Взгляните на соседний многоквартирный дом. Сколько много квартир, сколько людей! Наверняка среди них есть те, с кем было бы интересно и полезно общаться. А если еще бесплатно и без посторонних ушей? Ну, как, стоит ради этого постараться?
КАК МЫ БУДЕМ ДЕЙСТВОВАТЬ?
Общая идея проста и практически одинакова с АМ-радиосвязью. Только вместо мегагерц радиосигнала несущей будет световая или инфракрасная волна с невообразимыми частотами в сотни терагерц. Казалось бы, осуществить такую связь можно будет запросто, ведь сейчас практически любая аппаратура снабжена ИК дистанционным управлением, да и беспроводные мыши и наушники не редкость...
И действительно, некоторые фотоприемники представляют собой готовую микросхему, имеющую только вход питания и выход готового сигнала. Но, увы, они созданы только для того, чтобы принимать переданный в цифровом виде на малой скорости код нажатой на пульте кнопки. Аудиосигнал они не способны принять никак - ни в цифровой, ни в его исходной аналоговой форме. Что же до беспроводных наушников, то они рассчитаны на малую дальность, в их конструкцию никак нельзя вмешаться, чтобы приспособить ее под новые нужды. А нам бы хотелось передавать сигнал, как мы захотим. В видимом и в инфракрасном свете, вещать на всех, кто нас видит или передавать кому-то одному направленным неперехватываемым лазерным лучом. Также нам было бы желательно иметь режим ретрансляции, чтобы помочь связываться тем, кто друг друга непосредственно не видит. Да еще и иметь возможность не мешать соседям, которые будут говорить из нашего же дома с кем-нибудь другим. Так что лучше все делать самим.
Бросить в пространство звуковой сигнал верхом на световом луче несложно - достаточно в коллекторную цепь транзистора последнего каскада усилителя включить несколько мощных светодиодов. Но вот на приемной стороне возникают сложности. Общая идея проста: паяем делитель из фотодиода в обратном включении и резистора R1 примерно такого же сопротивления (Рис. 1а). При попадании на диод модулированных световых колебаний его обратный ток меняется и напряжение начнет колебаться около половины напряжения питания. С конденсатора С1 мы возьмем только переменный звуковой сигнал, а уж дальше его усилить будет делом техники. Но... вы уже знаете, что освещенности в солнечный день и ночью различаются во многие тысячи раз. Соответственно будет меняться и ток через фотодиод. В итоге днем напряжение так "прижмется" к плюсу питания, что будет сильно искажено, а потом и вовсе не будет реагировать ни на какие слабые переменные сигналы. Ночью же оно прижмется к земле - к нулю вольт.
Выходит, что R1 тоже должен меняться от изменений освещенности. Однако если мы там поставим второй фотодиод, то он скомпенсирует и изменения напряжения от полезного сигнала. Как быть? Можно, например, поставить там фоторезистор (рис. 1б). Эти детали обладают низким быстродействием, так что не подавят сигнал. Вот только не факт, что сопротивление фоторезистора будет меняться так же, как и фотодиода. Он может нам запросто "перекомпенсировать" схему в другую сторону. Все же, если ограничить его действие постоянными резисторами, то он вполне сможет расширить диапазон освещенностей, в котором аппаратура будет работать нормально. Но самый лучший способ - поставить управляемую нагрузку - транзистор VT1 (рис. 1в). А сигнал для управления им брать... с того же самого фотодиода VD1. естественно, обработав его для получения требуемого быстродействия. Именно так и работают ИК-приемники дистанционного управления телевизорами. Но мы пойдем дальше и применим... оба этих способа!
Но это еще не все проблемы. Дело в том, что питающиеся от электросети осветительные лампы создают интенсивные помехи на частоте... думаете, 50 Гц? - Нет, величина переменного напряжения достигает максимальной амплитуды дважды за период, так что помеха будет более неприятной - на частоте в 100 Гц.
Кажется, что справиться с ней даже не потребует дополнительных усилий - достаточно просто сделать описанную выше систему с подходящим быстродействием. Но ведь может запросто статься, что на вход приемника попадет совсем слабенький сигнал нашей системы с расстояния в сотню метров и мощнейшая помеха от яркой, близкорасположенной лампы. А "расстояние" по частоте невелико. Даже для посредственной телефонной передачи желательно передавать низкие частоты хотя бы с 300 Гц. Сможет ли не слишком сложный фильтр обеспечить высочайшее подавление столь близкой по частоте помехи? Да и для качественной передачи музыки хотелось бы пропускать частоты не только в 100 Гц, а и еще ниже.
Выход есть. Более того, он уже применяется в системах ИК ДУ. Свет - наша несущая волна модулируется не непосредственно сигналом, а некоей поднесущей. А уж та, в свою очередь - нужным нам сигналом. Это классный прием, давно уже используемый радиотехниками. Именно с помощью поднесущих частот они всадили в обычный ЧМ сигнал 2 стереоканала, а в ТВ-сигнал - информацию о цвете. Да так, что эти передачи смогли нормально, как и прежде, принимать монофонические радиоприемники и черно-белые телевизоры. Даже в самых старых системах ДУ поднесущая составляла около 15 кГц, а это уже запросто можно отделить от сотни Герц. В современных системах она еще выше, например, 75 кГц в некоторых системах... но нам и этого мало! Ведь нам бы хотелось и качественный, может даже стерео звук, и компьютерные данные через модем передавать.
В итоге автор пришел к такому решению - выбрать поднесущую в... средневолновом радиодиапазоне! Смотрите, как здорово: нам даже не придется полностью собирать приемник оптических сигналов - только преобразователь света в электрический сигнал с упомянутой системой балансировки и фильтрации. Сигнал с нее мы подадим на самый обычный вещательный средневолновый приемник. А в нем уже есть все, что нам нужно: хорошие фильтры, регулятор громкости, усилитель с динамиком, система АРУ - автоматической регулировки усиления, уменьшающая разницу в громкости от сигналов разной силы. А еще мы сможем не мешать своими разговорами соседу, использующему подобную систему - достаточно просто перестроиться на другую поднесущую частоту в этом диапазоне. Быстродействие системы регулировки фотоприемника увеличим. Так что она станет подавлять помехи не только от изменений постоянной освещенности и 100 Гц помехи от ламп освещения, но помехи от пультов ДУ бытовой аппаратуры. Вот такая вот получается радиосвязь... без радиоволн. Вместо них - модулированный соответствующей частотой свет.
