خانه / آموزش / طراحی مدار فرستنده و گیرنده مادون قرمز

طراحی مدار فرستنده و گیرنده مادون قرمز

مدار فرستنده گیرنده مادون قرمز

امروزه امنیت مخابرات از مهم ترین مباحث مطرح شده در مخابرات نظامی و غیره نظامی می باشد امنیت کانال ارتباطی در این مقوله از اهمیت ویژه ای بر خوردار است . یکی از مهم ترین خطراتی که امنیت کانال را تهدید می کند بحث شنود می باشد برای رفع این معضل راه هایی پیشنهاد شده است که از جمله آنها استفاده از LED و دیود های لیزری برای ارسال و دریافت اطلاعات است از مزیت هایی که این فرستنده دارد این است که احتمال شنود در فضا بسیار کم می باشد چون ابتدا نور  در فضا منتشر می شود وبه محض اینکه مانعی بر سر راه آن قرار گیرد سریع فرستنده متوجه می شود. دومین علت آن است که پیدا کردن مسیر ارسال در فضا بسیار دشوار است.

در اینجا از LED برای ارسال و دریافت اطلاعات استفاده شده است.

با اندکی تغیرات در مدار می توان به جای LED از دیود لیزری استفاده کرد.

LED  ها از نوع دیودهای مادون قرمز می باشند. و نور مادون قرمز نا مرئی و فرکانس آن بین  می باشد.

 

مدار فرستنده

سیگنال ما که از طریق میکروفن یا وسیله صوتی وارد مدار می شود، ابتدا برای کنترل آن  از ولومP1استفاده می کنیم تا از به اشباع رفتن تقویت کننده جلوگیری کنیم.

توسط تقویت کننده LM386 سیگنال ورودی را تقویت و پایه 6 ،LM567 وارد می کنیم.

LM567 برای رمز گشایی تن (Tone Decoder)  طراحی شده است. در این IC یک ترانزیستور اشباع فراهم شده که وقتی سیگنالی در طول باند مورد نظر به آن برسد بعنوان سوئیچ  عمل می کند.

مدار آن شامل دو ردیاب Detector)  I، Q)می باشد که بوسیله VCOبا تعیین فرکانس مرکزی عمل آشکار سازی را انجام می دهد.

قطعات بیرونی که به مدار اضافه می کنیم برای تعیین فرکانس مرکزی، پهنای باند و تاخیر خروجی استفاده می شوند. فرکانس مرکزی آن بوسیله فرمول زیر قابل محاسبه است:

خازن C4 به پایه 6 وP1ولوم متصل به پایه 5 و6 می باشد.

پایه 8 که خروجیIC می باشد و تن مورد نظر ما را  بصورت پالس تولید کرده به دیود های مادون قرمز فرستنده متصل کرده ایم .

توسط ولوم P3جریان دیودهای فرستنده قابل کنترل می شود که با افزایش جریان نور مادون قرمز دیودها بیشتر شده و می توان از مدار در فاصله دورتری استفاده کرد.در اینجا برای اینکه بتوان فاصله بین فرستنده و گیرنده  را افزایش دهیم بجای یک دیود از سه دیود استفاده کرده ایم.

لازم به یادآوری است که دیودهای فرستنده وگیرنده  باید روبروی هم قرار گیرند و حداکثر زاویه ای که نسبت به هم پیدا می کنند باید کمتر از 30 درجه باشد.

 

 

پیش تقویت کننده

اولین قسمتی که سیگنال بسیار ضعیف را دریافت می کند طبقه تقویت کننده اولیه می باشد . امپدانس که مقدار آن متناسب با حساسیت تقویت کننده است بستگی به اینکه چه نوع سیگنالی را از نقطه نظر دامنه ، دریافت می کند متغییراست. ورودی تقویت کننده های اولیه معمولاً : هد مغناطیسی ، میکروفون ، پیکاب های مختلف خروجی تیونر رادیو ، و غیره میباشد که در اینجا دیود گیرنده نور مادون قرمز است ،که هر کدام بهره (ولتاژ) مخصوص به خود دارد . هر نوع تصحیح در کیفیت صدا در تقوت کننده صورت می پذیرد ، که این کار توسط مدار های صافی صورت می پذیرد (مانند فیلتر های تن کنترل و پالس کنترل ). امکان دارد که آمپلی فایر اولیه به صورت مخلوط کننده هم عمل کند بدین معنی که تقویت کننده در حین بالا بردن ولتاژ چند سیگنال، با ولتاژ های متفاوت یا مساوی را دریافت کرده است ، با یکدیگر مخلوط کند و دامنه چند سیگنال دریافتی را بطور مساوی در خروجی اش ظاهر کند . شکل زیرمدار آمپلی فایر LM386 است که ما در فرستنده و گیرنده  خویش استفاده کرده ایم را نشان می دهد.

