Transmisi Audio Digital Laser Sederhana dan Murah: 4 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:56

Sejak saya membuat senjata laser, saya telah berpikir untuk memodulasi laser untuk mengirim audio, baik untuk bersenang-senang (interkom anak-anak), atau mungkin untuk mengirimkan data untuk senjata laser yang lebih canggih, memungkinkan penerima untuk mengetahuinya dengan siapa dia dipukul. Dalam instruksi ini saya akan fokus pada transmisi audio.

Banyak orang telah menciptakan sistem transmisi termodulasi analog dengan menambahkan sinyal audio analog ke catu daya dioda laser. Ini berfungsi, tetapi memiliki beberapa kelemahan serius, sebagian besar adalah ketidakmampuan untuk memperkuat sinyal di ujung penerima tanpa menimbulkan banyak noise. Juga linearitas sangat buruk.

Saya ingin memodulasi laser secara digital menggunakan sistem Pulse Width Modulation (PWM). Dioda laser murah yang digunakan dalam proyek senjata laser dapat dimodulasi lebih cepat daripada LED biasa, hingga jutaan pulsa per detik, jadi ini seharusnya sangat bisa dilakukan.

Langkah 1: Bukti Prinsip (Pemancar)

Sangat mungkin untuk membangun pemancar yang agak layak menggunakan generator segitiga atau gigi gergaji dan membandingkan outputnya dengan input sinyal dengan op-amp. Namun, cukup sulit untuk mendapatkan linearitas yang baik dan jumlah komponen tumbuh cukup cepat, dan rentang dinamis yang dapat digunakan seringkali terbatas. Selain itu, saya memutuskan untuk malas.

Sedikit pemikiran lateral mengarahkan saya ke amplifier audio kelas D yang sangat murah yang disebut PAM8403. Saya menggunakannya sebelumnya sebagai penguat audio nyata dalam proyek senjata laser. Itu melakukan persis apa yang kita inginkan, lebar pulsa memodulasi input audio. Papan kecil dengan komponen eksternal yang diperlukan dapat diperoleh dari eBay dengan harga di bawah 1 Euro.

Chip PAM8404 adalah penguat stereo dengan output H-bridge penuh, yang berarti dapat menggerakkan kedua kabel ke speaker ke rel Vcc (plus) atau ke ground, secara efektif melipatgandakan daya output dibandingkan dengan hanya menggerakkan satu kabel. Untuk proyek ini kita cukup menggunakan salah satu dari dua kabel keluaran, dari satu saluran saja. Ketika dalam keheningan total output akan didorong ke gelombang persegi sekitar 230 kHz. Modulasi oleh sinyal audio mengubah lebar pulsa output.

Dioda laser sangat sensitif terhadap arus berlebih. Bahkan pulsa 1 mikrodetik dapat menghancurkannya sepenuhnya. Sirkuit yang ditunjukkan mencegah hal itu. Ini akan menggerakkan laser dengan 30 milliamp independen dari VCC. Namun, bahkan ada pemutusan dioda sekecil apa pun, biasanya memotong tegangan basis transistor menjadi 1,2 volt, dioda laser segera dihancurkan. Saya telah meledakkan dua modul laser seperti ini. Saya merekomendasikan untuk tidak membangun driver laser di atas papan tempat memotong roti, tetapi menyoldernya pada sepotong kecil PCB atau bentuk bebas di sepotong tabung menyusut di bagian belakang modul laser.

Kembali ke pemancar. Hubungkan output dari PAM8403 ke input dari rangkaian driver laser dan pemancar selesai! Saat dinyalakan, laser menyala secara visual dan tidak ada modulasi yang dapat dideteksi secara optik. Ini sebenarnya masuk akal karena sinyal melayang di sekitar keadaan hidup/mati 50/50 persen pada frekuensi pembawa 230 kHz. Setiap modulasi yang terlihat tidak akan menjadi volume sinyal, tetapi nilai sebenarnya dari sinyal. Hanya pada frekuensi yang sangat, sangat rendah, modulasi akan terlihat.

Langkah 2: Bukti Prinsip (Penerima, Versi Sel Surya)

Saya menyelidiki banyak prinsip untuk penerima, seperti dioda foto PIN bias negatif, versi non bias, dan sebagainya. Skema yang berbeda memiliki kelebihan dan kekurangan yang berbeda, seperti kecepatan versus sensitivitas, tetapi sebagian besar dari semua hal itu rumit.

