Transmissió d'àudio digital làser senzilla i econòmica: 4 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:14

Des que vaig fabricar la pistola làser, he estat pensant en modular el làser per enviar l’àudio, ja sigui per diversió (un intercomunicador infantil) o potser per transmetre dades per a una pistola làser més sofisticada, cosa que permet a qui va ser colpejat. En aquest instructiu em centraré en la transmissió d'àudio.

Molta gent ha creat sistemes de transmissió modulats analògicament afegint el senyal d'àudio analògic a la font d'alimentació del díode làser. Això funciona, però té alguns inconvenients greus, principalment la impossibilitat d'amplificar el senyal a l'extrem receptor sense introduir molt de soroll. També la linealitat és molt pobra.

Volia modular el làser digitalment mitjançant un sistema de modulació d'ample de pols (PWM). Els díodes làser barats utilitzats en el projecte de pistola làser es poden modular fins i tot més ràpid que un LED normal, fins als milions de polsos per segon, de manera que això hauria de ser molt factible.

Pas 1: Prova de principi (l'emissor)

És del tot possible construir un transmissor una mica decent mitjançant un triangle o un generador de dents de serra i comparar la seva sortida amb l’entrada de senyal amb un amplificador operatiu. No obstant això, és bastant difícil obtenir una bona linealitat i el nombre de components creix bastant ràpidament, i el rang dinàmic útil sovint és limitat. A més, vaig decidir que es deixava mandrós.

Una mica de pensament lateral em va assenyalar cap a un amplificador d’àudio de classe D ultra barat anomenat PAM8403. Abans l’utilitzava com a veritable amplificador d’àudio en el projecte de pistola làser. Fa exactament el que volem, amplant l’impuls modulant l’entrada d’àudio. Es poden adquirir tauletes petites amb els components externs necessaris a eBay per menys d’1 euro.

El xip PAM8404 és un amplificador estèreo amb una sortida completa de pont en H, el que significa que pot conduir tots dos cables a l’altaveu al carril Vcc (plus) o a terra, multiplicant eficaçment la potència de sortida en comparació amb només un cable. Per a aquest projecte, només podem utilitzar un dels dos cables de sortida, d’un sol canal. Quan estigui en silenci complet, la sortida es conduirà a una ona quadrada d'aproximadament 230 kHz. La modulació del senyal d'àudio canvia l'amplada del pols de la sortida.

Els díodes làser són extremadament sensibles a la sobrecorrent. Fins i tot un pols d’1 microsegon pot destruir-lo completament. El circuit mostrat ho impedeix exactament. Conduirà el làser amb 30 miliamperis independent de VCC. No obstant això, hi ha fins i tot la mínima desconnexió dels díodes, normalment redueix la tensió de base del transistor a 1,2 volts, el díode làser es destrueix immediatament. He bufat dos mòduls làser com aquest. Recomano no construir el controlador làser en una placa de pa, sinó soldar-lo en un petit tros de PCB o de forma lliure en un tros de tub retràctil a la part posterior del mòdul làser.

Tornar al transmissor. Connecteu la sortida del PAM8403 a l'entrada del circuit del controlador làser i el transmissor ja està acabat. Quan es dispara, el làser està visualment encès i no es pot detectar òpticament cap modulació. Això realment té sentit ja que el senyal oscil·la al voltant d’un 50/50 per cent d’estat / apagat en una freqüència portadora de 230 kHz. Qualsevol modulació visible no hauria estat el volum del senyal, sinó el valor real del senyal. Només a freqüències molt i molt baixes es notarà la modulació.

Pas 2: Prova de principi (el receptor, versió de cèl·lula solar)

Vaig investigar molts principis per al receptor, com ara díodes de fotografies PIN esbiaixats negativament, versions no esbiaixades, etcetra. Diferents esquemes tenien diferents avantatges i desavantatges, com ara velocitat versus sensibilitat, però sobretot eren complexes.

