Схема простого светотелефона

Вы уже знакомы со светосигнальным аппаратом, позволяющим передавать сообщения телеграфной азбукой. Теперь же предстоит знакомство со светотелефоном, представление о работе которого дает схема на рис. 27. Электрическим сигнал, преобразованный микрофоном из звуковых колебаний, поступает на вход усилителя НЧ, выходной каскад которого нагружен на лампу HI. Лампа начинает вспыхивать в такт со звуковыми колебаниями. Иначе говоря, яркость ее свечения изменяется в зависимости от громкости разговора перед микрофоном, а частота вспышек — от частоты звуковых колебаний. Таким образом, свечение лампы будет промодулировано электрическим сигналом, преобразованным из звуковых колебаний.

В таком виде свет направляется в сторону приемника, установленного на некотором расстоянии от передатчика, и попадает на датчик — фототранзистор У. Он преобразует модулированный свет в сигналы звуковой частоты, которые после усиления поступают на головные телефоны В2.

Рис. 28. Принципиальная схема передатчика, светотелефона

Дальность (она может достигать 500 м) такой связи зависит от типа применяемой лампы HI, мощности усилителя НЧ передатчика и чувствительности приемника. И, конечно, от оптической системы на передающем и приемном пунктах: свет лампы нужно сконцентрировать в узкий луч и направить точно на чувствительный слой фототранзистора. Но об этом мы поговорим несколько позже.

А пока познакомимся с работой передатчика по его принципиальной схеме (рис, 28). Микрофоном В1 служит капсюль головных телефонов ТОН-2. Он подключается между базой и эмиттером транзистора VI входного каскада усилителя. Смещение на базу транзистора подается с делителя, образованного резистором R1 и сопротивлением обмотки капсюля (1600 Ом). Нагрузкой каскада является резистор R2. С него сигнал подается далее через конденсатор С1 на выходной каскад — усилитель мощности. Он собран на составном транзисторе V2V3, составленном и двух транзисторов разной мощности, что позволило сократить число деталей каскада для получения практически тех же параметров, которые получились бы при раздельном использовании этих транзисторов.

Напряжение смещения на составной транзистор подается с делителя R3—R5, причем подстроечным резистором R3 можно подбирать требуемый режим работы каскада. Нагрузкой выходного каскада служит лампа HI. В зависимости от уровня поступающего на выходной каскад сигнала будет изменяться и яркость свечения лампы. А чтобы лампа стала менее инерционной, ее нить нужно немного раскалить с помощью начального постоянного тока коллекторной цепи транзистора (устанавливают его подстроечным резистором R3).

Передатчик питается напряжением 9 В, которое дают две последовательно соединенные батареи 3336Л. Еще лучше применить небольшую аккумуляторную батарею, наподобие мотоциклетной — тогда продолжительность непрерывной работы передатчика значительно возрастет.

Транзисторы VI и V2 могут быть МЩ9Б, МП42Б, П416Б и другие аналогичные с коэффициентом передачи тока 30…50. Вместо транзистора П213Б подойдут другие транзисторы серий П213—II217 с коэффициентом передачи тока не менее 30. Постоянные резисторы — МЛТ-0,25, подстроечный R3 — СПО-0,5. Конденсатор С1 — К50-6.

Детали передатчика монтируют на плате (рис. 29) из изоляционного материала (гетинакс, текстолит, стеклотекстолит). Выходной транзистор укрепляют на радиаторе (рис. 30), изготовленном из алюминия или дюралюминия толщиной 2…3 мм. Поверхность радиатора на площади касания корпуса транзистора тщательно зачищают мелкозернистой наждачной бумагой. При креплении транзистора следят, чтобы его выводы базы и эмиттера не касались радиатора. Возможно применение ребристых радиаторов, имеющихся в продаже.

Налаживают передатчик так. Подключают к плате капсюль В1, лампу III и источник питания с выключателем. Последовательно с резистором R2 включают миллиамперметр и подают питание. Если измеряемый миллиамперметром ток находится в пределах 2,5…3,5 мА — все в порядке. При другом значении силы тока подбирают сопротивление резистора R1.