Sekarang saya memiliki lampu tua bertenaga surya IKEA Solvinden di taman yang hancur karena masuknya hujan, jadi saya menyelamatkan dua sel surya kecil (4 x 5 cm) dan mencoba berapa banyak sinyal yang akan dihasilkan hanya dengan mengarahkan dioda laser merah termodulasi pada salah satunya. Ini ternyata menjadi receiver yang sangat bagus. Cukup sensitif, dan rentang dinamis yang baik, seperti pada, ia bekerja dengan penerangan yang cukup terang dari sinar matahari yang menyimpang.

Tentu saja Anda dapat mencari di eBay untuk sel surya kecil seperti ini. Mereka harus eceran untuk di bawah 2 Euro.

Saya memasang papan penerima kelas PAM8403 D lainnya (yang juga menghilangkan komponen DC), dan menghubungkan speaker sederhana yang terpasang padanya. Hasilnya sangat mengesankan. Suara cukup keras dan bebas distorsi.

Kelemahan dari penggunaan sel surya adalah mereka sangat lambat. Pembawa digital benar-benar musnah dan itu adalah frekuensi audio terdemodulasi yang sebenarnya yang datang sebagai sinyal. Keuntungannya adalah tidak diperlukan demodulator sama sekali: cukup sambungkan amplifier dan speaker dan Anda sudah siap. Kelemahannya adalah karena pembawa digital tidak ada, dan karenanya tidak dapat dipulihkan, kinerja penerima sepenuhnya bergantung pada intensitas cahaya dan audio akan terdistorsi oleh semua sumber cahaya liar yang dimodulasi dalam rentang frekuensi audio seperti bola lampu., televisi dan layar komputer.

Langkah 3: Uji

Saya mengeluarkan pemancar dan penerima pada malam hari untuk dengan mudah melihat pancaran dan memiliki sensitivitas maksimum sel surya, dan langsung berhasil. Sinyal mudah ditangkap hingga jarak 200 meter, di mana lebar pancaran tidak lebih dari 20 cm. Lumayan untuk modul laser 60 sen dengan lensa kolimator non-presisi, sel surya scavenged, dan dua modul amplifier.

Penafian kecil: Saya tidak membuat gambar ini, hanya mengambilnya dari situs pencarian terkenal. Karena ada sedikit kelembapan di udara malam itu, sinarnya memang terlihat seperti ini saat melihat kembali ke arah laser. Sangat keren, tapi itu tidak penting.

Langkah 4: Setelah Pemikiran: Membangun Penerima Digital

Membangun Penerima Digital, Versi Dioda PIN

Seperti yang dikatakan, tanpa meregenerasi sinyal PMW frekuensi tinggi, sinyal nyasar sangat terdengar. Juga, tanpa sinyal PMW yang diregenerasi menjadi amplitudo tetap, volume, dan karenanya rasio sinyal-ke-noise penerima sepenuhnya bergantung pada seberapa banyak sinar laser ditangkap oleh penerima. Jika sinyal PMW itu sendiri akan cukup tersedia pada output sensor cahaya, akan sangat mudah untuk menyaring sinyal cahaya nyasar ini karena pada dasarnya segala sesuatu di bawah frekuensi modulasi harus dianggap nyasar. Setelah itu, hanya memperkuat sinyal yang tersisa akan menghasilkan amplitudo tetap, sinyal PWM yang diregenerasi.

Jika belum membangun penerima digital, tetapi mungkin sangat bisa menggunakan dioda PIN BWP34 sebagai pendeteksi. Seseorang harus memutuskan sistem lensa untuk meningkatkan area pengambilan, karena BWP34 memiliki bukaan yang sangat kecil, sekitar 4x4mm. Kemudian buat detektor sensitif, tambahkan filter lolos tinggi, setel ke sekitar 200 kHz. Setelah penyaringan, sinyal harus diperkuat, dipotong untuk mengembalikan sinyal asli sebaik mungkin. Jika itu semua berhasil, pada dasarnya kami telah memulihkan sinyal seperti yang dihasilkan oleh chip PAM dan dapat langsung dimasukkan ke speaker kecil.

Mungkin untuk nanti!

Pendekatan yang berbeda, pro!

Ada orang yang melakukan transmisi cahaya dengan jarak yang jauh lebih jauh (beberapa puluh kilometer) daripada yang disajikan di sini. Mereka tidak menggunakan laser karena cahaya monokromatik sebenarnya memudar lebih cepat dari jarak jauh dalam non-vakum daripada cahaya multikromatik. Mereka menggunakan kluster LED, lensa fresnel besar dan tentu saja menempuh jarak yang sangat jauh untuk menemukan udara bersih dan garis pandang yang panjang, baca: pegunungan. Dan receiver mereka memiliki desain yang sangat istimewa. Hal-hal menyenangkan yang dapat ditemukan di internet.