Enostaven in poceni laserski digitalni avdio prenos: 4 koraki

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:05

Odkar sem izdelal lasersko pištolo, sem razmišljal o moduliranju laserja za pošiljanje zvoka, bodisi za zabavo (otroški domofon) bodisi za prenos podatkov za bolj izpopolnjeno lasersko pištolo, ki bi sprejemniku omogočila, da ki ga je udaril. V tem navodilu se bom osredotočil na prenos zvoka.

Mnogi ljudje so ustvarili analogno modulirane prenosne sisteme z dodajanjem analognega zvočnega signala napajanju laserske diode. To deluje, vendar ima nekaj resnih pomanjkljivosti, večinoma nezmožnost ojačanja signala na sprejemnem koncu brez vnosa veliko hrupa. Tudi linearnost je zelo slaba.

Laser sem želel digitalno modulirati s sistemom PWM (Pulse Width Modulation). Poceni laserske diode, uporabljene v projektu laserske pištole, se lahko modulirajo celo hitreje kot običajna LED, v milijone impulzov na sekundo, zato bi moralo biti to zelo izvedljivo.

1. korak: Dokaz načela (oddajnik)

Povsem možno je zgraditi nekoliko spodoben oddajnik z uporabo trikotnika ali žagastega generatorja in primerjati njegov izhod z vhodom signala z op-ojačevalnikom. Vendar je precej težko doseči dobro linearnost in število komponent precej hitro narašča, uporaben dinamični razpon pa je pogosto omejen. Poleg tega sem se odločil, da je dovoljeno biti len.

Nekaj stranskega razmišljanja me je usmerilo na ultra poceni avdio ojačevalnik razreda D, imenovan PAM8403. Pred tem sem ga uporabljal kot pravi zvočni ojačevalnik pri projektu laserske pištole. Deluje točno tisto, kar želimo, širina impulza modulira avdio vhod. Majhne plošče z zahtevanimi zunanjimi komponentami je mogoče kupiti na eBayu za manj kot 1 evro.

Čip PAM8404 je stereo ojačevalnik s polnim izhodom H-most, kar pomeni, da lahko obe žici pripelje do zvočnika na tirnico Vcc (plus) ali na zemljo, kar učinkovito poveča štirikratno izhodno moč v primerjavi s samo eno žico. Za ta projekt lahko preprosto uporabimo eno od dveh izhodnih žic, samo enega kanala. Ko je v popolni tišini, bo izhod usmerjen v kvadratni val približno 230 kHz. Modulacija zvočnega signala spremeni širino impulza na izhodu.

Laserske diode so zelo občutljive na prevelik tok. Tudi 1 mikrosekundni impulz ga lahko popolnoma uniči. Prikazano vezje preprečuje ravno to. Laser bo poganjal 30 miliamperov neodvisno od VCC. Kljub temu, da pride do najmanjšega odklopa diod, ki običajno zmanjša napetost tranzistorja na 1,2 volta, se laserska dioda takoj uniči. Razstrelil sem dva takšna laserska modula. Priporočam, da laserskega gonilnika ne gradite na plošči, ampak ga spajkate na majhen kos tiskanega vezja ali v prosti obliki v kos skrčljive cevi na zadnji strani laserskega modula.

Nazaj k oddajniku. Priključite izhod PAM8403 na vhod vezja laserskega gonilnika in oddajnik je končan! Ko se laser vžge, je vizualno vključen in modulacije ni mogoče optično zaznati. To je pravzaprav smiselno, saj signal lebdi okoli 50/50 odstotkov stanja vklopa/izklopa na nosilni frekvenci 230 kHz. Kakršna koli vidna modulacija ne bi bila glasnost signala, ampak dejanska vrednost signala. Modulacija bo opazna le pri zelo, zelo nizkih frekvencah.

2. korak: Dokaz načela (sprejemnik, različica sončne celice)

Raziskal sem številna načela za sprejemnik, kot so negativne pristranske foto -diode PIN, nepristranske različice itd. Različne sheme so imele različne prednosti in slabosti, na primer hitrost v primerjavi z občutljivostjo, predvsem pa so bile stvari zapletene.