Ara tenia al vell una llum solar IKEA Solvinden al jardí que va ser destruïda per l’entrada de pluja, així que vaig salvar les dues cèl·lules solars petites (4 x 5 cm) i vaig provar la quantitat de senyal que es produiria simplement assenyalant el díode làser vermell modulat. en un d’ells. Va resultar ser un receptor sorprenentment bo. Modestament sensible i amb un bon rang dinàmic, com ara, funciona amb una il·luminació fins i tot força brillant de la llum solar perduda.

Per descomptat, podeu cercar a cèl·lules solars petites com aquesta a eBay. Haurien de vendre al detall per menys de 2 euros.

Hi vaig connectar una altra placa de recepció de la classe PAM8403 D (que també es va desfer del component de CC) i hi vaig connectar un altaveu senzill. El resultat va ser impressionant. El so era raonablement fort i lliure de distorsions.

L’inconvenient de l’ús d’una cèl·lula solar és que són extremadament lents. El portador digital està completament esborrat i és la freqüència d’àudio demodulada real que s’aconsegueix com a senyal. L’avantatge és que no es necessita cap demodulador: només cal que connecteu l’amplificador i l’altaveu i ja esteu al negoci. L’inconvenient és que, atès que la portadora digital no és present i, per tant, no es pot restaurar, el rendiment del receptor depèn completament de la intensitat de la llum i l’àudio es veurà distorsionat per totes les fonts de llum perdudes modulades en el rang de freqüències d’àudio, com ara les bombetes., televisors i pantalles d'ordinador.

Pas 3: prova

Vaig treure el transmissor i el receptor a la nit per veure fàcilment el feix i tenir la màxima sensibilitat de la cèl·lula solar, i hi va haver un èxit immediat. El senyal es va captar fàcilment a 200 metres de distància, on l’amplada del feix no era superior a 20 cm. No està malament per a un mòdul làser de 60 cèntims amb una lent colimador sense precisió, una cèl·lula solar eliminada i dos mòduls amplificadors.

Exempció de responsabilitat menor: no vaig fer aquesta foto, sinó que la vaig fer d'un lloc de cerca conegut. Com que hi havia una mica d'humitat a l'aire aquella nit, el feix de fet semblava així quan mirava enrere cap al làser. Molt genial, però això és poc important.

Pas 4: Després de reflexionar: construir un receptor digital

Construint un receptor digital, versió de díode PIN

Com s'ha dit, sense regenerar el senyal PMW d'alta freqüència, els senyals perduts són molt audibles. A més, sense que el senyal PMW es regeneri a una amplitud fixa, el volum i, per tant, la relació senyal-soroll del receptor depèn totalment de la quantitat de llum làser captada pel receptor. Si el propi senyal PMW seria prou disponible a la sortida del sensor de llum, hauria de ser molt fàcil filtrar aquests senyals de llum perduda, ja que bàsicament tot el que es troba sota la freqüència de modulació s’ha de considerar perdut. Després d'això, simplement amplificar el senyal restant hauria de produir un senyal PWM regenerat d'amplitud fixa.

Si encara no heu creat un receptor digital, però pot ser molt factible utilitzant un díode PIN BWP34 com a detector. Caldria decidir un sistema d’objectius per augmentar l’àrea de captura, ja que el BWP34 té una obertura molt petita, d’uns 4x4 mm. A continuació, feu un detector sensible, afegiu un filtre de pas alt, configurat a aproximadament 200 kHz. Després del filtratge, el senyal s’ha d’amplificar i retallar per restaurar el senyal original el millor possible. Si tot això funcionés, bàsicament hem restaurat el senyal ja que el xip PAM el produïa i es podria alimentar directament a un petit altaveu.

Potser per a una data posterior!

Enfocament diferent, els professionals.

Hi ha persones que fan transmissions de llum a distàncies molt més grans (diverses desenes de quilòmetres) que les que es presenten aquí. No utilitzen làsers perquè la llum monocromàtica s’esvaeix més ràpidament a distància en un no buit que la llum multicromàtica. Utilitzen cúmuls LED, enormes lents Fresnel i, per descomptat, recorren grans distàncies per trobar aire net i llargues línies de visió, llegiu: muntanyes. Els seus receptors tenen un disseny molt especial. Coses divertides que es poden trobar a Internet.