Далее отключают миллиамперметр и перемещением движка резистора R3 добиваются слабого накала нити лампы. Теперь при разговоре перед капсюлем яркость лампы будет увеличиваться, причем чем больше громкость звука, тем ярче свечение лампы.

Приемник (рис.31) представляет собой двухкаскадный усилитель на транзисторах V2 и V3, ко входу которого подключен фототранзистор VI. Правда, включен он не как фототранзистор, а как фоторезистор, поскольку на базу не подается напряжение смещения. Сделано это потому, что в таком режиме наш фототранзистор (он самодельный) обладает несколько большей чувствительностью.

Что представляет собой фототранзистор? Он изготовлен из транзистора МП39Б с возможно большим коэффициентом передачи тока, у которого удален колпачок (рис. 32). Сделать это нетрудно, предварительно спилив «донышко» корпуса или осторожно обломав его кусачками. После этого рекомендуется осторожно покрыть (с помощью кисточки № 2 или 3) бесцветным лаком кристалл германия — чтобы защитить его от пыли и грязи.

Рис. 32. Изготовление фототранзистора

Полученный фотодатчик нужно проверить, подключив к выводам эмиттера и коллектора омметр. Плюс омметра (у Ц20, например,— общее гнездо) должен соединяться с эмиттером. При освещении датчика будет изменяться его сопротивление, но наибольший эффект получится при освещении кристалла со стороны эмиттера.

Если на датчик падает свет постоянной силы, в цепи фототранзистора будет протекать постоянный ток. Когда же чувствительный слой фототранзистора попадет под действие модулированного света, в цепи потечет переменный ток, частота которого соответствует частоте модуляции. Иначе говоря, на резисторе R1, включенном последовательно с фототранзистором, выделится сигнал звуковой частоты, который через конденсатор С2 поступит на усилитель.

С нагрузки второго каскада усилителя (резистор R6) сигнал снимается (через конденсатор С5) на головные телефоны В1 — из них мы и слышим голос абонента, разговаривающего перед микрофоном передатчика.

Уровень сигнала, подаваемого на вход усилителя, или громкость звука, можно регулировать переменным резистором HI. Поскольку усилитель достаточно чувствителен, то, чтобы предотвратить его самовозбуждение, включены два фильтра: конденсатор С4 шунтирует источник питания ко переменному току, а цепочка R4C1 устраняет связь между каскадами по переменному току через цепь питания.

Транзисторы V2 и V8 могут быть МП39Б, МП42Б, П418Б с коэффициентом передачи тока не менее 40. Все электролитические конденсаторы — К50-8, конденсатор С2 — МБМ. Постоянные резисторы МЛТ~0,25, переменный — СПО-1 или другой. Источник питания — две последовательно соединенные батареи 3336Л. Головные телефоны В1 — ТОН-1, ТОН-2.

Детали приемника монтируют на плате (рис. 33) из изоляционного материала, а плату размещают в подходящем корпусе. На переднюю или верхнюю стенки корпуса выводят ручку переменного резистора и устанавливают выключатель S1. Источник питания укрепляют металлической скобой внутри корпуса.

При наладке первыми проверяют режимы работы транзисторов. Сначала включают миллиамперметр последовательно с резистором R6 и контролируют ток коллектора транзистора V3. Если он не в указанных на схеме пределах, подбирают точнее сопротивление резистора R5.

При подобном подборе режима вы должны помнить правило: чтобы уменьшить ток коллектора, нужно поставить резистор R5 с большим сопротивлением, и наоборот.

Аналогично ток коллектора транзистора V2 подбирают резистором R2.

Останется надеть головные телефоны, подключить к приемнику фототранзистор и расположить вблизи настольную лампу так, чтобы ее слабый свет падал на фототранзистор. В телефонах должен прослушиваться фон переменного тока — результат воздействия на фототранзистор света лампы, питаемой переменным током частотой 50 Гц.