Zdaj sem imel na vrtu staro svetlobo IKEA Solvinden na sončno energijo, ki jo je uničil vdor dežja, zato sem rešil dve majhni (4 x 5 cm) sončni celici in poskusil, koliko signala bo proizvedeno, tako da preprosto usmerim modulirano rdečo lasersko diodo na enem izmed njih. To se je izkazalo za presenetljivo dober sprejemnik. Skromno občutljiv in z dobrim dinamičnim razponom, kot na primer, deluje tudi pri precej močni osvetlitvi zaradi popačene sončne svetlobe.

Seveda lahko na eBayu iščete takšne majhne sončne celice. Na drobno naj bi stali manj kot 2 evra.

Nanj sem priključil drugo sprejemno ploščo razreda PAM8403 D (ki se je prav tako znebila komponente DC) in nanjo priključil preprost zvočnik. Rezultat je bil impresiven. Zvok je bil razmeroma glasen in brez popačenj.

Slaba stran uporabe sončnih celic je, da so zelo počasne. Digitalni nosilec je popolnoma izbrisan in kot signal prihaja dejanska demodulirana zvočna frekvenca. Prednost je, da demodulator sploh ni potreben: samo priključite ojačevalnik in zvočnik in že ste v poslu. Slaba stran je, da ker digitalni nosilec ni prisoten in ga zato ni mogoče obnoviti, je delovanje sprejemnika popolnoma odvisno od jakosti svetlobe, zvok pa bodo popačili vsi potujoči svetlobni viri, modulirani v zvočnem frekvenčnem območju, kot so žarnice, televizorji in računalniški zasloni.

3. korak: Preizkusite

Oddajnik in sprejemnik sem ponoči vzel ven, da sem zlahka videl žarek in imel največjo občutljivost sončne celice, in takoj je uspelo. Signal je bil zlahka sprejet 200 metrov navzdol, kjer širina žarka ni bila večja od 20 cm. Ni slabo za laserski modul 60 centov z neprecizno kolimatorsko lečo, prečiščeno sončno celico in dvema ojačevalnima moduloma.

Manjša zavrnitev odgovornosti: te slike nisem naredil, vzel sem jo samo z znanega spletnega mesta za iskanje. Ker je bilo tisto noč v zraku malo vlage, je žarek res izgledal tako, ko je pogledal nazaj proti laserju. Zelo kul, vendar to ni bistvo.

4. korak: Po razmišljanju: Izdelava digitalnega sprejemnika

Izdelava digitalnega sprejemnika, različica PIN diode

Kot rečeno, brez regeneracije visokofrekvenčnega PMW signala so potepuški signali zelo slišni. Tudi brez signala PMW, regeneriranega na fiksno amplitudo, je glasnost in zato razmerje signal / šum sprejemnika popolnoma odvisno od tega, koliko laserske svetlobe sprejemnik sprejme. Če bi bil signal PMW dovolj na voljo na izhodu svetlobnega senzorja, bi moralo biti zelo enostavno filtrirati te razpršene svetlobne signale, saj je v bistvu vse, kar je pod frekvenco modulacije, obravnavano kot potepuško. Po tem bi preprosto ojačanje preostalega signala ustvarilo signal PWM s fiksno amplitudo.

Če še niste izdelali digitalnega sprejemnika, bi bilo to mogoče z uporabo diode PIN BWP34 PIN kot detektorja. Za povečanje območja zajemanja bi se morali odločiti za sistem leč, saj ima BWP34 zelo majhno odprtino, približno 4x4 mm. Nato naredite občutljiv detektor, dodajte visokoprepustni filter, nastavljen na približno 200 kHz. Po filtriranju je treba signal okrepiti, odrezati, da se čim boljši izvorni signal. Če bi vse to delovalo, smo v bistvu obnovili signal, kot ga je proizvedel čip PAM, in bi ga lahko neposredno vnesli v majhen zvočnik.

Mogoče za kasnejši zmenek!

Drugačen pristop, profesionalci!

Obstajajo ljudje, ki oddajajo svetlobo na veliko večjih razdaljah (nekaj deset kilometrov), kot je predstavljeno tukaj. Ne uporabljajo laserjev, ker enobarvna svetloba v daljšem časovnem obdobju v vakuumu hitreje zbledi kot večkromatična svetloba. Uporabljajo LED grozde, ogromne fresnelove leče in seveda potujejo na velike razdalje, da bi našli čist zrak in dolge vidne črte, beri: gore. In njihovi sprejemniki so zelo posebnega dizajna. Zabavne stvari, ki jih lahko najdete na internetu.