Приемная оптическая головка и ее сердце - плата фотоприемника - самая важная часть комплекса оптической связи. Совсем нетрудно бросить в пространство оптический сигнал, почти полностью использовав мощность светодиодов. Но куда труднее принять этот сигнал на фоне дневного света, превосходящего его по силе в десятки тысяч раз! В данном цикле публикаций уже была статья о фотоприемнике. Однако сейчас она у нас будет служить только лишь описанию общего принципа работы устройства. Время, прошедшее с прошлых публикаций было временем множества экспериментов. В их ходе было установлено, что опубликованная первая модель фотоприемника, несмотря на все принятые меры, только лишь удерживает свои режимы по постоянному току при воздействии дневного света. Но уровень сигнала падает крайне резко. Всё же мне удалось понять механизм этого явления! А объяснился он... элементарным законом Ома.
Смотрите, мы имеем фотодиод VD1 и его управляемую активную нагрузку VT3. Когда на фотодиод, кроме сигнала, воздействует еще сильная постоянная засветка от дневного света, его сопротивление уменьшается, а фототок растет. Схема реагирует на это большим открытием (снижением сопротивления) VT3, благодаря чему режимы по постоянному току продолжают обеспечивать неискаженный прием сигнала. Однако... абсолютная величина колебаний фототока от поступающего оптического сигнала остается примерно той же. Но на меньшем сопротивлении это создает и пропорционально меньшее падение напряжения! Получается, что уровень полезного сигнала падает в соответствии с увеличением освещенности. А все ранее принятые меры лишь боролись с последствиями этого, не устраняя причину.
Что же делать? - Очень просто - поставить последовательно с нагрузкой дроссель. Теперь сопротивление нагрузки для высокочастотного сигнала будет определяться его индуктивным сопротивлением. В то же время сопротивление дросселя постоянному току невелико и не нарушает способность схемы автоматически регулировать свои режимы. Благодаря тому, что мы приняли высокое значение поднесущей частоты в средневолновом диапазоне, нам будет достаточно умеренной индуктивности.
Дроссель должен обладать индуктивностью не меньше 560 мкГн. Если вы не найдете готового стандартного дросселя, то его можно намотать на ферритовом кольце диаметром 7 - 10 мм. Феррит должен быть с проницаемостью 400 - 600. Намотайте на него с помощью челнока не менее 120 витков провода диаметром около 0,1 мм. Такие тороидальные катушки менее чувствительны к наводкам, что особенно важно для чувствительных входных узлов.
Для того, чтобы еще больше разделить регулирование режима и усиление сигнала, аналогичный дроссель установлен в цепи фоторезистора R3. Так как там мы имеем дело с уже значительно усиленными токами, то индуктивность второго дросселя может быть меньше. Данное решение имеет еще одно достоинство. Дело в том, что фоторезисторы создают заметные шумы. А сейчас L2 отделяет их от цепи сигнала.
О еще одной доработке с целью улучшить дневной прием я уже писал. Дело в том, что регулировка режимов приводит к возрастанию потребляемого тока. Падение напряжения на R13 несколько увеличивается. Получается, что напряжение питания и усиление устройства падают именно тогда, когда они больше всего нужны. Благодаря добавлению еще одного фоторезистора R16 напряжение питания схемы днем даже несколько возрастает. Также для увеличения мощности выходного сигнала несколько уменьшены сопротивления некоторых резисторов в цепях выходного каскада.
Ниже представлена исправленная печатная плата. Плата обпаивается по кругу полоской жести шириной 25 мм служащей экраном и креплением для остальных узлов головки.
Конструктивно приемная оптическая головка ничего особенного не представляет и аналогична некогерентной(светодиодной) передающей головке: основание, стойка, плата, прикрученная к качающейся на шпильке с барашковой гайкой деревянной планке.
Осталось сказать только об оптической части. С самого начала автор предполагал возможность использования линзы для сбора большего количества света, хоть это и требует более точной наводки фотоприемника на передатчик. Тем более, что давнишние опыты показывали высочайшую эффективность этого пути. Но сейчас результаты оказались на удивление убогими. Причина оказалась в том, что предыдущие опыты производились в видимом диапазоне света, а сейчас они проводятся и в ИК-диапазоне. А для инфракрасных лучей прозрачность обычного стекла не очень хороша. В сущности ведь и знаменитый парниковый эффект в том и состоит, что стекло пропускает солнечный свет внутрь теплицы, а инфракрасное излучение наружу не выпускает! Зато опыты показали отличную прозрачность для ИК-излучения не очень плотных тканей.
Какие же могут быть выходы из этой ситуации? Их два:
1. Использовать для направленного дальнего приема металлическое вогнутое зеркало, например, донышко от алюминиевой пивной банки. К сожалению, конструкция в ее нынешнем виде для этого мало приспособлена, так что этим я займусь позднее.
2. Обойтись пока без концентрирования света. Мы только лишь защитим фотодиоды от бесполезных боковых засветок с помощью тубуса, склеенного из ватмана и окрашенного снаружи в черный цвет. Тубус составлен из двух надевающихся друг на друга трубок прямоугольного сечения около 25х40 мм. Меньшая по сечению трубка вклеивается в экран фотоприемника, на ее конец натягивается кусочек белой марли и надевается вторая часть трубки. Что же получается? Часть света проходит через марлю непосредственно на фотодиод. Остальная часть света, вошедшая в тубус, площадь которого намного больше площади фотодиода, рассеивается на марле и, отражаясь от белых внутренних стенок тубуса с немалой вероятностью заканчивает свое путешествие на том же фотодиоде. Чтобы предотвратить потери уловленного света следует даже часть платы и детали, находящиеся внутри тубуса, тоже окрасить в белый цвет. Естественно, не касаясь их выводов и токоведущих частей.
И все-таки, как уловить побольше света? Приемная площадь фотодиода ничтожна - 7,5 кв.мм. Представляете себе, какая ничтожная световая энергия от светодиодов, находящихся, в лучшем случае в полусотне метров от него, может быть уловлена? Поэтому автор счел за лучшее... тупо удвоить эту площадь, применив 2 параллельно включенных фотодиода! Теперь всякие паразитные емкости, шумы и утечки станут вдвое менее заметными на фоне сигнала. Правда, это означает и вдвое больший бесполезный постоянный фототок от дневного света. Но наша мощнейшая система регулировки режима с использованием фоторезисторов с этим справится.