Когда движок переменного резистора R1 находится в нижнем по схеме положении, громкость звука наибольшая, в верхнем положении — наименьшая. Но стоит выключить настольную лампу, как в телефонах будет слышен лишь слабый шорох — собственные шумы приемника. Эту проверку следует проводить так, чтобы посторонний свет (имеется в виду дневной) не влиял на результаты эксперимента.

Можно проверить действие светотелефона в целом. Расположив недалеко от лампы передатчика фототранзистор, включите передатчик и произнесите что-нибудь в микрофонный капсюль — в головных телефонах вы услышите звук.

В таком виде светотелефон, конечно, еще не пригоден для практического использования. От передатчика нужно получить непрерывный луч света. Для этого лампу 1 следует разместить в центре рефлектора 2 тубуса 4 (рис. 34). Внутренние стенки тубуса должны быть светлыми, а рефлектор — оклеен фольгой или иметь зеркальное покрытие. Чтобы тубус передатчика легче было наводить на приемник, сверху к тубусу прикрепляют «прицельное устройство», состоящее из двух стоек — мушки 5 и прицела 3. Такая же конструкция может быть использована и для приемника, только внутренняя поверхность тубуса в в этом случае затемняется (ее покрывают черной краской). Фототранзистор 7 укрепляют вертикально, чтобы его светочувствительный слой находился в фокусе рефлектора 8. Выводы транзистора изгибают, пропускают через отверстие в тубусе и подпаивают к выводам разъема 9 на изоляционной прокладке (она прикреплена к тубусу снизу). Сверху к тубусу приемника также прикрепляют прицельное устройство, которое в дальнейшем позволит ориентировать его на тубус передатчика.

На рисунках не приведены размеры тубуса, поскольку они произвольны: к примеру, одна из конструкций была диаметром 50 и длиной 300 мм, другая — соответственно 35 и 150 мм. Поэтому при выборе тубусов ориентируйтесь на эти пределы.

Дальность связи нашего светотелефона может достигать 30…40 м в дневное время и примерно вдвое больше в вечернее и ночное.

Пока вы познакомились со светотелефоном, позволяющим держать одностороннюю связь между пунктами, то есть лишь передавать сообщения, например в штаб. Для ведения двусторонних разговоров в каждом пункте должны быть и передатчик, и приемник. Их нужно конструктивно объединить (рис. 35), например, на общей стойке. Под стойкой располагают подставку, на которой монтируют общий корпус с платами приемника и передатчика. Питание теперь будет тоже общее, но для предупреждения самовозбуждения светотелефона источник придется зашунтировать конденсатором большой емкости — не менее 200 мкФ. Кроме того, микрофон передатчика и телефоны приемника целесообразно объединить в одной трубке, как это было показано выше, при описании телефонных аппаратов. Но не стремитесь применить здесь готовую телефонную трубку — ее капсюли имеют небольшое сопротивление и непригодны для наших целей.

В каждом пункте светотелефон желательно прикрепить к штативу (наподобие фотоштатива), что позволит быстрее установить светотелефон на нужной высоте и более точно направить его на тубусы светотелефона другого абонента. Это, пожалуй, самая кропотливая работа, от которой зависят и дальность связи, и разборчивость звука при разговоре. Выполнять ее лучше всего одновременно в двух пунктах, пользуясь на первых порах для корректировки действий обычным телефоном. В дальнейшем, когда вы научитесь работать со светотелефоном, эту работу сможете проделывать без затруднений.

Вы познакомились с простейшей конструкцией приемопередающих узлов светотелефона, не требующей каких-либо дефицитных материалов и обеспечивающей достаточную дяя практических целей дальность связи. Увеличить ее можно с помощью линз, которые позволят в передатчике добиться более яркого и «острого» светового луча, а в приемнике — точной фокусировки света на чувствительный слой фототранзистора (его в этом варианте придется расположить горизонтально и так, чтобы чувствительный слой со стороны эмиттера был обращен к линзе), Естественно, линзы в каждом тубусе должны быть установлены таким образом, чтобы их можно было легко перемещать вдоль оси, добиваясь лучшей фокусировки, а в нужном месте надежно фиксировать.