ВНИМАНИЕ! Данная статья предназначена ТОЛЬКО для ознакомления с общими принципами работы фотоприемника. Так как описывает его первую модель, обладающую плохими характеристиками приема при дневном свете. Вторая модель и ее усовершенствования для улучшения дневного приема описана здесь.
Как я уже говорил, схема фотоприемника разработана на основе схемы советских приемников ИК ДУ от телевизоров, оказавшейся наилучшей.
Деталей, как видите, много, но все это потребляет очень небольшой ток, и весьма устойчиво в работе. Схема эта устроена очень хитро. Взглянем сразу на последний каскад - обычный усилитель с общим эмиттером с непосредственной связью с предыдущим каскадом. Обратите внимание - этот каскад, в отличие от предыдущих, собран на транзисторе прямой проводимости BC557B. Вы уже знаете, что резистор в эмиттерной цепи транзистора создает отрицательную обратную связь, уменьшающую коэффициент усиления каскада до величины, равной соотношению этого резистора и резистора нагрузки. А если его зашунтировать конденсатором достаточной емкости, то усиление будет снижено только по постоянному току, а по переменке разгонится практически до коэффициента усиления транзистора. Здесь же применена более хитрая схема - несмотря на наличие конденсатора С4 усиление переменного сигнала не разгоняется бесконтрольно, а соответствует выставленному с помощью резистора R11. Соответствует, невзирая на разброс характеристик транзисторов, изменения напряжения питания, температуры и прочие факторы. Усиление и режим по постоянному току задано суммарным сопротивлением R11 и R10.
Аналогичная система установлена в эмиттерной цепи VT2, также усиливающего сигнал по схеме с общим эмиттером (т.е. и по току и по напряжению) и, следовательно, особенно нуждающегося в стабильности своего режима. Также эта цепь задает быстродействие активной нагрузки фотодиода - транзистора VT3, у которого также имеется резистор в эмиттерной цепи. Вот почему создавшие эту схему советские инженеры были уверены, что транзисторы дадут именно столько усиления, сколько нужно! Не слишком много, чтобы режимы не ушли и чтобы схема не возбудилась, но и не слишком мало, чтобы не потерять необходимую чувствительность.
Но они все же были ограничены требованиями конструктивной простоты и технологичности устройства, а мы с вами пойдем еще дальше! К тому же, исходное устройство было предназначено для того, чтобы рубить прямоугольные импульсы цифрового кода, а нам нужна линейная неискаженная передача аналогового сигнала. Каскад на VT1 - эмиттерный повторитель, усиливающий только по току. Второй каскад также дает усиление по току. Казалось бы, суммарное усиление просто гигантское. Но вы уже знаете, что освещенность ночью и в солнечный день отличается в тысячи раз. Поэтому ночью темновой ток фотодиода может оказаться недостаточным для выхода первого каскада на должный режим. Для этого в некоторых сериях этих фотоприемников параллельно фотодиоду ставился резистор R1 сопротивлением до 300 кОм. Мы не будем так сильно гробить характеристики фотодиода и поставим резистор очень большого сопротивления - 1,5 мегаома. Лучше мы дополнительно поможем первому каскаду, увеличив сопротивление его нагрузки R4. А днем его сопротивление не окажется чрезмерным - его уменьшит фоторезистор R3.
Еще одну подобную регулировку применим на выходе. Дело в том, что у таких систем днем, когда полезный сигнал становится менее заметным на фоне солнечного света, падает уровень выходного сигнала. Мы уменьшим эту разницу. Вечером, когда устройство меньше страдает от внешних помех, уровень его сигнала уменьшается с помощью резистора R15. А днем он шунтируется фоторезистором R14, благодаря чему слабый сигнал идет более беспрепятственно.
Также нам придется изменить быстродействие цепи стабилизации и частотные характеристики усилителей. Обычные системы ДУ работают при частотах поднесущей в несколько десятков килогерц. Мы же используем поднесущие на более высоких частотах - в ДВ и СВ диапазонах. Поэтому емкости С1, С2 и С4 мы уменьшим примерно на порядок, увеличив тем самым быстродействие системы. Она станет подавлять не только постоянные засветки и пульсации 100 Гц, но и отчасти сигналы тех самых систем ДУ. Так что сигналы с пультов различной аппаратуры этот фотоприемник будет принимать недалеко и неважно. Нам это к лучшему - меньше будет помех.
Пару слов о монтаже. Автор выбрал фотодиоды типа BPW34, как наиболее доступные на Алиэкспрессе. Но я бы советовал по возможности поэкспериментировать с любыми фотодиодами, которые вам попадутся - возможны приятные сюрпризы в виде значительного увеличения чувствительности и дальности приема. Что же касается конкретно этих диодов, то подскажу, как определить их полярность. Можно ориентироваться по крошечному выступу на минусовом выводе (1) или по проводку, идущему от плюсового (2). В крайнем случае полярность можно определить тестером. Как вы видите из схемы, фотодиод используется во включении с обратной полярностью.
Для неискаженной передачи сигнала установите режим схемы по постоянному току. Измерьте напряжение на эмиттере VT4. Напряжение на коллекторе этого транзистора должно быть близким к половине этого эмиттерного напряжения. При необходимости можно подрулить с помощью R8.
Как уже было сказано, чтобы упростить создание этой системы, мы используем готовый заводской радиоприемник средневолнового диапазона. Как к нему подключить фотоприемник? Большинство нынешних читателей довольно не искушены в аналоговом радиоприеме в реальном эфире, а не в Интернете, и знают разве что только прием FM-станций. Дело в том, что штыревые телескопические антенны (или провод к наушникам в их качестве) можно использовать только на УКВ и на КВ. На средних и длинных волнах приемлемая по эффективности антенна имела бы непомерную длину. Поэтому для этих диапазонов в приемники встраивают магнитные, или как их еще называют ферритовые антенны. Они представляют собой круглый или прямоугольный стержень из феррита с одной или несколькими катушками на нем. Одна из катушек настраивается в резонанс на принимаемую станцию. Как правило ферритовый стержень размещается вдоль самой длинной стороны корпуса. Такая антенна достаточно эффективна и малочувствительна к некоторым видам помех. Для более дальнего приема в советских радиоприемниках предусматривалось гнездо для подключения длинной наружной антенны. Но в современных импортных приемниках такое бывает редко.
Поэтому действуем так: если приемник имеет гнездо для подключения антенны, то просто втыкаем в него провод с выхода фотоприемника. Также следует соединить общий провод фотоприемника с минусом питания радиоприемника. Если же гнезда нет, то надо будет из удобного вам непроводящего материала сделать рамку, свободно одеваемую на корпус приемника. Автор традиционно склеил ее из ватмана и пропитал эпоксидкой. На нее наматывается 16 витков обмоточного эмалированного провода диаметром 0,2 - 0,45 мм. Катушка подключается к выходу фотоприемника и к общему проводу. Оси катушки и магнитной антенны должны быть параллельны.
Поскольку фотоприемник вы будете размещать на подоконнике, а сам аппарат-приемопередатчик удобнее поместить на столе, то соедините фотоприемник со всеми остальными узлами жгутом из трех проводов длиной около метра. Во избежание увеличения потерь и наводок, не увеличивайте длину проводов без особой нужды.
В таком виде вы уже сможете использовать фотоприемник для первых опытов по световой связи. Но для максимального удобства и дальности связи нам понадобится дооборудовать его некоторыми оптическими и механическими узлами. Так что мы к нему еще вернемся. А сейчас - ждите материалов по формирователю передаваемого сигнала.