LM386 بگونه ای طراحی شده است که ولتاژ مصرفی آن پایین است و بوسیله پایه های 1و8 می توان گین مدار را نیز کنترل کرد. اگر پایه های 1و8 باز باشند گین مدار حدود 20 (db26) می باشد واگر بین پایه های 1و8 خازن ومقاومت قرار دهیم گین مدار بین 200-20 (db46-26) قابل کنترل خواهد بود.

مدارهای قفل شونده با فاز (PLL)

PLL مداری است که در آن فرکانس و فاز موج خروجی یک نوسانساز مدولاسیون فرکانس (یا نوسانسازقابل کنترل با ولتاژ:VCO)از موج ورودی متابعت می نماید. شکل زیر نمودار بلوکی این مدار را نشان می دهد .

اصول کار مدار

موج ورودی yi و موج خروجی VOC ،y0به یک آشکار ساز فاز اعمال می شوند. خروجی این آشکار ساز تابعی از اختلاف فاز این دو موج است که بصورت سیگنال خطا پس از عبور ازیک فیلتر پایین گذر در قسمت فیلتر حلقه به عنوان سیگنال فرمان به ورودی نوسان ساز مدولاسیون فرکانس (VCO) داده می شود به طوری که فاز موج خروجی نوسان ساز از فازسیگنال ورودی متابعت می نماید.

مصارف و کاربرد PLL

مدار PLL به صورت گسترده ای در سیستمهای ارتباطی مدرن، رادارها، اندازه گیری از راه دور، سیستمهای فرماندهی، کنترل زمان و فرکانس وهمچنین سیستمهای اندازه گیری به کار می رود. به علت اهمیت ویژه ای که کاربرد PLL کسب نموده است ومصارف گوناگونی که مخصوصا ًدر امر هماهنگی (سنکرونیزاسیون) ، تعقیب و دنبال نمودن امواج حامل، آشکار سازی همزمان در سیگنال های دیجیتال وآنالوگ، ایجاد فرکانسهای مختلف در سیستمهای گوناگون یافته است، کتب ومقالات فراوانی در این زمینه به چاپ رسیده است.

PLL بصورت مدار مجتمع

استفاده از مدارهای مجتمع و همچنین تکنولوژی ساخت آنها به سرعت پیشرفت نموده است و تاثیر  زیادی  در  طراحی  سیستمهایی که  از PLL استفاده می نمایند به جا گذاشته است.

علت اصلی کاربرد وسیع PLL ، بصورت یکی از اجزای سیستمها، امکان ساخت عناصر متشکله آن بصورت مدار مجتمع است . یک مدار کاملPLL رامی توان در یک تراشه مدار مجتمع ساخت.

نوسان ساز قابل کنترل بوسیله ولتاژ (VCO)

در مدار PLL فرکانس کار، تغییرات در فرکانس مرکزی و حساسیت ولتاژ تغذیه شده در مدار همگی از خواص VCO است. VCO در مدارهای مجتمع اغلب از مولتی  ویبراتورهای خازن ومقاومتی تشکیل شده که شدت جریان شارژ کننده خازنها به بصورت عکس العملی در مقابل موج کنترل ورودی ، تغییر می کند.

