir ārkārtīgi jutīgas pret pārslodzi. Pat 1 mikrosekundes impulss var to pilnībā iznīcināt. Parādītā shēma tieši to novērš. Tas darbinās lāzeru ar 30 miliamperiem neatkarīgi no VCC. Tomēr, ja ir pat vismazākā diodes atvienošana, parasti tranzistora bāzes spriegums tiek samazināts līdz 1,2 voltiem, lāzera diode tiek nekavējoties iznīcināta. Esmu izpūtis divus šādus lāzera moduļus. Es iesaku neuzbūvēt lāzera draiveri uz maizes dēļa, bet pielodēt to uz neliela PCB gabala vai brīvas formas saraušanās caurules gabalā lāzera moduļa aizmugurē.

Atpakaļ pie raidītāja. Pievienojiet PAM8403 izeju lāzera draivera ķēdes ieejai un raidītājs ir gatavs! Kad tiek iedarbināts, lāzers ir vizuāli ieslēgts, un modulāciju nevar optiski noteikt. Tam faktiski ir jēga, jo signāls ir aptuveni 50/50 procentu ieslēgšanas/izslēgšanas stāvoklī 230 kHz nesējfrekvencē. Jebkura redzama modulācija nebūtu bijusi signāla skaļums, bet gan faktiskā signāla vērtība. Tikai ļoti, ļoti zemās frekvencēs modulācija būs pamanāma.

2. darbība: principa pierādījums (uztvērējs, saules baterijas versija)

Es izpētīju daudzus uztvērēja principus, piemēram, negatīvi neobjektīvas PIN fotodiodes, neobjektīvas versijas utt. Dažādām shēmām bija dažādas priekšrocības un trūkumi, piemēram, ātrums pret jutību, taču galvenokārt viss bija sarežģīti.

Tagad man dārzā bija veca ar saules enerģiju darbināma lampa ar saules enerģiju, ko iznīcināja lietus, tāpēc es izglābu divas mazās (4 x 5 cm) saules baterijas un izmēģināju, cik daudz signāla tiks radīts, vienkārši norādot uz modulēto sarkano lāzera diode uz vienu no tiem. Tas izrādījās pārsteidzoši labs uztvērējs. Pieticīgi jutīgs un labs dinamiskais diapazons, tāpat kā iepriekš, tas darbojas pat ar diezgan spilgtu apgaismojumu no izkliedētas saules gaismas.

Protams, jūs varat meklēt, piemēram, eBay, lai iegūtu šādas mazas saules baterijas. To mazumtirdzniecības cena ir mazāka par 2 eiro.

Es tam pievienoju vēl vienu PAM8403 D klases uztvērēja paneli (kas arī atbrīvojās no līdzstrāvas komponenta) un pievienoju tam pievienotu vienkāršu skaļruni. Rezultāts bija iespaidīgs. Skaņa bija samērā skaļa un bez traucējumiem.

Saules bateriju izmantošanas negatīvie ir tie, ka tie ir ārkārtīgi lēni. Digitālais nesējs ir pilnībā iznīcināts, un tā ir faktiskā demodulētā audio frekvence, kas nāk caur signālu. Priekšrocība ir tāda, ka demodulators vispār nav vajadzīgs: vienkārši pievienojiet pastiprinātāju un skaļruni, un jūs sākat darbu. Negatīvie ir tas, ka, tā kā digitālais nesējs nav pieejams un tāpēc to nevar atjaunot, uztvērēja darbība ir pilnībā atkarīga no gaismas intensitātes, un skaņu izkropļos visi klaiņojošie gaismas avoti, kas modulēti audio frekvenču diapazonā, piemēram, spuldzes, televizori un datoru ekrāni.

3. solis: pārbaudiet

Es naktī izņēmu raidītāju un uztvērēju, lai viegli redzētu staru un būtu maksimāla saules elementa jutība, un tas guva tūlītējus panākumus. Signālu varēja viegli uztvert 200 metru lejup, kur staru kūļa platums nepārsniedza 20 cm. Nav slikti 60 centu lāzera modulim ar neprecīzu kolimatora objektīvu, iztīrītu saules bateriju un diviem pastiprinātāja moduļiem.

Neliela atruna: Es neveidoju šo attēlu, tikai paņēmu to no labi zināmas meklēšanas vietnes. Tā kā tajā naktī gaisā bija nedaudz mitra, tad, skatoties atpakaļ uz lāzeru, stars patiešām izskatījās šādi. Ļoti forši, bet tas ir blakus.

4. solis: pēc pārdomām: digitālā uztvērēja izveide

Digitālā uztvērēja izveide, PIN diodes versija

Kā jau minēts, neatjaunojot augstfrekvences PMW signālu, klaiņojošie signāli ir ļoti dzirdami. Turklāt, ja PMW signāls netiek reģenerēts līdz fiksētai amplitūdai, skaļums un līdz ar to uztvērēja signāla un trokšņa attiecība ir pilnībā atkarīga no tā, cik daudz uztvērēja uztver lāzera gaisma. Ja pats PMW signāls būtu pietiekami pieejams gaismas sensora izejā, vajadzētu būt ļoti viegli filtrēt šos klaiņojošos gaismas signālus, jo būtībā viss modulācijas frekvencē jāuzskata par klaiņojošu. Pēc tam, vienkārši pastiprinot atlikušo signālu, jārada fiksētas amplitūdas, reģenerēts PWM signāls.

Ja vēl neesat izveidojis digitālo uztvērēju, bet tas varētu būt ļoti iespējams, izmantojot detektoru BWP34 PIN diode. Būtu jāizlemj par objektīva sistēmu, lai palielinātu uztveršanas laukumu, jo BWP34 ir ļoti maza atvere, aptuveni 4x4 mm. Pēc tam izveidojiet jutīgu detektoru, pievienojiet augstas caurlaidības filtru, kas iestatīts uz aptuveni 200 kHz. Pēc filtrēšanas signāls jāpastiprina, jāapgriež, lai pēc iespējas labāk atjaunotu sākotnējo signālu. Ja tas viss darbotos, mēs būtībā esam atjaunojuši signālu, kādu to radīja PAM mikroshēma, un to varētu tieši ievadīt nelielā skaļrunī.

Varbūt uz vēlāku datumu!

Atšķirīga pieeja, profesionāļiem!

Ir cilvēki, kas gaismas caurlaidību veic daudz lielākos attālumos (vairākus desmitus kilometru), nekā šeit aprakstīts. Viņi neizmanto lāzerus, jo monohromatiskā gaisma faktiski izzūd ātrāk nekā vakuumā nekā daudzkrāsu gaisma. Viņi izmanto LED kopas, milzīgas Fresnel lēcas un, protams, ceļo lielos attālumos, lai atrastu tīru gaisu un garas redzes līnijas, lasiet: kalni. Un to uztvērēji ir ļoti īpaša dizaina. Jautras lietas, kuras var atrast internetā.