 

مدار فرستنده LED برای سیگنال های دیجیتال

اگر چه LED در محدوده کاربردهای ممکن در مقایسه با لیزر قدرتمند و پر سرعت محدودیت دارد ، اما ساده تر کار می کند و طراحی مدار رانش آن آسان تراست ، وعملکرد مدار رانش LED برای انتقال دیجیتال باینری بطور ساده قطع و وصل یک جریان در محدوده چند ده تا چند صد میلی آمپر است ، این کار بایستی با سرعت بالا و در پاسخ به سطح ولتاژ لاجیک در ورودی مدار رانش انجام پذیرد . در حالت خاموش گسیل LED بایستی پایین باشد و در حالت روشن نسبت ON/OFF بایستی بالا باشد همچنین مطلوب این است که جریان رانش مستقل از سطح سیگنال ورودی باشد در این صورت قدرت نور خروجی برای تمام پالس ها یکسان خواهد ماند حتی اگر سیگنال ورودی مقداری تغییر کند .

در شکل زیر دو مدار برای درایو LED نشان داده شده است .

برای مدار سری یک سوییچ باز اجازه عبور جریان را نمی دهد و LED خاموش است ، با بسته شدن سوییچ جریان جاری می شود.

I=Vdc-Vd/R

مقاومتR و منبع ولتاژ، مقدار جریان را برای LED تعیین می کنند. یک سوییچ ایده آل (سوییچی که موقع اتصال مقاومت قابل صرف نظر کردن باشد بنابراین افت ولتاژ در دوسر سوییچ وجود ندارد.) روی دامنه جریان اثر نمی گذارد . مقاومت R بعنوان یک محدود کننده عمل می کند و دیود را در مقابل جریان های زیاد محافظت می کند .

در مدار های عملی ترانزیستور بعنوان سوییچ بکار می رود در شکل زیر یک مدولاتور با سوییچ سری ترانزیستوری را نشان می دهد .

نوع دیگر مدار راه انداز با امپدانس پایین ترکیب موازی شکل زیر است در این مدار ترانزیستور سوییچ که با LED موازی است یک مسیر امپدانس پایین برای خاموش کردن LED تعین می شود. خازن LED را می توان با معکوس کردن بایاس LED در زمان خاموش بودن مدار دشارژ کرد برای این منظور می توان پتانسیل امیتر ترانزیستور را زمین کرد در این حالت قطعه شکننده (برش دهنده) برای محدود کردن بایاس معکوس در مدار قرار می گیرد (قطعه بصورت نقطه چین نشان داده شده است .

معمولاً برای ارسال دیجیتال مدار راه انداز LED را با یک قسمت منطقی ترکیب می کنند در این قسمت باید مدار راه انداز قسمت منطقی نیز در نظر گرفته شود.

 

مدار گیرنده

در این مدار دیود گیرنده که بوسیله مقاومتR1درحالت روشن قرار گرفته و آماده دریافت امواج مادون قرمزارسالی می باشد. سیگنال دریافتی بصورت پالس می باشد.

چون می خواهیم سیگنال را سینوسی کنیم لذا با استفاده از LM741 یک مدار انتگرال گیر طراحی کرده ایم تا سیگنال را به شکل سینوسی در آوریم. در ضمن خود دیود گیرنده نیز مقداری حالت خازنی دارد که به ما در امر انتگرال گیری یاری می کند.

در مدار گیرنده می توان با افزایش تعداد طبقات تقویت کننده یا یک تقویت کننده قوی تر فاصله بین فرستنده و گیرنده را بیشتر کنیم.

 

مدار انتگرال گیر

 دقت کنید که پارامتر ها با فرض وجود منابع تغذیه v15 داده شده است، البته منابع تغذیه می تواند تا v22 هم برسد. ولتاژ خروجی، ولتاژ پایانه خروجی نسبت به زمین و ولتاژ ورودی تفاضل ولتاژهای دو پایانه ورودی است.                        

پارامترهای آپ امپ 741 عبارت اند از:

75اهم= مقاومت خروجی

2مگا= مقاومت ورودی

80NA = جریان بایاس ورودی

جریان بایاس ورودی جریانی است که هنگام مساوی بودن ولتاژ دو پایانه ورودی، وارد آپ امپ می شود. جریان آفست ورودی تفاضل دو جریان بایاس ورودی است. ولتاژ آفست ورودی ولتاژی است که باید بین پایانه های ورودی اعمال شود، تا ولتاژ خروجی دقیقا ً صفر باشد برای 741 این مقدار نوعاً 1mv است.

 انحراف ولتاژ خروجی خازن  1C را بار دار می کند و به خاطر وجود این بار خروجی آفست پیدا می کند و دیگر حول صفر متقارن نخواهد بود.               

  برای مینیمم کردن انحراف ولتاژ خروجی بین پایانه خروجی و پایانه وارون ساز ورودی یک مقاوت  R3بزرگ گذاشته می شود . اثر این مقاومت کاهش بهره dc تقویت کننده است .

عیبR3این است که برعملکرد انتگرال گیر در فرکانس های پایین شدیداً  اثر می گذارد .

 

پیش تقویت کننده

اولین قسمتی که سیگنال بسیار ضعیف را دریافت می کند طبقه تقویت کننده اولیه می باشد . امپدانس که مقدار آن متناسب با حساسیت تقویت کننده است بستگی به اینکه چه نوع سیگنالی را از نقطه نظر دامنه ، دریافت می کند متغییراست. ورودی تقویت کننده های اولیه معمولاً : هد مغناطیسی ، میکروفون ، پیکاب های مختلف خروجی تیونر رادیو ، و غیره میباشد که در اینجا دیود گیرنده نور مادون قرمز است ،که هر کدام بهره (ولتاژ) مخصوص به خود دارد . هر نوع تصحیح در کیفیت صدا در تقوت کننده صورت می پذیرد ، که این کار توسط مدار های صافی صورت می پذیرد (مانند فیلتر های تن کنترل و پالس کنترل ). امکان دارد که آمپلی فایر اولیه به صورت مخلوط کننده هم عمل کند بدین معنی که تقویت کننده در حین بالا بردن ولتاژ چند سیگنال، با ولتاژ های متفاوت یا مساوی را دریافت کرده است ، با یکدیگر مخلوط کند و دامنه چند سیگنال دریافتی را بطور مساوی در خروجی اش ظاهر کند . شکل زیرمدار آمپلی فایر LM386 است که ما در فرستنده و گیرنده  خویش استفاده کرده ایم را نشان می دهد.

LM386 بگونه ای طراحی شده است که ولتاژ مصرفی آن پایین است و  بو سیله پایه های 1و8 می توان گین مدار را نیز کنترل کرد. اگر پایه های 1و8 باز باشند گین مدار حدود 20 (db26) می باشد واگر بین پایه های 1و8 خازن ومقاومت قرار دهیم گین مدار بین 200-20 (db46-26) قابل کنترل خواهد بود.

 

لزوم مدولاسیون

دلایل متعددی برای مدولاسیون وجود داردکه مهمترین آنها عبارت اند از:

1- سیگنال صحبت انسان و موسیقی که به عنوان پیام در سیستم ارسال و دریافت می گردد عرض باند از HZ50 تا KHZ 15 را اشغال می کند.

می دانیم طول موج برابراست با سرعت سیرنور(مقدار ثابت ) تقسیم بر فرکانس. از لحاظ تئوری ثابت شده که برای ارسال و دریافت خوب باید ابعاد آنتن ربع طول موج ارسالی یا دریافتی گردد حال اگر مدولاسیونی انجام نگیرد و بخواهیم خود صوت را ارسال کنیم ابعاد آنتن بسیار غیر واقعی می باشد و چون نصب و ساخت و نگهداری چنین آنتن هایی ممکن نیست مجبوریم توسط مدوله کردن موج مربوطه طراحی معقول تری از آنتن ارائه دهیم .

2-اگر ارسال سیگنال صحبت بدون مدولاسیون صورت بگیرد همه سیگنال ها از منابع مختلف در فاصله HZ50 تا  KHZ 15 قرار داشته و شنوده نمی توا ند این صداها را از همدیگر تفکیک کند ولی اگرمدولاسیون در باند های مختلف صورت گیرد هر موج را در طیف فرکانس خاص ارسالی دریافت
می کنیم .

3-دلیل سوم این است که انرژی RF امواج در مدولاسیون ، فواصل دورتری را نسبت به موج بدون مدوله طی می کند .

4-کانال هایی که ما در اختیار داریم عرض باند های مشخصی دارند .

elecguide.ir

همچنین ببینید

Floating regulator(تنظیم کننده متغییر)

Floating regulator(تنظیم کننده متغییر) Voltage Regulators رگولاتور شناور یک نوع رگولاتور ولتاژ است که بدون …

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *