В помощь радиолюбителю
Герман Шрайбер
ИНФРАКРАСНЫЕ ЛУЧИ
В ЭЛЕКТРОНИКЕ
Москва,2003

УДК 621.384.3
ББК 32.844-я92
Ш85
Ш85 Шрайбер Г.
Инфракрасные лучи в электронике: Пер. с фр. - М.: ДМК Пресс,
2001.
-
240 с.: ил. (В помощь радиолюбителю).
ISBN 5-94074-019 -7
В книге известного французского автора рассматриваются
физические процессы формирования, излучения и приема опти­
ческих сигналов, принципы построения ИК обнаружителей
и приемных устройств. Приведены примеры построения этих
устройств - простые и конкретные схемные реализации, n ко­
торых могут испо льзов;,пься доступные элементы. Схемы соби­
раются как в лаборатории, так и в домашних условиях.
Книга предназначена для инженерно-технических работни­
ков, специализирующихся в области оптических нзмеритель­
ных систем.
ISBN 2-10-023995-3 (фр.)
ISBN 5-94074-019-7 (ру с.)
© DUNOD, Paris
© Перевод на русский язык,
оформлсн11с ДМК Пресс, 2001

ВВЕДЕНИЕ
НЕВИДИМОЕ, НЕСЛЫШИМОЕ, НЕОСЯЗАЕМОЕ ...
Электроника - взаимодействие заряженных частиц (электронов,
ионов) с электромагнитными полями, на котором основана работа
электронных приборов и устройств, - не воспринимается ни одним
из наших органов чувств. Она позволяет управлять механизмами по­
средством невидимой для глаза связи, дает службам безопасности
возможность вести незаметное наблюдение, выполнять неакустичес­
кую передачу звуков на огромные расстояния.
Однако применение традиционных электронных приборов для
промышленных и потреби
.
тельских нужд имеет некоторые ограниче­
ния. С помощью таких устройств почти не удается осуществлять до­
статочно направленную передачу сигнала на короткие расстояния,
чтобы не создавать помехи в окружающей среде. Сигналы переда­
ются только посредством антенн, которые не могут быть невидимы­
ми, а наблюдение обеспечивается лишь при использовании дорого­
стоящих радаров.
Разрешить эти проблемы помогло появление электронных прибо­
ров нового поколения, действующих в диапазоне инфракрасного из­
лучения, которое лишь совсем недавно научились рационально ис­
пользовать.
В книге не только приводятся некоторые примеры применения
инфракрасного излучения, но и объясняется ero природа, устройство
использующих его приборов, а также способы обнаружения этого не­
видимого излучения путем простых экспериментов, которые может
провести даже человек, никогда ранее не занимавшийся электрони­
кой. Эти эксперименты призваны стимулировать дальнейшее изуче­
ние электроники и, в частности, ее использование в оптических при­
борах ИК диапазона.
ВАЖНОЕ ЗАМЕЧАНИЕ
Некоторые из рассмотренных схем содержат симисторы для управ­
ления цепями, которые питаются напрямую от сети 200 В. Таким об­
разом, все схемы подключены к штепсельному соединению, несмот­
ря на то что некоторые могут включаться через трансформатор.
В связи с тем, что в некоторых точках схемы, особенно между всей
схемой и <1:землей�., имеются высокие напряжения, необходимо прини­
мать соответствующие меры предосторожности. Во время проведения

ВВЕДЕНИЕ
экспериментов разделительный трансформатор, имеющий на пер­
вичной и вторичной обмотке 220 В, позволяет преодолеть разность
напряжений по отношению к �земле•. Такой трансформатор необхо­
дим в случае проведения измерений со схемой при помощи аппара­
туры, заземление которой соединено с землей посредством штепсель­
ного соединения на трех проводниках. Необходимо помнить и о том,
что под напряжением находится не только схема, но и подключаемые
к ней устройства.
Во избежание случайного контакта необходимо размещать симис­
торные цепи в корпусах (предпочтительно изолированных). Для штеп­
сельных соединений и коннекторов рекомендуется использовать без­
опасные в обращении модели.

ГЛА8А
1
2
з
4
5
6
8
10
11
ОСОБЕННОСТИ
НЕВИДИМОГО
ИЗЛУЧЕНИЯ
СТРАНИЦА
Частота , цвет свечения и длина волны
12
Переход от мех анических коле баний
к электромагнитным
13
Спектр инфракрасного излучения
14
Солнце и инфракрасные лучи
18
Использо вание инфракрасного излучения
19
Спектры истQчников излучения
21
Оптические характеристики
инфракрасных лучей
22
Излучающие диоды ИК диапазона
25
Приемники ИК диапазона
51
Простые опыты
85
Барьеры и системы сигнализации
93
Оптические обнаружители пассивного типа 117
Передача аудиочастот
с помощью АМ излучения
135
Передача аудиочастот с помощью ЧМ
159
Восьмиканальное
дистанционное управление
179
Дистанционное управление
для аудио- и видеоустройств
197
Другие приложения
211

12
ОСОБЕННОСТИ НЕВИДИМОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Инфракрасное и: луче,ше не принадлежит ни к обнаруживаемым
с помощью антенны волнам, ни к диапазону видимого света. Поэто­
му изучение его особых характеристик поможет понять, в каких об­
ластях, уже освоенных современной техникой, оно применимо, а так­
же позволит выявить не реализованные пока возможности.
ЧАСТОТА, ЦВЕТ СВЕЧЕНИЯ И ДЛИНА ВОЛНЫ
Электромагнитные волны, к которым принадлежит инфракрасное
излучение, можно сравнить с волнами, возникающими на поверхно­
сти воды. Длина волны определяется как расстояние между верши­
нами двух волн, следующих друг за другом. Для измерения длины
волны в данном случае можно восвользоваться линейкой. Другая ве­
личина, характеризующая волны, - частота. Для того чтобы пзме­
рить частоту волн па новерхности воды, достаточно оставап.,ся вес
время на одном месте и считать количество вершин волн, возника­
ющих в течение одной секунды или минуты.
Но нас интересуют электромагнитнь1е волны, которые перемеща­
ются со скоростью света, равной почти 300000 км/с. Онн гораздо
сложнее, так как имеют отношение одновременно и к электричеству,
и к магнетизму, и к энергии, и к веществу.
Благодаря своей спенифической длине электромагнитная волна
может распространяться в вакууме или в изолирующем веществе.
Кроме того, она способна проходить по двухпроводным линиям.
Для лучшего понимания, что такое частота и длина волны, рассмот­
рим пример, изображенный на рис. 1 .1. Электромагнитная волна,
проходящая в паре проводов, является не чем иным, как переменным
током, для создания которого можно использовать данную схему.
В нее входит потенциометр Р, подключенный к двум батарейкам та­
ким образом, чтобы ток в проводе а мог быть либо положительным,
либо отрицательным по отношению к току в проводе Ь.
Если переключать потенциометр со скоростью, при которой дви­
жок совершает в секунду полный проход (от одного крайнего поло­
жения до другого и обратно), можно произвести переменный ток
с частотой 1 Гц (герц - величина, обозначающая количество циклов
в секунду), то есть <�волну,;, которую неподвижный наблюдатель ви­
дит проходящей один раз в секунду через вершину + (плюс) или
впадину - (минус) . Поскольку волна, образованная таким способом,

ПЕРЕХОД ОТ МЕХАНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ К ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ
13
распространяется по проводу со ско­
ростью около 300000 км/с, то ее <<дли­
на» составляет 300000 км, так как за
секунду совершается один полный
проход (туда и обратно). Если длина
провода аЬ (рис. 1.1) равна 300000 км
(приблизительно семи окружностям
Земли), то лампочка загорится только
через секунду после первого движе­
ния в одном направлении, совершае­
мого с помощью потенциометра Р
ПомnО'-41(0
4,5V =
Рис. 1. 1. Простейший пример
перехода от электрнче(коrо тока
к электромагн11тому юлучен11ю
Если переключать потенциометр со скоростью, при которой совер­
шается 50 полных проходов в секунду, то можно получить перемен­
ный ток с частотой 50 Гц, в том виде, в котором ero обеспечивает
трансформатор, подключенвыii к штепсельному разъему. Тоrда дли­
на волны будет равняться 6000 км.
Но при переключении потенциометра 162000 раз в секунду по­
лучают частоту 162 кГц (1 юtлоrерц = 1000 rсрц), равную частоте
вещания France Iпter в Аллуи (Allouis). Если исключить лампочку
нз схемы на рис. 1 .1, подключить провод Ь к за:�емлению, а провод
а - к антенне, получится передатчик, теоретически способный за­
глушить находящийся поблизости прнемник, настроенный на Fraпce
Iвter, длина волны которой состанляет л = С/ f = 300000 / 162 = 1852 м.
ПЕРЕХОД ОТ МЕХАНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ
К ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ
Теоре тически можно постепенно достичь частоты 1 МГц (1 мегагерц =
= 1000 килогерц) и даже 1 ГГц (1 гигагерц = 1000 мегагерц). Рис. 1.2
отчетливо показывает, что происходит на этих частотах, коммента­
рии здесь излиш1-ш.
А можно ли пойти еще дальше, увеличив частоту до 1 ТГц 1?
Даже если наделить потенциометр (рис. 1.1) всеми возможными тех­
ническими характеристиками, это совершенно ис ключено. Действи­
тельно, при каждом переключении движок потенциометра должен
1 1 терагерц = 1000 гигагерц.

14
ОСОБЕнноаи НЕВИДИМОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
смещаться на несколько сантиметров, например на 5 см за один пол­
ный проход. Таким образом, для создания тока частотой 10 ГГц дви­
жок должен за одну секунду 1О ООО ООО ООО раз совершить переме­
щение на 5 см, то есть двигаться со скоростью 500000 км/с, что
превышает скорость света. Для увеличения частоты необходимо
уменьшить размеры источника излучения. Однако даже теоре­
тически частота переменного тока может быть не более нескольких
rиrarepц, так как, согласно теории относительности, не существует
скорости перемещения, превосходящей скорость света. Это справед­
ливо даже в том случае, если источник действует не на основе ме­
ханического процесса, а посредством перемещения электронов (что
имеет место в настоящем передатчике), пос1<ольку электроны тоже не
могут перемещаться со скоростью, превышающей скорость света.
Таким образом, мы приближаемся к обсуждению области спектра
инфракрасного излучения (рис. 1 .2), спектральный диапазон которо­
го зависит от размера источника - он должен быть значительно мень­
ше миллиметра. За ним идет очень небольшая область диапазона ви­
димого света, где каждый цвет определяется своей частотой (от 390
до 790 ТГц) и длиной волны (от 380 до 770 нм). В этом случае источ­
ник должен быть настолько малым, что становится невидимым. Так,
в осветительной лампочке источниками света в конечном счете яв­
ляются атомы нити накаливания.
Диаметр атома составляет многие сотни пикометра (1 пм = 1/1000 нм).
Однако в шкале величин, где микрометр (мкм) составляет 1/1000 мм,
нанометр (нм) - 1/1000 мкм, пикометр (пм) - 1/1000 нм, а фемто­
метр (фм) - 1/1000 пм, диаметр атома не является настолько малым,
так как составляет многие сотни пикометра. Для того чтобы получить
рентгеновское, гамма- или космическое излучение, можно рассчиты­
вать только на элементарные частицы материи, такие как электроны.
СПЕКТР ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Шкала электромагнитных колебаний, изображенная на рис. 1 .2, по­
казывает, что область инфракрасного излучения самая большая. Тем
не менее в технике этот вид излучения используется намного реже,
чем излучения более низких частот.
Диапазон инфракрасного излучения делится на три поддиапазона:
ближний, средний и дальний. К среднему поддиапазону относится
«тепловое излучение», которое ощущается, например, при приближе­
нии руки к паяльнику или куску льда.

СПЕКТР ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
15
�
Е
о
Еu
о
,
.,
�
"'
�
,li-м
Рнс.
о
r
:,
"
о
:,
с
1
u,
]
о,
;:;,
о
N
о
о
о
;1u
.,
,
о
.,
о
"'
о
g
N
.,
7
,;_..-:.
�
Ес<
03
о
,:,�u
о
�W o:----�
iа6,�
""�
3�N
Е
II6
"'
о
а.о<D
о
с1()
о
о
"'
;1u
�2I
а."'<D---
�Е
~
11"'
�
lо
"'
о
"
:,
q
о
о
N
N
:,:
о
о
о
1()
о
N
:r
11
о
11
"
gо
Еu
"
7
D
Poguo
"
Пюксембурго
"
о
"'
"
D
Гrance lnter
•
"
(164kHz}
:,
q
ABuouuoмнae
MOQKU
D
� Te.neгpoq:iuя
о
"'
"
�
"
"
Пepegomчuкu
;1"'
СЕВ
о
а.
Е
�>-
Poguo-
нaбuгauuR
D
Е
о
Еuо
,
о
о
.,
'
Е
�:,
о
"'"
�о
.,
:,
ё
>,с
"'
u
""
gо
N
,:,
:,
�
u
"
,
"
"'
g"
:r1
Е"'
Е
о
По.nосо
о
о
me.nee.u)UOHI-ICIIX
о
N
а,
N
"'
чocmom
�
N
� Чocmomt:11
N
•
N
� о po9uo11юбumeJ1ei) :,:
"'
Е
о
Po9uo - fM
о
о
"
о
:,
е По.nосо
о me11efiu3uaннt11:ic
а.
1()
� цacmom
о
"'
о
а.
о
1()
Е Po9uo-
.
"'
� meJ1eq>oнuC1
>
.sо
А (BOm) Е
R (75m)
о
-;-" R (60m)
о
.,
о
N
Е
N
:,
R (49m)
"'
о
� А(40m) о
N
(41m)
N
R
i< R(31m)
:r
о
о·
R (25m)
Е
:,
о
"'
(20m)
о
А
а.
R (19m)
о
R (16m) о
1()
!=, А (15m)
"'
1()
�,
D
R (13m)
l
(11m)
о
R
1
"'
А (10m)
"
Е
о
:,
Полоса
о
о
е
о
о мopCKUIC
а. �ocmom
о
N
"'
д 160m)
N
о
о
о
D
о
N
N
�о
т"'
N
I
,.
.,
Ггоnсе
:,
Culture
Е
"
"'
(864kHz)
"
а.
u
о
о
о
о
1()
о
Ме)1(9уноро9нt11U 1Л
о
о
о
"'
сuгно.n о nомощu
"'
(S0S) 500kHz
]т
Еi
о
fелегрофuQ
.У.
о
о
.У.
о
о
о
о
.,,
.,,
1.2 . Спектр электромагннтных волн. Слышнмые звукн, которые также появляются
в этом спектре, прннадлежат ему только в том случае, еслн передаются
по электрнческон л11н1111 11л11 посредством телефонной связн (1 ю 2}

.,"-:>
5�С)
��15
�g�
1js"'
�1j�
Q,
<Ь
�
о"6о
:S.:c:Х:�
::,:,:а
:х:-9�
��"'
"'ф�
"'ЭЕ!!:
::,а><
"'..,.,
::,�о
�'<�
1j6('\
�::, �­
Q�11::
.,оЕ::
о.,�
�..,11::
���
�g�
���
:х:а
о.111ь
Х'с(1)--1
:;;g.g
,."'11::
���
.:::,��
"'ъЭЕ
"'а"'
��5
"1
,.
�
Чacmomtj,
ucnoлoзyeмtje
f) ot'.luoцuu
1m
300MHz
Дeцuмempo�t:te t'.loJlнtj
Poguoлuнuu,
pogapi,,
Полоса
at'.luoцuR
meлef)uзuoннt,x
50 чacmom
20
1GHz
+
10cm
Caнmuмempoe>1:11e 6олнtj
Paqap:,
Cnymнuкu
Телекоммунuкоuuu
5
2
10GHz
+
1cm
Munлuмempof)t,e 6ollнt,
Cnymнuкu
5
2
100GHz
Инq,рокросное uзлученuе (om 770nm 90 1mm)
.j
1mm
Улоmраgолонее uнq>рокрасное uз11ученuе
l101!Dнee ИК uзл.
Сре9нее ИК uзл. 1 611uзкое ИК J
uзл.
I
1mm
500
200
100μm
50
20
10μm
5
2
1μm :
l===:::;:::===::::;;=:===::;:=====:::;::=====;=:=====;::=====::;:=====;=:===::;:===t····J
300GHz
500
1ТНz
BuguмljQ ct'.lem
2
5
1отн,
20
Yльmpoq,uoлemo�oe uзлученuе (om 10 go 380nm)
5
1оотн,
Ренmгеноf>ское uзлученuе
(om 100pm 90 10nm)
3-en:;:�i�
оа
с
��
хо
��------
-- - --------- -----��•-=
=
�-- --- �-�---
����3��
ягкое
ре9нсе
с., 1Р�.�.��. Блuзкое
I Долонее ИК uJ1'.
Преgелt:>ное
ренmгеноf)ское
ренmгеноtkкое
-
-
с,·
ИК uзл.
u:нученuе
uзnyчe1-4ue
500
100nm
300THz
Жесmкое oeнmzeнoBct<oe uзлученuе
1mm
500
200
100pm
1А
3x1017 Hz 5
1О18Hz
2
50
50
5
20
10nm
50
20
Гам"'4о-uзлученuе u хосмuческое uзJtyЧeнue
20
10pm
5
2
1019 Hz
5
1020н,
1nm
1pm
о::
о
<)
�
s
�

01ЕКТР ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
17
График, представленный на рис. 1.3, иллюстрирует этот феномен. Тем­
пературы указаны в градусах Кельвина, то есть по отношению к абсо­
лютному нулю, который соответствует -273 •с.
Следовательно, показатель 300 ·к на кривой обозначает темпера­
туру +27 ·с, которая лишь приблизительно соответствует средней
температуре окружающей среды в обитаемых частях планеты. Как
известно, все в природе обладает инфракрасным излучением. Мак­
симум излучения такого фона попадает на длину волны 10 мкм. Че­
ловеческий организм настолько привык к этому излучению, что не
реагирует на него. Нервные окончания сигнализируют лишь о таких
перепадах, как температура паяльника или куска льда, о чем говори­
лось выше.
При повышении температуры тела интенсивность излучения по­
вышается одновременно с частотой, то есть длина волны уменьшает­
ся по мере приближения к области диапазона видимого света. Так,
при нагревании до 1000 ·к тело раскаляется и излучает в ИК диа­
пазоне (см. рис. 1 .3 и рис. 1 .2). А при 5900 ·к, температуре солнеч­
ной поверхности, максимум излучения лежит в диапазоне видимого
света.
Существуют приемные устройства на антимониде индия, способные
измерять температуру излучения на расстоянии многих километров
2-637
108
---�,---А-.
�
��---�----�
10 7 �--1�;:;l::::*:j::j::::;:::.;::_.;::.�.;::..:+-Н--\--
106
§ , о' н•--t-1'-t----t=-n,.....,,.-1-;c--f'sck-t-t--t-----i---t---t-1
� 104
Е
� 1о' lf-
-
l---1--fi-++ - -,+, -,-, ''k-.P- .�.�'k- --l--+-+t
" 102
о
g_10
Е ,.о
� 10-1
,-+-4
-
- 1--1 - -1- 11--+-+ -+1--+-!----!l'-1 -+--=--=---1-+---""I.-,..�
10-2
10-J
,о---
--��--���������-�-�--�
0,1 0,2 0,40,61,0 2 4 6 10 20 4060 100
Длu�о �ОЛНD, мкм
Рнс. 1.3. Спектр юпучення тело прн розлнчных температурах

18
ОСОБЕнноаи НЕВИДИМОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
с точностью до О, 1 •с. С помощью та�<ИХ приемников можно получить
�тепловое изображение:., каждая точка которого имеет собственную
температуру. Так как это непловое изображение� совершенно не за­
висит от види
·
моrо света, его можно видеть и ночью благодаря тому,
что излучательная способность, например, куста отличается от излу­
чательной способности скалы. С еще большим успехом данный способ
позволяет регистрировать тепловое излучение, исходящее от челове­
ка или машины, мотор которой разогревает часть кузова. Искус­
ственные спутники также могут принимать и передавать тепловые
изображения, что помогает при изучении природных ландшафтов,
сельскохозяйственных насаждений и даже подземных месторожде­
ний. Кстати, туман мешает прохождению ИК излучения меньше, чем
видимому свету.
СОЛНЦЕ И ИНФРАКРАСНЫЕ ЛУЧИ
Всем известно, что солнце греет. Это объясняется тем, что выделя­
емая им энергия при поглощении телом трансформируется в тепло,
и лишь небольшая ее часть отражается от тела человека. Хотя доля
лучистого потока ИК области спектра солнечного излучения доста­
точно велика, полностью это инфракрасное излучение не доходит до
Земли: частично оно поглощается атмосферой.
Рис. 1.4 показывает, что такое поглощение является селективным.
Солнечное излучение на некоторых длинах волн ( 1,2, 1,6, 2,2, 4 мкм)
практически полностью доходит до Земли, в то время как излучение
на других длинах волн почти целиком поглощается. Таким образом,
в атмосфере существуют своеобразные �окна,>, позволяющие радио­
астрономам регистрировать шумы, приходящие от некоторых звезд
и галактик.
Диапазон видимого света одновременно соответствует и максималь­
ному уровню солнечного излучения, и максимальной прозрачности
атмосферы. По-видимому, на Земле живые организмы, обладающие
зрением, ориентированы на эти два максимума. В другой солнечной
системе существа могут быть способны воспринимать инфракрасные
или ультрафиолетовые лучи из-за того, что атмосфера их планеты
поглощает излучение звезды как раз в диапазоне, который являет­
ся �окном прозрачности,- для светового потока на Земле, либо

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
� 100
.Н{а.
,,.,
с
•
о
8uguмt10
сбеm
111
.,.
"'<D
ооо
1·:.�rт,
r----. со.О:1
1,5
О00
2
3
Llлuнo е>олнtj, мкм
1
4
78910
15
Рис. 1 .4. В диапазоне ИК юлучения земная атмосфера нзбирательно поглощает
излучаемый солнцем лучистый поток
19
20
интенсивность излучения этой звезды в видимом для нас спектре
очень мала. В последнем случае с подобными существами нельзя
говорить о цвете. Кроме того, инопланетянам может показаться, что
на Земле совершенно темно.
Особенности поглощения инфракрасных лучей некоторыми газа­
ми нашли очень важное применение, в частности при измерении сте­
пени загрязнения воздуха. Достаточно измерить прозрачность возду­
ха на некоторых длинах волн ИК излучения, чтобы определить не
только уровень загрязнения·, но и его природу.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Из графика, представленного на рис. 1 .2, видно, что ближний поддиа­
nазон (область видимого света) меньше любого другого поддиапазона
области ИК излучения. Тем не менее эта наиболее широко использу­
емая область лучше всего подходит для проведения эксперименталь­
ных исследований в быту, а также для создания любительских элек­
тронных устройств. Однако экспериментирование с ИК излучением
требует больших материальных затрат. Например, фоторезистор,
максимальная чувствительность I<oтoporo соответствует максималь­
ной длине волны излучения нагретого паяльника, стоит довольно
дор ого.
Для среднего поддиапазона ИК области спектра (особенно для
волн длиной от 6 до 15 мкм) разработаны относительно дешевые дат­
чики, нашедшие применение в промышленной и потребительской
сферах. Они называются оптическими обнаружителями пассивного

20
ОСОБЕННОСТИ НЕВИДИМОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
типа с пироэлектрическим приемником, поскольку работают с естест­
венным излучением и только принимают его, в отличие от активных
датчиков, работающих в паре с оптическим излучателем. Датчики,
способные обнаружить человека по его тепловому излучению, ис­
пользуются в устройствах сигнализации, автоматического включе­
ния освещения и в иных приборах с дистанционным управлением.
Ниже будет показано, что такие приборы являются �датчиками с бы­
стрым восстановлением)), то есть могут как реагировать на изме­
нения интенсивности излучения, так и запоминать их, даже проис­
ходящие в течение 1 с.
По очень доступной цене изготавливаются также излучатели
ближнего инфракрасного излучения, например светодиоды, позволя­
ющие передавать достаточно большой объем информации, и прием­
НИI<И излучения - фотодиоды и фототранзисторы. С помощью кар­
манного фонарика можно азбукой Морзе передавать до трех знаков
в секунду, что соответствует потоку информации в 3 бит/с . Компью­
тер способен обрабатывать поток информации, больший по крайней
мере в 1ООО раз. Для того чтобы фонарик мог передавать подобные
потоки информацип, его лампочка должна нерсключаться с большой
частотой, и свет от нее должен пришtм.tться фоточувствительным
устройством. Проблема состоит в том, что нить наI<аливания лам­
поч1ш фонарика не перестает гореть при отключении тока, так как
для охлаждения ей необходимо несколько миллисекунд. Поэтому
передача информации посредством лампы накаливания возможна
только до 100 знаков в секунду. Однако существуют быстродейству­
ющие полупроводниковые лазеры, которые способны передавать ин­
формацию при включении и выключении их с частотой миллиард
раз в секунду. Кроме того, есть 11 приемники лучистого потока (ла­
винные фотодиоды), способные принимать информацию с такой
частотой. Примером высокоскоростной линии связи, в которой ис­
пользуются полупроводниковые лазеры и лавинные фотодиоды, яв­
ляется волоконно-оптическая линия связи (ВОЛС). Она состоит из
стекловолоконноrо кабеля диаметром 0,13 мм с малыми потерями,
по которому распространяется лучистый поток от устройства его пе­
редачи (лазера) к устройству приема (фотодиоду). Данные устрой­
ства устанавливаются на концах стекловолоконноrо кабеля. В насто­
ящее время по ВОЛС без промежуточного усиления передаются
большие объемы информации на расстояния в десятки и даже сотни

аJЕКТРЫ ИСТОЧНИКОВ ИЗЛУЧЕНИЯ
21
километров. На ее основе одновременно обеспечивается передача
либо 12 телевизионных каналов, либо связь по более 15000 телефон­
ных линий.
ИК излучение обладает большими возможностями для передачи
информации. Чтобы лучше это понять, можно представить радиоте­
левизионный приемник, работающий на всех частотах, заключенных
между очень длинными и дециметровыми волнами. с разрешающей
способностью в 1 см. Для такого приемника число принимаемых ка­
налов может составлять несколько тысяч. Теперь представим, что
необходимо изготовить оптический приемник с минимальными
требованиями к излучателю, работающему в видимой области спек­
тра. Какой же должна быть его разрешающая способность? Два
километра. Действительно, область видимого света - это диапазон
приблизительно между 200 и 400 ТГц, то есть в 200000 раз больший,
чем диапазон 1 ГГц, в котором работает радиотелевизионный при­
емник
СПЕКТРЫ ИСТОЧНИКОВ ИЗЛУЧЕНИЯ
Большинство источников 11скусственноrо освещения обладает доста­
точно интенсивным инфракрасным излучением. На рис. 1 .5 приведе­
ны сравнительные характеристики спектральной чувствительности
пяти источников освещения, где:
INC - лампа накаливания;
МС - ртутная лампа;
FL - флуоресцентная лампа;
LA - полупроводниковый лазер;
LED - светодиод ИК диапазона.
Из трех предложенных для сравнения источников освещения
(INC, МС, FL) только ртутная лампа практически не обладает ИК
излучением. Это также распространяется на некоторые флуоресцент­
ные лампы. Для них типичной является кривая FL, изображенная на
рис. 1.5.
В то время как эти источники света имеют достаточно широкие
спектры, рабочий спектральный диапазон полупроводниковых ис­
точников (полупроводникового лазера и светодиода) значитель­
но уже.

22
D
Е
,�u"
о"
'Е
:J"
о"
>Е
,,.,
о>-
z'
!!_"
"о
ЕI
,D
u"
о"
•Е
Е"
о;s
r
Ео
ОСОБЕННОСТИ НЕВИДИМОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
1,2
,.о
0.8
0,6
0,4
0,2
о
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
Длuно болн�. м�м
Рнс. 1 .5. Спектральные характернстнкн некоторых нсточннков юлучення
в сравненнн с крнвой спектральной чувствнтельностн человеческого глаза
11 кремнневоrо фототронзнстора
1,2
Для сравнения на рис. 1.5 изображены штриховыми линиями кри­
вые спектральной чувствительности двух �при емников�: человечес·
кого глаза (OEIL) и кремниевого фототранзистора (РНТ). Из этого
видно, что кремниевый· фототранзистор имеет достаточно низкую
чувствительность к диапазону видимого света.
Напротив, максимум его спектральной чувствительности почти
идеально совпадает с максимумом излучения светодиода ИК диапа­
зона. Таким образом, речь здесь идет о двух компонентах, очень хо­
рошо сочетающихся друг с другом и образующих пару: излучатель­
светодиод и приемник на кремниевом фототранзисторе. Кроме того,
они имеют низкую стоимость, в отличие от пар на основе значительно
более дорогого полупроводникового лазера и лавинного фотодиода.
Поэтому в книге основное внимание будет уделено светодиодам и крем­
ниевым фотоприемникам.
ОПТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИНФРАКРАСНЫХ ЛУЧЕЙ
Максимум спектральной чувствительности вышеупомянутых полу­
проводниковых приемников приходится на длины волн между 0,8

ОПТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИНФРАКРАСНЫХ ЛУЧЕЙ
23
и 1 мкм, то есть очень близко к диапазону видимого света, вследствие
чего к этим волнам вполне применимы законы оптики. Поэтому мож­
но сконцентрировать ИК излучение с помощью линзы (из стекла или
пластмассы) или параболического зеркала. Для того чтобы рассчи­
тать оптическую систему, следует принять, что фокусное расстояние
линзы для ближнего ИК излучения является таким же, как и для ви­
димого света.
Однако при разговоре о цвете сходство между лучистым потоком
види мого света и инфракрасным излучением исчезает. Поверхность,
которая кажется человеческому глазу светлой, может быть и хоро­
шим отражателем инфракрасных лучей, и достаточно плохим. И на­
оборот, все, что является для человеческого зрения темным, хорошо
отражает инфракрасные лучи, воспринимаемые приемниками.
Эти замечания также относятся к оптической фильтрации. Так,
достаточно закрасить черным фломастером лист прозрачной пласт­
массы, и он станет практически непроницаемым для видимого света.
И все же лучи, исходящие от светодиода ИК диапазона, способны
пройти через такой закрашенный лист. По этому принципу устроены
криминалистические приборы, с помощью которых можно читать
в ИК лучах густо замазанный текст или холст художника. Таким об­
разом было проведено немало 11скусствоведческих и криминалисти­
ческих экспертиз, разгадавших загадки века. Эта тема выходит за
рамки книги, но ИК лучи помогают и в криминалистике.
В главе 4 будет рассказано о том, как можно очень простым спосо­
бом сделать фильтр, отсекающий диапазон видимого света и пропус­
кающий исключительно инфракрасные лучи.
Существуют фотоприемники со встроенными фильтрами, польза
от которых, одна1<0, невелиr<а, так как окружающее излучение, исхо­
дящее от солнца или ламп накаливания, содержит также и инфра­
красную составляющую, которая попадает в рабочий спектральный
диапазон светодиода.
Разделение все же возможно, поскольку фоновое излучение по­
чти непрерывно, в то время как излучение светодиодов в большин­
стве случаев является импульсным с частотой более 1000 Гц. При при­
еме достаточно настроить схему на частоту следования импульсов

24
ОСОБЕННОСТИ НЕВИДИМОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
или модуляции для того, чтобы отделить непрерывное фоновое из­
лучение от сигнала, несущего полезную информацию. Такой инфор­
мацией, например, может служить сигнал, возникающий в момент
прерывания нарушителем невидимой оптической связи между из­
лучателем и приемником в системе охранной сигнализации.
Методы фильтрации и модуляции будут более детально рассмот­
рены в опытах, описанных ниже.

ГЛАВА
СТРАНИЦА
1
Особенности невидимого излучения
11
2 ИЗЛУЧАЮЩИЕ ДИОДЫ
ИК ДИАПАЗОНА
Технические особенности светодиодов
26
Понятие КПД (световой отдачи)
28
Электрические характеристики светодиода
29
Импульсный режим питания
32
Обеспечение питанием
нескольких светодиодов
33
Энергетические параметры излучения
34
Угловое поле
36
Спектральные характеристики светодиодов
39
Параметры распространенных светодиодов
различных производителей
41
3
Приемники ИК диапазона
51
4
Простые опыты
85
5
Барьеры и системы сигнализации
93
6
Оптические обнаружители пассивного типа 117
Передача аудиочастот
с помощью АМ излучения
135
8
Передача аудиочастот с помощью ЧМ
159
Восьмиканальное
дистанционное управление
179
10
Дистанционное управление
для аудио- и видеоустройств
197
11
Другие приложения
211

26
ИЗЛУЧАЮЩИЕ ДИОДЫ ИК ДИАПАЗОНА
Как было показано в предыдущей главе, светодиоды ИК диапазона -
это элементы, наиболее часто применяемые в электронике благодаря
своей невысокой стоимости, отсутствию видимого излучения, хоро­
шей адаптации к существующим фотоприемникам для совместной
работы с ними, а также благодаря модуляции излучения с высокой
частотой, обеспечивающей четкое разделение полезных и фоновых
сигналов.
На самом деле правильнее называть эти диоды не светодиодами,
а излучающими диодами ИК диапазона. Однако слово «светодиод�,
-
прочно вошедшее в обиход, в дальнейшем будет использоваться в тех
случаях, когда речь идет об ИК излучении, если не будет указано
иное.
ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ СВЕТОДИОДОВ
Наряду со светодиодами ИК диапазона существуют и другие, испус­
кающие видимый свет различных цветов. Они используются в ка­
честве индикаторных светодиодов, для отображения (индикации)
цифр, букв, знаков, например в карманных калькуляторах.
Все светодиоды используют полупроводники на основе галлия.
Чаще всего это арсенид галлия (GaAs) или фосфид галлия (GaP).
Состав полупроводника обычно обозначается химической формулой.
Например, GaAsP - галлий-мышья1<-фосфор.
Такие полупроводни1<и имеют общие характеристи1<и с применя­
емыми в транзисторах, на основе кремния. Так, полупроводники
в чистом виде практически являются изоляторами. Но если подоб­
ный полупроводник легировать небольшим количеством некоторых
химических элементов, можно получить полупроводник с селектив­
ной проводимостью. С помощью упомянутого легирования внутри
одного и того же объема можно создать зоны Р (положительной про­
водимости) и зоны N (отрицательной проводимости). Обозначение
N+ говорит о том, что легирование было особенно сильным.
Легирующими примесями. чаще всего используемыми в светодио­
дах, являются 1<ремний (Si), азот (N), цинк (Zn), хром (Сг). Напри­
мер, GaAs : Si - арсенид галлия с примесью кремния.
На рис. 2 .1 показаны принципы действия некоторых типов свето­
диодов. Они проводят ток при подключении положительного полю­
са источника электрического то1<а к металлизированному покрытию,
ведущему к Р-области, и отрицательного полюса - 1< области N+. При

ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ СВЕТОДИОДОВ
27
пересечении р-п перехода электронам приходится преодолевать не­
которое •сопротивление�, так называемый потенциальный барьер.
Прохождение тока через p-n переход вызывает рассеяние энергии,
которое при применении обычных полупроводников (транзисторов,
диодов) сопровождается выделением тепла, а при использовании све­
тодиодов часть энергии преобразуется в лучистый поток. Благодаря
тому, что эти полупроводники относительно прозрачны для лучисто­
го потока, некоторую его часть удается использовать, В существу­
юших излучателях более 10% подводимой электрической энергии
можно выделить в виде излучения. Остальная энергия преврашается
в тепло.
В случае применения диода GaAsP (красный цвет свечения), изоб­
раженного на рис. 2 . la слева, р-п переход находится на расстоянии
от 2 до 4 мкм от полупроводниковой поверхности. Свет излучается
Р-областью не направленно, а в разные стороны, хотя при этом теря­
ется большая его часть, которую поглощает полупроводник.
У диода GaP со свечением области зс.1<'11оrо цвета (рис. 2 . lб,
в центре) КПД более низкий, так как н :, 1 l1�1 случае лучистому по­
току приходится преодолевать еше 61\.11,111:- 111 Р-область (толщиной
20-50 мкм).
Излучающий диод GaAs диапа:1,,11:t' 1 !К (рис. 2 .lв, справа), напро­
тив, обладает высоким КПД. 111,, р;',_\тловлено использованием иде­
ально прозрачного материала l lг,11 :пом Р-область, через которую вы­
ходит основная часть рас< i-1111aeмoro тепла, можно расположить
таким образом, чтобы это тепло выводилось через широкую метал­
лизированную плоскость. Кроме того, данная плоскость служит зер­
калом, отражающим рассеянные лучи по направлению к выходному
отверстию излучателя.
GoAsP
GoP
GoAs
6)
в)
р
N
N+
N+
c=i Полупробоg.�uк
= Oкcug
- Меmол.nuзuробо�н�О слоJ
Рис. 2. 1 . Принцип действия некоторых типов светодиодов {Siemens)

28
ИЗЛУЧАЮЩИЕ ДИОДЫ ИК ДИАПАЗОНА
Получаемь1й цвет свечения (спектральный диапазон) зависит от
материала полупроводника, легирующих примесей и технологии из­
готовления. Так, например, для получения оранжевого цвета свече­
ния можно разместить арсенид галлия GaAs на фосфиде галлия GaP.
На рис. 2.2 представлены спектральные характеристики светодиодов
распространенных типов, заимствованные из документации Tele­
funken electronic.
400
500
600
700
еоо
90С
Рис. 2.2. Спектрапьная характеристика светодиодов,
изпучающих видимый свет ипи инфракрасные лучи {Тelefunken electranic)
Для сравнения на графике показана спектральная характеристика
фотоприемника на кремнии, представленная кривой 1 (фотоприем­
ник с фильтром для видимого света) и кривой 2 (без фильтра), а так­
же спектральная характеристика излучения солнечной поверхности
(кривая 6). Помимо этого изображена характеристика человеческого
глаза, а для солнечного спектра приведены даже две кривые: гладкая,
показывающая, какие лучи испускает солнце, и извилистая - с учетом
потерь в атмосфере. В предыдущей главе (рис. 1.4) феномен погло­
щения уже упоминался, но для значительно более широкого диапа­
зона длин волн.
ПОНЯТИЕ КПД (СВЕТОВОЙ ОТДАЧИ)
КПД светодиода тем ниже, чем короче длина излучаемой волны. Так,
самыми яркими <1цветными� светодиодами являются красные, не­
смотря на то, что они излучают волны такой длины, к которой чело­
веческий глаз не слишком восприимчив. Максимум чувствительнос­
ти человеческого глаза приходится на оранжевый цвет - вот почему

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СВЕТОДИОДА
29
оранжевые светодиоды часто 1<ажутся ярко сияющими. Светодиоды
синего цвета (GaN) в настоящее время массово не производятся, так
как их КПД очень низок, а изготовление чрезвычайно сложно.
КПД светодиодов ИК диапазона может достигать 10% для ряда
очень дорогих опытных образцов и около 5% - для светодиодов мас­
сового применения, что · превышает КПД лампы накаливания
в диапазоне видимого света, по меньше, чем ее КПД в ИК диапазоне.
Однако КПД лампы накаливания во многом зависит О!' питающt>rо
напряжения, а значит, и от срока ее службы: для того чтобы обыкно­
венная осветительная лампочка проработала один год, необходимо
уменьшить питающее напряжение по крайней мере на 30%, но при
этом в значительной степени снижается ее КПД и яркость свечения.
Срок службы светодиода практически не ограничен, так как яркость
его излучения уменьшается на 50% только по истечении 100000 ч
(более 11 лет) непрерывной работы.
В дополнение к вышесказанному следует отметить, что светодиод
ИК диапазона имеет значительное преимущество перед лампой на­
каливания: его 11злучt>ния незаметны для человека, и это особенно
важно для устройств наблюдения. Тем же достоинством обладает
и ультразвуковое излучение, которое используется в ультразвуковых
датчиках, r�рименяемых в целях охраны. От датчиков на светодиодах
ИК диапазона они отличаются большей стоимостью, сложностью
в настройке и более низкой помехоустойчивостью. Подробно ультра­
звуковое излучение в данной книге не рассматривается, поскольку
оно имеет другую природу.
Главное преимущество свt>тодиодов ИК диапазона заключается
в возможности модуляции испускаемого ими излучения. Действи­
тельно, прерывание лучистого потока с большой частотой позволяет
различать источники, излучающие на одно11 длине волны.
Достаточно легко отличить 11злучt>11ие собственного источника от
излучения окружающих осветительных приборов, так как свет, ис­
пускаемый лампами накаливания, которые питаются переменным
током, модулируется частотой сети питания, а она ниже частоты по­
сылки импульсов светодиодом.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СВЕТОДИОДА
Лампочка карманного фонарика работает непосредственно от батарей­
ки при условии, что ее напряжение питания соответствует напряжению

30
ИЗЛУЧАЮЩИЕ ДИОДЫ ИКДИАПАЗОНА
батарейки. В случае со светодиодом все сложнее. Производитель
использует в документации термин «прямое напряжение» (Ur V,) -
напряжение на выводах светодиода, которое необходимо для нор­
мального режима работы. Оно лежит в пределах 1,1-1,6 В для свето­
диода ИК диапазона и 1,4-2 В для диода, излучающего в области
видимого света. Тем не менее попытка подключения светодиода на­
прямую к батарейке на 1,5 В может закончиться очень плохо. Дело
в том, что светодиод относится к полупроводниковым диодам, кото­
рые никогда не подключаются напрямую к батарейке, поскольку при
прохождении тока диод нагревается и требует для продолжения ра­
боты увеличения тока (температурный эффект). Этот дополнитель­
ный ток еще больше разогревает диод.
Для поддержания светодиода в рабочем состоянии требуется все
больший ток. Процесс лавинообразного увеличения тока неизбежно
приводит к разрушению полупроводника в течение нескольких мил­
лисекунд.
100
90
80
70
60
�
-
50
•
-55
·с
40
�
30
20
10
о
0,9
1,0
1,1
1.2
1,3
1,4
Рис. 2.3 . Прямое напряжение на выводах светодиода в большой степени
зависит от температуры, в малой - от прямого тока 11

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СВЕТОДИОДА
31
На рис. 2.3 показана зависимость прямого напряжения диода Vr
при заданном токе Ir от температуры Те полупроводника для свето­
диода ИК диапазона со средними характеристиками.
На графике можно увидеть, насколько быстро растет ток Ir. при
повышении прикладываемого прямого напряжения Ur ; заметно так­
же, что работа светодиода при напряжении более 1,5 В может приве­
сти к перегрузке по току (кривая быстрого по�ъема) и, соотвстстnсн­
но, к выходу светодиода из строя.
Для обеспечения правильного режима питания светодиода необ­
ходимо ограничить проходящий через него ток, для чего между све­
тодиодом и источником достаточно поставить токооrраничительный
резистор R, как показано на схеме (рис. 2.4).
Напряжение, которое падает на этом резисторе, значительно боль­
ше, чем Vr Поскольку в данном примере предполагается, что Vr - 1 В,
а напряжение источника питания - V5, то на выводах резистора R раз­
ность напряжений VR = V5 - Vr = 4,5 - 1 = 3,5 В. Поскольку светодиоду
требуется ток Ir = 50 мА, то по закону Ома сопротивление резистора
должно составить R = 3,5 В / 50 мА = 70 Ом. Если нет уверенности
в стабильности величины напряжения Vr - например, когда в дей­
ствительности оно составляет 1,3 В вместо 1 В, - достаточно выпол­
нить вычисление в обратном порядке, чтобы убедиться, что разница
в 30% при увеличении Vr приведет к изменению Ir менее чем на 10%.
В этом случае ток Ir уменьшится с 50 до 45,7 мА. Таким образом,
в схеме, приведенной на рис. 2 .4, осуществляется автоматическая ре­
гулировка тока Ir
Результаты вычислений для тока
Ir = 15 мА, который проходит через
светодиод красного цвета свечения
в пластмассовом корпусе, можно
использовать для выбора элемен­
тов схемы (рис. 2 .4). При включе­
нии светодиода осуществляется пра­
вильная настройка схемы. Меньшая
стоимость излучающего диода крас­
ного цвета свечения является важ­
ным преимуществом по сравнению
со светодиодом ИК диапазона.
Ir=50mЛ
±Vs=4.5V
RGJ
•
Cбemoguog � J Vr = 1V
Рис. 2.4. Типовая схема подключения
светодиода. Резистор R служит
для ограничения тока 1, Светодиод
обозначается символом диода
с двумя стрелками «излучения»

32
ИЗЛУЧАЮЩИЕ ДИОДЫ ИК ДИА ПАЗОНА
ИМПУЛЬСНЫЙ РЕЖИМ ПИТАНИЯ
Из схемы, изображенной на рис. 2.4, и характеристик, приведен­
ных ниже в табл. 2 .1, следует, что величина тока Ir является наибо­
лее важной из характеристик диода, которые необходимо учиты­
вать.
В действительности мощность рассеяния на диоде Рт (макси­
мальная мощность, при которой не наступит тепловой пробой дио­
да) при прохождении Ir должна быть меньше Pr - Ur х Ir и прямой
ток Ir не может превышать разрешенного производителем значения.
При вычислении Ir принимая разность потенциалов Vr = 1 В, эле­
менты схемы следует выбирать таким образом, чтобы колебания
тока Ir не превышали допустимых значений. Другой важной пре­
дельной электрической характеристикой является максимальное
значение Irm• но эта величина используется только в том случае, ког­
да светодиод работает в импульсном режиме. При работе в данном
режиме питание на него поступает лишь в течение малого времени,
например десяти микросекунд, после чего светодиод остается в покое
в течение интервала времени, достаточного для того, чтобы средний
ток не мог превысить значение Ir.
В некоторых приложениях, описанных ниже, получают моду­
лированное излучение светодиода при его включении и выключе­
нии от источника питания, каждое из которых длится, например,
1 мс. При этих условиях максимальный ток при включении со­
ставляет 2Ir.
В импульсном режиме или при питании переменным током свето­
диод может в определенные моменты находиться под отрицательным
напряжением, как если бы его подключали в обратном направлении
по отношению к указанному на схеме (рис. 2 .4). Это может привести
R
к его пробою, так как светодиоды обычно
выдерживают обратное напряжение, не пpe-
c�emoguog �
s,
�
вышающее нескольких вольт. Если такая
Рис. 2.5 . Параллельно
светодиоду в обратной
полярности включается
кремниевый диод
опасность и существует, то с ней легко спра­
виться. Для этого достаточно, как показано
на рис. 2 .5, подключить кремниевый вы­
прямляющий диод параллельно светодиоду,
в обратной полярности к нему.

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПИТАНИЕМ НЕСКОЛЬКИХ СВЕТОДИОДОВ
33
ОБЕСПЕ;ЧЕНИЕ ПИТАНИЕМ НЕСКОЛЬКИХ СВЕТОДИОДОВ
Как показано в приведенных ниже таблицах электрических харак­
те ристик светодиодов (табл. 2.1 -2 .5), последние изготавливаются
в расчете на токи Ir не превышающие неско лько десятков или сотен
миллиампер в связи с невозможностью рассеивать корпусом свето­
диода мощность больше предельно допустимой.
Но для рассеяния относительно большой мощности можно устано­
вить в схему ряд последовательно соединенных светодиодов с одним
источником питания (рис. 2.6).
R
1,
По аналогии с рассуждениями для схе-
мы, представленной на рис. 2 .4 (было при-
c�emoguog 1
C�emoguog 2
нято, что V, = 4,5 В для питания одного
Cбemoguog .3
светодиода), в данном случае можно счи- c�emoguog 4
татьVs= 4,5Вх4=18В,таккакрас­
+
vs
сматривается совместная работа четырех Рис. 2 .6 . Обеспечение питанием
светодиодов и желательно при той же ста-
нескопьких светодиодов с одним
бильности получить требуемое значение
тока Iг
токоограничитепьным
сапротивпением
Часто менее важно требование стабильности величины тока Ir
чем постоянство величины напряжения питания. Компромисс
в данном случае возможен, если при вычислении тока использо­
вать реальное значение для напряжения Vr = 1,3 В. Для схемы,
представленной на рис. 2.6, напряжение питания V, определится
как 4 х Vr = = 5,2В +VR" Вместо источника питания 18 В можно
использовать V = 9 В, если 3,8 В выделить на резисторе R. Если
не обходимо получить Ir = 100 мА, следует взять сопротивление R = 3,8 /
/ 0,1 = 38 Ом. Этот метод применим только в том случае, если на­
пряжение не подвержено изменениям. Действительно, если допу­
стить, что это напряжение может уменьшиться до V, = 8 В, ток бу­
дет не больше Ir = 2,8 В/ 38 Ом = 74 мА, то есть потери составят
более 25%. Таким образом, с помощью четырех светодиодов мож­
но достичь той же мощности излучения, что и при трех светодио­
дах с постоянным питанием 9 В.
Если необходимо обеспечить пита1шем большое число светодиодов
при относительно низком или нестабильном напряжении У,, может бьrгь
использована последовательно-параллельная схема включения светоди­
одов, представленная на рис. 2 .7, где каждая ее ветвь рассчитывается
3-637

34
R
Rl
...
VS
...
:_J
...
Рис. 2 .1
Последовательно-
параллельное включение
светодиодов
ИЗЛУЧАЮЩИЕ ДИОДЫ ИК ДИАПАЗОНА
аналогично электрической цепи в схеме, изоб­
раженной на рис. 2.6 .
В любом случае, чем больше падение на­
пряжения на резисторе R, тем менее излуча­
тельная способность светодиодов подвержена
влиянию температурного режима работы свето­
диодов и колебаниям напряжения питания V,.
Значит, необходимо выделить на резисторе R
достаточно большую мощность. Этим объяс­
няется тот факт, что КПД использования све­
тодиода в приведенных схемах значительно ниже паспортного значе­
ния КПД.
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ИЗЛУЧЕНИЯ
При свечении светодиода определенной силы света возникает неко­
торое излучение или поток излучения - Фе, величина которого изме­
ряется в ваттах (Вт). В зависимости от конструкции корпуса или при
наличии линзы значительную часть общего излучаемого потока Ф,,
удается выделить в виде полезного лучистого потока Ф0
, величина
которого также измеряется в ваттах. Одни изготовители указывают
Ф., другие Ф0
, что, конечно, не упрощает их использование.
Однако наибольший интерес для потребителя представляет эиер­
гетическая CWla света, которую можно обнаружить, если встать пря­
мо напротив излучающего диода. Эта сила излучения зависит,
с одной стороны, от потока излучения (Ф,или Ф), а с другой сторо­
ны, от концентрации излучения, достигнутой, например, с помощью
линзы, которой может быть снабжен корпус в некотором угловом
поле.
На примерах, приведенных на рис. 2.8-2 .10, иллюстрируется рас­
пространение потока излучения в виде «лепестков� диаграмм направ­
ленности для трех светодиодов, изготовленных Telefunken electronic.
Диаграмма, представленная на рис. 2 .8, относится к имеющему плос­
кое окно светодиоду, боковое излучение в котором ограничивается
корпусом.
Ограничив диаграмму направленности по уровню 0,5Ic ,cl (относи­
тельной силы излучения), получим угловое поле 40°
. Таким обра­
зом можно определить «ширину 0 диаграммы направленности по

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ИЗЛУЧЕНИЯ
35
половинной мощности�>, которая для рассматриваемого примера со­
ставит 0 = 80
°
. Некоторые производители указывают в сопровождаю­
щей документации .�полуугол при половинной силе излучения 0/21>.
При изучении подобной документации всегда необходимо проверять,
о каком угле идет речь.
На рис. 2.9 в качестве примера приведена диаграмма направлен­
ности светодиода, линза которого позволяет получить угол излуче­
ния 30°
, между тем как в случае, представленном на рис. 2.10, этот
угол составляет 10°
. Светодиоды указанных выше типов обычно ис­
пользуются в стационарных устройствах (например, в оптических ба­
рьерах). Светодиоды с диаграммой направленности, изображенной на
рис. 2 .9, могут использоваться в устройствах, определяющих присут­
ствие человека в поле зрения оптической системы по отраженному им
излучению, или для передачи команд управления неподвижному ап­
парату (допустим, телевизору) с помощью пульта дистанционного уп­
равления. В подобных устройствах может быть применен и светодиод,
диаграмма направленности которого изображена на рис. 2.8 . Светодиоды
о·
10·
0,2
о
0,2
Рис. 2 .8. Диаграмма
напровленности излучения
светодиода с плоским окном
20·
30·
40·
1е re1
20·
1.0
0,8
30·
0,6
40·
0,4
0,2
о
0.2
Рис. 2. 9. Излучение можно
сконцентрировать за счет снабжения
корпуса светодиода линзой

36
ИЗЛУЧАЮЩИЕ ДИОДЫ ИК ДИАПАЗОНА
10'
20·
1е rel
этого типа (с плоским стеклом) мо·
гут использоваться совместно со
сложными оптическими системами,
позволяющими сконцентрировать
лучистый поток в узких угловых
полях.
1,0
0,8
0,6
0,4
Рис. 2 . 1 О. Диаграмма,
соответствующая уту I о•
30·
40• ,
В любом случае очевидно, что сила
излучения 1,, которое можно обна­
ружить, если встать на оптической
оси светодиода, значительно больше
у светодиода, снабженного оптичес·
кой системой (рис. 2 .10), чем у све·
тодиода без нее (рис. 2 .8). Так как не
все производители указывают силу
излучения 1,., можно рассчитать се
по следующей формуле:
I,=Ф
0
/2п(1- cos0,50).
при половинной силе изпучения
(Определения Ф0 и q были даны
ныше.)
В общем случае сила излучения определяется по формуле:
10
= dФ/d(J)
и выражается н ваттах на стерадиан (Вт/ер или мВт/ер). В следу­
ющем параграфе будут даны некоторые комментарии по этому поводу.
УГЛОВОЕ ПОЛЕ
Поскольку излучение рас.пространяется не напранлешю, изучать его
следует не только на плоскости, но и в пространстне. Именно этой
цели служит рис. 2 .11, заимствованный у Siemens и позволяющий по­
нять, что представляет собой угловое поле (по другой терминоло·
гии - телесный угол излучения). Примем радиус изображенной на
рис. 2 .11 сферы равным 1 м, тогда сферический сегмент, расположен·
ный справа, будет иметь площадь F = R2 = 1 м2• Пространственный
угол для этого частного случая будет определяться конусом, соеди­
няющим центр сферы с окружностью F. Пространственный угол, вы·
ражаемый в стерадианах (ер), соответствует определению этой едини­
цы измерения в тех случаях, когда F = R
2
• Следовательно, говоря, что

УГЛОВОЕ ПОЛЕ
37
пространственный угол cr0 = 1 ер (стерадиан ), имеют в виду, что рассмат­
риваемая площадь на поверхности сферы равна квадрату ее радиуса.
Если речь здесь идет о поверхности, имеющей сферические очер­
тани я, угол при вершине конуса (который определяет .Q0 = 1 ер) ра ­
вен а= 32,8
°
, это объясняется тригонометрическими соотношениями.
Однако понятие пространственного угла распространяется не
только на сферический сегмент, но и на любой участок, выделенный
на поверхности сферы, например для поверхности, изображенной на
рис. 2 .11 . Таким образом, поверхность сложной формы щ изображен­
ная на рисунке слева, может также соответствовать пространствен­
ному углу в 1 ер, если площадь этой поверхности w равна 1 м2• В этом
случае пространственный угол составлен из совокупности радиусов,
соед иняющих центр сферы с периметром поверхности S.
Если диаграмма направленности, изображенная на рис. 2.1О, очень
узка, то реально оценить энергетическую силу излучения можно
только при ее измерении в пределах углового поля, в котором 10
Рис. 2 . 11. Понятие пространственного угла применимо
11. участкам поверхности сферы, имеющим любую форму

38
ИЗЛУЧА/ОЩИЕ ДИОДЫ ИК ДИАПАЗОНА
может считаться постоянной. Возвращаясь к пространственному изоб­
ражению (рис. 2.11), нужно выбрать совсем небольшую поверхность,
ограниченную малым пространственным утлом dw и перпе�щикулярную
оптической оси светодиода. Тогда внутри пространственного угла dro
будет сконцентрирован некоторый лучистый поток dФ (или dФ0).
При этом сила излучения будет определяться соотношением dФ/dw,
то есть отношением лучистого потока, прошедшего через достаточно
малую поверхность, ограниченную пространственным углом (при усло­
вии, что поток в нем является постоянным), к величине этого угла.
Еще раз обратимся к понятию пространственного угла. На рис. 2 .12
показан пространственный угол для освещенности Е, которая выра­
жается в ваттах на квадратный метр (Вт/м 2
или мВт/м2).
Q
3m
Рис. 2.12. Освещенность Е поверхности зависит от сипы излучения
источника / и от расстояния R между изпучотелем
и обпученной поверхностью
Фоточувствительная поверхность приемника излучения заданной
площади (например, фототранзистора) воспринимает лучистый поток.
Для источника с узкой диаграммой направленности эту освещенность
можно рассчитать по формуле Е = 1 / R2 , где 1 = 1, является силой из­
лучения источника, а R - расстоянием между источником и приемни­
ком. Формула Е = Ф / F, связывающая лучистый поток Ф и площадь
облученной поверхности F, на которую падает этот поток, справедлива
только при использовании ненаправленного источника излучения.

СПЕКГРАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СВЕТОДИОДОВ
39
СПЕКТРАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СВЕТОДИОДОВ
Кроме упо мянутых выше характеристик, в частности Ф,, Ф
0
, I,и0,про­
извод ители светодиодов указывают длину волны излучения, кото­
рая составляет около 950 нм для наиболее распространенных типов
светодиодов ИК диапазона. Эта характеристика обычно предстаwrе­
на в виде кривой, отображающей спектральное распределение лучис­
того потока. На рис. 2.13 (взят из документации Telefunken electronic)
показана типичная кривая спектральной излучательной способнос­
ти, характерная для всех светодиодов ИК диапазона.
Последнее справедливо и для кривой, изображенной на рис. 2.14,
кот9рая уточняет зависимость максимума спектрального распреде­
ления светодиода л.m,х' то есть длины волны светового излучения при
максимуме спектральной характеристики светодиода, от температу­
ры. Для обычных приложений такие изменения длины волны не
имеют практического значения, поскольку они слабо зависят от тем­
пературы.
1
о.в
0.6
0,4
0.2
880
1
lt = 50mA
t.omb = 50 'С
(\
/\
/\
/
\
V
920
960
Длuна f)олн�. нм
'
"'--с-
1000
Рис. 2. 13. Зависимость
лучиаоrо потока Ф, от длины волны
нм
1000
fl peoi.. 990
980
970
960
950
940
930
920
910
900
/V
.,,/
/V
25
50
-тл.·с
V
Рис. 2.14. Зависимость л""" от Тл
./
100

40
Р0• мВ
500
100
50
10
5
-
Ро = f(Tc)
--
�г--.
'
//
,--Vli
11=2,ОА 'Л!
1,0
��
0,4А /
= О,1А
- О,04А
0,3
..г-.........
'
.......
..........--...,
-...,
-75-50-25О2550758�
Те, ·с---
Рис. 2
.
15. Для заданного прямого тока 11
мощность излучения Р0 тем больше,
чем ниже температура Т , при которой
работает свет�диод
g' 1,2
Е 1,0
о
i 0.8
S 0,6
8 0,4
о
i
Е
0,2
о
-
/
/
/,,
f_
а
�V
-,u
Е
с
о
>
s
30· 20· 10·
"\
1\
\
1
\
10· 20· 30·
Угол
Рис. 2 . 11. «Линейное» отображение
диаграммы направленности излучения
светодиода
ИЗЛУЧАЮЩИЕ ДИОДЫ ИКДИАПАЗОНА
1)
/
V
3
1,5
о
0,01 0.050, 1
/
r\
0,5 1
11,А-
-
---
�
510
Рис. 2. 16. Оптимальная
световая отдача Т/ светодиода
приходится на определенное
значение прямого тока /1
Рис. 2. 18. Миниатюрный светодиод
в прозрачном корпусе
{Техаs lnstruments}

ПАРАМЕТРЫ РАСПРОСТРАНЕННЫХСВЕТОДИОДОВ
41
Следующие графики, взятые из документации Texas lnstruments
(рис. 2 .15), показывают, что мощность излучения Р0 светодиода,
прямо пропорциональная лучистому потоку Р0 (= Ф0), также зави­
сит от температуры (но в большей степени). Данные, приведенные
на рис. 2 .16, позволяют констатировать, что световая отдача ТJ све­
тодиода имеет максимальное значение при некотором прямом токе Ir
На рис. 2.17 показано, что диаграмма направленности светодиода
может быть представлена иначе, чем на рис. 2 .8 -2 .10. Тем не менее
очев идно, что речь идет о светодиоде, ширина диаrраммы направлен­
ности которого по половинной мощности составляет 35 °
. На рис. 2.18
изображен светодиод в миниатюрном исполнении в прозрачном кор­
пусе производства Texas lnstruments.
ПАРАМЕТРЫ РАСПРОСТРАНЕННЫХ СВЕТОДИОДОВ
РАЗЛИЧНЫХ ПРОИЗВОДИТЕЛЕЙ
В табл. 2.1-2.5 в алфавитном порядке (по названию марки произво­
дителя) представлены некоторые типы светодиодов ИК диапазона,
сгрупированные по возможностям их применения, которые будут
описаны ниже. В таблицах использованы характеристики, определе­
ния которым были даны ранее:
Ir - максимально допустимый постоянный прямой ток;
Irm - максимально допустимый импульсный прямой ток (длитель-
ностью импульса <10 мкс);
Ф0-
поток излучения, полученный при Ir = Irm;
Ф0 - поток излучения на выходе, полученный при Ir - Irm;
1, - сила излучения, полученная при Ir - Irm;
0 - уrол раскрыва диаграммы направленности излучения при
половинной силе излучения.
· В таблицах приняты следующие обозначения:
1• Импульсный режим.
2• Затемненная серая оболочка.
3• то 18 с радиатором.
4• Время спада и нарастания - 10 нс.
5* Длина волны - 880 нм, время спада и нарастания - 150 нс.
6• Длина волны - 830 нм, время спада и нарастания - 30 нс.

42
ИЗЛУЧАЮЩИЕ ДИОДЫ ИК ДИАПАЗОНА
Таблица 2.1 . Фирмы Asea Hafo, TRW
1д48В
25
100
2
100
20
МЕ
1 д48С
32
1А104
100
6
20
100
МЕ
1А119
500
30
50
500
3
ОР130
1
ОР131
3
100
10
100
18
мс
ОР132
4
ОР133
5
a>1I0-1IJW
Идектичоо ОР 130-133
50
мс
ОР160
16
50
3 0,5
20
PD
ОР 160W
85
ОР 161
50
3
0,5
20
18
PF
ОР231
в
ОР232
100
10 10
100
18
мс
5•
ОР233
12
a>ZH-2IJW
Идентичоо ОР231-233
50
мс
5•
ОР260
50
3
20
16
PD
5•
ОР290
5
3,6
20
50
PD
ОР291
2
3,6
20
50
PD
150
5•
ОР292
1
3,6
20
50
PD
ОР293
2
18
100
60
РС
ОР295
5
3,6
20
15
PD
ОР296
2
3,6
20
15
PD
150
5•
ОР297
3,6
20
15
PD
ОР298
2
18
100 25
РС

ПАРАМЕТРЫ РАСПРОСТРАНЕННЫХ СВЕТОДИОДОВ
43
Таблица 2.2 . Фирма Temic
СОХ18А
О,15-0,3
60
20
150
РА
1•, 2·
сох 18В
>0,25
сох 19
250
10
20
40
250
40
МА
СОХ46
15
10(>5)
50
РВ
100
2,5
100
2·
СОХ47
25
33
35/55
РН
СОХ48А
>1
60
3
5
50
50
РА
CQX48В
>2
COY36N
>0,7
80
100
2,5
5
50
РН
СОУЗ7N
>2,2
25
ТSСАбООО 100
2,5
20 120 (>70) ню
в
РС
ТSНА4400
20
20
100
2
100 40
РВ
ТSНА4401
24
30
ТSНА 5200
14
>280
ТSНА 5201
18
360-520
100
2,5
1500 25
РС
1·, 5•
ТSНА5202
22
480-640
ТSНА5500
14
>140
ТSНА5501
18
180-260
100
2,5
1500 40
РС
1·. 5•
ТSНА5502
22
240-320
ТSНА5503
25
>300
�
в:rо--&)3
За иоо1ОЧением формы соединений идентично ТSНА 5200-5203
�
и ТSНА 5500-5503
�
ТSHF 5400 100
25
30 (>20) 100 48
РС
TSIP4400
22
(>12)
100
2
100 40
РВ

44
ИЗЛУЧАЮЩИЕ ДИОДЫ ИК ДИАПАЗОНА
Таблица 2.2. Фирма Temic (окончание)
TSIP4401
25
(>16)
1SIP5200
22
(>20)
150
3
100
34
РС
TSIP 5201
25
(>30)
TSIP7600
22
8-15
150
3
100
60
РС
1SIP7601
25
12-20
ТSSA4500 100
2
22
23
100
40
PI
Таблица 23. Фирма Temic
TSTA 7100
30
10
МЕ
ТSТА 7200 100
2,5
18
19
100
30
МЕ
5*
1STA7500
6
80
мс
1STS 7100
>10
1STS 7101
>12,5
250
2,5
8
100
10
МЕ
1STS 7102
>20
1STS 7103
>32
1SТS 7200
>4
TSTS 7201
>6,3
250
2,5
8
100
30
МЕ
1SТS 7202
>10
1SТS 7203
>16
TSTS 7300
>4
тsтs 7301
6,3-12,5
250
2,5
7
100
24
мв
ТSTS 7302
10-20

ПАРАМЕТРЫ РАСПРОСТРАНЕННЫХ СВЕТОДИОДОВ
45
Таблица 2.3 . Фирма Temic (окончание)
250
2,5
8
100
мс
Т$ТS 7502
>2,5
тsтs 7503
>4
ТSUS3400 100
2,5
10
10 (>5) 100
50
РВ
ТSUS4ЗOO 100
2
13
18
100
32
РВ
ТSUS4400 100
2
13
17(>7) 100
36
РВ
1SUS 5200
11
85
1SUS5201 150
2,5
11
120
1500
35
РС
1*
тsus 5202
15
>170
1SUS5400
11
60
тsus 5401 150
2,5
11
85
1500 50
РС
1*
1SUS 5402
15
>120
V194 Р
>1,5
V394Р1
>2,5
V394Р11 250
2,5
10
>4
100
80
мс
V394PIII
>6,3
V394PN
>10
Таблица 2.4 Фирма Philips
CQW58A-1
>1
60
20
30
РВ
6*
CQW58A-2
>3
CQWB9A
>9
CQW89A-1 130 2,5
в
>12
100
48
РС
6*
CQW89A-21
>15

46
ИЗЛУЧАIОЩИЕ ДИОДЫ ИК ДИАПАЗОНА
Таблица 2.4. Фирма Philips (окончание)
CQN89B 130 2,5
8
>20
100
24
PD
5•
СОУ11 В
0,064
70
30
0,2
20
мн
СОУ11С
1,25
::е10
CQY49 В
0,5
80
100
50
мн
СОУ49С
5
15
CQY50
>0,16
>0,18
100
0,5
20
35
MD
СОУ52
>О,4
>О,45
СОУ58А
>2
СОУ58А·1 50
0,2
>1
20
40
РВ
СОУ58А-2
>3
СОУ89А
>9
СОУ89А-1 130
10
>12
100
80
РЕ
CQY89A·2
>15
СОУ90А 100
21
>15
100
120
Таблица 2.5 . Фирма Siemens
IRLВOA
60
>0,4
60
1,5
20
Р1
IRL81А 100
1
50
lD 242/11
13
4-8
250
5
100
80
мв
lD 242/111
16
>6,3
LD271,L
12
15(>10)
130
3,5
100
50
РЕ
2*

ПАРАМЕТРЫ РАСПРОСТРАНЕННЫХ СВЕТОДИОДОВ
Таблица 2.5. Фирма Siemens (окончание)
LD271 Н, HL
LD274
SFН400/П
SFН400/111
SFН401/11
SFН401/111
SFН402/11
SFН402/111
SFН409
SFН415
SFН 416
SFН480
SFН481
SFН482
SFН483
SFН483- L
SFН483- М
SFН484
SFН485
SFН485 Р
SFН487
SFН487 Р
100
3
300
3
100
3
100
3
200 2,5
200 2,5
100 2,5
100
2,5
16
>16
13
60(>30)
5,5
20-40
7
>32
5,5
10-20
7
>16
5,5
2,5 -5
7
;;,4
14
15(>6)
22
50(>25)
10
20 (>10)
6 (>З)
1-3 ,2
23
1-2
1,6 -3,2
100 (>50)
20
40(>16)
6 (>3)
30(>12)
20
4 (>2)
100
100
100
100
100
100
100
100
41
20
РЕ
2·
12
12
30
30
80
80
40
PD
35
1'С
2·
56
12
40
РЕ
5•
60
46
мс
16
40
РЕ
5•
80
40
PD
5•
135

48
ИЗЛУЧА/ОЩИЕ ДИОДЫ ИК ДИАПАЗОНА
Формы металлических корпусов (М) представлены на рис. 2 .19.
Модификации корпусов МВ и МС имеют два вывода, обозначен­
ные буквами А (анод - положительный электрод) и К (катод - от ­
рицательный электрод). Модификации корпусов МЕ и МН имеют
третий средний вывод, который не соединяется с другими электро­
дами.
Рис. 2 .20 показывает формы пластмассовых (Р) корпусов. Мак­
симально допустимая температура эксплуатации и хранения равна
для пластмассовых корпусов приблизительно 80 •с, а для металли­
ческих - от 100 до 120 •с.
Спектр излучения имеет максимум на длине волны 950 нм, а па­
дение прямого напряжения составляет Vr = 1,3 В, если в колонке
•примечания• нет особых указаний. Приведенные выше кривые со­
ответствуют различным температурным зависимостям, а время ком­
мутации (время нарастания излучения t, и время спада излучения 9
составляет 500 нс. Собственная емкость указанных диодов лежит
в диапазоне от 50 пФ (для маломощной модели в пластмассовом кор­
пусе) до 600 пФ (для светодиода в металлическом корпусе).
---
-
CQ='
-t
"
"'
-
_1
А
МВ (ТО18)
со=�ь
к_1
МС (ТО18)
-
-
(Cfjt'-
-t
ф
-
"'
к_1
МЕ (Т018)
A(NC)
-
_-
ь
crnt'
-
;-_1
МН (ТО18)
Рис. 2.19 . Металлические карпуса диодов из тобл. 2.1-2.5

д.РАМЕТРЫ РАСПРОСТРАНЕННЫХ СВЕТОДИОДОВ
Аl.
tв---СШ==3т
.
4
РА
Т
РА
К
� пr+-:_,� .OF
�К ·т
А
РС
РО
кj_
к
ггг-г=-6 --�
�Ат
А
РЕ
PF
3,2
т
�
,
1PG
А
___l
-�
-fi-·
КА3,3
'
'
- 2,5�
--г
РН
l. <Лuнзо
К
4,51$��=:
т� PI
А
l.
т
!
1
1
Рис. 2 .20 . Примеры пластмассовых 11.арпусов диадав, указанных в табл. 2.
-637

50
ИЗЛУЧАIОЩИЕ ДИОДЫ ИК ДИАПАЗОНА
Таблица 2.6 . Основные энергетические и фотометрические характеристики
светодиодов
Велu�uна
Поmок
UЗЛ)"-'leнuR
Сuло
uзлуuенuя
Яркосm1:>
Ос�е­
wеннасmс-
S/
.::...--
�
Onpegeлeнue
Обwая моwносmь,
uзлучоемоя
uсmочнuкам
Мошносmь
S
uзлученuя
� но eguнuцy
� mелесного угла
�:t-� KL
Сuло uзлученuR
1-10 eguнuцy мащносmu
Моwнасmь
nрuняmого
uзлученuR
на eguнuuy
nлowogu
Э1-tергеmuческоя
белuчuно
Вuзуольноq
белuчuно
Обозноченuе Eguнuцo Обозноченuе
Eguнuцo
le
"•=
Sapp
Е=�
'
Sr
Bomm
Bm
Е=�
Sr
Люмен
лм
Канgе1ю
кg=
=
лм•сР'
-2
лм•м=Jlк
• Оптическую яркость можно также выразить в футах. При таких условиях для
ламбсртовскоrо источника будет справедливо следующее равенство: 1 фут - 3,42 кд/м2
(выдержка из документации Philips).

1'J1АВА
СТРАНИЦ,-
1
Особенности невидимого излучения
11
2
Излучающие диоды ИК диапазона
25
3 ПРИЕМНИКИ
ИК ДИАПАЗОНА
Фоторезисторы
52
Фотодиоды
54
Фототранзисторы
56
Предельные электрические
характеристики фотополупроводников
59
Вычисление излучения,
полученного фотоприемником
60
Чувствительность к излучению
63
Распространенные типы фотодиодов
и фототранзисторов
63
Пироэлектрические приемники
73
Пример пироэлектрического детектора PID 11 74
Простые и сдвоенные датчики
76
Линзы Френеля
78
Распространенные типы
пироэлектрических приемников
во
4
Простые опыты
85
5
Барьеры и системы сигнализации
93
б
Оптические обнаружители пассивного типа 117
7
Передача аудиочастот
с помощью АМ излучения
135
8
Передача аудиочастот с помощью ЧМ
159
Восьмиканальное
дистанционное управление
179
10
Дистанционное управление
для аудио- и видеоустройств
197
11
Другие приложения
211

52
ПРИЕМНИКИ ИК ДИАПАЗОНА
В электронике инфракрасное излучение наиболее широко приме­
няется в фотоприемниках, где величина тока изменяется в зависи­
мости от степени облучения их чувствительного слоя. Речь здесь
идет преимущественно о фоторезисторах, фотодиодах и фототран­
зисторах.
Кроме того, существуют фоточувствительные устройства, которые
преобразуют оптическое излучение непосредственно в электричес­
кую энергию. Однако такие давно разработанные и широко извест­
ные устройства, как фото- или солнечные батареи, не представляют
интереса для приложений, которые описываются в настоящем изда­
нии: основным предназначением батарей промышленного изготовле­
ния является производство электроэнергии.
Пироэлектрические датчики тоже превращают излучение в элект­
рический ток. Конечно, он ничтожно мал, как и излучение, которое
способен регистрировать такой датчик (например, излучение челове­
ческого тела, температура которого отличается от температуры окру­
жающей среды всего на несколько градусов). Характеристики датчи­
ков рассматриваются в конце данной главы, а об их применении речь
пойдет в главе 6.
ФОТОРЕЗИСТОРЫ
Уже само название этого устройства говорит о том, что его электри­
ческое сопротивление уменьшается под действием облучения его чув­
ствительного слоя 11р11 увеличении освещенности. Принцип работы
показан на рис. 3 .1 . Фоторезистор PR при облучении чувствительно­
го слоя в заданных пределах изменяет свое сопротивление II ток
базы 11, транзистора.
Если этот транзистор нмеет, например, коэффициент усиления ба­
зового тока Ь = 100, ток коллектора I, усилится по сравнению
с то1<ом базы Iь в 100 раз. Коллекторной нагрузкой, согласно схеме на
Реле
PR
lв
ь
➔•
� Усе
:::Z:: 10V
J
Рис. 3 .1. Ток, проходящий
через фоторезистор,
после усиления транзистором
может включать реле
рис. 3.1, является обмотка реле, которая
своими контактами управляет работой бо­
лее мощных силовых цепей, например
включает или выключает елочную гир­
лянду. Таким образом, при облучении со­
противление резистора PR становится до­
статочно низким, увеличивая ток базы Iь.
За счет большого значения Ь ток 1<ол­
лектора Ir увеличится и будет соответст­
вовать току, который сможет, допустим,

ФОТОРЕЗИСТОРЫ
53
запустить реле. Подобным способом можно использовать фоторези­
стор для включения тиристора, симистора и т.д . сразу или после уси­
ления.
В продаже встречаются сернисто-кадмиевые (CdS) и селена-кад­
миевые (CdSe) фоторезисторы, а также их разновидность - сернисто­
селенокадмиевые. На рис. 3 .2 приведены кривые их относительной
спектральной чувствительности.
Речь идет о типах RPY 64, RPY 63 и RPY 60 (Siemens), перечис­
ленных в порядке возрастания длины волны, на которую приходится
максимум чувствительности. Кривые для других типов, имеющих тот
же химический состав, аналог ичны. Можно отметить, что в ИК диапа­
зоне относительная спектральная чувствительность этих фоторезисто­
ров достаточно низка. Несмотря на более узкий рабочий спектральный
диапазон, наиболее эффективными являются селена-кадмиевые фо­
торезисторы.
При резком изменении освещенности фоторезистора его сопро­
тивление изменяется плавно, с определенной задержкой, которая
сост авляет несколько миллисекунд при сильной освещенности, но
может превысить секунду при очень слабой освещенности. Хотя фо­
торе зисторы позволяют проводить очень интересные эксперименты
в области ИК излучений, их исполь-
п
%
Е
зование сводится к весьма простым
приложениям.
Фоторезисторы имеют очень высо-
кую чувствительность к изменениям
освещенности. В качестве примера на
рис. 3.3 показано изменение сопро­
тивления RPY 60 (CdSe) в зависимо-
-
сп1 от уровня освещенности, которая
выражается в люксах (лк).
Ниже будет показано, как можно
сравнить эту фотометрическую еди­
ницу с понятиями излучения, часто
применяемыми для ИК диапазона. Обе
кривые, представленные на рис. 3.3,
характеризуют диапазон предельных
значений сопротивлений.
Среди разнообразных фототран­
зисторов самыми перспективными
� 100 г--:-.,-::--,=-,,,._.-::-с-=-=------,:.__-,----,
� s:ei
Е♦
11,
ос
о
1
g
';'
g_
:,
t>
о
7
Е
о
0,5 0,6
• 0,7
0,8
1Jлuно 5олнt1, мкч
Рис. 3 . 2. Значения атносительной
спектральной чувствительности
для фоторезисторов
разных типов

54
5
1
10'
�
5
"
'
5
1о1
102
_____..Ev.лк
Рис. 3 .3 . График предельных
значений величин сопротивлений
фоторезистора в зависимости
от освещенности
ПРИЕМНИКИ ИК ДИАПАЗОНА
являются типы LDR 05 и LDR 07, от-
личающиеся друг от друга только кор­
пусом (производитель - компания
RTC), благодаря своим характеристи­
кам и относительно малой цене. Их
сопротив ление, составляющее более
10 МОм при затемнении, падает при­
близительно до 8 кОм при освещенно­
стиВ50ЛК.
Кроме того, существуют сернисто­
свинцовые фоторезисторы для ви­
димой области спектра, максимальная
спектральная чувствительность кото­
рых приходится на диапазон длин волн
0,3-0,5 мкм. Эти разновидности так­
же подходят для совместной работы
с излучающими светодиодами ИК диа­
пазона, максимум спектральной ха­
рактеристики которых приходится на
длину волны 0,95 мкм. К сожалению, фоторезисторы такого типа труд­
но найти в продаже, так как изготавливают их небольшими партиями,
вследствие чего цена остается достаточно высокой. Вряд ли в бли­
жайщее время произойдут какие-либо изменения, поскольку суще­
ствуют высококачественные фотодиоды и фототранзисторы ИК диа-
пазона, вполне доступные по цене.
ФОТОДИОДЫ
Каждый кремниевый диод, по сути, уже является фотодиодом. До­
статочно слегка стереть черную краску, обычно защищающую от света
некоторые диоды, изготовленные в стеклянном корпусе, чтобы полу­
чить фотодиод, подходящий для проведения экспериментов по схе­
ме, показанной на рис. 3.4. Схематическое изображение фотодиода
отличается от изображения светодиода только направлением стрелок,
то есть фотодиод �принимает» излучение от светодиода.
Здесь фотодиод PD включается в обратном направлении по срав­
нению со схемой на рис. 2 .4, то есть положительный полюс источника
питания соединен с катодом К При затемнении диод проводит очень
малый ток - около 1 нА - который, однако, может превысить 1 мА,
если засветить фотодиод.

ФОТОДИОДЫ
Реле
PD
le
55
+
..:t:... Усе
� 10V
Из рис. 3 .5 видно, что внутри фотодиода
(как и внутри выпрямляющего диода и свето­
диода) можно обнаружить Р-область и N-об­
ласть. В фотодиоде падающий свет высвобож­
дает носители зарядов в зоне потенциального
барьера, который образуется под воздействи-
Рис. 3.4 . Схема вкпючения
фотодиода
ем прикладываемого напряжения.
При обратной полярности включения между областями Р и N
возникает потенциальный барьер, изолирующий их друг от друга.
Проникая в полупроводниковый слой, свет создает положительные
и отрицательные заряды. Поскольку диод включен в обратном направ­
лении (анод под отрицательным напряжением), а противоположные
заряды притягиваются, то к аноду идут положительные заряды, а к ка­
тоду - отрицательные.
Естественно, свет создает эти заряды и в случае, если к диоду не под­
ведено напряжение. Тогда на выводах диода появляется разность по­
тенциалов, и он работает как миниатюрная фотобатарейка. Кстати,
солнечные батареи являются не чем иным, как кремниевыми диода­
ми с очень большой поверхностью чувствительного слоя.
При обратном включении, проиллю стрированном на рис. 3.4, фо­
тоэлектрический ток строго пропорционален освещенности, что по­
зволяет использовать фотодиоды для измерения яркости, а также для
приложений, связанных с передачей сигналов (например, звуковых),
когда требуется высокий уровень линейности.
ПоgоющuО сбеm
Kor1mo1<.m..ioQ
nлoщogl(a щ-юgо
Oкcug
Зона Р+ (оно�)
4у
3оно
обьемного
зор�gа
'-------------------�
Зона N npcбcguмocrrч.J
Зона N + npoбoguмoc.mu
Memo л.nuзupoбoнl-it:iO c.nco (w:amog)
Рис. 3.5. Структура фотодиода

56
ПРИЕМНИКИ ИК ДИАПАЗОНА
Технология изготовления этих фотодиодов мало влияет на их спек­
тральную чувствительность, максимальное значение которой всегда ле­
жит в пределах 0,8-0,9 мкм. Эта область длин волн, в частности, совпа­
дает со спектральной излучательной способностью светодиодов ИК
диапазона, максимум чувствительности которых обычно приходится
приблизительно на 0,95 мкм. Соответствие значительно меньше при ис­
пользовании германиевых диодов, наибольшее значение спектральной
чувствительности которых соответствует длине волны 1,5 мкм.
ФОТОТРАНЗИСТОРЫ
Из схемы, приведенной на рис. 3.4, видно, что PD - не единственный
диод, который функционирует при обратном включении. Действи­
тельно, транзистор, используемый в этой схеме, содержит два p-n
перехода (Б-Э и К-Б), образованные двумя эквивалентными диода­
ми, из которых один (К-Б) включен обратно. Если осветить полу­
проводниковый кристалл транзистора, то можно получить высоко­
чувствительный приемник, схема включения которого приведена на
рис. 3.6. Здесь показано, что фототранзистор (РТ) в принципе не нуж­
дается в выводе базы.
На рис. 3.7 в упрощенном виде приведена структура кремниевого
n-p -n планарного фототранзистора. При облучении чувствительно­
го слоя фототранзистора в переходе база-коллектор возрастает сила
тока. Высвобождая электрические заряды в Р-области базы, пада­
ющий свет вызывает ток базы, который создает усиленный в 13 раз ток
коллектора Ic.
Как и диод, каждый транзистор явля ется фоточувствительным
элементом; именно поэтому транзисторы, также как и интегральные
схемы, покрывают непрозрачным материалом, если только не поме­
щают в металлический корпус. В последнем случае достаточно выре­
зать отверстие в корпусе, чтобы преобразовать маломощный тран­
+
....::i::... Vcc
i€: 10V
Рис. 3.6. При достоточной
освещенности
фототронзистор может
включить репе
зистор в мощнейший фототранзистор. Так
или иначе, удаление защитного слоя может
привести к сокращению срока службы тран­
зистора. Напротив, настоящий фототранзис­
тор разработан для оптимального приема све­
та и часто обладает линзой для концентрации
падающего света.
Фотодиод, показанный на рис. 3 .6, представ­
ляет собой диод •коллектор-база�, который

ФОТОТРАНЗИСТОРЫ
КонmокmнаQ
nлощоgко эмummepo
Эмummep
Поgоющuu сбеm
Конmа«mноя
nлощаgка бозr:1
Зона Р
База
Зона N Ка.ллекmор
Меmоллuзuро5онноя конmокmна� площоgко коллекmоро
Рис. 3.1 . Структуро фототранзистора
57
включен в прямом направлении плюсом (анодом) к положительно­
му полюсу источника питания; на рис. 3.4 он, напрm-ив, включен ка­
тодом к положительному полюсу источника питания и анодом к базе.
С точки зрения чувствительности к свету это различие не имеет боль­
шого значения. Но оно начинает играть роль в формировании частот­
ной характеристики, так как фотодиод на рис. 3 .4 имеет собственную
емкость, которой нельзя пренебречь.
Поскольку диод коллекторно-базовоrо перехода подключен
анодом к плюсу источника питания через коллекторную нагрузку
(обмотку реле) - см. рис. 3.6, - при таком включении увеличивается
коэффициент усиления по току транзистора. Таким образом, исполь­
зование фототранзистора целесообразно при работе на частотах пе­
реключения (модуляции падающего света), не превосходящих 100 кГц.
Фотодиод может работать на частотах в сотни мегагерц.
Последнее справедливо для большинства устройств, кроме случаев
испо льзования фотодиода совместно с реле, поскольку на таких час­
тотах в цепn коллектора применяют резистор или цепь, настроенные
на определенную частоту.
Существуют фототранзисторы, которые содержат только выводы
коллектора и эмиттера. В других случаях база также доступна через
третий вывод. Базу используют очень редко, поскольку это приводит
к снижению чувствительности. При необходимости вывод базы мож­
но применять в схеме настройки, вы полненной таким образом, что­
бы фототранзистор одинаково реагировал на разные лучистые по­
токи. Кроме того, фототранзистор можно вывести из рабочего
режима, подведя к базе достаточно большой ток, который приведет

58
4�-�-� --�-�
1 3,5t----+-----1---+---i
&J
V С( = 5V -==!====1:=;,"-1
О 2,5 VСЕ =1V --=--+-,=c--+.;,'-.r--!
�
V С( =0,JV
1( 2 Vc, =0,2V, -r--c:/-�'--;,,L..j
� Vcr=0,15
"
о
,-
l, S Vc,=0 ,1V"d-''v':-.т--t----i
ПРИЕМНИКИ ИК ДИАПАЗОНА
к ее перенасыщению. При наличии
выводов только базы и коллектора
можно использовать фототранзистор
в качестве фотодиода, благодаря чему,
как было показано, улучшается час­
тотная характеристика.
� 0,5
о
о
5
10
15
20
Существуют фототранзисторы, об­
ладающие относительно высоким уси­
лением по току. Так, например, Siemens
указывает для некоторых типов ко­
эффициент усиления по току в диа­
пазоне от 200 до 800. Речь здесь идет
о средних значениях, потому что уси-
Е � Осе>ещенмосmь, мВm/см
2
Рис. 3.8. Зависимость тока
коллектора от освещенности
ление по току меняется не только от
одного образца к другому, но и в зависимости от тока и напряжения
на коллекторе. Поскольку это отражается на чувствительности к све­
ту, характеристика чувствительности фототранзистора значительно
менее линейна, чем аналогичная характеристика фотодиода. В каче­
стве примера на рис. 3 .8 приводится график (для продукции КО!\tпа­
нии Texas Instruments) зависимости тока коллектора от полученного
излучения для различных значений напряжения на коллекторе V«.
Видно, что в фототранзисторе процесс преобразования света в ток не
всегда является линейным.
В данном случае применяется упоминавшееся в предыдущей главе
понятие освещенности, некоторые уточнения которого будут даны ниже.
Из-за изменений усиления по току увеличивается нелинейность
фотоэлектрического преобразования, которая более ярко выражена
в схеме Дарлингтона на фототранзисторах. Это устройство объеди­
няет в одном корпусе два транзистора (рис. 3 .9), где фототранзистор
РТ используется для управления базой Т.
?�ле[7-'.l
1
!lc
� Vcr.
РТt2--�Т _J10v
Рис. 3. 9. Схема
Дарлингтона
на фототранзисторах
По уже названным причинам частотная
характерист11ка схемы Дарлингтона будет
еще хуже, чем у фототранзистора, поэтому
ее не рекомендуется использовать на час­
тотах выше 10 кГц. Однако эта схема яв-
ляется очень чувствительным и простым
в использовании датчиком, что позволяет
с успехом использовать ее в устройствах
подсчета предметов, например в системах
обеспечения безопасности и т.д.

ПРЕДЕЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИGИКИ ФОТОПОЛУПРОВ ОДНИКОВ 59
ПРЕДЕЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ФОТОПОЛУПРОВО ДНИКОВ
Наиболее важной предельной величиной для всех фотоприемников
является максимальное обратное напряжение, которое они моrут вы­
держать в рабочем режиме. Это напряжение составляет около 100 В
для фоторезисторов наиболее распространенньrх типов, но существу­
ют и другие типы, которые выдерживают обратные напряжения до
350 В, вследствие чего позволяется питать их от сети 220 В.
Что касается фотодиодов, то допустимое обратное напряжение
обычно ограничено 30 В, хотя разработаны модели, выдерживающие
100 и даже 200 В. Использование столь высоких напряжений позволя­
ет последовательно включить фотодиод и высокоомный (в сотни ки­
лоом) резистор. Если ток диода будет изменяться в больших пределах
под воздействием света, то на выводах резистора можно получить от­
носительно высокое изменение напряжения. Поскольку на практике
использование повышенных напряжений небезопасно для человека,
предпочтение отдается напряжениям питания до 60 В и дополнитель­
ному усилению с помощью усилителя.
При работе с модулированным излу-
чением на повышенной частоте пред-
so
почтительно иметь на выводах фото-
диода напряжение, составляющее, по
50
крайней мере, 10 В, поскольку емкость
значигельно увеличиваетсяпри малых ero
значениях. На рис. 3 .10 показана зави­
симость емкости фотодиода С от об-
ратного напряжения V, для модели
BPW 41 (Telefunkelectronic).
с
40
u
30
20
10
'
"" '1'----r--t--t---
8
12
v., в
Эта зависимость проявляется и для
перехода база-коллектор фототранзи­
стора. Поэтому фототранзисторы так­
же не используют при очень малых
рабочих напряжениях, если требуется
работать с частотами модуляции выше
10 кГц.
Рис. 3. 1О. Емтсть фотодиода
Полупроводник может быть разру­
в зависит от прикладываемого
обратного напряжения
шен не только избыточным обратным напряжением, но и слишком
высоким током, который приводит к рассеянию мощности выше

60
Рис. 3.11
'✓се
10v
Фототранзисторы
всегда используются
в схеме
с резисторами R1
ПРИЕМНИКИ ИК ДИАПАЗОНА
предельно допустимой. Эти параметры важны для
фоторезисторов, питающихся высоким напряже­
нием. Предельное значение мощности рассеяния
для наиболее распространенных типов составля­
ет несколько сотен милливатт.
Для фотодиодов и фототранзисторов всегда
существует возможность выбора сопротивле­
ния нагрузки R1 таким образом, чтобы полное­
тью была исключена перегрузка по току. В при-
мере, приведенном на рис. 3.11, используется
сопротивление R1 = 1 кОм.
Если средний фотоэлектрический ток (ток коллектора) составля­
ет 1 мА, он определяет падение напряжения на резисторе R1 в 2 В.
Когда на фототранзистор РТ поступает модулированное излучение,
упомянутое напряжение изменяется, и с коллекторной нагрузки R1
эти изменения передаются через конденсатор С на электрический
фильтр или на усилительный каскад. При возникновении случайной,
очень сильной засветки фототранзистор ведет себя как короткоза:,ш­
нутая цепь, но и тогда ток коллектора нс может быть выше тока, опре­
деляемого только сопротивлением коллекторной нагрузки R1 по фор­
муле Ома V</R1 = 5 мА. Также отметим, что мощность, рассеиваемая
на транзисторе, остается всегда меньше 13 мВт, если брать значения,
приведенные в схеме на рис. 3 .11 . Необязательно обращать внимание
на предельно допустимые значения тока и мощности рассеяния, так
как никогда не возникает необходимость использования очень низ­
ких значений сопротивления нагрузки R1 и слишком высокого напря­
жения питания vcc·
ВЫЧИСЛЕНИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ,
ПОЛУЧЕННОГО ФОТОПРИЕМНИКОМ
В предыдущей главе было показано, что светодиод ИК диапазона об­
ладает энергетической светимостью около 10 мВт/м2• Учитывая
определение пространственного угла, на расстоянии 1 м от источни­
ка получают освещенность Е, = 10 мВт/м2, которую можно выражать
и в микроваттах на квадратный сантиметр. Поскольку освещенность
обратно пропорциональна квадрату расстояния, на расстоянии

ВЫЧИСЛЕНИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ, ПОЛУЧЕННОГО ФОТОПРИЕМНИКОМ
61
2 м наблюдается 250 нВт/см2, на 3 м - 111 нВт/см2, на 10 м - 10 нВт/см2
ИТ.Д.
Однако чувствительная поверхность фотодиода или фототранзис­
тора часто имеет площадь около 1 мм2 • На эту площадь падает в 100
раз меньше лучистого потока, чем на 1 см2; следовательно, на рассто­
янии 10 мот такого светодиода с его помощью можно получить не
более О,1 нВт лучистого потока при условии, что приемник и излуча­
тель расположены на одной оси.
Можно улучшить чувствительность датчик..1, снабдиз его линзой.
Если поверхность линзы имеет площадь 1 см2 и способна сконцент­
рировать получаемое излучение на чувствительной поверхности дат­
чика (1 мм2), можно увеличить принимаемый лучистый поток в 100
раз. Кроме того, отметим, что подобная линза позволяет получить ту
же мощность, что и в предыдущем случае, но на расстоянии большем
в десять раз.
Однако все эти выводы справедливы только в том случае, если
спектральная чувствительность фотоприемника и спектральная излу­
чательная способность светодиода полностью совпадают. На рис. 3 .12
показано, что это соответствие достаточно хорошо подтверждается на
примере фототранзистора (или фотодиода) РТ и светодиода на арсе­
ниде галлия (GaAs). На самом деле светодиод излучает только на
длинах волн, при которых чувствительность фотоприемника макси­
мальна, то есть рассчитана с допуском ±10%.
При сравнении чувствительности фототранзистора РТ к излуче­
ниям светодиода ИК диапазона и лампы накаливания (AI, рис. 3.12)
можно констатировать, что большая часть излученного лампой све­
тового потока соответствует длинам волн, для которых чувствитель­
ность фотоприемника очень мала. Так, чтобы получить одинаковую
освещенность на чувствительном слое фотоприемника РТ, лампа на­
каливания должна излучить мощность в два-три раза большую, чем
светодиод на GaAs.
Обычно световой поток от лампы накаливания выражается в люк­
сах. Но он является не чем иным, как фотометрической величиной
мощности света, подобно тому как поток излучения, измеряемый
в ваттах, является энергетической величиной мощности излучения.
Ее.ли поток излучения падает на поверхность, например, шющадью 1 см 2,
он также может быть выражен в милливаттах на квадратный сантиметр.

62
';1:,
�
"
�о
'ii
"'
I
g'"
Е
:,
u
о
I
Е
о
ПРИЕМНИКИ ИК ДИАПАЗОНА
1,0
Глаз
CdSe
ДI
0,9
0,8
0,7
0,6
о
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,1
1,2
Длuно �OJ\нt:1, мкм
Рис. 3 .12 . Благодаря своей спектральной характеристике фототранзистор
воспринимает лучистый поток от светодиода на GaAs в дво-три раза пучше,
чем от пампы накаливания (А1), в отличие от фоторезистора (CdSe),
который пучше адоптируется к пампе
В случае нагрева нити лампы накаливания до 2856 ·к световой по­
ток 1000 лк идентичен потоку излучения в 4,75 мВт/см2• Если при об­
лучении фототранзистора светом лампы накаливания получить на его
чувствительной площадке такой световой поток, а затем, сохраняя его
уровень, подать на фототранзистор излучение от светодиода ИК диа­
пазона, ток на коллекторе будет во втором случае вдвое-втрое выше,
чем в первом, за счет разных спектров источников излучения, один
из которых не адаптирован к фототранзистору.
Для многочисленных фотодиодов и фототранзисторов, успешно
используемых в области ИК диапазона, производители обозначают
чувствительность светового потока в люксах. Вышеприведенные ука­
зания позволяют, таким образом, провести лишь приблизительное
преобразование чувствительности для потока излучения, измеренно­
го в милливаттах на квадратный сантиметр. Если, например, изгото­
витель пишет, что ток коллектора фототранзистора равный 1 мА со­
ответствует освещенности 1000 лк (измерение провели с помощью
лампы накаливания), можно сказать, что такой же ток получают во
_
время освещения фототранзистора светодиодом на GaAs при осве­
щенности потоком излучения чувствительного слоя, лежащим в диа­
пазоне 1,5-2,5 мВт/см2.

РАСПРОСТРАНЕННЫЕ ТИПЫ ФОТОДИОДОВ И ФОТОТРАНЗИСТОРОВ
63
ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ К ИЗЛУЧЕНИЮ
Как видно из таблиц, приведенных ниже, производители по-разному
обозначают чувствительность.
С научной точки зрения, самый точный способ - обозначение от­
ношения величин электрического тока в фотодиоде и лучистого по­
тока, который вызывает этот ток. В предыдущем разделе показано,.
как можно опрелелить величину лучистого потока в за1:1ис11мости
от площади чувствительной поверхности фотоприемника. Если
при энергетической величине лучистого потока, например, в 1 мкВт
фотодиод проводит ток 0,5 мкА, его чувствительность составит
0,5 мкА/мкВт = 0,5 А/Вт. Использование такого обозначения (А/Вт)
возможно только в том случае, когда известны параметры чувстви­
тельной поверхности светодиода. Учитывая тип излучения, применя­
емого для измерения, при необходимости нужно провести преобра­
зование согласно вышеизложенным соображениям.
Можно обойтись и без знания параметров чувствительного слоя
приемника, задавая чувствительность в зависимости не от лучистого
потока, а от освещенности. Таким образом, можно получить ток кол­
лектора фототранзистора, облучаемого с поверхностной плотностью
потока излучения 5 мВт/см 2• Однако необходимо учитывать приро­
ду излучения, как было сказано выше.
Также можно определить ток коллектора, который возникает
в транзисторе при освещенности его чувствительного слоя равной
1000 лк. Но можно прибегнуть и к дифференцированному обозначе­
нию в микроамперах на люкс, которое показывает, на сколько мик­
роампер изменяется ток коллектора фототранзистора, когда осве­
щенность изменяется на 1 лк, например от 1000 до 1001 лк. В обоих
случаях необходимо провести преобразование так, как было показа­
но выше, если предусматривается использование источника с широким
спектром излучения при работе в ИК диапазоне.
РА СПРОСТРАНЕННЫЕ ТИПЫ ФОТОДИОДОВ
И ФОТОТРАНЗИСТОРОВ
В данном разделе описаны типы корпусов для фотодиодов и фото­
транзисторов. Корпусы бывают металлические (рис. 3 .13) и пласт­
массовые (рис. 3 .14).

64
ПРИЕМНИКИ ИК ДИАПАЗОНА
-
�,}
�w
МА
МА
мв
��}
-
�1д
MD
мс
Рис. 3. 13. Металлические корпусы для фотодиодов
и фототранзисторов
В табл. 3 .1 -3 .5 указаны основные характеристики нескольких наи­
более распространенных типов фотодиодов и фототранзисторов из­
вестных производителей.
В первой колонке уточняется, о каком типе фотоприемника идет
речь: о фотодиоде (DI), фототранзисторе (TR) или схеме Дарлинпо­
на на фототранзисторах (DA). В колонке Vceo дается максимальное
обратное напряжение перехода коллектор-эмиттер для транзистора
или обратное максимальное напряжение для диода.
В соответствии с соображениями, приведенными в двух предыду­
щих разделах, чувствительность обозначается либо при освещении
чувствительной площадки лампой накаливания (колонка «Видимый
свет»), либо при ее облучении светодиодом на GaAs (колонка «Излу­
чение ИК диапазона»).
Знать площадь чувствительной поверхности необходимо только
в том случае, если обозначение чувствительности приводится в ампе­
рах на ватт. Что касается пространственного уrла 0, информация, от­
носящаяся к светодиодам, справедлива и для фотоприемников. Часто
величина этого угла не указывается для типов, не имеющих встроен­
ных линз (плоское стекло), так как фотоприемники часто использу­
ются с внешними линзами.

РАСПРОСТРАНЕННЫЕ ТИПЫ ФОТОДИОДОВ И ФОТОТРАН
ЗИСТОРОВ
i-637
,}?
+
�·
к
А
РА
1
Ш=E-f
-
.п
--
-
�
РС
С1
-·
1
CD= Е-�
-
-
"·
с__;
РЕ
1
�-!"'
---.
D[
1
+
�'"'�
(Е)К
б,9 '
1
- -- -- ---·-
-
►
аiкс1
-
,:
·
-
ti
PF
,------- -- · --- -
------ --- ··•--
--<
-
-
►@=
СЕ1
р(;
1
!------ - ---
---+
--
----
--------i
Рис. 3.14. Пластмассовые корпусы для фотодиодов и фототранзисторов

66
ПРИЕМНИКИ ИК ДИАПАЗОНА
Таблица 3.1. Фирма Temic
DI ВР104
32
0,075
0,045
7,5
120
PI
DI BPV10 F(1*) 60
О,5д/V
30
РС
ТR BPV11 F(1*) 70
9 (>3)
30
PF
BPV22NF(1*)
0,085
DI
60
120
РО
ВРV 23NF(1*)
0,065
ТR ВРN13А
0,3
0,1
ТR BPW13В 32
0,45
0,15
80
МА
BPW13С
1
0,3
ТR BPW1�A
3
1
ТR ВРN14В 32
4,5
1,5
25
МА
ТR ВРN14С
10
3
ТR ВРN16N
0,4
0,14
80
32
PG
ТR BPW17N
3
25
DI BPW20
10
0,033
7,5
100
мв
DI ВРN24
50
0,075
0,042
0,64
40
MD
DI BPW34
32
0,05
0,05
7,5
120
Р1
ТR BPW39A
1
0,3
130
РВ
ТR BPW32B 32
2
0,6
130
РВ
ТR BPW40
6
2
40
РС
DI BPW41 (1*) 32
40мкА
7,5
130
PD
ТR ВРN42
32
3
80
РЕ
DI BPW43
32
0,015
0,08
0,25
50
РС
DI BPW46
32
0,085
0,05(>0,03)
7,5
130
PJ
ТR ВРN47
70
0,32-1,6
80
МА
Примечание.
1. С фильтром ИК диапазона.

РАа1РОСТРАНЕННЫЕ ТИПЫ ФОТОДИОДОВ И ФОТОТРАНЗИСТОРОВ
67
Таблица 3.1 . Фирма Temic (продолжение)
DI ВРN75 (1*) 32
0,048
7,5
130
РА
ТR РВW76
70
>1
>0,6
80
MD
ТR BFWП
70
>15
>7,5
15
МА
ТR BPW78A
6
2
32
50
PD
ТR BPW78В
12
4
DI BFW82 (1*)
РН
DI BFW83(1*) 32
0,045
7,5
130
PJ
DI BFW84(1•J
РА
ТR BFW85A
>0,8
ТR BFW85B 70
6
>1,5
50
РЕ
ТR BFW85C
>3
ТR BFW96A
>1,5
ТRBFW96B70
>2,5
40
РС
ТR BFW96C
>4,5
ВРХ38
>1
80
ТR
70
МА
ТR
70
МА
ВРХ43
>1,6
30
[У,
ВРХ99
32
30 м,\'100 т:
25
или 0,3 мВт/см2
МА
DI
S15ЗР
50
0,085
0,05
7,5
100
мв
ТR S252Р
>1,5
Примечания:
1. Значения для ВР 103, умноженные на 10.
2. С фильтром, подавляющим дневной свет.
3. Значения для ВР 103, умноженные на 2,5.
4. Длительность отклика 30 нс.
5. Значения для ВР 103, умноженные на 7,8.

68
Тобпицо 3. / . Фирма Temic (окончание)
ТR S25ЗР
45
ТR S254Р
TR S289P(1*) 40
TR ТЕFТ 4300 (1*) 70
>12
0,25-0 ,5
1---+------1---1--
ТR ВР 103/11
TR ВР 103/111
500
,
4-0,8
TR ВР 103/W
0
,
63
TR ВР 103 B/1I-IV 35
1.
DI ВР 104(2*) 20
DI
BFW34
32
0,08
01 BFW 34 F(2*}
ТR BFW 38/II-IV
3•
50
ТR ВРХ 43/1I-IV
1*
01
ВРХ 60
0,07
32
01
ВРХ61
0,07
01 ВРХ65 (4) 50
0,01
01
ВРХ90
>0,75
>3
3,2 (>0,8)
125-250
200,400
320-640
1*
0,7дfN
0
,
62дfN
50
3•
0
,
5дfN
0
,
62дfN
0,55дfN
0
,
5дfN
ПРИЕМНИКИ ИК ДИАПАЗОНА
25
МА
60
РЕ
60
РЕ
---
--
-+---
-
-1-----
0,12
110
0,12
50
РС
5
120
PI
7,3
120
PI
0,68
80
МА
7,3
110
мв
MD

РАСПРОСТРАНЕННЫЕ ТИПЫ ФОТОДИОДОВ И ФОТОТРАНЗИСТОРОВ
69
Таблица 3.2. Фирма Siemens {продолжение)
32
0,045
5
120
PI
01 ВРХ 90 К(2*)
26
ТR ВРУ 62/1I.. . IV 32
5•
5•
0,12
16
МА
1R lРТВОА
30
0,4
80
РО
01 SFН 205,206
50
2'
20
7,3
140
PJ
DI SFН206К
0,08
01 SFН 217
30
0,01
120
РС
01 SFН 217 F(2')
6
01 SFН 219
7
0,07
0,5 д/v
120
МО
01 SFН 225(2') 20
0,034
4,8
120
РН
SFН 229
DI
20
0,028
0,3
34
РЕ
SFН 229 F (2*)
0,02
01 SFН 230(2*)
52
20
7,3
120
РА
01 SFН F 230(2*)
48
SFH 302- 2
1,75
0,8 -1,6
SFH302-3
2,8
О,12-2,5
1R SFH 302-4 50
4,5
2-4
0,68
во
МА
SFН302-5
7,1
3,2-6 ,4
SFH 302- 6
9,5
>2,5
1R SFH 303
13 (>4)
50
0,3
40
РС
1R SFН 303 F (2')
4(>1,6)мА.
1R SFН 309
5(>1,6)
35
4(>1мА.)
0,05
32
РЕ

70
Таблица 3.2. Фирма Siemens (окончание)
ТR SFН�F12•1
ТR SFН317
ТR SFН317F12•1
1,31>0,41
1,81>0,51
50
Таблица 3.3 . Фирма Philips
ТR ВРW22А-1 50
ТR BFW22A-II 50
DI
BFW50
32
ТR
ВРХ25
131>5)
32
ТR
ВРХ29
0,81>0,251
DI
ВРХ61
35
0,07
DI ВРХ61 Р
70
ТR ВРХ72D
0,85-2
30
ТR ВРХ72Е
1,4-3
ТR ВРХ95С-1
30
ТR ВРХ95С--11
200 (>1001
5-25
0,045
0,035
0,07
3-15
>10
ПРИЕМНИКИ ИК ДИАПАЗОНА
0,3
120
PF
20
PG
20
PG
5
120
PD
15
МА
65
6,75
110
мв
0,1
120
МА
35
РС

РАСПРОСТРАНЕННЫЕ ТИПЫ ФОТОДИОДОВ И ФОТОТРАНЗИСТОРОВ
11
Таблица 3.4 . Фирма TRW
OPSOO
>4
20
18
ТR OPSOOSID
10-24
20
18
ТR OPSOOSLC
17-35
20
18
ТR OPSOOSIВ 30
25-50
20
18
PG
ТR OPSOOSLA
>40
20
18
ТR OPSOOSR
>0,08
0,13
18
ТR OPSOOW
>0,5
20
90
ТR ОР501
Иденп,tноОР500..., эа11ОО11О'tМ1еМС/ЮJЮIЫХсоедмненмй
ТR OP508F 30
>0,5
20
120
РО
DA ОР530 15
>5
0,5
18
PG
DA ОР538F 15
>1
120
РО
ТR
ОР593
>1
1,5
120
PG
30
ТR
ОР598
>2,5
40
PG
ТR
ОР800
>0,5
25
ТR OP800W
>0,3
80
ТR ОР801
0,5-3
25
ТR ОР801 W
0,5-3
80
ТR
ОР802 30
2-5
5
25
МА
ТR OP802W
>2,5
80
ТRОР803
4-8
25
ТR ОР804
7-22
25
ТR
ОР805
>15
25
DA ОРВЗQ
15
-
>15
0,5
25
МА
DI
ОР913
>0,12
10
32
5
мв
DI OP913W
>0,04
30

72
ПРИЕМНИКИ ИК ДИАПАЗОНА
Таблица 3.5 . Фирмы Asea Hafa, Motorola
ТR 2В50В
>б
30
18
МА
ТR 2В50С
>12
ТR 2В50FВ
>0,6
30
80
МА
ТR 2B50FC
>1,2
ТR 2В95В
>б
40
18
МА
ТR 2В95С
>12
Од 6В82
60
50
МА
MRD300
8
ТR
50
5
МА
MRD310
3,5
МRDЗбО
20
DA
40
0,5
МА
MRD370
10
MRD500
0,009
D
I
100
5
MD
MRD510
0,002
ТR MRD701
30
0,5
0,5
PD
DA MRD711
60
25
0,5
PD
MRD3050
>0,1
MRD3051
>0,2
TR MRD 3054
30
>0,5
5
МА
MRD 3055
- >1,5
MRD3060
>2

ПИРОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРИЕМНИКИ
73
ПИРОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРИЕМНИКИ
Пироэлектрические приемники реагируют на изменения температу­
ры, а значит и на изменения освещенности чувствительного слоя,
которые обусловлены, в часности, появлением человека в угловом
поле оптической системы фотоприемника. Для тоrо чтобы пироэлек­
трический приемник среагировал, необходимо, чтобы температура
человека отличалась от температуры окружающей среды, причем для
опознавания достаточно разницы в 5 •с.
Чувствительным элементом датчика, преобразующего температу­
ру (неэлектрическую величину) в заряд (электрическую величину),
является пироэлектрический элемент - приемник. Поэтому подоб­
ные устройства часто называют датчиками с пироэлектрическими
приемниками или пассивными ИК датчиками. Термин <<пассивный
датчик>> подчеркивает наличие лишь приемника теплового излуче­
ния и отсутствие необходимости в искусственном источнике излуче­
ния. Почти все пироэлектрические приемники, встречающиеся в про­
даже, имеют на входе усилитель.
Датчики с пироэлектрическими приемниками используются в сис­
темах сигнализации, для автоматического управления освещением,
открывания дверей, кранов, включения сушилок для рук, наблюде­
ния за скотом и птицей, а также для остановки работы машин в слу­
чае возникновения опасности для человека.
В таких приборах могут использоваться разные материалы (на
базе титана, тантала или полимеров), что не отражено в документа­
ции производителей. Но это несущественно, так как свойства различ­
ных приемников во многом похожи. Пироэлектрические приемники
способны работать в широком спектральном диапазоне: от ультра­
фиоле товых волн до волн длиной 0,3 мм. Наиболее часто в датчиках
вышеуказанных типов используется оптический диапазон 6-15 мкм.
Как правило, спектр рабочих длин волн ограничивается путем уста­
новки оптического фильтра перед пироэле1<Трическим приемником,
который ведет себя как конденсатор, заряжающийся менее чем на
1 мВ при изменении температуры чувствительного слоя под воздей­
ствием падающего света. Поскольку необходимо, чтобы это измене­
ние происходило как можно быстрее, чувствительные элементы из­
готавливают в виде очень тонких пластин или пленок. Тем не менее
требуется нес1юлы<о десятых долей секунды для того, чтобы выходное

14
ПРИЕМНИКИ ИК ДИАПАЗОНА
напряжение приемника достигло максимального значения после из­
менения температуры. В действительности напряжение конденсато­
ра никогда не достигает теоретического максимума, так как конден­
сатор разряжается из-за проводимости своего диэлектрика. Таким
образом, изменение температуры запоминается лишь на несколько
секунд.
ПРИМЕР ПИРОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ДЕТЕКТОРА PID 11
(SIEMENS)
Пироэлектрические приемники в силу инерционности отли'чаются
значительным временем задержки по сравнению с другими приемни­
ками, о которых говорилось выше. Для примера на рис. 3 .15 показан
характер выходного импульса пироэлектрического приемника PID 11
(Siemens).
Известно, что использование зарядов, составляющих доли милли­
вольта и накопленных на малых емкостях, вызывает серьезные труд­
ности при изоляции и защите от помех. Поэтому все пироэлектри­
ческие приемники, которые можно встретить в продаже, содержат
в своем корпусе усилитель с высоким входным сопротивлением.
В случае применения PID 11 напряжение питания такого усили­
теля может колебаться в диапазоне 4-12 В при оптимальном напря­
жении питания 4,5 В. При питании от источника 4,5 В усилитель по­
требляет 0,4 мА и обладает выходным сопротивлением 2 кОм. При
.,
:,
I
�Q.
с:
о
I
"
о
I
с,,
D
(D
( Vop-0,бV)
2
----'-- -�---
�,
1
2
3
4
Времi:., с
- �-�-�--___,__
2
3
4
ВремR, с
Рис. 3. 15. Характер напряжения на выходе приемника PID 11
при резком изменении температуры объекта, находящегося в поле его зрения

ПРИМЕР ПИРОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ДЕТЕКТОРА PID 11
75
размещении предмета площадью 30х40 см с температурой, на 5 °С
превышающей температуру окружающей среды, на расстоянии 1,5 м
от приемника усиление его усилителя по напряжению таково, что на
выходе PID 11 получают импульс с амплитудой 1,1 В.
Высокий КПД будет достигнут только в том случае, если распо­
ложить перед чувствительной площадкой приемника оптическую
систему, например линзы Френеля, о которых будет рассказано в сле­
дующем разделе. Площадь входного зрачка оптической системы со­
ставляет несколько квадратных сантиметров; в результате размеры
приемного блока увеличиваются. На рис. 3 .16 приведены эти разме­
ры, а также расположение выводов.
Напряжение питания подается между входом, обозначенным на ри­
сунке V0P
, и �землей•. VQ представляет собой выходное напряжение,
а Vre1 (используется редко) - опорн ое напряжение равное 0,5 (V°" - 0,6 В).
Оптическая система определяет угловое поле, сформированное уг­
лами ±7°
в горизонтальной плоскости и ±9°
- в вертикальной. Благо­
даря такой диаграмме направленности PID 11 можно использовать
на расстоянии многих метров от объекта, который необходимо опо­
знать по ero излучению.
Дальность действия понимается как зависимость выходного на­
пряжения приемника от расстояния, на котором в угловое поле оп­
тической системы попадает человек (рис. 3.17).
График построен для температуры окружающей среды 22 •с. Ес­
тественно, результат эксперимента во многом зависит от экраниру­
ющих свойств одежды человека, проходящего перед обнаружителем.
38
1
" Земля"
Vop
Vo
v,.,
32
Рис. 3 .16. Передняя сторона и сторона выводов
детектора РЮ l l. Высота корпуса составляет 35 мм
"'
N

16
1,8
CD !,6
о
�
1,4
1,2
"'
о 1,0
I
0,8
u
,:,
0,6
о
r
[ 0,4
CD 0,2
о
ПРИЕМНИКИ ИК ДИАПАЗОНА
\
'
1
\
'\
"
"-,__
'-:--.-...
1----
1
О
2345678
Poccmo�нue, м
Рис. 3. 17. Зависимость выходного напряжения приемника PID 11
от расстояния при появлении человека в угловом поле обнаружитепя
ПРОСТЫЕ И СДВОЕННЫЕ ДАТЧИКИ
Наряду с относительно сложными элементами, такими как пироэлек­
трический датчик PID 11, объединяющий в одном корпусе оптичес•
кую систему, приемник и усилитель, существуют и друrнс элементы,
более простые и зачастую более удобные в применении.
Рис. 3 .18 иллюстрирует простейшее устройство: пироэлектричес·
кий приемник изображен в виде конденсатора, вместе с нелинейным
элем�нтом и полевым транзистором.
Нелинейный элемент - варистор - защищает входные цепи при·
емника, предотвращая возникновение случайной перегрузки или ЭФ·
фекта перенасыщения при очень сильных колебаниях температуры.
Такое устройство должно отслеживать изменение средней темпе·
ратуры поверхности на несколько градусов пр11 ее дистанционном
измерении. Изменение температуры поверхности чувствительного
элемента очень мало. Другими словами, малейший поток воздуха, до­
стигающий открытой поверхности чувствительного элемента, может
оказать такое же воздействие, как и тепловое излучение человека.
Во избежание помех, вызывающих ложные тревоги, применяют
.:;двоенные последовательно включенные элементы, имеющие обрат­
ную полярность, как показано на рис. 3 .19, или соединенные паралель­
но (рис. 3 .20). Такое включение элементов называют дифференцuалъ-
11Ь!М. Потоки воздуха и другие природные явления, обладающие
сходным действием (облака, закрывающие солнце; капли дождя, сте­
кающие по стеклу), одинаково воздействуют на оба элемента, причем
сигналы помех взаимно компенсируются.

ПРОСТЫЕ И СДВОЕННЫЕДАТЧИКИ
17
Другой способ уменьшения помех при попадании •1еловека в угло­
вое поле приемника заключается в том, чтобы снабдить приемник
оптической системой, фокусирующей тепловое излучение на одном
из двух чувствительных элементов. Эти элементы обычно имеют пря­
моугольную форму (например, 2х1 мм). Приближение нагретого
объекта приводит к накоплению зарядов <,плюс-минус• на первом
элементе и <,минус-плюс,> - на втором. За счет инерционности по­
следовательно включенных датчиков две последовательности �плюсt>
складываются; при этом возникает а:-.шлитуда в два раза бпльшая, ·-1ем
в случае применения одного элемента.
Однако это не означает, что два последовательно включенных при­
емника всегда имеют преимущество перед двумя включенными па­
раллельно, имеющими меньший тепловой шум и форму амплитуды,
близкую к импульсной, что позвпляет вести отсчет импульсов. Такой
приемник идентифицирует человека в своем угловом поле только
в случае, если fl течение ааданноrо промежутка времени принято не­
сколько импульсов (напр11мер, три). Это повышает помехоустойчи­
вость.
Конечно, вышесказанное справедливо при условии, если оба при­
емшша раэмещены не вертикально, а горизонтально, и оптика фик­
сирует человека действительно там. где он находится. Поскольку
при наблюдениях за обш11рным11 пространством оптическая система,
включающая в себя небольшое количество лина, может вызвать про­
блемы. для этой цели используют мно гоканальную, состоящую из
десяти и более линз и увеличивающую вероятность обнаружения
человека в охраняемом пространстве в n раз (п - количество линз).
Этот метод сравним с барьерами многократного отражения, которые
будут рассматриваться ниже. Многоканальная система обнаружения
пассивного типа позволяет отследить нарушителя, который ползет по
полу или излучение которого хорошо экранировано теплой одеждой.
Рис. З. 18. Простейший
Г!Ироэлектрический
Гtриел-,.,и к
Рис. 3. 19. Датчик с двумя
последовательно
включенными элементами
Рис. 3 .20. Датчик с двумя
параллельно включенными
элементами

78
ПРИЕМНИКИ ИКДИАПАЗОНА
Кроме того, не следует пренебрегать «зимним феноменом�. Он со­
стоит в том, что приемник включается, реагируя на низкую темпера­
туру одежды, когда тепло одетый человек входит с холода в нагретую
комнату.
ЛИНЗЫ ФРЕНЕЛЯ
Оптические системы, о которых шла речь выше, представляют собой
плоские линзы из пластмассы (полиэтилена), имеющие концентри­
ческие насечки и известные, прежде всего, по рекламным сувенирам.
Их преимущество заключается не только в небольшом весе и малых
размерах, но и в ограниченном поглощении излучения за счет малой
толщины.
Достаточно прозрачные для ИК излучения материалы, использу­
емые для изготовления линз, слишком дороги для разрабатываемых
приложений.
Стоит подчеркнуть, что оконное стекло недостаточно прозрачно
для среднего ИК излучения. Если поставить стеклянную заслонку
перед каминным огнем, то окажется, что через нее прекрасно видно
пламя, в то время как поднесенная к ней рука значительно меньше
ощущает тепло.
Рис. 3.21 показывает, что оптическая система на линзах Френеля
(тип FL 2512/2, Heimann - Siemens) состоит из множества элемен­
тов (в данном случае одиннадцати), каждый из которых имеет свою
концентрическую линзу.
Для увеличения эффективности приема теплового излучения не­
обходимо расположить чувствительный элемент приемника в общем
фокусе всех одиннадцати линз оптической системы так, как изобра­
жено на рис. 3 .22.
На рис. 3.23 приведены три вертикальных угловых поля с выбо­
ром наклона оптической оси для ведения наблюдения начиная с вы­
соты 2,30 м, установленной с учетом максимального роста человека.
На диаграмме направленности в горизонтальной плоскости (рис. 3.24)
показано, что оптика характеризуется пятью относительно узкими
угловыми полями. Они расположены в вертикальной плоскости.
Комбинируя эти две диаграммы в пространстве, можно заметить,
что описанная система обладает, по крайней мере, пятнадцатью точ­
ками нацеливания.

ЛИНЗЫ ФРЕНЕЛЯ
79
Существует множество ва риантов исполнения оптических сис­
тем: формирующие угловые поля в трех измерениях - объемные,
в двух измерениях - поверхностные, в одном - лучевые. Так как ко­
личество формируемых лучей конечно, для трех измерений форми­
руется неполный объем; подобные оптические системы называют
квазиобъемными. Обычно производители пироэлектрических при­
емников поставляют их вместе с оптическими системами в зависи­
мости от заказа. Например, делая заказ приемника в компании RTC,
для получения подходящей линзы достаточно добавить к его обозна­
чению буквы FL.
Деmекmор
43 53
28
66
-33
Рис. 3 .21. Эта оптическая система
представляет собой
пластмассовую пластину,
содержащую 11 линз Френеля
Лuнзо
"-
;:::;
66
Рис. 3 .22. Чувствительный элемент
приемникадолжен быть расположен
в общем фокусе линз
оптической системы
О36912151821242730
Poccmo,н-,ue, м
Рис. 3 .23. Оптимальное расположение приемника,
ведущего наблюдение за жилой комнатой

80
ПРИЕМНИКИ ИК ДИАПАЗОНА
Рис. 3 .24. Диаrрамма направленности для оптической системы
с пятью узкими уrповыми полями лепестков в rоризонтальной плоскости
РАСПРОСТРАНЕННЫЕ ТИПЫ
ПИРОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРИЕМНИКОВ
Кроме характеристик рассмотренного выше приемника PID 11
в табл. 3 .6 и 3.7 приведены характеристики некоторых других типов
пироэлектрических приемников.
В колонке << Расположение>> указано число элементов ( 1 или 2) и тип
их включения (S - последовательное, Р - параллельное), в следующей
колонке - размеры (площадь) каждого элемента в миллиметрах.
Характеристика шума представлена как максимальное пиковое
значение для большинства образцов, каждый из которых тестировал­
ся в течение одной минуты.
В колонке «Среднее значение мощности>> приводится среднее зна­
чение лучистого пото1<а, эквивалентного шуму (нановатты на герц).
Измерения проводились на частоте срыва колебаний излучения 10 Гц
(1 Гц для продукции Heimann - Siemens) и при рабочей частоте 1 Гц.
Чем ниже эта величина, тем лучше соотношение сигнал/шум.

РАСПРОСТРАНЕННЫЕ ТИПЫ ПИРОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРИЕМНИКОВ
81
Таблица 3.6. Пироэлектрические детекторы Heimann - Siemens
Uii802/806
2х2
<50
0,7
2300
Ш/МZ.
Uii804/808
2х1
<50
0,29
4700
Ш/МZ.
Uii 804J808TC 2Р*
2х1
<50
0,89
4200
Ш/МZ.
Uii841/845
25
2х1
<50
0,64
2100
Ш/МZ
Uii 844/848
25
2х1
<50
0,71
3000
Ш/МZ.
Uii854/858
25
2х1
<50
0,89
4200
Ш/МZ.
Uii944/948
2Р
2х1
<40
0,33
1900
Ш/МZ.
Uii954/958
2Р
2х1
<40
0,35
3500
МУ/МZ.
1.Нi 1058
2Р
2х1
6000
0,6
1,2x1D6
мz
Примечания:
1. Один из двух элементов. защищенный от излучения, служит для тем­
пературной компенсации.
2. Стандартная оптическая полоса пропускания 8-14 мкм. По заказу мо­
rут быть изготовлены приемники с другими спектральными характери­
стиками (2-14 мкм; 2-35 мкм; 4,6-4,75 мкм; 3,5-5, 1 мкм; 3,5-8 мкм).
3. Угловое поле составляет, по крайней мере, 116° для всех указанных
типов.
4. LHi 1058 содержит встроенный усилитель, двухполярное напряжение
питания которого может 1<олебаться от ±2 до ±9 В. Все другие типы пи­
роэлектрических приемников имеют полевой транзистор на входе, и их
одно полярное напряжение питания может быть от 3 до 15 В (оптималь­
ный показатель около 5 8).
5. LHi 841/845 обозначает два эквивалентных типа LHi 841 и LHi 845, кото­
рые отличаюrся друг от друга только своими корпусами: МУ (плоский) -
для первого типа, MZ (обычный)- для второго.
6 -637

82
ПРИЕМНИКИ ИКДИАПАЗОНА
Выходной сигнал указан в виде пикового значения, полученно­
го при освещенности в 25 мкВт/см2 и частоте срыва колебаний
1 Гц.
Чувствительность дана в вольтах на выходе, деленных на ватты,
при длине волны 10 мкм и частоте срыва 10 Гц (1 Гц для продукции
Heimann - Siemens). На практике чувствительность измеряют в зна­
чениях, эквивалентных вольтам на ватты - мкВ/мкВт. В последней
колонке указано условное обозначение типа корпуса.
Таблица 3.7 . Пироэлектрические приемники RTC
KRX 10
2S
2х1
<45
>570
PZ
КRХ11
2S
2х1
<65
>570
PZ
APW100 2S
2х1
<45
>570
MZ
АРУ97
2S
2х1
<50
2,5
>95
мz
RPV100
2х1
<45
2,5
460
>100
мz
АРУ101
2х1,5
<45
3,8
460
>65
мz
АРУ102
2х2
<45
5
460
>50
MZ
АРУ107
2х1
<45
3
385
>90
MZ
RPV 109
2х2
<45
6
385
>45
мz
Примечания:
1. Угловое поле составляет 100°
для всех типов, кроме RPY 97, для кото­
рого эта величина рав11яется 130'.
2. Оптическая полоса пропускания лежит в диа11азо11е 6,5 -14 мкм для
всех типов, кроме RPY 107 и RPY 109, у которых соответствующий
диапазон составляет 1-15 мкм.
3. Пироэлектрические приемники всех типов имеют на входе предусилитель,
собранны•й на полевом транзисторе. Его активная межзлектродная про­
водимость равна 1,3 мА /В.
4. Оптимальное напряжение питания составляет 5 В.
5. Допустимый диапазон изменений напряжений питания для всех типов
приемников 3-10 В.

РАСПРОСТРАНЕННЫЕ ТИПЫ ПИРОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРИЕМНИКОВ
83
Следует отметить, что приемники различных производителей
обычно незначительно отличаются по своим характеристикам. Так,
например, графики зависимости, приведенные на рис. 3 .25 и 3.26 для
LHi 944 и RPY 97 соответственно, похожи.
Напротив, величины чувствительности, указанные в таблицах, на­
ходятся в отношении 1:20, так как одна определяется как типичное
-
Е
rn
'
{D
i"-.
,;
Еu
о
1000
х
"'�
о
с;
.,
Е::,
<D
Еu
<D
:r
"\
100
О,1
10
100
l..locmomo, Гц
Рис. 3.25. Зависимость чувствительности от частоты срыва колебаний (LHi 944)
Е
{D
'
-r-_
rn
о
Еu 1000
о
""
х
о
с;
"
''
Е::,
<D
Е
1
"
"
u
<D
>-
:r
r..�
100
�
О,1
10
100
4ocmoma. rц
Рис. 3 .26. Зависимость чувствительности от частоты срыва колебаний (RPY 91)

84
ПРИЕМНИКИ ИК ДИАПАЗОНА
значение при 1 Гц (табл. 3 .6), а другая - как минимальное значение
при 10 Гц (табл. 3 .7).
Формы корпусов изображены на рис. 3 .27 . Тип металлических кор­
пусов - то 39.
МУ
мz
Рис. 3.21. Виды корпусов пироэлектрических приемников.
Корпусы Р изготовлены из пластмассы, М - из металла

171АВ,\
СТРАНИЦА
1
Особенности невидимого излучения
11
2
Излучающие диоды ИК диапазона
25
з
Приемники ИК диапазона
51
4 ПРОСТЫЕ ОПЫТЫ
Экспериментальная схема
86
Опыты по оценке диаграмм
наnрааленности и КПД
87
Опыты по фильтрации
88
Отражение и рефракция
90
Опыты с фоторезистором
91
5
Барьеры и системы сигнализации
93
Оптические обнаружители
6
пассивного типа
117
7
Передача аудиочастот
с помощью АМ излучения
135
8
Передача аудиочастот с помощью ЧМ
159
Восьмиканальное
дистанционноеуправление
179
10
Дистанционное управление
для аудио- и видеоустройств
197
11
Другие приложения
211

86
ПРОСТЫЕ ОПЫТЫ
Проведение экспериментов - наилучший способ знакомства с новы­
ми техническими разработками, особенно если для этого требуется
минимальное количество элементов, как, например, при использова­
нии излучения ИК диапазона.
В частности, для реализации схемы фильтрации излучения дос­
таточно иметь в распоряжении общедоступные средства: неболь­
шую пластину из прозрачной пластмассы, кусок кальки и черный
маркер.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАSI СХЕМА
Для проведения первых экспериментов используется светодиод ИК
диапазона и фототранзистор. Ток коллектора 1< фототранзистора соз­
дается при облучении его световым потоком светодиода.
В расчете на оптимальное выявление эффекта ориентации пред­
почтение отдается приборам с узкими диаграммами направленности,
таким как CQX48, CQY37, LD271 для светодиода и ВР103, BPW22,
BPW96, ВРХ25 для фототранзистора.
Чтобы светодиод и фототранзистор независимо размещались на
рабочем столе, предусмотрено их раздельное питание, хотя вполне
допустимо и питание от одной батарейки.
Рис. 4.1. Схема расположения
элементов
Оба прибора нужно расположить на
твердой подставке строго горизонталь­
но, друг против друга, на одной оси
(рис. 4 .1). Очевидно, что ток коллекто­
ра 1< фототранзистора будет зависеть
от ИК излучения, поступающего от светодиода. Ориентацию прибо­
ров во время опыта можно слегка изменить при помощи небольших
кусков кальки, подложив их с той или другой стороны так, чтобы
была возможность наклонить их вверх или вниз.
Работу проводят при естественном освещении, не прибегая к за­
темнению. Можно оценить величину тока коллектора 1< фототранзи­
стора при засветке его внешним источником (естественное освеще­
ние), если сначала собрать только цепь приема. Ток коллектора,
измеряемый микроамперметром, в этом случае должен быть менее
2 мкА.

ОПЫТЫ ПО ОЦЕНКЕ ДИАГРАММ НАПРАВЛЕННОСТИ И КПД
87
ОПЫТЫ ПО ОЦЕНКЕ ДИАГРАММ НАПРАВЛЕННОСТИ И КПД
Размещая схемы, изображенные на рис. 4 .2, на дистанции около 10 см
друг от друга, постепенно изменяют их взаимное расположение для того,
чтобы увеличить ток коллекто­
ра Ic фототранзистора. Когда
этот ток достигает 100 мкА, рас­
стояние увеличивают и вновь
начинают настройку. В конце
опытовполучаютток Ic = 100 мкА
на дистанции 15-30 см.
+
70mA
1
+
4700,5W
U
A
,,, j = �+---
ем
i_ ,,_
Рис. 4.2 . Схема, использующая светодиод
ИК диапазона и фототранзистор
Если теперь уменьшить рас-
стояние ровно вдвое, можно проверить справедливость закона квад­
рата расстояния, в соответствии с которым ток коллектора Ic должен
возрасти в четыре раза. Практически он достигнет величины 600 мкА,
поскольку при уменьшении расстояния увеличиваются световой по­
ток и коэффициент усиления фототранзистора, а вместе с ними воз­
растает и величина Ic.
Чтобы провести сравнение с другим источником излучения, лучше
использовать небольшую лампочку с линзой, питающуюся от батарей­
ки на 1,3 или 1,5 В. Такая лампа потребляет мощность приблизительно
равную той, что требовалась свето­
диоду ИК диапазона в предыдущем
опыте. Кроме того, лампочка также
излучает в ограниченном угловом
поле. Если обеспечить ей питание
в соответствии с рис. 4.3, можно по­
вторить предыдущий эксперимент.
Такое излучение позволяет по­
крыть расстояния того же порядка,
что и во время опыта со светодиодом
470 o.sw
С3
4SV
По""nочко
'
1,3 UJl,J 1,5V
Рис. 4 .3. Предпочтение отдается
лампочке, которая потребляет
мощность, идентичную потребляемой
изпучателем в схеме на рис. 4 .2
ИК диапазона. Однако стеклянная колба лампочки рассеивает лучис­
тый поток. Наличие примесей в стекле также приводит к искажению
диаграммы направленности излучения. В этом случае для получения
оптимального согласования требуется настройка. Необходима она еще
и потому, что у различных образцов излучателей пространственное по­
ложение максимумов излучения неодинаково.

88
ПРОСТЫЕ ОПЫТЫ
В отсутствие лампы указанного типа рассмотренный опыт мож­
но провести с помощью лампочки от карманного фонаря. При этом
лампочку без линзы можно сравнить с излучающим диодом, не об­
ладающим узкой диаграммой направленности. Следует учитывать
возможную разницу характеристик излучения лампочки и свето­
диода при изменении величины питающего напряжения. Также
можно констатировать, что отклонение тока питания от номиналь­
ного значения в опыте с лампочкой приводит к большему измене­
нию потока излучения, чем в случае использования диода ИК ди­
апазона.
ОПЫТЫ ПО ФИЛЬТРАЦИИ
Для проведения следующего эксперимента необходимо подгото­
вить два �фильтра>.'>. В качестве первого можно использовать лист
из прозрачного материала (например, кусок целлофана, сигаретную
упаковку, нейлоновые файлы, пластмассовую линейку) размером не
менее 2х5 см. У одного края этого прозрачного предмета черным
маркером рисуется круг диаметром приблизительно 1 см, причем
наносится несколько слоев красителя до тех пор, пока поверхность
полностью не перестанет пропускать видимый свет. Затем такую же
операцию проделывают со вторым �фильтром,,, - листом кальки
. того же размера.
Повторяя опыт по схеме, изображенной на рис. 4.2 (расстояние
между излучателем и приемником выбирается так, чтобы ток коллек­
тора при оптимальной настройке был равен 100 мкА), на пути про­
хождения излучения ставят необработанный участок прозрачного
листа. Значение тока I, уменьшится приблизительно со 100 до 90
мкА. Такой эффект обусловлен в основном отражением от поверхно­
сти листа, а не поглощением. В этом можно убедиться, если поэкспе­
риментировать с прозрачными листами или пластинами различной
толщины.
Теперь, поместив обработанную часть фильтра непосредственно
перед фототранзистором, можно наблюдать дополнительную потерю,
составляющую 10% (Ic = 80 мкА). При размещении фильтра прямо
перед излучающим диодом ток коллектора I, становится равным
70 мкА.

ОПЫТЫ ПО ФИЛЬТРАЦИИ
Разница объясняется тем, что
область, закрашенная маркером, не
однородна. Таким образом, поверх­
носrь фильтра не является плоской
и возникает эффект линзы, кото­
рый можно наблюдать, если кис­
точкой нанести на ровное стекло
про зрачный лак. Изображение, ко­
торое получено при помощи обра­
ботанного таким способом стекла,
в определенной степени деформи­
ровано. Другими словами, имеет
место рассеянное излучение, как
показано на рис. 4 .4 .
Нопробл енное
uзлученuе
Россе�нное
uзлученuе
Исmочнuк
==--
Фu.nьmp
Рис. 4.4. Фильтр вызывает эффект
рассеяния, если его поверхности
не идеально плоские
89
Аналогичного эффекта можно добиться, используя и необработан­
ный материал, если он не идеально прозрачен.
Опыт с прозрачным фильтром может быть повторен при замене све­
тодиода ИК диапазона лампо чкой, как показано на рис. 4 .3. В этом слу­
чае фильтр пропускает только до 60% излучения. Это значит, что он
поглощает видимую часть излучения, пропуская только ИК лучи, ис­
пуска емые лампочкой.
Благодаря шероховатой поверхности калька способна рассеивать
свет, но если обработать ее с помощью маркера, то неровности запол­
нятся, и она станет более гладкой. Там, где бумага с виду кажется про­
зрачной, прохождение инфракрасного излучения будет затруднено,
а через зачерненные места лучи пройдут свободно.
При работе с парой светодиод-фототранзистор можно наблюдать,
как величина тока Ic устанавливается на уровне 25% от начального
значения, если перед фототранзистором поместить обработанную
часть фильтра, и лишь 10% - в противном случае.
Если же поместить фильтр перед светодиодом, данное соотноше­
ние составит 10% и 4%. При использовании лампочки разница будет
значительно меньшей.
Естественно, этот эксперимент можно провести, применяя и дру­
гие источники (например, лампу дневного света, флуоресцентную
лампу, свечу и т.д .) . Также допустимо воспользоваться иными типа­
ми фильтров. Например, чернила и маркер черного цвета на глаз

90
ПРОСТЫЕ ОПЫТЫ
очень похожи, однако чернила поглощают инфракрасное излучение
так же, как и видимый свет.
ОТРАЖЕНИЕ И РЕФРАКЦИЯ
Свет карманного фонаря отражается от белой стены гораздо лучше,
чем от темной поверхности. Но то, что человеческий глаз воспри­
нимает как светлое, не обязательно является таковым для светоди­
ода, и наоборот. В этом можно убедиться на опыте, суть которого
заключается в наблюдении излучения, отраженного от поверхнос­
ти (белой или цветной бумаги, матового или блестящего листа и т.п .) -
см. рис. 4.5 .
Используя некоторые типы белой бумаги, с трудом удается полу­
чить ток I, в несколько микроампер, когда бумага находится на рас­
стоянии нескольких сантиметров от фонаря. Излучение других ис­
точников позволяет покрывать многие десятки сантиметров, хотя
измерение расстояний в значительной степени зависит от коэффи­
C�emoguog
Фomompoнзucmop
ОmрожоющоR
noBepxнocmt)
Рис. 4 .5. Опыт с отражением,
позвопяющий изучить эффект
барьера разпичной природы
циента отражения поверхности. Осо­
бенно тщательно следует подойти к во­
просу настройки, поскольку требуется
перемещать три объекта.
Та же тщательность при настройке
необходима для любого другого экс­
перимента с использованием линз.
Дальность действия может быть увели­
чена, если снабдить излучатель и при­
емник оптическими системами. Их
использование в опыте будет особен­
но интересным, если применялись из­
лучатель и приемник с плоскими ок-
нами.
В опытах можно использовать опи­
санные выше фильтры. Если располо-
жить излучатель и приемник на рас­
стоянии 1 м друг от друга, а перед фототранзистором поместить
линзу диаметром 5 см с фокусным расстоянием 5-6 см, то ток Ic
увеличится в 100 раз. Можно приблизительно определить на глаз

ОПЫТЫ С ФОТОРЕЗИСТОРОМ
91
направление излучения, если смот,1-1еть с места, где впоследствии бу­
дет расположен излучающий диод, и поместить линзу таким образом,
чтобы фотодиод был увеличен максимально. Подобным образом
можно провести эксперимент с параболическим отражателем, в кото­
ром излучатель будет ориентирован на его дно. Изменяя параметры
излучающей и приемной оптических систем, можно добиться увели­
чения радиуса действия оптоэлектронной связи между парой излуча­
тель-фотоприемник в сто раз.
ОПЫТЫ С ФОТОРЕЗИСТОРОМ
При использовании фоторезистора в качестве приемника (рис. 4.6)
в цепь питания следует включить токооrраничительный резистор R
(с сопротивлением от 200 до 500 Ом) для того,
чтобы избежать его перегрузки по току, которая
может возникнуть от мощной внешней засветки
(прямой солнечный свет, свет от фар автомоби­
ля и т.д.).
Действительно, чувствительность фоторезис­
тора (распространенных типов LDR03, LDR04,
LDR05, LDR07 и им подобных) к видимому све­
ту значительно выше, чем у фототранзистора.
Таким образом, в условиях освещенности окру-
330П 1
mд
Phc
'
J
4,SV
Рис. 4.6. Схема,
использующая
фоторезистор
жающей среды, описанных выше, получают ток
в качестве приемника
фоторезистора порядка 500 мкА, то есть в 200
излучения
или 300 раз выше, чем 10 фототранзистора.
При помощи схемы включения излучателя, изображенной на рис. 4 .1,
можно попробовать удвоить этот ток, добавляя к естественному осве­
щению инфракрасное излучение, для чего необходимо уменьшить рас­
стояние между излучателем и приемником приблизительно на 5 см.
Чувствительность фоторезистора к инфракрасному излучению в этом
случае окажется весьма слабой.
Аналогичный результат может быть получен при применении схе­
мы излучателя на лампочке, включенной по схеме, которая показана
на рис. 4.3. Теперь ток I удваивается уже на расстоянии 30 см между
излучателем и приемником.
Конечно, приведенные значения для различных опытов даны толь­
ко для определения порядка величин, и их существенные отклонения

92
ПРОСТЫЕ ОПЫТЫ
могут наблюдаться в зависимости от производственных допусков,
а также от условий проведения экспериментов. Интересно было бы
провести эксперименты с другими комбинациями источников, при­
емников и оптических систем.

ГЛАВА
СТРдliИЦА
1
Особенности невидимого излучения
11
2
Излучающие диоды ИК диапазона
25
3
Приемники ИК диапазона
51
4
Простые опыты
85
5 БАРЬЕРЫ И СИСТЕМЫ
СИГНАЛИЗАЦИИ
Барьеры с непрерывным излучением
94
Барьеры на модулированном
инфракрасном излучении
98
Барьер активного типа
104
Свет для гостей
109
. Звуковое устройство предупреждения
о приближении нарушителя к объекту
112
Устройство автоматического включения
света и звука
113
Оптические обнаружители
6
пассивного типа
117
Передача аудиочастот
с помощью АМ излучения
135
8
Передача аудиочастот с помощью ЧМ
159
Восьмиканальное
дистанционное управление
179
10
Дистанционное управление
для аудио- и видеоустройств
197
11
Другие приложения
211

94
БАРЬЕРЫ И СИСТЕМЫ СИГНАЛИЗАЦИИ
Устройства подобноrо рода наиболее широко используются в системах
сигнализации, которые включаются при прерывании луча инфра­
красного излучения между излучателем и приемником ( оптические
обнаружители активного типа) или служат для обнаружения отражен­
ного иЗJiучения, например от одежды человека, приближающегося
к приемнику (оптические обнаружители пассивного типа). В момент
срабатывания эти системы сигнализации могут :зключить либо сире­
ну, либо свет, позволяющий имитировать присутствие человека в пус­
том помещении. Схемы последнего типа были описаны в книге
«Presence Electronique contre le Vol� ( «Системы электронной защи­
ты�), изданной французским издательством ETSF. РазумеетGЯ, барье­
ры и обнаружители могут использоваться и в промышленности, напри­
мер для подсчета предметов, проходящих перед «электронным глазом>>.
БАРЬЕРЫ С НЕПРЕРЫВНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ
Оптический барьер представляет собой иЗJiучатель и приемник излуче­
ния , расположенные друr против друrа, допустим, на двух стенах кори­
дора. При нахождении в угловом поле приемной оmической системы
объекта или человека поток ИЗJiучения, поступающий на вход приемни­
ка, прерывается, что и приводит к включению устройства предупрежде­
ния, сиrnала тревоги, освещения, эскалатора, счетчика предметов и т.п .
Такой барьер тем проще реализовать, чем слабее окружающее осве­
щение. В темном коридоре, к примеру, фотоэлектрический ток покоя
имеет величину не более 1 мкА. Тогда функционирование барьера
обесп�чивается при рабочем токе 10 мкА, что позволяет вести обзор
+ 1000μ,
10V R, 560
0.5\'i
�--�
LEO
LD271
Рис. 5 . 1 . Излучатель непрерывного
инфракрасного излучения
на расстоянии более 1 м при уело-
вии оптимальной настройки опти­
ческих систем.
На рис. 5.1 приведена схема излу­
чателя ИК диапазона, которая ис­
пользуется для упомянутых выше
приложений и питается от сети.
Элементы схемы, изображенной
на рис. 5.1:
• трансформатор напряжения питания 6 В, 0,3 А;
• выпрямитель (4х1 N 4001 или готовый мост);
• электролитический конденсатор 1000 мкФ, 10 В;
• резистор 56 Ом, 0,5 Вт;
• диод ИК диапазона LD 271, CQY 37 или любые эквивалентные.

БАРЬЕРЫ С НЕПРЕРЫВНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ
95
Чтобы увеличить радиус действия излучателя и количество ИК
лучей (то есть иметь возможность установить приемник на большем
расстоянии от излучателя без ухудшения параметров приемника),
можно последовательно включить в излучателе несколько светоди­
одов, используя резистор R1 = 33 Ом той же мощности рассеяния
(0,5 Вт) в схеме с тремя светодиодами или резистор сопротивлением
22 Ом в случае использования четырех светодиодов. Эти значения
соп ротивлений следует умножить на 2 или 2,5 при использовании
свет одиодов в пластмассовом корпусе, мощность рассеяния которых
меньше, и ограничении их прямого тока до значений не более 50 или
40 мА соответственно.
На рис. 5 .2 приведена схема приемника. При прерывании луча из­
лучения фототранзистор вводит в действие триггер, который, в свою
очередь, включает симистор, управляющий лампочкой или сиреной
сигнализации. В простых случаях достаточно заменить нагрузку
в коллектqрной цепи транзистора ТЗ (симистор, лампа с питанием от
220 В, резистор R4) лампочкой на 8 В, 0,05 А. На рис. 5 .3 показано,
как собрать такой приемник на макетной плате «veroboard», если уста­
новить три резистора вертикально (в виде шпильки для волос).
На стандартной макетной плате <,veroboard,> имеется не более 24
печатных дорожек с 37 отверстиями на каждой из них. Для размеще­
ния на плате схемы отрезается ножом нужное количество полос
и отверстий.
Т1
R1
100kQ
R3
<,7k0
R2
2,2МО
1 Нагрузка
1
1
G
1
220V 25- 100�1
А
1
Cuмucmop 1 ----- -------,
1
1
1
R4
1
1
1Q00{0,3W)j Г--------------,
1
1
1
�
--
--
�
:
L__
----� +
�---�
Пumaнue
1
·-- ___________ _J
220V~
Рис. 5 .2 . Приемнщ для барьера непрерывного излучения,
адаптированный к излучателю, изображенному на рис. 5.1

96
БАРЬЕРЫ И СИСТЕМЫ СИГНАЛИЗАЦИИ
Элементы схемы, изображенной на рис. 5.2 и 5.3 (приемник ИК
диапазона непрерывного излучения с использованием симистора):
• R1: 100 кОм;
• R2: 2,2 МОм;
• RЗ: 4,7 кОм;
• R4: 100 кОм, 0,3 Вт;
• Т1: фототранзистор ВР 103, BPW 14 В, BPW 22 А или эквива-
лентные;
• Т2:ВС548илиВС238;
• ТЗ: 2 N 2219, БС 140-16 или БС 635;
• симистор на 220 В и при минимальном токе в 2 А;
• выпрямитель (4х1 N 4001 или готовая мостовая схема);
· • электролитический конденсатор 2200 мкФ, 10 В;
• лампочка на 220 В;
• трансформатор для источника питания 6 В, 0,3 А.
В таком виде приемник легко разместить в небольшой трубке из
черного картона, которая защитит его от случайного попадания окру­
жающего бокового света. Можно использовать любой симистор на
220V~
А
питание
оо
с
Т1
Е
Рис. 5 .3. Схема печатной платы для приемника, изображенного на рис. 5 .2.
Размеры платы 65х 15 мм

БАРЬЕРЫ С НЕПРЕРЫВНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ
97
220 В переменного напряжения при минимальном токе в 2 А (16469
RCA, ПС 226 D, ТС 0440, Т 46 В7 или эквивалентные). Радиатор для
симистора необходим только в схеме управления мощностью, превы­
шающей 100 Вт. При питании от выпрямителя можно выбрать лю­
бой другой тип симистора на напряжение 30 В и ток 0,2 А. Источник
питания схемы, изображенной на рис. 5 .2, обладает достаточно боль­
шой выходной мощностью и может питать также цепь излучения (ре­
зистор R и светодиод на рис. 5.1), если только это не вызовет проблем
с монтажом.
Схема на рис. 5.4 является дополнением устройства, показанного
на рис. 5 .2, так как питание поступает на нагрузку (лампочка горит)
при оптимальном согласовании оптических систем.
Элементы схемы, изображенной на рис. 5.4 (фототранзистор ИК
диапазона):
• R1: 1МОм;
• R2: 2,2 МОм;
• R3: 10 кОм;
• R4:56Ом,0,5Вт;
• Т1: фототранзистор ВР 103, BPW 14 В, BPW 22 А или эквива-
лентные;
• Т2:ВС548илиВС238;
• ТЗ:2N2219,ВС140-6 или ВС635;
• светодиод ИК диапазона LD 271, CQY 37, CQW 89 В или экви­
валентный;
• источник питания, аналогичный изображенному на рис. 5 .2.
Такое устройство можно использо­
вать для обнаружения предметов при
отражении излучения от блестящих
поверхностей (например, от кузова
автомобиля), если внешнее освеще­
ние достаточно слабо. В противном
случае следует применять один из
описанных ниже приборов, работаю­
щих на модулированном инфракрас­
ном излучении. На рис. 5 .5 пред­
ставлено аналогичное устройство на
7-637
550 0,5W
+
ПumOl-4ue
б-6V
Рнс. 5.4. Лампочка загорается,
когда на фототранзнстор
поступает снпьное нзлученне

98
БАРЬЕРЫ и сиаЕмы СИГНАЛИЗАЦИИ
интегральной схеме NE 555, которое используется в качестве тригге­
ра и предназначено для замены схемы, представленной на рис. 5 .2.
Элементы схемы, изображенной на рис. 5.5:
• R1:1МОм;
• Tt: фототранзистор ВР 103,
BPW 14 В, BPW22 А или эк­
вивалентные;
• интегральная схема NE 555;
• источник питания, идеJПИЧный
изображенному на рис. 5 .2.
Питание на нагрузку поступает,
когда фототранзистор находится
в затемненном состоянии. Если тре­
буется прот ивоположное действие,
достаточно поменять местами тран­
зистор Т1 с резистором R1.
БАРЬЕРЫ НА МОДУЛИРОВАННОМ
ИНФРАКРАСНОМ ИЗЛУЧЕНИИ
R1
1MQ
�---...........
Нагрузка
Пumoнue
б-8V
Рнс. 5.5 . Прнемннк ИК диапазона
на ИСNЕ555
Надежность работы оптического барьера с непрерывным спектром
излучения зависит от внешнего освещения. Однако инфракрасное
излучение можно модулировать с частотой от 1000 до 3000 Гц, то есть
прерывать его с очень высокой скоростью (от 1000 до 3000 раз в се­
кунду). В приемнике следует предусмотреть избирательную цепь,
выделяющую модулированный �сигнал:,, барьера, который фототран­
зистор трансформирует в переменное напряжение на фоне непрерыв­
ного освещения от внешних источников.
На рис. 5 .6 приведена схема излучателя модулированного излуче-
ния ИК диапазона.
Элементы схемы, изображенной на рис. 5.6:
• С1: 10 нФ, пленочный;
• С2:220мкФ,15В;
• R1: 22 кОм;
• R2: 33 кОм, подстроечный;

БАРЬЕРЫ НА МОДУЛИРОВАННОМ ИНФРАКРАСНОМ ИЗЛУЧЕНИИ
99
• RЗ: 4,7 кОм;
• диоды ИК диапазона LD271, CQY 37, CQW 89 В или эквива-
лентные;
• выпрямитель (4х1 N 4001 или готовый мост);
• трансформатор для источника питания 6 В, 0,3 А;
• интегральная схема NE 555.
Здесь в качестве мультивибратора, rенерирующеrо импульсы из­
лучения, используется интегральная схема NE 555. Частота мульти­
вибратора может регулироваться с помощью резистора R2 путем со­
гласо вания частот излуч ателя ·и приемника. Схема, представленная
на рис. 5 .6, имеет дополнительный выход, который используется для
синхронизации между собой излучателя и приемника, о чем будет
сказано ниже.
Можно увеличить КПД приемника при помощи последовательно­
го или П?следовательно-параллельноrо включений большого числа
светодиодов, как об этом было написано в главе 2. Однако практи­
чески не имеет смысла строить излучатель (рис. 5.6) на интеграль­
ной схеме, так как число элементов невелико. Достаточно собрать
устройство в корпусе малых размеров.
R3 4. 7kQ
г---C=----r---v'J--
R1 22kQ
Чocmomo
R2 33kQ
R44701WА
01
Пumoнue
npueмwutt.0
Рис. 5 .6. Излучатель модулированного сигнала ИК диапазона,
позволяющий при приеме различать полезное излучение и окружающий фон

100
БАРЬЕРЫ И СИСТЕМЫ СИГНАЛИЗАЦИИ
Схема соответствующего приемника представлена на рис. 5 .7.
Элементы схемы, изображенной на рис. 5 .7 -5 .9 (приемное устрой-
ство оптического барьера для модулированного сигнала):
• С1: 1 нФ, керамический или пленочный;
• С2: 22 мкФ, 15 В, электролитический;
• С3: 100 нФ, пленочный;
• С4: 22 мкФ, 15 В, электролитический;
• С5: 22 нФ, пленочный;
• С6: 100 нФ, пленочный;
• С7: 2,2 мкФ, 25 В, электролитический (предпочтительно танта-
ловый);
• 01 - 05: 1 N 4148, 1 N 914 или эквивалентные;
• R1: 10 кОм;
• R2: 330 кОм;
• R3: 470 кОм;
• R4: 2,7 кОм;
• R6: 330 кОм;
• R7, R8: 2,2 кОм;
• R9: 47 кОм;
• R10, R11: 4,7 МОм;
R4
•.тп
,son
Сб
100nF
С3-С4
RB
100nF 22μF 2.2,п
D4
R11 D5
4,7М(}
R12
2.2�0
R13
1k0
100 Bm
220V~
R14
2200 0,5\�
9-12V
Пoql(.nю... aemcя
.nuбo 1-<еnос ре9-
сm�енно j(. nepe-
9am ...uкy ИК guo­
no,oнo, .nu6o
к ucmo>.11-1ul(y numo­
"u� mо1<ого ),(е
muna,
Рис. 5 .7. Избирательный приемник для оптического барьера. Лампочка,
которой управляет симистор, может быть заменена сиреной сигнапнзации

БАРЬЕРЫ НА МОДУЛИРОВАННОМ ИНФРАКРАСНОМ ИЗЛУЧЕНИИ
101
• R12: 2,2 кОм;
• R13: 1 кОм;
• R14: 220 Ом, 0,5 Вт;
• Т1: фототранзистор ВР 103, BPW 14 В, BPW 22 А или эквива­
лентные;
• Т2: 2 N 2219, ВС 140-16 или ВС 635;
• симистор на 220 В и минимум 2 А. Без радиатора, для лампочки
мощностью до 100 Вт;
• сдвоенный операционный усилитель МС 1458 или двойной - 741.
Схема работает на сдвоенном операционном усилителе типа
1458. Для снижения уровня шума транзистор Т1 получает питание
через делитель. Первый операционный усилитель используется
как активный полосовой фи льтр с резонансной частотой близкой
к2кГц.
После .демодуляции огибающей переменного сигнала с помощью
диодов D1, D3 приступают к ее ограничению на д
,
иоде D2, а затем
к усилению постоянной составляющей. С помощью конденсатора С7
диодов D4, D5 формируют сигнал расширения, то есть временную за­
держку, которая позволяет симистору оставаться во включенном со­
стоянии несколько десятков секунд при каждом, даже кратковремен­
ном пересечении человеком линии прямой видимости (оптической
связи) между излучателем и приемником. Это может быть особенно
полез но при подаче сигнала включения света в момент пересечения
человеком линии оптической связи. Длительность сигнала расшире­
ния меняется емкостью конденсатора С7: каждая микрофарада соот­
ветствует выдержке от 5 до 15 с.
При изготовлении приемника, схема которого показана на рис. 5 .8,
были использованы элементы достаточно больших размеров.
Допустимо сэкономить место, установив малогабаритные резисто­
ры с мощностью рассеивания 0,1 Вт, за исключением R14 (0,5 Вт).
Применяя также электролитические танталовые конденсаторы ка­
пельного типа, можно прийти к вариан ту, изображенному на рис. 5.9, -
более компактному и легко реализуемому.
Регулировка состоит в настройке излучателя на рабочую часто­
ту приемника. Для определения переменной составляющей сигна­
ла на выходе первого каскада усиления (вывод 7 конденсатора С1)

102
БАРЬЕРЫ И СИGЕМЫ СИГНАЛИЗАЦИИ
используются электронно-лучевой осциллограф и милливольтметр
НЧ. Выбирается такая дальность действия между излучателем и при­
емником, при которой перегрузка в приемнике невозможна. Согла­
сование считается полным, когда на выходе приемника получен мак­
симальный неискаженный сигнал.
Ориентируясь исключительно на срабатывание симистора, можно вы­
полнить настройку излучателя, учитывая, что на заданном расстоянии
чувствительность будет тем больше, чем сильнее допустимое рассо­
гласование. Во время этой операции предполагается временное
Ист
питан
о
оох�_/ о
С>-0
0--0
о
Рис. 5 .8 . Приемник но элементах без использования ИС

БАРЬЕРЫ НА МОДУЛИРОВАННОМ ИНФРАКРАСНОМ ИЗЛУЧЕНИИ
103
исключение конденсатора С7 из схемы, для того чтобы не мешала
временная задержка, которую вызывает этот элемент при каждом
срабатывании симистора. Во время настройки необходимо также ис­
ключить любое фоновое излучение от объектов, находящихся побли­
зости.
Кроме того, схемы, изображенные на рис. 5.6 и 5.7, могут быть ис­
пользованы для оптического барьера, работающего по отраженному
излучению. Их можно установить на одной стороне коридора, полу­
чая отраженный сигнал от противоположной стороны. Однако рас­
стояние между излучателем и приемником должно быть достаточно
большим (приблизительно 1 м), чтобы отражение от одежды челове­
ка, пересекающего барьер, легко распознавалось.
220V~
+
Источник
питания
о
Рис. 5. 9 . Печатная плата для приемника, юображенноrо на рис. 5.7,
с элементами меньшего размера. Размеры 3SxlS мм

104
БАРЬЕРЫ и сиаtмы СИГНАЛИЗАЦИИ
БАРЬЕР АКТИВНОГО ТИПА
Для того чтобы незаметно пересечь оптический барьер, достаточно
под ним проползти. Разумеется, это невозможно сделать, если про­
изводитель предус мотрел либо несколько барьеров, расположенных
один над другим, либо барьер, использующий многократные отраже­
ния (как показано на рис. 5.10), который можно установить в кори­
доре или в дверном проеме.
В таком случае нарушитель теоретически может �обмануть• барь­
ер, появившись возле него с достаточно мощным излучателем мо­
дулированного в широком спектре сигнала, даже если неизвестна
частота модуляции. Во избежание риска применяется синхрониза­
ция, представляющая собой дополнительную связь между излуча­
телем и приемником с помощью кабеля.
Это позволяет приемнику сравнивать приходящие на него по оп­
тическому каналу и по электрическому кабелю сигналы по частоте
и даже по фазе. Подобная процедура обработки сигналов приводит
к увеличению избирательности по­
лезного сигнала (полученного от на­
рушителя), что позволяет дополни­
тельно обеспечить хорошую защиту
от помех, вызываемых окружающим
Рис. 5. 1 О. С помощью мощного
юлучателя 11 чувствительного
приемника можно создать барьер
с многократными отражениями,
который нельзя пересечь,
ни проползая под ним,
ни перепрыгивая через него
освещением. Таким образом, появля­
ется возможность увеличивать даль­
ность действия таких барьеров по
сравнению с барьерами, выполнен­
ными по описанным выше схемам.
Излучатель, схема которого пред­
ставлена на рис. 5 .6, может быть
модифицирован путем введения до­
полнительного (синхронизирующе­
го) выхода. С помощью армирован­
ного кабеля этот выход подключают
к соответствующему входу прием­
ника, схема которого приведена на
рис. 5 .11.
Элементы схемы, изображенной на рис. 5 .11 и 5.12 (приемное
устройство барьера для синхронной демодуляции):
• С1: 1 нФ, керамический или пленочный;
• С2: 100 нФ, пленочный;

БАРЬЕР АКТИВНОГО ТИПА
105
• СЗ: 22 нФ, пленочный;
• С4: 15 мкФ, 20 В, электролитический;
• С5: 10 мкФ, 20 В, танталовый;
• С6: 1 мкФ, 20 В, электролитический или танталовый;
• С7: 10 нФ, пленочный;
• D1, D2: 1 N 4148 или эквивалентные;
• R1: 150 кОм;
• R2: 130 кОм;
• R3: 330 кОм;
• R4: 470 кОм;
• R5: 150 Ом;
• R6: 330 кОм;
• R7: 270 Ом;
• R8: 56 кОм;
• R9: 10 МОм;
• R10: 150 кОм;
• R11: 2,2 кОм;
• R12, R13: 100 кОм;
• R14: подстроечный резистор 47 Ом;
• R15: 2,2 кОм;
• R16: 2,2 МОм;
• R17: 2,2 кОм;
• R18: 1 кОм;
• R19: 220 Ом, 0,5 Вт;
• Т1: фототранзистор ВР 103, BPW 14 В, BPW 22 А или экви-
валентные;
• Т2:НЧ245Вили2N3819;
• ТЗ: 2 N 2218, ВС 140-16, ВС 211 или ВС 635;
• симистор на 220 В и минимум 2 А без радиатора для лампочки
мощностью до 100 Вт;
• сдвоенный операционный усилитель МС 1458 (двойной 741).
Основное отличие от схемы, изображенной на рис. 5 .7, заключается
в замене диодов, с помощью которых осуществляется демодуляция,
полевым транзистором Т2, используемым в качестве •прерывателя»
и управляемым непосредственно излучателем. Дополнительно при­
емник предусматривает настройку чувствительности, осуществля­
емую резистором R14. Тонкая настройка с помощью R14 обеспечива­
ет максимальное приближение к уровню сигнала помехи, зависящего
от величины фона освещения.

106
БАРЬЕРЫ И СИОЕМЫ СИГНАЛИЗАЦИИ
Мож:,ю ucno.nDэo6omr., 11,обоо зogo,◄.,.l;jO cuмucmop
но 750 В nеременноzо 1iоnрАженuя, 4 А (u
1
1u 6ольше).
Paguomop npuмeнi:iemcA moJloкo gлА ynpofineнuA "4Огру)1(0МU om 100 Bm
R7
♦
С4
R11 Сб•
220V~
1sμr 2,2kП 1μr
Cuмucmop
Т1
R8
R!O
R19
"'о,
220n
.,,_
o.sw
""'
9..12V
N,-,
�fs
Пumoмue
общее с
1
Т3
nepegom -
вс 211 чuком ИК
С2
cs•
(2N2218) uзлученu�
1 OOnF
10μF
С7
Ч� Dm nepe9amчuwo ИК uэ.nученuА
цytkmt'>umeлoнocmь 1onr
Cuмucmop
BC211-2N2218
• Beлuчu1-<t1 могуm бttmt, uзмене"с�
см. meкcm - t'> особ�м спучоАк
жЕВс
т,с
Т2
Рис. 5.1 /. Приемник, использующий синхронную демодуляцию,
для барьера с многократными отражениями или для барьера,
действующего на больших расстояниях
Некоторые элементы, выделенные на рисунке кружками, по·
зволяют в случае необходимости проводить модификацию схемы. Так,
если исключить резистор R1 и принять сопротивление R2 = 10 кОм,
можно получить устойчивую защиту от окружающего света. Такое
устройство используется, например, для защиты наружной двери
(входной или балконной). При этом применяются либо единичное
01 ражение, либо множественные, образующиеся между двумя кося­
ками двери или между порогом и верхней частью дверного проема.
В любом случае необходимо исключить прямую или переотраженную
солнечную засветку. Для того чтобы свести к минимуму влияние
окружающего света, необходимо провести очень тщательную на­
стройку излучающей и приемной оптических систем.
Кроме того, требуется отрегулировать чувствительность приемни­
ка на минимальное входное воздействие, допустимое с точки зрения
безопасности работы. Внутри помещения можно также применить
сопротивление R2 = 100 кОм, исключив резистор R1, если отраже­
ние берется от стены, на которую не падает солнце. В этом случае чув­
ствительность увеличивается, что очень полезно при использовании

БАРЬЕР АКТИВНОГО ТИПА
220V-
Q-i)ооо
о
+
Питание
с
о
Армированный кабель,
идущий к передатчику
ИК излучения
Рис. 5 . 12 . Печатная плата приемника барьера
с использованием синхронной демодуляции. Размеры SSxSB мм

108
БАРЬЕРЫ И СИСТЕМЫ СИГНАЛИЗАЦИИ
многократных отражений. Интересен также случай, когда барьер сам
реагирует на попытку ослепить его при помощи сильного освещения.
Это возможно, если полевой транзистор Т1 будет переходить в ре­
жим насыщения, как только окружающее освещение превысит опре­
деленный уровень. Для этого следует взять R1 = 150 кОм, а в каче­
стве R2 использовать переменный резистор 2,2 МОм. При настройке
сопротивление этого резистора подбирают экспериментальным пу­
тем в соответствии с уровнем окружающего фона. Уровень сигнала
определяет рабочий порог.
Фильтрация демодулированноrо сигнала осуществляется с помо­
щью конденсатора Сб. Помехи, которые могут вызываться сильным
окружающим освещением, будут тем менее значимы, чем больше
емкость конденсатора Сб. Тем не менее конденсатор задерживает
реакцию триггера. Поэтому емкость Сб можно увеличить, по край­
ней мере, до 10 мкФ в устройстве охраны двери, перед которой на­
рушитель вынужден остановиться хотя бы на несколько секунд.
При установке устройства в коридоре, который можно пересечь бе­
гом, возможны ошибки при обнаружении нарушителя из-за слиш­
ком сильной фильтрации, мешающей барьеру среагировать на него.
Однако в схеме предусмотрена цепь временной задержки, благо­
даря которой устройство действует в течение нескольких десятков
секунд, даже при очень кратком возбуждении. Время задержки этой
цепи определяет конденсатор С8. П родолжителыюсть задержки со­
ставляет от 1О до 20 с на каждую микрофараду конденсатора С8. Ве­
личина емкости этого конденсатора может значительно изменяться.
В схеме, представленной на рис. 5 .11, симистор управляет лампоч­
кой. Если же предпочтение отдается звуковой, а не световой сигна­
лизации, лампочку можно заменить сиреной тревоги.
На рис. 5.12 приведена топология печатной платы приемника оп­
тического барьера.
Для настройки излучателя нужно действовать в соответствии
с приведенными выше указаниями (максимальный уровень сигнала
измеряется на выходе 7 конденсатора С1). Во время регулировки
чувствительности приемника (с помощью резистора R14) следует
временно установить емкость С8 100 нФ, чтобы исключить задерж­
ки после каждой операции. Настройка ведется при максимально воз­
можном в нормальных условиях работы фоновом освещении. Затем
в момент, когда срабатывает исполнительное устройство (симистор)
оптического барьера, R14 регулируют таким образом, чтобы при на­
стройке не приближаться к пределу, за которым помехи начинают

СВЕТДЛЯ ГОСТЕЙ
109
провоцировать несвоевременные включения симистора, вызывая
ложные тревоги датчика. После этого, прекратив прерывания барьера,
приступают к настройке оптических систем, следя, чтобы симистор
оставался надежно заблокированным в состоянии покоя.
СВЕТ ДЛЯ ГОСТЕЙ
Хотя отражение излучения от гладкой стены гораздо сильнее отра­
жения от тела или одежды человека, рассмотренный метод позволя­
ет определить момент приближения человека к охраняемому объек­
ту даже при расстоянии более 1 м между ними. Поэтому описанные
выше устройства (например, излучатель, схема которого представ­
лена на рис. 5 .6, и приемник, собранный по схеме, изображенной на
рис. 5 .13) можно использовать для автоматического зажигания света
перед входом в дом при появлении человека.
Элементы схем, изображенных на рис. 5.13 и 5.14 (оптический об-
наружитель с широким угловым полем):
• С1: 1 нФ, керамический или пленочный;
• С2: 100 нФ, пленочный;
• С3: 22 нФ, пленочный;
• С4: 50 мкФ, 20 В, электролитический;
• С5: 10 мкФ, 20 В, танталовый;
• С6: 1 мкФ, 20 В, электролитический или танталовый;
• С7: 10 нФ, пленочный;
• С9: 1 мкФ, электролитический;
• D1:1N4148;
• R1: 150 кОм;
• R2: 10 кОм;
• R3: 330 кОм;
• R4: 470 кОм;
• R5: 150 Ом;
• Rб: 56 кОм;
• R7: 270 Ом;
• R8: 56 кОм;
• R9: 10 МОм;
• R10: 150 кОм;
• R11: 2,2 кОм;
• R12, R13: 100 кОм;
• R14: подстроечный резистор 68 Ом;
• R15: 2,2 кОм;
• R16: 10 МОм;

110
R1
150kC1
R2"
10k0
R7 270k0
R11
2,2k0
БАРЬЕРЫ И СИСТЕМЫ СИГНАЛИЗАЦИИ
1
1
1/2 :
АI R1
>'------- 22
св• 1 o.s
::-=+c:J:-t 1μF
I
1
1
1
1
1
1
Cu�ucmop
22ov-
..
Пumo>1ue 9 .. 128
общее
с nepegomчu кои
ИК U)Jly-iet-4UЯ
Рис. 5 .1 З. Схема детектора обнаружения приближения нарушителя
к охраняемому обьекту, использующего синхронную демодуляцию.
Модификация схемы приемника барьера, юображенной на рис. 5. 11
• R17: 2,2 кОм;
• R18: 1 кОм;
• R19: 220 Ом, 0,5 Вт;
• Т1: фототранзистор ВР 103, BPW 14 В, BPW 22 А или эквива-
лентные;
• Т2:НЧ245Вили2N3818;
• ТЗ: 2 N 2218, ВС 140-16, ВС 211 или ВС 635;
• симистор на 220 В и минимум 2 А. Без радиатора, для лампочки
мощностью до 100 Вт;
• сдвоенный операционный усилитель МС 1458 (двойной 741).
Так же, как и в устройстве, изображенном на рис. 5 .11, в приемни­
к� производится синхронная демодуляция. Различие состоит в об­
ратной полярности входов 2 и 3 интегральной схемы. Схема приема,
которая будет использована и в двух следующих приложе ниях,
отделяется штриховой линией от выходного блока, включающего
в себя транзистор и симистор. В отличие от приемника, рассмотрен­
ного ранее (рис. 5.11), симистор здесь активируется при обнаруже­
нии излучения фототранзистором.
Что касается выделенных на схеме элементов, то для них спра­
ведливо замечание, которое относилось к схеме, изображенной на
рис. 5 .11, с учетом того, что теперь сильное освещение может при­
вести к перенасыщению входного каскада. Можно сделать так, чтобы

СВЕТДЛЯ гоаЕй
220V~
0-0О00
1g ��Jfr�
o
о0-0
+
Питание
\
с
о
Армированный кабель,
идущий к передатчику
ИК излучения
Рис. 5.14 . Печатная плата приемника оптического обнаружителя
с широким угловым полем, использующего синхронную демодуляцию
111
устройство работало только ночью. Для этого достаточно взять сопро­
тивление R1 = 150 кОм (постоянное) и R2 = 2,2 МОм (переменное)
и, изменяя величину последнего, установить порог освещенности, за
которым схема более не переключается.

112
БАРЬЕРЫ И СИGЕМЫ СИГНN/ИЗАЦИИ
Как и в предыдущем случае, в данном устройстве предусмотре­
на задержка, составляющая приблизительно 30 с на 1 мкФ конден­
сатора СВ.
Для оптического барьера, как правило, используются оптические
системы с узкими угловыми полями, то есть с узкой диаграммой на­
правленности. Однако в ряде случаев может возникнуть необходи­
мость в оптическом обнаружителе, излучающая и приемная системы
которого обладают согласованными широкими угловыми полями.
Для этоrо в качестве иэлучающеrо блока применяется большое коли­
чество диодов. со сложной оптической системой, формирующих не­
сколько ИК лучей, а в качестве приемного блока - фототранзисrор
с большим уrлом раскрыва.
На рис. 5.14 представлена печатная плата приемника такого устрой­
ства. Изображенный оптический обнаружитель применяется совмест­
но с излучателем, показанным на рис. 5 .6. Радиус действия приемника
может составлять несколько метров. Размеры те же, что и для устрой­
ства, приведенного на рис. 5 .12 .
Замечания, которые были сделаны относительно схемы, изобра­
женной на рис. 5 .11, остаются справедливыми и в случае подстрой­
ки. Необходимо только учитывать, что теперь симистор активирует­
ся в присутствии излучения.
ЗВУКОВОЕ УСТРОЙСТВО ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ
О ПРИБЛИЖЕНИИ НАРУШИТЕЛЯ К ОБЪЕКТУ
Принцип обнаружения с помощью оптического датчика активного типа,
работающего на отраженном излучении ИК диапазона, может быть
использован для предупреждения (например, звуком) о приближении
R20
1,5kП
Громко\С.о�орumелt�,
uмne••gaнc om 20 90 100 Ом
Пumo1-1ue
обшее
человека к дому. Можно внутри ав­
томобиля расположить устройство,
которое будет сигнализировать о на­
хождении поблизости человека или
какого-либо препятствия. Конечно,
со «емоа
в обоих случаях радиус действия
puc. 5 .11
R21
47kП
Po6omoem � uмnу11ьсном
режuме, poguomop 1-1е mребуеmся
Om nepe9omчuкo
ИК uзпученuа
Рис. 5. 15. Модификация схемы,
представленной на рис. 5. 13.
будет зависеть от природы отража-
ющей поверхности.
Так как необходимо не управлять
нагрузкой, а подавать сигнал, вмес­
то правой части ранее рассмотрен­
ной схемы (рис. 5 .13) используется
изображенная на рис. 5.5 . Симистор

и его нагрузка заменены выходным усилителем, выход которого мо­
жет быть подключен к громкоговорителю, производящему резкий
звук при попадании в угловое поле приемной оптической системы
объекта (препятствия или человека).
Элементы этой схемы:
• резисторы: 1,5 кОм и 47 кОм;
• транзисторы: ВС 548 В и BD 135 или эквивалентные;
• громкоговоритель сопротивлением от 20 до 100 Ом.
Схема служит для воспроизведения в громкоговорителе резкого
звука при помощи мультивибратора излучающего блока, который ра­
ботает на частоте, близкой к 2 кГц. Как только фототранзистор полу­
чает отраженное излучение, через громкоговоритель передается сиг­
нал той же частоты.
УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО ВКЛЮЧЕНИЯ СВЕТА
И КОЛОКОЛЬНОГО ПЕРЕЗВОНА
Для того чтобы сделать гостям приятный сюрприз, например вклю­
чить колокольный перезвон и зажечь ночью внешнее освещение,
можно использовать оптический обнаружитель активного типа.
Схема, представленная на рис. 5.16, также является дополнением
к схеме приемника, приведенной на рис. 5.13 .
Элементы схем, изображенных на рис. 5 .16 и 5.17 (колокольный
перезвон и освещение):
• С9: 200 нФ, танталовый, или 220 нФ, пленочный;
• С10: 4,7 мкФ, 20 В, электролитический;
• D2: 1 N 4148 или эквивалентные;
• Phr: фоторезистор LDR 03 или LDR 05;
• R20: 220 Ом, 0,5 Вт;
• R21: 4,7 МОм;
• R22: 2,7 кОм;
• R23: 4,7 МОм;
• R24: 220 Ом, 0,5 Вт;
• две интегральные схемы NE 555;
• два симистора на 220 В и минимум 2 А. Работают без радиатора
для лампочки мощностью до 100 Вт.
Однако в данном случае временная задержка не требуется, поэто­
му из схемы на рис. 5.13 можно исключить следующие элементы:
диод D1, конденсатор С8, резистор R16. В качестве переключателей
используются две интегральные схемы NE 555, первая из которых

114
+
С9
-
200nF Тонmол
R20
2200
0,5W
Cuмucmop
R21
4,7МО
Пер�u.,.1-1аА обмоml(О
mpoмt�Op\-lomopo 3�01-1"0
Ph,
LDR03
БАРЬЕРЫ И СИСТЕМЫ СИГНN/ИЗАЦИИ
R23
4,71
.
Ю
Cuмucmop 2 На poguomope.
ecr.u ynpo6м�em
ногрузкамu более
100 Bm мощ1-1осmu
R24
2200
0,5W
9 ... 12V
QПumo1-1ue
L-..,__.,___
_.____ .___
.___ __
_,oбwee
с nepegomчuкoм
ИК uзл,-...енuс�
Рис. 5. 16. Допопнение к схеме оптическоrо обнаружителя
включает устройство колокольного перезвона, уже установленное
в помещении. Устройство издает первый звук при нажатии и второй
при отпускании кнопки звонка. Это двойное действие обеспечивает­
ся ИС CI 2 при формировании выходного сигнала (посредством С9
и R21), поступающего с оптического обнаружителя.
Временная задержка составляет приблизительно 2 с. Для случаев,
когда не совсем удобно управлять устройством колокольного пере­
звона при питании его через понижающий трансформатор, преду­
смотрено непосредственное управление переключателем ИС CI 2,
если в распоряжении имеется устройство перезвона, которому можно
обеспечить питание напрямую (от 9 до 12 В постоянного напряжения)
при токе потребления не более 150 мА. Достаточно подключить его
между входами 3 и 8 ИС CI2, исключив резистор R 20 и симистор 1.
Свет управляется ИС CI 3 и симистором 2 в момент получения
приемником отраженного от приближающегося человека излучения.
В течение некоторого промежутка времени, продолжительность кото­
рого зависит от величины емкости конденсатора С1O (3-6 с на 1 мкФ),
свет остается еще включенным, хотя гость уже покинул поле дей­
ствия приемника. При необходимости можно увеличить емкость С10
максимум до 50 мкФ.

УаРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО ВКЛЮЧЕНИЯ СВЕТА
220V
Питание
/]5
о
0-<Iооо
о
идущий к передатчику
ИК излучения
Рис. 5. 17. Печатная плата, объединяющая схему оптического обнаружителя со схемой,
изображенной на рис. 5.16. Размеры 55х18 мм
Во избежание включения света днем предусматривается исполь­
зование фоторезистора Phr, который совместно с R22 образует дели­
тель. Фоторезистор ориентируется на внешнее световое воздейст­
вие, но так, чтобы на него непосредственно не падал свет от лампочки

116
Рис. 5. 18. Пласrинка, на которой
крепятся пять последоватепьно
соединенных излучающих диодов
БАРЬЕРЫ И СИСТЕМЫ СИГНАЛИЗАЦИИ
сигн ализации схемы приемника. Если
не обходимо, можно увеличить сопро­
тивление R22, что обеспечит работу
устройства только при минимальной
освещенности (почти в темноте).
В противном случае достаточно зак­
рыть часть принимающей поверхнос­
ти фоторезистора с помощью непро­
зрачной клейкой ленты.
Для управления освещением и днем
и ночью существует более простое
решение, чем исключение фоторе­
зистора из схемы, изображенной на
рис. 5 .16. Оно состоит в том, чтобы,
полностью сохранив схему, где уже
предусмотрено устройство управления лампочкой (рис. 5 .13), доба­
вить к ней ИС CI 2, конденсатор С9, резисторы R20, R21 и симистор,
-го есть часть, отвечающую за .�колокольный перезвон�>, как показано
на рис. 5 .16.
На печатной плате, приведенной на·рис. 5.17, дана топология схемы,
объединяющей те части схем, изображенных на рис. 5 .13 и рис. 5.16,
которые следует использовать.
Для настройки достаточно выполнить указания, действующие
в отношении схемы на рис. 5.13.
На рис. 5 .18 представлена пластинка, где крепятся пять по­
следовательно соединенных излучающих диодов.

ГЛАВА
1
2
3
4
5
6
8
10
11
Особенности невидимого излучения
Излучающие диоды ИК диапазона
Приемники ИК диапазона
Простые опыты
Барьеры и системы сигнализации
ОПТИЧЕСКИЕ
ОБНАРУЖИТЕЛИ
ПАССИВНОГО ТИПА
Базовая схема
С1РАНИЦД
11
25
51
85
93
для пироэлектрического приемника PID 11
118
Пироэлектрические приемники
с адаптером на полевом транзисторе
119
Автоматическое управление освещением
121
Датчики обнаружения нарушителя
125
Индикатор уровня жидкости
128
Передача аудиочастот
с помощью АМ излучения
135
Передача аудиочастот с помощью ЧМ
159
Восьми канальное
дистанционное управление
179
Дистанционное управление
для аудио- и видеоустройств
197
Другие приложения
211

118
ОПТИЧЕСКИЕ ОБНАРУЖИТЕЛИ ПАССИВНОГО ТИПА
Пироэлектрические приемники, рассмотренные в главе 3, могут ис­
пользоваться (без применения излучателей ИК диапазона) для непо­
средственного обнаружения объектов, температура которых на не­
сколько градусов отличается от температуры окружающей среды.
Работа с этими приемниками имеет некоторые особенности, так как
подобные устройства способны запоминать преобразованное входное
воздействие, вызванное изменением температуры объекта, с времен­
ной задержкой длительностью около одной секунды.
Схемы приложений, представленные ниже, были заимствованы из
технических инструкций производителей пироэлектрических прием­
ников: Siemens для PID 11, RTC для других типов приемников.
БАЗОВАЯ СХЕМА
ДЛЯ ПИРОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПРИЕМНИКА PID 11
Схема, приведенная на рис. 6 .1, является экспериментальной, так как
лампочка, которой она управляет, горит лишь в течение нескольких
секунд (времени запоминания). Естественно, длительность отклика
тем больше, чем сильнее было воздействие, произведенное на прием­
ник. Это позволяет сравнивать данную схему с описанными в главе 5.
Чтобы управлять освещением или другим прибором в течение за­
данного времени, следует добавить в схему устройство временной
задержки (см. ниже).
Приемник на рис. 6.1 получает питание 5 В (стабилизированное
при помощи трехвыводной микросхемы 78 L 05) с выводов 1 и 2.
Вывод 3 соединен с входом <<плюс� операционного маломощного
КМОП усилителя ICL 7611, который используется в качестве
r
-t;~
D2-D5
(�-
2
3
*
РЮ11
9V
R3
с,
JбkO
1000μF
Рис. 6.1 . Экспериментальная схема, позволяющая изучить действие
и установть пределы чувствительности пироэлектрическоrо приемника PID 11

ПИРОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРИЕМНИКИ С АДАПТЕРОМ НА ПТ
119
компаратора. Его можно заменить усилителем любого другого типа,
минимальное выходное напряжение которого по отношению к мину­
су питания ниже 0,7 В.
Вход «минус;,, этого операционного усилителя соединен со сред­
ней точкой потенциометра R2, регулирующего чувствительность.
При смещении ручки настройки в сторону R1 чувствительность
устройства уменьшается. Порог срабатывания вследствие тепловых
фоновых помех, возникающих при локации внешних нагретых фоно­
вых поверхностей, возрастает, что приводит к уменьшению ложных
тревог.
Хотя эта схема не имеет электрического фильтра, она мало чув­
ствительна к помехам, вызываемым, например, лампой накаливания.
Для получения сигнала, подобного тому, который возникает при дви­
жении человека перед приемником на расстоянии 1,5 м, необходимо,
чтобы источник освещения, находящийся в вертикальном положе­
нии под углом 30°
к оптической оси приемника, обеспечивал осве­
щенность 800 лк.
При размещении излучателя в горизонтальной плоскости анало­
rnчный сигнал сформируется уже при освещенности в 3000 лк. При
том же угле отклонения оптической оси (30°) солнечный свет создает
помеху при освещенности 10000 лк в вертикальной плоскости или
20000 лк - в горизонтальной. Флуоресцентные лампы не оказывают
воздействия на работу пироэлектрического приемника. Для умень­
шения влияния наводок следует установить приемник и операцион­
ный усилитель на одной пластине, подключая их с помощью корот­
ких соединений.
ПИРОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРИЕМНИКИ
С АДАПТЕРОМ НА ПОЛЕВОМ ТРАНЗИСТОРЕ
Универсальные пироэлектрические приемники для согласования
с нагрузкой содержат полевой транзистор (ПТ). В принципе его мож­
но использовать как предусилитель, если соединить с резистором на­
грузки RL, как показано на рис. 6 .2 . Проблема в том, что ток стока IDcc
при такой схеме включения транзистора может иметь разброс в от­
ношении 1:8, то есть 12,5% в зависимости от производственного до­
пуска.
Допуск на усиление будет ненамного меньше, что вызовет про­
блемы при серийном производстве рассматриваемого устройства.
Однако схему, изображенную на рис. 6.2, можно использовать для

120
.·
ОПТИЧЕСКИЕ ОБНАРУЖИТЕЛИ ПАССИВНОГО ТИПА
индивидуальной работы по компенсации разброса. При этом экспе­
риментальным путем определяется величина сопротивления нагруз­
ки RL. с падением напряжения на нем, равным трети напряжения пи­
тания.
Сложностей с подстройкой можно избежать, если использовать
транзистор с сопротивлением нагрузки в цепи истока, как показано
на рис. 6.3 .
При RL = 100 кОм можно получить усиление по току несколько
меньшее единицы, но практически не имеющее разброса тока истока,
являющегося током нагрузки RL.
Для последующего усиления предпочтение отдается малошумя­
щим операционным усилителям, если во время работы отсутствуют
тепловые помехи (перемещение масс воздуха, солнечный свет, осве­
щение и т.д.), которые исключают использование любых устройств
с высокой чувствительностью. Среди операционных усилителей,
подходящих для таких целей, можно назвать NE 5533 А, шумы кото­
рого составляют 30 нВ/,./г� при 1 Гц, против 150 нВ/jГ� для μА 741.
В любом случае может применяться даже μА 7 41 или любой иной
не малошумящий усилитель, если перед ним поставить небольшую
схему, изображенную на рис. 6.4 .
В ней используется p-n-p транзистор с малым уровнем шумов
(ВВС 559 также подходит). Он включен в цепь положительной об­
ратной связи, которая стабилизирует уровень коэффициента усиле­
ния по напряжению Ku = 4,8. Разброс теперь р.аспространяется
Рис. 6.2. Использование
попевоrо транзистора
совместно с резистором
нагрузки
Vs
-------+
Рис 6.3. Единичное
усиление обладает очень
низким уровнем разброса
тока нагрузки
9V
5бk0
ВСУ 71
-i70k0
Рис. 6.4 . Выходной
каскад на полевом
транзисторе

АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ ОСВЕЩЕНИЕМ
121
только на выходное напряжение покоя, которое заключается в диа­
пазонеот1до8В.
Поэтому рекомендуется исполь зовать емкостное соединение на
входе каскада усиления, чтобы пере давать на его вход только пере­
менные малые составляющие сигнала с выхода предусилителя. Сле­
дующий каскад усиления на операционном усилителе обеспечит вы­
сокое усиление по напряжению (приблизительно Ku - 5000 для
применений с высокой чувствительностью). Ниже будет показано,
что в этой цепи предпочтительнее использовать два операционных
усилителя, образующих активный фильтр, полоса пропускания кото­
рого лежит в диапазоне 0,1-2 Гц.
АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ ОСВЕЩЕНИЕМ
Пироэлектрический приемник - простое средство для включения ис­
точника света в тех случаях, когда человек входит в комнату, гараж,
поднимается по лестнице, идет по коридору. Чаще всего таким прием­
ником управляет реле времени, которое включается при обнаруже­
нии движущегося человека. Этот принцип особенно широко приме­
няется в проходных помещениях или комнатах (архивах, офисах),
куда часто входят с занятыми руками только для того, чтобы положить
необходимые предметы и выйти. Поскольку включать свет в залах
площадью в сотни квадратных метров (например, в архивах) всякий
раз, когда туда заходит человек, неэкономно, то помещение разбива­
ют на зоны освещения, каждая из которых управляется отдельным
пироэлектрическим приемником.
Разумеется, использование приемника с реле времени в помещени­
ях, где люди работают, читают, смотрят телевизор и т.д. (то есть там,
rде они находятся в течение длительного времени), нецелесообразно,
за исключением, быть может, детских комнат (ведь дети часто забы­
вают выключать свет, выходя из комнаты или засыпая). Поэтому наи­
более рациональным является автоматическое зажигание света без
применения реле и выключение его вручную.
Применение пироэлектрического приемника в установке сигнали­
зации и при управлении освещением основано на одном и том же
принципе. Рис. 6 .5 показывает, что в обоих случаях за пироэлектри­
ческим датчиком следует усилитель с большим коэффициентом
усиления; он в состоянии обеспечить напряжение, достаточное для
приведения в действие любого из двух компараторов, каждый из
которых настроен на свой порог срабатывания и определяет одно из

122
ОПТИЧЕСКИЕ ОБНАРУЖИТЕЛИ ПАССИВНОГО ТИПА
Избuроmел1:1нt:::1е
ycuлumcлu
но О,3...3Гц,
Усuленuе ~4000
Положumельнl)Q
поро2
Koмnopomop
с эmолоннr:н,1u
уробн�мu
нanpRжeнuR
Ompuuomeлnнt:::10
порог
Ло 2uческо�
сх:емо
u �ременно11
зоgержка
Рис. 6.5 . Структурная схема приемника,
определяющего направление движения человека
"
:,
х
с
<D
D
�
о
с
u
s
направлений движения человека (к датчику/от датчика). При при­
ближении человека к датчику первый компаратор, с низким порогом,
формирует положительный перепад. Второй компаратор, с высоким
порогом, наоборот, срабатывает от отрицательного перепада при уда­
лении человека от датчика.
Таким образом, оба компаратора, дополняя друг друга, чувстви­
тельны к положительным и отрицательным перепадам напряжения.
Тем не менее они обеспечивают положительный выходной импульс,
когда сигнал на входе одного компаратора станет больше, а на входе
другого - меньше своего входного порогового уровня.
Далее следует логическая схема. Она представляет собой схему
ИЛИ на диодах, в которую входит устройство временной задержки.
Как будет пока.,ано ниже, для уменьшения влияния помех можно до­
бавить счетчик, включающий реле времени только в том случае, если
им зарегистрировано минимум импульсов за определенный отрезок
времени.
На рис. 6 .6 приведена схема автоматического управления освеще-
нием. Она содержит следующие элементы:
• С1: 10 нФ, керамический или пленочный;
• С2: 1 мкФ, 25 В электролитический;
• СЗ: 10 нФ, керамический или пленочный;
• С4: 47 мкФ, 10 В, электролитический;
• С5: 150 мкФ, пленочный;
• С6: 4,7 мкФ, 25 В, электролитический;
• С7: 1 мкФ, 25 В, электролитический;
• СВ: 22 нФ, пленочный;
• С9: 68 мкФ, электролитический (предпочтение отдается танта­
ловому);

АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ ОСВЕЩЕНИЕМ
+5V
С2
1μF
R1
56К
N�RS
Q:: ;?3,.3К
4 (IC1)
R4 390К
R7
100К
11 (1С1)
R8
,оок
RIO
39К
R13
lJR17
100К
10"'
R14 RIS Rlб
2.2... ◄.7"' б,8М
tClc
1/◄ LMJ24
9
01
R12
39К
R18
100К
+С9
б.8μF
Рис. 6 .6 . Схема использования пироэлекrрического детектора
• D1,D2,D3:ВА317или1N4148;
• IC1: счетверенный операционный усилитель LM 324;
• IC2: сдвоенный одновибратор HEF 4538 или CD 4538 В;
• R1: 56 кОм;
• R2: 100 кОм;
• R3: 3,9 МОм;
• R4: 390 кОм;
• R5: 3,3 кОм;
• Rб: 330 кОм;
• R7, R8: 100 кОм;
• R9: 1,5 МОм;
• R10: 39 кОм;
• R11: 10 кОм;
• R12: 39 кОм;
• R13: 100 кОм;
• R14: 2,2 МОм;
• R15: 4,7 МОм;
• R16: 6,8 МОм;
• R17: 10 МОм;
• R18: 1 кОм;
• TR1:ВС109илиВС549В;
123

124
ОПТИЧЕСКИЕ ОБНАРУЖИТЕЛИ ПАССИВНОГО ТИПА
• реле для коммутации цепи с напряжением в 220 В, с откликом
на5В,50мА;
• переключатель на пять позиций;
• пироэлектрический приемник.
Учитывая высокий коэффициент усиления усилителя, необходи­
мо обеспечить достаточную фильтрацию напряжения питания пиро­
электрического приемника, которую выполняет цепь R1С2С3. Для
обработки сигнала, показанной на рис. 6 .5, используется счетверен­
ный операционный усилитель IC1a-IC1d (LM 324). Элементы а и Ь
составляют избирательный усилитель. На рис. 6.7 представлена его
амплитудно-частотная характеристика.
Два других элемента образуют два компаратора с пороговыми уров­
нями, величины которых определяются резисторами R10, R11 и R12.
Сигналы с выходов компараторов собираются на схеме ИЛИ (эле­
менты D1, D2, R18 схемы на рис. 6.6), запускающей схему временной
задержки на ИС HEF 4538 В (вывод 4), у которой используется один
единственный выход (вывод 6). Всего же в ИС HEF 4538 В два одно­
вибратора, на которых выполняются схемы временной задержки.
Выводы 7, 9, 10 и 14 не подключаются к элементам схемы.
Когда переключатель временной задержки соединен с резистором
R13, свет остается включенным приблизительно в течение 7 с. В слу­
чае подключения к резисторам с R14 по R17 длительность включе­
ния составляет 2,5, 5,5, 7,5 и 11 мин соответственно.
Предложенная схема применяется с простым пироэлектрическим
приемником без линзы. При этом радиус ее действия составит 2-3 м.
Он может быть увеличен более чем в 3 раза при использовании
'°
.,;:,I
�
:,
u
>-
60
55
50
45
40
35
30
0,01
'
57
2
57
2
57
О,
1
Чocmom�. Гц
1О
Рис. 6.1. АЧХ избирательного
усилителя в схеме, изображенной
на рис. 6.6
сдвоенного детектора, но тогда
совершенно необходимо снабдить
его оптической системой на лин­
зах Френеля так, как она была опи­
сана в главе 3.
На входы питания пироэлектри­
ческого детектора можно подавать
напряжение в пределах 7,7-25 В при
минимальном токе нагрузки 100 мА.
В него встроен трехвыводной ста­
билизатор питания на микросхеме
78L05 и элементах С1, С2, R1, пред­
ставленный на рис. 6 .8.

ДАТЧИКИ ОБНАРУЖЕНИЯ НАРУШИТЕЛЯ
125
Элементы схемы, изображенной на рис. 6 .8 (схема питания):
• С1: 220 нФ, пленочный;
• С2: 470 нФ, пленочный;
• СЗ: 1 О нФ, керамический или пленочный;
• R1: 4,7 кОм;
• схема реrулирования: 78 L 05 или аналогичная.
Задачей схемы является выпрямление и фильтрация, в результате
которых на ее выходе поддерживается постоянное напряжение 5 В.
Для того чтобы приемник мог реагировать на все перемещения объ­
екта в жилой комнате, лучше всего расположить его под потолком
недалеко от двери, как показано на рис. 6.9 .
3
78L0�
1
8)(09
Boxoq
1 С1�---т,,..-�С2
220nF
470nr·
----о
R1+
4 7k\1 15V
'
1-Q
Рис. 6.8 . Стабилизатор питания,
вырабатывающий постоянное
напряжение 5 В
Рис. 6. 9 . Предпочтительно расположить
приемник под потолком комнаты,
освещением которой он управляет
ДАТЧИКИ ОБНАРУЖЕНИЯ НАРУШИТЕЛЯ
Основные принципы действия датчика обнаружения нарушителя, авто­
матического упрамения освещением и устройства сигнализации иден­
тичны. Схема, представленная на рис. 6.10, очень похожа на предыду­
щую (рис. 6.6). Для коррек тировки инерционности пироэлектрического
детектора необходимо использовать избирательный усилитель с более
высокими коэффициэюом усиления и предельными частотами усиления.
Однако коэффициент усиления избирательного усилителя в дан­
ном случае выше (66 вместо 55 дБ). Рис. 6 .11 показывает, что цен­
тральная часть полосы пропускания соответствует более высокой ча­
стоте, чем в предыдущем случае. Здесь используются избирательный
ус илитель с более высокими коэффициентом усиления и предельны­
ми частотами усиления.
Объединяя амплитудно-частотные характеристики усилителя
и пироэлектрического приемника, получают кривую, представленную

126
ОПТИЧЕСКИЕ ОБНАРУЖИТЕЛИ ПАССИВНОГО ТИПА
Дот1.1ик
Сб
10nF
R11 56КП
1/4 IMJ24
820КП
RJ
4,7КП
R5
R7 J,JMП
120КП
Rб
120КП
R10
56КП
1/4 II024
+5V
0V
Рис. 6 .1О. Скема обработки сигнала в датчике обнаружения нарушителя
на рис. 6 .12. Она соответствует оптимальной АЧХ при скорости пе­
ремещения нарушителя 0,3-0,6 м/с в угловом поле обнаружителя
в радиусе действия 12 м. При указанной максимальной скорости обна­
ружения нарушителю требуется приблизительно три минуты, чтобы
преодолеть сто метров. Для того чтобы ускользнуть от обнаружите­
ля, находящегося в рабочей зоне, достаточно бежать в десять раз быс­
трее. Следовательно, датчик лучше установить в таком месте, где труд­
но перемещаться с большой скоростью, например за дверью.
Благодаря вы сокой чувствительности датчика тепловые и электри·
ческие помехи могут привести к ложной тревоге. Их можно избежать за
'8, 66
.
64
"
:,
I60
�
В56
Е52
I
�48
:,
:44
,,
о40
"' 0,01
/
\
1
0,1
10
Чocmomo, Гц
\
Рис 6.11 . А ЧХ избирательного
усилителя с повышенным К"'"''
(см. рис. 6 . 1О)
100
'&ба
g64
�60
с;
В56
;52
�48
544
t40
836
1
"'
"' 0.01
о.1
1
10
100
Чacmoma, Гu
Рис. 6 . 12. Общая А ЧХ приемника,
изображенного но рис. 6 . 1О,
с учетом инерционности датчика
и избирательности усилителя

ДАТЧИКИ ОБНАРУЖЕНИЯ НАРУШИТЕЛЯ
127
счет того, что движение нарушителя перед приемником, снабженным
многоканальной оптической системой, вызовет в нем множество по­
следовательных импульсов за ограниченный промежуток времени.
В качестве примера на рис. 6.13 приведена схема, которая сраба­
ты вает только в том случае, если она зарегистрировала три следу­
ющих друг за другом импульса в течение 1О с.
Элементы схем, изображенных на рис. 6.10 и 6.13 (приемник обна-
ружения нарушителя):
• С1: 22 мкФ, 25 В, электролитический;
• С2: 100 нФ, пленочный;
• С3, С4: 10 мкФ, 25 В, электролитический;
• С5:2,2 нФ, пленочный;
• С6: 1 мкФ, 25 В, электролитический;
• С7: 1 мкФ, пленочный;
• С8: 1 нФ, пленочный;
• D1,D2:ВА317или 1N4148;
• R1: 1,2 МОм;
• R2: 820 кОм;
• R3: 4,7 кОм;
• R4, R5, R6:120 кОм;
• R7: 3,3 МОм;
• R8:56 кОм;
• R9: 27кОм;
• R10, R11: 56 кОм;
• R12, R13: 100 кОм;
• R14: 10 МОм;
• счетверенный операционный усилитель LM 324;
• сдвоенный одновибратор КМОП HEF 4538 В или CD 4538В;
• счетчик-декодер КМОП типа HEF 4017 В или CD 4017 В;
• сдвоенный пироэлектрический приемник.
Величина временной задержки определяется резистор ом R14 и кон­
денсатором С7 одного из двух сдвоенных одновибраторов, которые
содержатся в ИС HEF 4538 В. Включение производится по входно­
му импульсу, который приходит с выхода схемы ИЛИ (катодыD1,
D2, резистор R13) и также подводится к счетчику-декодеру HEF
4017 В, начиная пересчет по положительному фронту импульсов. Через
10 с первый одновибратор включает второй (задержка осуществляется

128
ОПТИЧЕСКИЕ ОБНАРУЖИТЕЛИ ПАССИВНОГО ТИПА
Рис. 6. 13. Логическая схема приемника
обнаружения нарушителя
при помощи резистора R15 и конденсатора С8), который производит
очень короткий импульс (около 10 мс), служащий для об нуления
счетчика. Таким образом, счетчик может оказаться в позиции 3 толь­
ко при подсчете им трех импульсов в течение 10 с.
Выход схемы, изображенной на рис. 6.13, соответствует позицииЗ
счетчика-декодера. Поскольку этот выход остается активным отно­
сительно короткий промежуток времени, то после него предпочти­
тельно поставить одновибратор, фиксирующий длительность сигнала
тревоги и управляющий временным реле, в соответствие с принци­
пом, который был проиллюстрирован на рис. 6.6.
ИНДИКАТОР УРОВНЯ ЖИДКОСТИ
Схема, описанная ниже, показывает, каким образом можно макси­
мально использовать чувствительность пироэлектрического датчика
и контролировать статическую разницу температур при помощи пер­
форированного диска, который должен вращаться перед датчиком.
На практике такая схема может применяться для индикации уров­
ня жидкости в резервуаре большого размера, расположенном на рас­
стоянии 5 м от датчика, при разнице температур окружающего воз­
духа и жидкости, составляющей 1 •с. Кроме того, рассматриваемая

ИНДИКАТОР УРОВНЯ жидкоаи
129
система может использоваться для наблюдений за изменением темпе­
ратуры других объектов, например дл� контроля за тепловыми поте­
рями в различных местах стены или крыши отапливаемого дома
с целью их локализации.
Во избежание резкого снижения высокой чувствительности пиро­
электрического датчика из-за тепловых помех необходимо поместить
всю систему в корпус, предохраняющий ее от потоков воздуха (рис. 6 .14).
Для предотвращения нежелательных перемещений масс воздуха
вследствие вращения перфорированного диска его отделяют от пи­
роэлектрического детектора при помощи диафрагмы или размещают
во втором кожухе, имеющем небольшое отверстие.
Скорость вращения диска составляет 2 об/с. Так как он имеет пять
лопастей, то в соответствии с рис. 6.15 получают тактовую частоту
развертки диска 10 Гц.
Чтобы свести к минимуму помехи от усилителей, прибегают к син­
хронному детектированию. Опорный сигнал, требуемый для него, по­
лучают при помощи оптического прерывателя ( оптического датчика
с открытым каналом), которыйрасполагают в соответствии с рис. 6.14
и 6.15.
Поскольку контролируемый уровень жидкости находится на грани­
це раздела сред <1воздух-вода>> в допустимых пределах , как показано
Оnmоэлекmран нь�Q
nереключоmель
fluнзo Френел�
П1.JрС1Э r.eк.n1μuчecкuJ
geme-<.rnop
uoqipoгмo
роеюннь�о
uск
eme1<;mop
qюзt1
Опорнt11U
�n"nмn:�:
нQ
�1
�
Ctlemoguog
Рис. 6 . 14 . Для обеспечения наблюдения за статической разницей температур
{уровнями жидкости) перед пироэлектрическим приемником вращается
перфорированный диск
9-637

130
ОПТИЧЕСКИЕ ОБНАРУЖИТЕЛИ ПАССИВНОГО ТИПА
Элеме�mtj
nuрозлекmрuческ.ого
gemeкmopa
Положенuе
оnmоэлекmронноzо
nереключаmеля
t---- - 100mm- -- ---
Рис. 6 . 15. Расположение пироэлектрического приемника
и оптического прерывателя
на рис. 6 .14, два элемента пироэлектрического приемника подверга­
ются воздействию различных температур. Тогда детектор фазы обес­
печивает сигнал, который после сравнения с пороговым уровнем ис­
пользуют для управления процессом индикации.
В схеме, представленной на рис. 6.16, за пироэлектрическим при·
емником стоит транзистор p-n-p типа, TR1, обеспечивающий рабо­
ту при оптимальном соотношении сигнал/шум.
Избирательный усилитель (IC2, коэффициент усиления 185 и IСЗ,
коэффициент усиления 15) адаптирован к тактовой частоте 10 Гц.
Его полоса частот находится в пределах от 7 до 15 Гц. Постоянное вы­
сокоточное опорное напряжение (Uсе/ 2 = 3,25 В) операционных уси­
лителей IC2 и IСЗ получают с помощью IC1.
Синхронное детектирование обеспечивается с помощью двух допол­
нительных транзисторов TR2 и ТRЗ. По очереди они детектируют (вы­
прямляют) сигналы с резисторовR10 и R11. Общее напряжение, накап­
ливаемое на конденсаторе Сб, является результатом выпрямления.
После согласования по сопротивлению при использовании IC4 и ICS
это постоянное напряжение усиливается приблизительно в 20 раз с по­
мощью IC6.
В дополнение к этому операционный усилител ь подавляет синфазное
напряжение помех на выводах конденсатора Сб. Тем не менее некоторая

�
�
Q
о
�
�
� � +6,5V -г-�----
-- --
----- --------- ----- ------------- ----
г---
+6,5V
�
Ф('\
�---
С10
0
�о._
С4
1SnF
R25
о,
,о•
27k(J
:r:
��
+6,5V
47nF
R26
:Q
:S:(")
R1B
R23
5,бk(J
�
5§
470kП
·101,ю
J:::5
�gg
гL�- -,--4
8
�Ф':,
f--C::J-.:.j
С7
()
1Q'О
2,2;,f
�
"'��
:::,'О"'
оо�
\)=t:�<
Rt4
S;�:::,
Сб
10Qk(J
111 ICB
ОО:S:
t---C:::J----,
1 5μF
С9
С11
1/4
�i1s
,j
+6,5V
т15nF
1μF т
TL094
3:::s:1u
R8
R15
т
9
:S::S:::,
+6,SV
С2
10k(J
TR2
10Qk(J
'<:Ф
4 7nF
TR2
R22
"\j{)�
'
8С109 ВСУ71
R20 • 1Ol,IO
i�i
=
•>•
.,
а
1�1 1
i�R2B
{��
JQk(J
-2.2μF
�t-•--►-- -- - �
5,бk(J
ф"'
"'3::
R12
R13
R15
R17
R21
R29
R30
Q"5
1Qk(J
10k(J 1,5kП
1,5kП
lkП
27kП
1200
а,:s:
R32
,_Ф
10k(J
о3::ov
3:::Х: т·
��
Ус::1.,1л1,1mе.110
Оnорн�о cuzнo,11 _,._J
Деm�кmор сроэt:1
Koмnopomop
]-�

132
ОПТИЧЕСКИЕ ОБНАРУЖИТЕЛИ ПАССИВНОГО ТИПА
Пepq,opupotloннtou
+6,5V
gucк
Onopнt,10
CU2t-10/1
--- --- 1
R31
39011
1
1
1
10kl1 1
ov
Ycu/lumeлti Трuггер
Wмummo
--- -numoнue
�- - -мотора
Рис. 6 . 1 7. Опорный сигнап для синхронизации
получают при помощи перфорированного диска
разбалансировка может иметь место за с<rет разницы между остаточны­
ми напряжениями транзисторов TR2 и ТRЗ. Ее компенсируют «точно»
при помощи резистора R20 (или «грубо» резисторами R14, R16) таким
образом, что в период покоя (в отсутствие разницы температур между
двумя элементами пироэлектрического детектора) выходное напряже­
ние lC6 точно соответствует центру средней зоны двухпороrового rюм­
паратора на IC7, IC8. Величина этого «окна» (ширины средней зоны),
которая определяется величинами резисторов R25 - R29, составляет
±0,125 В. Индикатор (светодиод D3) зажигается, как толь1<0 входное
напряжение компаратора выходит за пределы <<окна». В сумме K
YCIL' по
напряжению цепи усиления-детектирования составляет 13000.
Опорный сигнал обеспечивается схемой, представленной на рис. 6.17.
Элементы схем, изображенных на рис. 6.16 и 6.17 ( измери тель
уровня жидкости):
• С1: 2,2 мкФ, 25 В, электроли тический;
• С2: 4,7 нФ, пленочный;
• СЗ: 2,2 мкФ, 25 В, электролитический;
• С4: 47 нФ, пленочный;
• С5, Сб: 1,5 мкФ, пленочный;
• С7, СВ: 2,2 мкФ, 25 В, электролитический;
• С9, С10: 15 нФ, пленочный;
• С11: 1 мкФ, 25 В, электролитический;

ИНДИКАТОР УРОВНЯ ЖИДКОСТИ
133
• D1,D2:ВА317ИЛИ1N4148;
• 1С1, 2, 3: счетверенный операционный усилитель LM 324;
• 1С4, IC5: операционный усилитель TL 091;
• IC6, 7, 8: счетверенный операционный усилитель TL 094;
• 1С9, 10: сдвоенный операционный усилитель LM 358;
• R1: 56 кОм;
• R2: 10 кОм;
• RЗ: 2,7 кОм;
• R4, R5: 10 кОм;
• R6: 2,2 МОм;
• R7, R8: 10 кОм;
• R9: 220 кОм;
• R10, R11: 100 кОм;
• R12, R13: 10 кОм;
• R14, R16: подстроечный резистор 100 кОм;
• R15, R17: 1,5 кОм;
• R18, R19: 470 кОм;
• R20: подстроечный резистор 2 кОм;
• R21: 1 кОм;
• R22, R23: 10 МОм;
• R24: 100 кОм;
• R25: 27 кОм;
• R26: 5,6 кОм;
• R27: 2,7 кОм;
• R28: 5,6 кОм;
• R29: 27 кОм;
• RЗО: 120 Ом;
• R31: 390 Ом;
• TR1: ВСУ 71 или ВСУ 559;
• TR2: вс 109 ИЛИ вс 549;
• ТRЗ: ВСУ 71 ИЛИ вс 559;
• оптичес1<Ий датчик с открытым каналом или эквивалентная дис­
кретная цепь.
Оптопара состоит из светодиода ИК диапазона и фотодиода, управ­
ляющего усилителем, за которым следуют триггер Illмитта и выход­
ной каскад. Опорный сигнал с последнего поступает через резисторы
R12 и R13 на базы транзисторов TR2 и ТRЗ. Существуют модули

134
ОПТИЧЕСКИЕ ОБНАРУЖИТЕЛИ ПАССИВНОГО ТИПА
(предлагаемые фирмой Radio Spares 304-560), объединяющие все
элементы, обведенные на рис. 6.17 штриховой линией. Тем не менее
сборка на дискретных элементах достаточно проста. Во избежание
взаимного влияния рекомендуется обеспечить питание схем, изобра­
женных на рис. 6 .16 и 6.17, от отдельных стабилизаторов с выходным
напряжением питания +6,5 В, а также иметь независимый источник пи­
тания мотора перфорированного диска.

ГЛАВА
1
2
3
4
5
6
7
в
10
11
СТРАНИЦА
Особенности невидимого излучения
11
Излучающие диоды ИК диапазона
25
Приемники ИК диапазона
51
Простые опыты
85
Барьеры и системы сигнализации
93
Оптические обнаружители пассивного типа 117
ПЕРЕДАЧА АУДИОЧАСТОТ
спомощью
АМ ИЗЛУЧЕНИЯ
Простой передатчик с прямой модуляцией 136
Приемник с прямой демодуляцией
138
Передатчик, управляемый от микрофона
139
Радиоретранслятор
140
Передатчик сигнала ИК диапазона
на модулированной поднесущей
142
Приемник, настраиваемый с помощью
активных фильтров
148
Приемник, настраиваемый с помощью
пассивных фильтров
151
Проведение экспериментов
156
Передача аудиочастот с помощью ЧМ
159
Восьмиканальное
дистанционное управление
179
Дистанционное управление
для аудио- и видеоустройств
197
Другие приложения
211

136
ПЕРЕДАЧА АУДИОЧАаот с ПОМОЩЬ/О АМ ИЗЛУЧЕНИЯ
Для того чтобы передать речь или музыку при помощи излучения ИК
диапазона, проще всего использовать амплитудную модуляцию. Од­
нако наилучшего качества передачи и большего радиуса действия
можно добиться посредством применения поднесущей. Она также мо­
жет модулироваться по амплитуде или по частоте. Первый вариант
будет рассмотрен в настоящей главе, второй - в главе 8.
Приложения варьируются от простого демонстрационного приспо­
собления до прибора, осуществляющего связь между двумя соседни­
ми зданиями. В последнем случае эффект направленности позволяет
достичь очень высокого уровня безопасности переговоров, исключаю­
щий прослушивание посторонними людьми. Существуют и другие
приложения с использованием более широкой диаграммы направлен­
ности. Например, передача звукового сопровождения телевизионного
(ТВ) приемника при беспроводной связи на наушники избавляет те­
лезрителя от посторонних шумов, а его домочадцев защищает от зву­
ков ТВ приемника, что особенно актуально в ночное время.
ПРОСТОЙ ПЕРЕДАТЧИК С ПРЯМОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ
Для осуществления модуляции излучения ИК диапазона достаточно
изменять силу тока излучающего диода в зависимости от звуковых
колебаний речи или музыки.
Рис. 7.1 показывает, что в этих целях следует регулировать с rюмо-
щью транзистора ток, который поступает на излучающий диод.
Элементы схемы, изображенной на рис. 7.1:
• R1: 2,2 кОм;
• R2: 3,3 кОм;
• RЗ: 15 кОм;
• R4:33Ом;
• транзистор 2N2219 или BSY82;
• диод ИК диапазона LD 271, CQY 37, CQW 89 В или аналогичные.
Для выполнения модуляции в схеме требуется входное напряже-
ние, равное приблизительно 1 Vefr Поскольку номинал входного
сопротивления составляет около 2,5 кОм, то в качестве источника мо­
дуляции может использоваться предусилитель распространенного
типа.
Если необходимо управлять только одним светодиодом, как
в случае, приведенном на рис. 7 .1, то КПД излучателя остается весь­
ма низким, так как большая часть мощности, затрачиваемой на его

ПРОСТОЙ ПЕРЕДАТЧИК С ПРЯМОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ
137
управление, рассеивается на резис­
торе R4.
Ситуацию можно исправить, ис­
пользуя несколько светодиодов,
включенных последовательно, как
показано на рис. 7.2.
( Можно ynpotн111mь t-1еС'<О..11ькuмu
)
noc11egoflomeлc-1-10 flк11юче1-1�t11мu
ce>emaguogoмu. см. puc. 7 ,2 u 7.3
Peэucmop
R3
onmuмuэoцuu
15k0
носmроОкu
R2
R4
+
330
3,3kl1
1W
-
.
,
•
,
Такое соединение может приме­
няться для светодиодов в мет аJtли-
R1 •.1/Jr
o-------=}---j+
с::
2.21<0
2N2219
Вхо9
(BSY82)
1 Veff.
Рис. 1.1. Простейший передатчик
излучения ИК диапазона,
ческом корпусе, при расчете на то,
что ток покоя равен 100 мА в отсут­
ствие моду ляции. Однако более
экономичным может оказаться ис­
пользование большего числа диодов
в пластмассовом корпусе при токе
лучистый поток которого модулируется
покоя 40 или 50 мА для последова­
акустическим сигналом
тельно-параллельной схемы, представленной на рис. 7.3 . Предпочти-
тельно применять типы светодиодов, которые отличаются достаточно
небольшой шириной диаграммы направленности (от 10°
до 35
°
).
Подстроечный резистор R3 из схемы на рис. 7 . t позволяет опти­
мизировать работу излучателя.
Схема практически является транзисторным усилителем НЧ, в кол­
лекторной нагрузке которого светодиод последовательно соединен
с токоограничительным резистором. В отсутствие сигнала на входе
НЧ резистор R4 и светодиод (или свето-
--+--
диоды) временно заменяют резистором
�
39о 1в
б
R3
А
Ctemoguog
на
м,
Т И кали руют
таким
t меmоппuческом
образом, чтобы на транзисторе между
l морnусе
коллектором и эмиттером выделилась
�
половина напряжения питания. Питание
к
�27 Ом g,o 2 ctemoguogot
б
б
u
v
б
R4
20Ом9м,3
может о еспечиваться атареикои оль-
1sо.9,.•
шой емкости или схемой, показанной на
с
рис. 7.4, которая также подходит для ни-
жеописанного приемника.
Элементы схемы, изображенной на
рис. 7 .4:
Рис. 1 .2. Мощность передачи
может быть увеличена
• трансформатор напряжения питания 6 В, 0,4 А;
• выпрямитель (4x1N4001 или эквивалентный готовый мост);
• электролитический конденсатор на 3300 мкФ, 10 В.

138
ПЕРЕДАЧА АУДИОЧАСТОТ С ПОМОЩЬЮ АМ ИЗЛУЧЕНИЯ
А�
,
� C�omoguog
t, nлосmмоссоf>ом
! 1<opnyce
Ku
!
'
R5=Rб=5б Ом
R5
Rб 9.11я 2х2 c6emoquo9oei
39 Ом gла 2х3
С
30 Ом 9м1 2х4
4к1N4001
u.nu поgобн�е
_
по нonpo6..neнu
,
o
м с:.:еме
nepegoчu
u/uлu npueмo
Рис. 1.3. Последовотельно-пораллельная
схема для диодов ИК диапазона
в пластмассовом корпусе
Рис. 7.4 . Питание для схем передачи
и приема с обычной модуляцией
ПРИЕМНИК С ПРЯМОЙ ДЕМОДУЛЯЦИЕЙ
Чтобы принять сигнал от передатчика, изображенного на рис. 7 .1, до­
статочно иметь фототранзистор, преобразующий колебания вход­
ного лучистого потока в электрические колебания, а для того, чтобы
сделать слышимым сигнал, переданный через небольшой громкогово­
ритель, нужны два каскада усиления. На рис. 7.5 показана схема при­
емника, изготовленного по этому принципу. Радиус действия всего
устройства составляет 3-10 м при использовании лишь одного све­
тодиода в схеме передатчика.
Элементы схемы, изображенной на рис. 7 .5:
• С1: 68 пФ (не имеет смысла использовать с фототранзистором
без соединения с его базой);
• С2: 200 нФ, танталовый (или 220 нФ, пленочный);
• СЗ: 22 мкФ, 10 В, электролитический;
• С4: 1 мкФ, 15 В, электролитический;
• С5: 22 нФ, пленочный или керамический;
• R1: 10 МОм;
• R2: 680 кОм;
• RЗ: 4,7 МОм;
• R4:1кОм;
• R5: 8,2 кОм;
• Т1: фототранзистор BPW 77, ВР 103, BPW 14 В, BPW 22 А или
эквивалентные им;
• Т2:ВС548ВилиВС238В;
• ТЗ: 2 N 2219, 2 N 1711, ВС 140-16, ВС211 или ВС 635;
• громкоговоритель с входным сопротивлением от 40 до 100 Ом.
Во время монтажа следует обратить внимание на то, чтобы фото-
транзистор не был направлен к окну, так как падающий на него свет

ПЕРЕДАТЧИК, УПРАВЛЯЕМЫЙ ОТ МИКРОФОНА
139
R4
Пogcmpoueioemcp
R3
lk(J Rб
е, режuме покоя
4,71(()
47k0
;-io VA /3 ...о f:>r,tiogox
с•
R5
zpoмкoгotx>pumeм:i
1,uF 8,2k0
НР
•о.. . 100n
С1
Т2
68pF
Т3
Громкогоf�орumеnь
V' 6. .вv
R1
mонmол
♦С3
cs
Пumoнue
10k(J
-
22,uF 22nF
Рис. 7.5 . Приемник излучения ИК диапазона, модулированного акустическим сигналом
вызовет постоянную засветку. Лампа освещения является источни­
ком еще более сильных помех, потому что, с одной стороны, макси­
мум ее спектра приходится точно на область ИК диапазона, а с дру­
гой - к этому ведет модуляция света по сети питания (100 Гц).
Снижение помех, вызванных постоянным внешним источником све­
та, обеспечивает конденсатор С 1, дополнительно подключенный
к базе фототранзистора.
Для оптимизации приема схема приемника содержит подстроеч­
ный резистор R6, который регулируется таким образом, чтобы в ре­
жиме покоя измеряемое постоянное напряжение на выводах громко­
говорителя было приблизительно равно 1/3 напряжения питания.
В качестве источника питания можно использовать либо батарейки,
либо схему, приведенную на рис. 7.4, которая обеспечивает мощность,
достаточную для одновременного питания передатчика и приемника
в случае необходимости.
ПЕРЕДАТЧИК, УПРАВЛЯЕМЫЙ ОТ МИКРОФОНА
Использование передатчика (излучателя), представленного на рис. 7 .1,
удобно только в том случае, если имеется в наличии предусилитель,
обес печивающий на своем выходе напряжение приблизительно в 1 В.
Если такой предусилитель включить в передатчик, получается схе­
ма, приведенная на рис. 7 .6. Для модуляции излучения ИК диапазо­
на требуется напряжение в пределах от 5 до 1О мВ.
Такой тип передатчика особенно подх9дит к микрофону с низким
(около 1 кОм) сопротивлением, например, электродинамического типа.
Для передатчика, изображенного на рис. 7 .7, упомянутое входное
сопротивление составит более 100 кОм. В этом случае подойдет мик­
рофон электретного типа, где в качестве предусилителя может быть

140
В,09
>5mV eft
С2•
47μF
IOY
с,
ПЕРЕДАЧА АУДИОЧАСТОТ С ПОМОЩЬЮ АМ ИЗЛУЧЕНИЯ
R2
2,2kn
R3 Onmuмu)OцuA
,1on
С4
�--- --+-·
__...7JJ!
R5
3,3k0
R1
220kQ
01
Rб
33Q
,w
lμF
�11
-
'
-
·-- --.......
С3
lnF
Т2
2N2219
Пumoнue
б...ВУ
Bxog
(5... IOmV)
270kn
330kQ
Рис. 7.6 . Передатчик с одним каскадом предусиления
5бkQ
т- 4,7μF
Громкосmr1
220kQ
1kQ
4,7μF
Можно ynpof)11яmь
нecl\OJlbKU... U
noc.ne906ome.nьнo
f)к.11ючен�-.!:lмu
�������Q��2M� 7.3
OnmUMUЗOЦUR 330
б,BkQ
1,5kQ
с
Е
Пumaнue
v,=б. .. вv
Рис. 7.7. Схема передатчика с предусипитепем НЧ на интегральной схеме
использована интегральная схема ОУ. При настройке действуют так
же, как и при использовании передатчика, представленного на рис. 7.1.
Подключение нескольких светодиодов, показанное на рис. 7 .2 и 7.3,
возможно также и для схем, приведенных на рис. 7 .6 и 7.7 (см. следу­
ющий раздел).
РАДИОРЕТРАНСЛЯТОР
Для того чтобы получить простое и вместе с тем постоянно функцио­
нирующее демонстрационное устройство, можно скомбинировать пе­
редатчик излучения ИК диапазона с небольшим приемником радио­
передач, принимающим одну местную радиостанцию.
Элементы схемы, изображенной на рис. 7.6:
• пленочный конденсатор: 1 нФ;
• электролитический конденсатор: 47 мкФ и 4,7 мкФ, 10 В;

РАДИОРЕТРАНСЛЯТОР
141
• резисторы: 33 Ом (1 Вт), 470 Ом, 2,2 кОм, 3,3 кОм, 220 кОм;
• подстроечный резистор: 15 кОм;
• транзисторы: ВС 548 В (или ВС 238 В), 2 N 2219 (или ВС 140-16);
• диод ИК диапаэона LD 271, CQY 37, 89 В или эквивалентные.
Элементы схемы, изображенной на рис. 7.7:
• пленочный конденсатор: 33 нФ;
• электролитические конденсаторы: 2х4,7 мкФ. 10 В;
• резисторы: 33 Ом (1 Вт), 1 кОм, 1,5 кОм, 56 кОм, 270 кОм,
330 кОм;
• подстроечные резисторы: 6,8 кОм и 220 кОм;
• транзистор: 2 N 2219 (или ВС 140-16);
• операционный усилитель μА 741 или TL 081;
• диоды ИК диапаэона LD 271, CQY 37, 89 В или эквивалентные.
Из рис. 7.8 видно, что для выполнения функций приема и переда-
чи достаточно трех транзисторов.
В качестве антенны можно использовать ферритовый стержень,
который настраивается при помощи переменного конденсатора на
наиболее мощную местную стаl-!цию. Допускается взять оба элемен­
та неработающего приемника. При желании можно самостоятельно
выполнить обмотку ферритового стержня диаметром 10 мм и длиной
10-20 см, для чего следует намотать 60 витков в один слой. Емкость
переменного 1<0нденсатора должна быть 200-300 пФ. Для намотки
применяется проволока, состоящая из 20 нитей в шелковой оболочке,
диаметром 0,05 мм каждая. Эти рекомендации относятся только
к диапазону средних и коротких волн, а при работе на длинных вол­
нах укаэанное число витков необходимо умножить на 3,2.
Приведенные выше рекомендации справедливы и для настройки,
и для использования нескольких светодиодов, н для выбора опти­
мального режима питания.
Поскольку схема ретрансляции не содержит регулировки звука, то
выйти из этого положения можно либо с помощью ориентации ан­
тенны, либо с помощью настройки переменного конденсатора для
оптимизации КПД передачи.
По мере приближения к оптимальной настройке на радиопередат­
чик 'увеличивается степень модуляции излучателя. Увеличение при
этом модуляции светового потока приводит к увеличению сигнала
приемника ИК диапазона. Однако, начиная с некоторого предела,
сущ ествует риск возникновения перемодуляции сигнала передатчи­
ка, что пrтнедет к малоприятному искажению последнего.

142
ПЕРЕДАЧА АУДИОЧАСТОТ С ПОМОЩЬ/О АМ ИЗЛУЧЕНИЯ
Фeppumoto•
Ша
4 ��Q
a1-1me1-11-10
/с,
!
,
!
,
CV 200... 500pF
Т1
В конuе С2 (:��i:}
!i nepuogo 200nF
i:
-
t-
H
moнmo..n
R3
1k\')
RS
R4 2,2kQ
220kQ
Rб
270!')
Рис. 7.8. Схема приемника местной родиостанции
02
Т3
2N2219
(BSY82)
б...вv
Пumoнue
и передатчика модулированного изл у чения ИК диапазона
Элементы схемы, изображенной на рис. 7 .8:
• ферритовая антенна с переменным конденсатором;
• танталовый конденсатор: 2х200 нФ (или 2х220 нФ, пленочный);
• электролитические конденсаторы: 4,7 мкФ, 22 мкФ и 47 мкФ,
10 В;
• пленочные конденсаторы: 1 нФ и 4,7 нФ;
• диод: 1N4148 или эквивалентный;
• резисторы: 33 Ом (1 Вт), 270 Ом, 470 Ом, 2,2 кОм, 3,3 кОм, 47 кОм,
220 кОм, 1 МОм;
• подстроечный резистор: 15 кОм;
• транзисторы: BF 594 (или BF 254), ВС 548 В (или ВС 238 В),
2N2219 (или ВС140-16, ВС635, BSY82);
• диод ИК диапазона LD 271, CQY 37, 89 В или эквивалентные.
Как и в предыдущем случае, при условии очень точной ориента­
ции можно получить дальность действия между приемником, изоб­
раженным на рис. 7 .5, и передатчиком, приведенным на рис. 7 .8, от
3 до 10 м. Чтобы помехи не достигли допустимого предела, дальность
действия можно увеличить, если использовать наушники, по крайней
мере, во время работы приемника при относительно низком уровне
мешающего освещения.
ПЕРЕДАТЧИК НА МОДУЛИРОВАННОЙ ПОДНЕСУЩЕЙ
В целях уменьшения вышеперечисленных помех можно прибеrнуrь
к двойной модуляции. Сначала модулируют поднесущую (приблизи­
тельно 50 кГц) передаваемым сигналом, а затем используют ее для

ПЕРЕДАТЧИК НА МОДУЛИРОВАННОЙ ПОДНЕСУЩЕЙ
143
модуляции излучения светодиодов. На рис. 7.9 показан первый ва­
риант такого передатчика (входное напряжение 0,5 В).
Элементы схемы, изображенной на рис. 7.9:
• С1: 100 нФ, пленочный;
• С2: 470 нФ, 25 В, электролитический или танталовый;
• СЗ: 22 мкФ, 20 В, электролитический;
• С4: 10 нФ, пленочный или керамический;
• CS: 1 нФ, пленочный;
• С6: 4,7 мкФ, 20 В, электролитический;
• D1, D2: 1N4148 или эквивалентные им;
• R1: логарифмический потенциометр на 100 кОм;
• R2: 1 МОм, подстроечный;
• RЗ: 330 кОм;
• R4: 120 кОм;
• RS: 8,2 кОм;
• R6:1кОм;
• R7: 470 Ом;
• R8: 1,8 кОм;
• R9: зависит от числа светодиодов (см. текст);
• R10: 6,8 кОм;
• R11: 6,8 кОм, подстроечный;
• R12: 470 Ом;
• R13: 560 Ом;
• Т1, Т2: ВС548В или ВС238В;
• ТЗ: 2N2197 или ВС140-16 с радиатором-клипсой;
• интегральная схема: NE 555;
Оnmuмuзоцш1
R7
,,оп
"' ,----,----,...{�------"1
с,
100nF
R2
11,,п
R3
330kn
Чocmomo
R12 R1J
410n SБOn
Пumoмuc
12... 15V
RI
100k{)log
Гром..:.осmо
8)(09
:>O,SV�н
R◄
120kn
С5
�
lnF
�-�- �2-�
1
J:J
�------ ------- -- -- --- ---------4-+-
Рис. 7.9 . Передатчик, работающий при модуляции излучения ИК диапазона
с помощью поднесущей, которая, в свою очередь, модулирована акустическим сигналом

144
ПЕРЕДАЧА А УДИОЧАСТОТ С ПОМОЩЬЮ АМ ИЗЛУЧЕНИЯ
• диоды ИК диапазона: LD 271, CQY 37, CQW 89 В или эквива­
лентные.
Для получения высокой стабильности частоты поднесущей приме­
няется интегральная схема NE 555Р, которая вырабатывает прямо­
угольные импульсы. Они используются для прерывания (через дио­
ды D1, D2) сигнала НЧ, поступающего на базу транзистора ТЗ, после
усиления транзисторами Т1, Т2.
Таким образом может быть получена очень высокая линейность,
исключающая перемодуляцию, если в качестве Т2 использовать ста­
бильный по частоте транзистор, способный вместе с тем работать
в линейном режиме при пиковом значении тока коллектора 400 мА.
Это соответствует четырехкратному току покоя 100 мА, полученно­
му посредством прерываний при скважности импульсов поднесущей,
равной 4.
Кроме транзисторов типа 2N2197, существует множество других
�мезатранзисторов� средней мощности, пригодных для использования
в экспериментах. Очень хорошо работают даже старые типы, например
74ТЗ. Однако в данном случае нельзя использовать маломощный тран­
зистор НЧ в пластмассовом корпусе.
Для подстройки частоты поднесущей передатчик содержит резис­
тор R11, который позволяет осуществлять настройку на частоту при­
емника. Кроме настройки входного уровня громкости, осуществля­
емой с помощью резистора R1, предусмотрена оптимизация выбора
средней рабочей точки с помощью резистора R2. Сначала его сопро·
тивление устанавливают максимальным, а во время проведения экс­
перимента изменяют таким образом, чтобы получить максимальную
громкость.
Номинал резистора R9 зависит от числа светодиодов, последова·
тельно соединенных с ним. Если используется один светодиод, эта
величина составит 33 Ом. При добавлении каждого нового светодио­
да она будет уменьшаться на 3,5 Ом. Всего может быть подключено
ДО семи ДИОДОВ.
На рис. 7 .10 показан второй вариант схемы передатчика. Здесь
низкочастотный вход приблизительно в десять раз чувствительнее,
ч1·0 обусловлено использованием встроенного усилителя. Коэффици­
ент усиления последнего пропорционален номиналу резистора RS,
и его можно увеличить еще в пять раз, если использовать R5 = 1,5 МОм.
Обоим типам передатчиков не требуется идеально отфильтрован­
ного напряжения питания, если только они не являются очень требо­
вательными с точки зрения остаточной пульсации. Схемы питания,

/ /t:f'c,цA / '1Ylt<. МР. МV,Ц УJ IV/f'VйP.MMVVI / /V,ЦMt:LYЩ C:VI
С!
iOOnF
R1
100k'1
Громкосmь
Onmuмuзou.uA
Чocmomo
Rt2
5600
Пumoнue
12... !SV
+С7
_ 4,7μr"
Рис. 7.1О. Вариант построения передатчика с усилителем НЧ сигнала. Схема может
использоваться для передачи радиосигналов на наушники
изображенной на рис. 7.11, должно быть достаточно для предполаrа­
емой области применения.
Элементы схемы, изображенной на рис. 7 .11 (питание для передат-
чика амплитудно-модулированноrо сиrнала):
• трансформатор напряжения питания: 12 В, О.ЗА;
• выпрямитель (4x1N4001 или эквивалентный ему rотовый мост);
• электролитический конденсатор: 2200 мкФ, 16 В.
На рис. 7.12 приведена печатная плата, предназначенная для мон­
тажа передатчика, схема котороrо представлена на рис. 7 .1О, и схемы
питания, изображенной на рис. 7 .11 . Эта плата может быть размеще­
на в корпусе типа Teko Р/2 при условии, что фильтрующий конден­
сатор СВ закрепляется на стороне :течати. !:ели выбрать модель хоро­
шеrо к�>Iества на 3,5 БА, то в подобном корпусе будет достаточно
места и для трансформатор;.:, который вызывает достаточно слабое
наrревание. В этом случае нет необходимvсти снабжать корпус от­
верстиями для обеспечения ero вентиляцией. На металлической
стороне корпуса можно предусмот-
,N1�01
реть коннектор, который соединяют
�------
с помо1,rыо провода с усилителем мо­
дулированных сиrналов, предназна­
ченных для передачи.
Внешний вид платы с установлен­
ными элементами передатчика ампли­
тудно-модулированных сиrналоJ дан
на рис. 7.13.
С8
22ooi,r
,sv
Пumoмue
Рис. 7. 11. Схема питания
для передатчиков,
представленных но рис. 1. 9 и 1. 1О

146
ПЕРЕДАЧА А УДИОЧАСТОТ С ПОМОЩЬЮ АМ ИЗЛУЧЕНИЯ
Элементы схем, изображенных на рис. 7.10 и 7.12 (передатчикам-
плитудно-модулированного сигнала, входное напряжение 50 мВ):
• С1, С2: 100 нФ, пленочный;
• С3: 1 мкФ, 20 В, электролитический;
• С4: 2,2 мкФ, 20 В, электролитический;
• CS: 1О нФ, пленочный;
• С6: 1 нФ, пленочный;
• С7: 4,7 мкФ;
• D1, D2: 1N4148 или эквивалентные им;
• R1: логарифмический потенциометр на 100 кОм;
• R2: 470 кОм, подстроечный;
• R3: 270 кОм;
• R4: 330 кОм;
Led
+С8
-
С8
106
Рис. 7. 12. Печот�оя плато передатчика, представленного но рис. 7.1О.
Фипьтрующий конденсатор СВ размещается но стороне печати плоты
1{)
С')

ПЕРЕДАТЧИК НА МОДУЛИРОВАННОЙ ПОДНЕСУЩЕЙ
147
• RS: 270 1<Ом;
• R6: 4,7 кОм;
• R7: 1,8 кОм;
• R8: 1,8 кОм, сопротивление зависит от числа светодиодов (см.
текст);
• R9: 6,8 кОм;
• R10: 6,8 кОм, подстроечный;
• R11: 470 Ом;
• R12: 560 Ом;
• Т1: ВС548В ИЛИ ВС238В;
• Т2: 2N2197 или ВС140-16 с радиатором-клипсой;
• и.!fтеrральная схема: NE 555;
• операционный усилитель μА741 или TL081CP;
• диод(ы) ИК диапазона: LD 271, CQY 37, CQW 89 В или эквива­
лентные.
Таким образом, коннектор можно подключить также к входу (<зву­
ковое сопровождение� телевизора. Передающее устройство (передат­
чик и приемник) позволяет слышать звук от телевизора на расстоя­
нии с помощью наушников, что может быть очень удобно в шумном
помещении. Для такого приложения достаточно всего лишь один раз
настроить уровень входной громкости, а R1 может быть представлен
потенциометром, недосягаемым извне, как показано на схеме разме­
щения элементов.
Для проведения эксперимента предпочтительно поместить пару
люминесцентных диодов на двух жестких проводах, выступающих из
Рис. 1. 13. Внешний вид плоты с элементами передатчика
омплитудно-модулировонного сигнала

148
ПЕРЕДАЧА А УДИОЧАСТОТ С ПОМОЩЬЮ АМ ИЗЛУЧЕНИЯ
корпуса, которые можно сгибать в соответствии с желаемой ориента·
цией. После определения оптимальной ориентации можцо располо­
жить диоды на одной стороне корпуса.
ПРИЕМНИК, НАСТРАИВАЕМЫЙ
С ПОМОЩЬЮ АКТИВНЫХ ФИЛЬТРОВ
Для приема сигнала от передатчика, работающего на модулирован­
ной поднесущей, очень удобно использовать активный фильтр, rю­
скольку он заменяет фильтр на катушках индуктивностей.
На рис. 7 .14 показана схема такого приемника.
С помощью фототранзистора Т1 полученное излучение преобразу·
ется в электрические сигналы. При желании зарегистрировать отраже­
ния uт потолка и стен комнаты лучше всего использовать фототранзи­
стор с широкой диаграммой направленности. При таких условиях
работы дальность действия будет значительно меньше, чем в случае на­
правленной связи, где излучатель и приемник оптопары ориентирова­
ны навстречу друг другу. Еще более высокий КПД можно получить,
если перед фототранзистором поместить линзу. Поскольку концентра·
ция принимаемого излучения осуществляется за счет фототранзисто­
ра, снабженного линзой, то можно использовать модель с широким
угловым полем с тем же успехом, что и более направленную.
Активный фильтр приемника, представленного на рис. 7 .14, состо­
ит из сдвоенного операционного усилителя TL082CP, на входе кото­
рого стоит полевой транзистор для согласования сопротивлений.
ОУ TL082CP также обладает более высокими частотными харак­
теристиками, чем ОУ μА741. Однако активный фильтр не имеет ав­
томатическс:\ регулировки усиления (АРУ), что приводит к необхо·
димости размещать элемент этой регулировки (транзистор Т2) перед
фильтро м, чтобы не перемодулировать последний в случае приема
сильных сигналов. Расположение, при котором сначала происходит
усиление, а затем селекция, чревато опасностью возникновения пере­
крестной модуляции, вызываемой помехами с частотой 100 Гц (лам­
пы освещения), которые могут быть случайно перехвачены фото­
транзистором.
Элементы схемы, изображенной на рис. 7.14 (нриемник амплитуд­
но-модулированных сигналов с использованием активного фильтра):
• конденсаторы пленочные: 330 пФ, 2х470 пФ, 1 нФ, 10 нФ, 22 нФ;
• конденсаторы электролитические на 20 В: 2,2 мкФ, 4,7 мкФ,
3х22 мкФ, 68 мкФ;

?!')
"
-!'>,.
f�
�"
�
��(1)
::r
s
�1:,
"'
�...,
�,а
3:
g
'§
"6
gQ
::r
::r
а::,
g
15
j(1)
"''
R:O•
о IO,()
ТIj R2Г1R4
,_,---
-
1 OkO ,�n
4
1'\r
,_,---
TL082CP
4 ��()
R3
'"
[ Сб•
уRI1' �
.
: OOkO
1 OkO
[_
JбОр< 6,8k О R13•
с,.ь
r-1-H - --
, OkO
бВμF '
R
RB
R9• i
20VТ-
12(j]
lkO 6,8k0
С5•
R\4 rvR15
�,
T360pr
lkO ,tJ 1.s,o
_._CJ
2.2,,Г
Qб
:5Оk 0 __
_
_
_
-
дру
J��oy
rr�
·
R20
IOOkO
R22 ,1,
1МО 1,
С9
ф N��48
10nF
01
- Н--_;
!N4148
100nF
с,
J
c,2
♦
47Q
R21
�С\3
R19
39k0
1001(()!
22nF
ГрО"'!КОg�� Н
R2J
820,(J
13
�
,,,l
г1 8k0
'0k0
03
С14 •
1 N4148
47μГТ-
Тб
J:R27
k()
С1
Hoyw1-1uкu
22μ
00.. 6000
+
о 4,5V 4,5VO
�
�
i_.,,.,,
�
�)>
�),.
�о:�.
(")
2�0-
(5),..,,.,,
�а,
::t
�G
sо-
�
�
:;;;:

150
ПЕРЕДАЧА АУДИОЧАСТОТ С ПОМОЩЬЮ АМ ИЗЛУЧЕНИЯ
• конденсаторы стирофлексные (±2%): 4х360 пФ;
• диоды: Зх1 N 4148;
• потенциометр логарифмический: 100 кОм;
• резисторы ±2%: 2х6,8 кОм, 2х7,5 кОм, 5х10 кОм;
• резисторы ±5%: 120 кОм, 1,8 кОм, 4,7 кОм, Зх10 кОм, 39 кОм,
2х150 кОм, 2х1 МОм;
• Т1: фо1:01:ранзисrоры ВР 1()3, BPW 14. В, BPW 22 А или эквива-
лентные;
• Т2:ВР594илиНЧ254;
• ТЗ:ВС558АилиВС308А;
• Т4,TS:ВС548АилиВС238А;
• Тб:ВС558АилиВС308А;
• сдвоенный операционный усuлитель: TL 082 СР;
• сдвоенный прерыватель напряжения питания.
Таким образом, приемник на активных фильтрах значительно бо­
лее чувствителен к подобного рода помехам, чем приемник на пассив­
ных фильтрах, который будет описан ниже.
Активные фильтры требуют использования двенадцати прецизион­
ных элементов (допуск 2% или выше), отмеченных на схеме звездоч­
ками. На самом деле, абсолютная точность имеет не столь большое
значение, то есть можно без труда использовать четыре конденсатора
по 380 пФ, например при условии, что все они имеют один и тот же
номинал с точностью до 2%. Если в наличии имеются прецизионные
элементы, близкие по значению, можно произвести перерасчет фильт­
ров, учитывая, что частота первого задается формулой f1
= 1/(21tCR1),
второго f2 = 1 / (2пСR2 ), а разность между двумя частотами должна
составлять около 6 кГц, и эти частоты должны располагаться в диа­
пазоне между 40 и 70 кГц. Если принять величины, указанные на
рис. 7.14, то частоты настройки составят приблизительно 65 и 59 кГц.
Потенциометры RЗ позволяют провести подстройку избирательнос­
ти фильтра. Настройка осуществляется путем подключения ВЧ гене­
ратора между землей и эмиттером транзистора Т1, а также милливоль­
тметра переменного тока между землей и выходом 1 интегральной
схемы ОУ. Временно соединяя контур АРУ с минусом источника пи­
тания и следя при этом, чтобы напряжение на выходе оставалось все­
гда ниже V,rr калибровкой постепенно осуществляют настройку двух
потенциометров RЗ. При этом необходимо получить частотную ха­
рактеристику (выходное напряжение в зависимости от частоты),
близкую к изображенной на рис. 7 .15.

ПРИЕМНИК, НАGРАИВАЕМЫЙ С ПОМОЩЬЮ ПАССИВНЫХ ФИЛЬТРОВ
151
Частота передатчика должна на­
страиваться на центр этой полосы
пропускания, чего можно добиться
и на слух, подбирая ее по максиму­
му громкости звука.
В схеме, приведенной на рис. 7 .14,
после цепи демодуляции (диоды D1,
02) стоит усилитель НЧ с дополни­
тельной симметрией (транзисторы
с ТЗ до Т6). Такой модели усилите­
tv= ''"'�"
dJ
60
65 f, ,Гu
Рис. 7.15. Кривая частотной
характеристики фильтра приемника,
представленного на рис. 1 . 14
ля было отдано предпочтение не для достижения высокой точности
(осуществление которой было бы слишком дорого при таком спосо­
бе передачи), а исключительно для сведения к минимуму потребле­
ния энергии в режиме покоя. Источником питания (+9 В) приемни­
ка па р11с. 7.14 являются две батарейки по 4,5 В.
Эксперименты с приемником на активных фильтрах, проведенные
в форме (<навесной� схемы, позволили получить превосходную чув­
ствительность, хорошую стабильность и внутреннюю реакцию, кото­
рой можно пренебречь, так как расположение элементов совершенно
не кажется критическим. Однако поскольку иногда мешают помехи
на 100 Гц, а настройка фильтра требует высокого уровня профессио­
нализма, лучше рекомендовать такой приемник только тем, кто спо­
собен разработать схему размещения самостоятельно.
ПРИЕМНИК, НАСТРАИВАЕМЫЙ
С ПОМОЩЬЮ ПАССИВНЫХ ФИЛЬТРОВ
Приемник, схема которого изображена на рис. 7 .16, а внешний вид
приведен на рис. 7 .17, требует только настройки передатчика (R11,
рис. 7.9, пли R10, рис. 7 .10) на среднюю частоту полосы пропускания.
Для рис. 7.15 она составит (59 + 65) / 2 = 62 кГц.
Кроме того, ему необходимо только два прецизионных элемента,
СЗ и С6, номиналы которых должны различаться максимум на 2%.
Такой номинал должен лежать в диапазоне между 2 и 2,4 нФ при
условии, что используются конденсаторы пленочного, а не керами­
ческого типа. Для катушек можно достичь достаточной точности, ис­
пользуя ферритовые стержни с удельной индуктивностью AL = 250,
на которые наматывается 128 витков покрытой эмалью проволоки
диаметром от 0,12 до 0,15 мм (с отводом на 35 витке) для катушки ин­
дуктивности L1, и 115 витков для юпушки L2. В макете использовались

�
�(j
i36
(1)::,
��
(1)1')
...."'
Q�
:х:11:
"'><
(j-е-
><s
оо-
"'' ....
:х:-о
аа
1'),
><
i3::,
о-о
:S:1:т
�Qа
g:
i
а
6
�r,
:--.,
,-;;:
Т1
l1
4,imH
93w
35w
С1 1+
2μr
RI
27k()
OR18
R12
1 10k0
___
1М()
---СН
"'
""
,-
""
''""
1
100nr
2��о0
�:о ��;,•
С15
С9
1.8k0
"•
Ноушнu<u
1
100 ... 6000
R11
22μF
С
2
l-c._r---r--,
ffpF
n
1
00k0
220pf
С10
22nГ
"
"i """.,
.;�.
-L--c,l1f-<>"o-
2Г
бSk
100k0
'."
""""'""
.·' ."
(4
R8
Af>/1
iТ 0,5μГ
1МО
�
�i
)>
�
6:{;
-,
()
::::i
2
�о-
с')
)>
�
��
'<:
�;!;

ПРИЕМНИК, HAGPAИBAEtAf?/Й Г: ПОМОЩЬЮ ПАССИВНЫХ ФИЛЬТРОВ
153
Рис. 1. 17. Внешний вид приемника модупированнаго излучения
катушки производства фирмы Siemens, 14/8, материал N28, хотя при­
годны и катушки других моделей, в частности, большие, при условии,
что схема размещения элементов, приведенная на рис. 7 .18, будет
соответствующим образом модифицирована. Если величина A L, ука­
занная на них, будет отличаться от 250, то достаточно будет изменить
число витков, зная, что последнее обратно пропорционально корню
квадратному из числа AL.
Частоты настройки (53 и 59 кГц для экспериментального макета)
могут быть изменены при сохранении разницы между ними в 6 кГц.
Что касается применяемого фототранзистора, то на него распро­
страняются приведенные выше требования. Из схемы видно, что эмит­
тер этого фототранзистора соединен непосредственно с 13ыводом L1.
Элементы схем, изображенных на рис. 7 .16 и 7.18 (приемник амп-
литудно-модулированного сигнала на пассивных фильтрах):
• С1: 2,2 мкФ, 10 В, электролитический;
• С2: 220 пФ, керамический;
• СЗ: 2,2 нФ (±2%), стирофлексный;
• С4: 470 нФ, 20 В, электролитический;
• CS: 4,7 нФ, керамический или пленочный;
• Сб: 2,2 нФ (±2%), стирофлексный;
• С7: 4,7 нФ, керамический или пленочный;
• С8: 280 пФ, керамический или пленочный;
• С9: 100 нФ, танталовый (или пленочный);
• С10: 220 нФ, керамический;

154
ПЕР ЕдАЧА АУДИОЧАСТОТ С ПОМОЩЬ/О АМ ИЗЛУЧЕНИЯ
�
о
о
100
Наушники
-�
.
�..
�.,. ..
Рис. 1.18. Печатная ппото приемника, приведенного но рис. 1.16,
может быть размещено вместе с батарейкой питания в корпусе Teko Р/2
• С11: 22 нФ, керамический или пленочный;
• С12: 27 пФ, кера��ический;
• С13: 4,7 мкФ, электролитический 11ли танталовый;
• С14, С15: 2 мкФ, электрол�п11 11еск11й;
• D1,D2,D3:1N4148;
Т1
Т1L63
• L1: 4,1 мГн, 35 + 93 витка, проволока с эмалевым покрытием,
диаметром от 0,12 до 0,15 мм, на ферритовом стержне 14/8 мм,
материал N28 или эквивалентный;

ПРИЕМНИК, НАСТРАИВАЕМЫЙ С ПОМОЩЬЮ ПАССИВНЫХ ФИЛЬТРОВ
155
• L2: 3,3 мГн, 115 витков, проволока с эмалевым покрытием, диа­
метром от 0,12 до 0,15 мм, на ферритовом стержне 14/8 мм, ма­
териал N28 или эквивалентный ему;
• Р: логарифмический потенциометр 100 кОм;
• Rl, R2: 27 кОм;
• RЗ, R4: 4,7 МОм;
• R5: 3,3 кОм;
• R6: 330 Ом;
• R7: 330 кОм;
• R8:1МОм;
• R9: 330 кОм;
• R10: 68 кОм;
• R11: 100 кОм;
• R12: 1 МОм;
• R13: 330 кОм;
• R14: 820 кОм;
• R15: 150 кОм;
• R16: 1,8 кОм;
• R17, R18: 10 кОм;
• Т1: фототранзисторы ВР 103, BPW 14 В, BPW 22 А или эквива-
лентные им;
• Т2:ВС548ВилиВС238В;
• ТЗ,Т4:НЧ594ВилиНЧ194В;
• Т5:ВС558АилиВС308А;
• Т6,Т7:ВС548АилиВС238А;
• Т8:ВС558АилиВС308А;
• наушники на 100-600 Ом.
Таким образом, все помехи частотой 100 Гц (от лампочек освеще­
ния) оказываются подавленными при помощи низкого сопротивле­
ния катушки, начиная от входа схемы. Хотя расп оложение аппарата
в непосредственной близости от упомянутой лампочки и вызовет
шум «падающей воды�>, как и любое постоянное освещение (напри­
мер, дневной свет), это уже не будет «грохот>> 100 Гц, который в по­
добной ситуации воспроизводился бы приемником, представленным
на рис. 7 .14.
Усилитель НЧ идентичен показанному на рис. 7.14. Для обеспече­
ния напряжения питания достаточно одной батарейки на 4,5 В. По­
требление тока в режиме покоя составляет не больше 1,5 мА, то есть
в три-четыре раза меньше, чем в случае применения приемника на

156
ПЕРЕДА ЧА А УДИОЧАGОТ С ПОМОЩЬ/О АМ ИЗЛУЧЕНИЯ
активных фильтрах. При таких условиях работы одной батарейкой
можно пользо11аться в течение нескольких месяцев, даже если забы­
вать иногда выключать приемник.
Печатная плата, представленная на рис. 7.18, была разработана для
корпуса Teko Р/2, на дне которого размещают плоскую батарейку на
4,5 В. При этом для размещения платы уже нельзя использовать пазы
на корпусе.
Следовательно, ее надо закрепить параллельно пере;щей стороне
корпуса с помощью двух винтов. Такой способ крепления, кроме все­
го прочего, облегчает соединение с потенциометром и входом наушни­
ков. Для проведения первых экспериментов предпочтительно оставить
фототранзистор выступающим из корпуса, чтобы его легко можно
было ориентировать, сгибая выводы.
ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
Результаты экспериментов во многом зависят от оптимизации пере­
датчика. Для передатчиков, представленных на рис. 7 .1, 7.6, 7.7 и 7.8,
оптимизация очень проста, так как она основывается на измерении
постоянного напряжения. Помимо оптимизации, передатчики на
поднесущей (рис. 7 .9 и 7.10) имеют также настройку по частоте. Пер­
вая из этих схем работает как кнопка настройки приемника, так что
можно с легкостью провести регулировку на слух. Вторая - позволя­
ет достичь наилучшего компромисса между мощностью и предельно
допустимым искажением, то есть ее выполняют таким образом, что­
бы добr.ться наиболее четкого и мощного звучания.
Естественно, этого можно достичь только в том случае, если осу­
ществить преднамеренную перемодуляцию передатчика при помощи
более высокого входного напряжения. Для этого СJJедует плавно воз­
действовать на вход (Rt), чтобы несколько вывести его за уровень
предельно допустимого искажения, после того как все остальные ре­
гулируемые элементы уже правильно настроены.
Оптимальные условия передачи достигаются, когда работа ведет­
ся по прямой связи, без отражения, на расстоянии нескольких мет­
ров, а излучатель и приемник выставлены точно один напротив дру­
гого.
Таким образом, можно констатировать, что метод обработки сигна­
ла приемника с помощью поднесущей позволяет достичь большего

ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
151
радиуса действия, чем при прямой модуляции. Однако это преиму­
щество кажется менее значительным, чем сложность схемы на под­
несущей. Из этого можно сделать вывод, что более эффектив­
ный метод вызывает еще большую сложность в схемотехнике и на­
стройке.
Поскольку КПД отраженного света зависит от состояния отража­
ющей поверхности, передача при помощи отражения (например, от
потолка) часто бывает ненадежной. Однако оценить это состояние на
основании впечатления, которое оставляет отражение видимого све­
та, невозможно. Действительно, излучение ИК диапазона может по­
вести себя совсем по-другому. В принципе, можно косвенно оценить
КПД приемника, представленного на рис. 7 .14, как более высокий,
чем у приемника, изображенного на рис. 7 .10, по более высокой чув­
ствительности.
Однако высокая чувствительность распространяется ка�< на по­
лезный сигнал, так и на помехи от окружающего освещения, так что
ее преимущества можно по-настоящему использовать только в су­
мерках.
При прямой связи существенного увеличения радиуса действия
можно добиться, если увеличить <<Приемную антенну,> или, точнее,
площадь принимающей поверхности. Рис. 7 .19 показывает, что для
этого достаточно ,юставить перед фототранзистором линзу. С помо­
щью установки простой лупы диаметром 5-8 см можно увеличить
дальности действия до 10 миболее, хотя при этом требуется высоко­
точная ориентация.
Кроме того, ка�< показано на рис. 7 .20, при применении параболи­
ческого отражателя потребуется использование фототранзистора
с большим угловым полем, У.')торый необходимо будет сориентировать
внутрь рефлектора карманного фонарика или фары от автомобиля.
Для определения оптимального рас-
по ложения фототранзистора можно
временно заменить его светодиодом
диапазона видимого света, который раз­
мещается таким образом, чтобы свет
от него отражался от максимально воз­
�южной поверхности отражателя. Тог­
да последний будет виден на большом
расстоянии.
Рис. 7. 19. Усиление эффекта
направленности
фотополуправодника

158
ПЕРЕДАЧА АУДИОЧАСТО Т С ПОМОЩЬЮ АМ ИЗЛУЧЕНИЯ
Пapoбoлuчeci<ul.J
оmрожоmел1::1
Аналогично при передаче с использо­
ванием только одного диода, снабженно­
го линзой, помещенной в параболичес­
кий отражатель, можно достичь КПД,
кото�ый равен получаемому при исполь·
зовании нескольких излучающих диодов
ИК диапазона. В этом случае также сле­
дует использовать отражатель с широкой
диаграммой направленности.
Естественно, чем большее излучение
концентрируется с помощью линз или
Рис. 1 .20. Использование
отражателей, тем более точная требуется
параболического отражателя
ориентация. Но создаваемое при этом пре·
для концентрации излучения
имущество заI<Лючается не только в боль-
шем радиусе действия, но и в �скрытой� связи, так как сигнал может
бьrгь получен только тем лицом, которому предназначался.

ГЛАВА
1
2
з
4
5
6
7
8
10
11
Особенности невидимого излучения
Излучающие диоды ИК диапазона
Приемники ИК диапазона
Простые опыты
- ---
---
Барьеры и системы сигнализации
Оптические обнаружители
пассивного типа
Передача аудиочастот
с помощью АМ излучения
ПЕРЕДАЧА
АУДИОЧАСТОТ
С ПОМОЩЬЮ ЧМ
Особенности частотной модуляции
Принцип действия передатчика
Предусилитель в схеме передатчика
Частотный модулятор
Выходной каскад и каскад питания
Принцип действия ЧМ приемника
Фотодиод с активной нагрузкой
Избирательный усилитель
Демодуляция ЧМ сигнала
посредством фазовой цепи
НЧ усилители приемника
Исполнение схемы приемника
Проведение экспериментов
Восьми канальное
дистанционное управление
Дистанционное управление
для аудио- и видеоустройств
Другие приложения
СТРАНИЦ,
11
25
51
85
-----�--
93
117
135
160
162
162
164
165
168
170
170
171
172
174
176
179
197
211

160
ПЕРЕДАЧА АУДИОЧАСТОТ С ПОМОЩЬЮ ЧАСТОТНОЙ МОДУЛЯЦИИ
Схемы, рассмо·�-ренные в nредыдущей главе, основаны на принципе
амплитудной .модуляции для передачи информации или сигналов
(речи или музыки). Как было показано, этот метод состоит в измене­
нии амплитуды, то есть силы света (прямого излучения или подне­
сущей), происходящем с большей или меньшей скоростью в зависи­
мости от частоты передаваемого сигнала (низкие или высокие звуки)
и с большей или меньшей глубиной в зависимости от громкости это­
го сигнала.
Для переноса звуковых сигналов при радиопередаче ВЧ сигнала­
ми радиовещательной радиостанции используется хорошо знакомый
радиолюбителям метод частотной модуляции. Такой вид модуляции
более сложно реализовать, но при некоторых условиях он дает луч­
шие результаты, например в отношении линейной характеристики
передачи и защиты от помех.
ОСОБЕННОСТИ ЧАСТОТНОЙ МОДУЛЯЦИИ
Как следует из названия, частотная .модуляция (ЧМ) состоит в том,
чтобы заставить сигнал, то есть передаваемую информацию, возде й­
ствовать уже не на амплитуду, а на частоту несущей или поднесущей.
В результате этого возникают колебания частоты, скорость которых
тем выше, чем выше частота сигнала, и с размахом тем более значи­
мым, чем сильнее громкость сигнала. Под размахом понимают пре­
делы колебаний частоты в килогерцах. Поскольку не представляется
возможным эффективно воздействовать на частоту или на длину вол­
ны излучения диода ИК диапазона, следует прибегнуть к помощи
поднесущей. В нижеописанной схеме частота покоя поднесущей, со­
ставляющая приблизительно 50 кГц, воздействует на несущую (на
излучение ИК диапазона) посредством импульсов, которые анало­
гичны используемым при амплитудной модуляции.
Это означает, что несущая прерывается с частотой nоднесущей, мо­
дулированной звуковой частотой с максимальным размахом ±20 кГц.
Таким образом, частота поднесущей может изменяться в пределах
между50-20 =30и50+20=70кГц.
При приеме необходимо учитывать исключительно частотные ко­
лебания, а не амплитудные. Поскольку помехи (шумы) проявляют­
ся в основном в виде амплитудных колебаний, они не влияют на час­
тотную модуляцию. Таким образом можно добиться значительного
улучшения качества передачи.

ОСОБЕННОСТИ ЧАСТОТНОЙ МОДУЛЯЦИИ
161
Однако такое улучшение не является безусловным. Рис. 8 .1 иллю­
стрирует сравнение - неизбежно субъективное, а потому лишь при­
близительное - амплитудной (АМ) и частотной (FM) модуляций.
В то время как качество связи первой кривой (АМ) понижается
более или менее плавно в зависимости от расстояния между передат­
чиком и приемником, вторая кривая (FM) демонстрирует, при про­
чих равных_условиях, значительно более высокое качество связи на
малых и средних расстояниях.
Можно расширить пределы «рентабельности» частотной модуляции,
если доработать схему, то есть усложнить ее. В этом смысле важно ис­
следовать различные шумовые характеристики двух типов модуляции.
В условиях приема, соответствующих точке пересечения кривых
АМ и FM на графике, приведенном на рис. 8 .2, мощность шума от
помех в обоих случаях одинакова.
Дело обстоит иначе, когда речь идет о спектральной характерис­
тике этого шума. Рис. 8.2 показывает, что при амплитудной модуля­
ции наблюдается «белый шум», то есть сбалансированная смесь всех
частот, входящих в диапазон акустических волн.
Напротив, остаточный шум частотной модуляции имеет гораздо
более высокое звучание, так как в нем преобладают высокие частоты.
Анализируя такой шум с помощью узкополосного фильтра, перестра­
иваемого по частоте, можно заметить, что амплитуда шума пропор­
циональна частоте.
Значительно улучшить качество приема можно, вводя предыска­
жения с помощью низкочастотного фильтра, то ес-1ъ путем ослабления
вы соких частот, которое также перенесется и на полезный сигнал, что
о
�1-=:----
0
а.
с
о
,о
ЕV
�
,
о
"'
�-- -- -- --�---
Poccmo�нue nepegomчuк-npueмнuк
Рнс. 8.1. Сравненне АМ н FM
модуляцнй
11-637
Pocnpegeлeнue no чосmоmом
Рнс. 8.2 . Спектральное распределенне
шумов прн амплнтуднай мадуляцнн
лннейно, а прн частотной -
пропарцнонапьна частоте модупяцнн

162
ПЕРЕдАЧА А УДИОЧАСТОТ С ПОМОЩЬЮ ЧАСТОТНОЙ МОДУЛЯЦИИ
снизит «точность воспроизведения,>. Во избежание этого необходи­
мо при передаче предварительно усилить высокие частоты. Измене­
ния, которым сигнал НЧ подвергнется при «высокочастотной обработ­
ке», будут в точности компенсированы низкочастотнь1м фильтроы,
используемым на приеме для снижения шума.
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ПЕРЕДАТЧИКА
Из схемы, представленной на рис. 8 .3, видно, что передатчик содер­
жит предусилитель НЧ. Входной сигнал, поступающий с микрофо­
на, звукового тракта телевизора или других источников звука, уси­
ливается в нем до уровня амплитуды, достаточной для того, чтобы
запустить модулятор.
Последний является генератором, частота которого зависит от
управляющего напряжения, прикладываемого к нему. По-английски
такая схема назь1вается Voltage controlled oscillator (генератор, управ­
ляемый напряжением, ГYI-I); аббревиатура VCO часто используется
для такого типа схем.
Как будет показано ниже, ГУН представляет собой релаксацион­
ный генератор, конденсатор которого периодически разряжается
с постоянной времени, пропорциональной мгновенному значению
сигнала модуляции. Так обеспечивается исключительная линейность
процесса модуляции. Кроме того, при этом методе ни для приема, ни
для передачи не нужны катушки индукции, что, несмотря на кажу­
щуюся сложность цепей, облегчает реализацию схемы.
Модулятор запускает мощный каскад, который служит только для
прерывания интенсивности тока питания излучающих диодов ИК
диапазона, в соответствии с частотой сигнала, поступающего с ГУН.
BF
Пpegycuлumeл�
НЧ
Mogyлomop
(ГУН)
50±20kHz
Коскаg
усuленuя
мощнасmu
,,,,,,,,
ИК uзлученuе
Рис. 8.3 . Принцип действия передатчика. Модулятор - это генератор, частота
которого является линейной функцией от управляющего напряжения
ПРЕДУСИЛИТЕЛЬ В СХЕМЕ ПЕРЕДАТЧИКА
На рис. 8.4 представлена полная схема передатчика частотно-моду­
лированных сигналов. Предусилитель (К по напряжению состав-
уr11.11 .
ляет 11) выполнен на основе операционного усилителя TL 081.

ПРЕдУСИЛИТЕЛЬ В СХЕМЕ ПЕРЕдАТЧИКА
R1
-С2
R2
180k0
470nF + С3
-
470nF
С5
1,5nf
R7G
390k() V
R10
2,2k0
R8
100k()
R13
100k.(}
Сб
15nF
2.5V
R15
5бk()
01... 05:
5io:1N4148
R19
б.80
163
О.15А
С82
330nr
1�
Рис. 8.4. Полная схема передатчиl(Q. Первый операционный усилитель
служит предусилителем НЧ, а два других входят в состав модулятора частоты
Коrда передаваемый сиrнал поступает со звукового тракта телеви­
зора, радиоприемника или записывающего устройства, его амплитуды
(от 0,5 до 1 ВЭФФ) часто хватает для приемлемого предварительного
усиления в два раза. Тогда можно использовать транзисторный пред­
усилитель, изображенный на рис. 8 .5. Он включается непосредственно
между двумя штриховыми линиями, обозначенными на рис. 8.4 .
Если, напротив, требуется больший коэффициент усиления ( запуск
при помощи динамического микрофона), то достаточно выбрать отно­
шение (R5 + R6) / R7, которое равно необходимому усилению. Напри­
мер, при сопротивлении R5 равном 1,5 МОм можно получить коэф­
фициент усиления 100. Максимальная
модуляция передатчика при этом будет
достигнута при действующем входном
напряжении 2,5 В.
В любом случае следует подстроить
входной потенциометр R1 таким образом,
чтобы получить оптимальный размах ам­
плитуды без перемодуляции сильными
сигналами. Подстроечные параметры
будут приведены ниже, в разделе, по­
священном проведению экспериментов.
'
1
R1
390k0
1
с,
: 470nf
:----jf:,---
1
1
1
1
1
R2
100,0
R3
iQk()
т,
8С5488
R4
3,3k0
Рис. 8.5. Вариант усилителя НЧ

164
ПЕРЕдАЧА АУДИОЧАСТОТ С ПОМОЩЬЮ ЧАСТОТНОЙ МОДУЛЯЦИИ
Элементы схемы, изображенной на рис. 8 .5:
• электролитический конденсатор, 470 нФ, 20 В;
• четыре резистора, 3,3 кОм, 10 кОм, 100 кОм и 390 кОм;
• транзистор ВС 548 В или эквивалентный.
ЧАСТОТНЫЙ МОДУЛЯТОР
ОУ А2 (рис. 8 .4) испольэуется в качестве триггера Шмитта. Его вход
�минус� соединен с конденсатором CS. Скорость заряда этого кон­
денсатора зависит от тока коллектора тран::�истора Т1, а следователь­
но, и от мгновенного значения сигнала НЧ.
Когда напряжение на выводах CS достигает порога трпгrера, он
переключается, а CS очень быстро разряжается через резистор R16
и диод D1, после чего снова, уже медленнее, заряжается током кол­
лектора транзистора Т1. Таким образом на выводах упомянутого кон­
денсатора получают пилообразный сигнал, частота которого являет­
ся линейной функцией входного сигнала НЧ.
Поскольку с точки зрения увеличения КПД предпочтительно
запускать выходной каскал прямоугольными импульсами, то к CS
подключают также и ОУ АЗ. Этот второй операционный усилитель
применяется в качестве компаритора. Номинал резистора R11 выби­
рается таким образом, чтобы получить выходной симметричный сиг­
нал (скважность составляет около 2).
Так как частота покоя модулятора определяется током коллектора
транэистора Т1, ее можно подстроить с помощью резистора R10.
Ниже будет показано, что эта подстройка ведется на средней частоте
приемника. Поскольку частота покоя зависит также от номинала CS,
рекомендуется использовать один заданный тип. с допуском 10%
(пленочный, полистироловый или эквивалентный). Керамический
конденсатор, ток утечки и температурный коэффициент которого
превышают допустимые значения, в динном случае совершенно не­
пригоден.
Элементы R12 и Сб образуют фильтр верхних частот тока и таким
образом обеспечивают предыскажения, о которых упомпна.тюсь выше.
Их номиналы были подобраны так, чтобы высокие частоты модуля­
ции (начиная приблизительно с 4 кГц) постепенно давали место раз­
маху, превышающему номинальное значение. Такое предыскажение
достигает 6 дБ на 1О кГц. В данном случае не нужно бояться перемо­
дуляции, потому что в аудиосиrнале столь высокие частоты присут­
ствуют только в виде гармоник с амплитудами, которые значительно
ниже амплитуды ауд1юсигнала.

ВЫХОДНОЙ КАСКАД И КАСКАД ПИТАНИЯ
165
ВЫХОДНОЙ КАСКАД И КАСКАД ПИТАНИЯ
Транзистор Т2 управляет излучающими транзисторами ИК диапазо­
на в соответствии с принцппом постоянного тока. Опорное напряже­
ние, которое требуется. для такого режима работы, достигается при
помощи порогового напряжения диодов D2 - D4. Та ким образом
получают коррекцию температуры, исключающую зависимость от
повыш енной температуры окружающей среды.
Поскольку во время соответствующих полупериодов выходное на­
пряжение усилителя АЗ обнуляется не полностью, то диод DS уста­
навливают через резпстор R18 между выходом АЗ и базой Т2. Напря­
жение порога DS обеспечивает [)олную блокировку транз11стора Т2.
В соответствии с нараметрами, принятыми на схеме, среднее зна­
чение тока коллектора Т2 составляет около 120 мА. При применении
излучающих диодов в металлическом корпусе, который выдержива­
ет более высокие токп, можно соответственно уменьшить сопротив­
ление R19 (5,6 или 4,7 Ом); в этом случае предпочтительно свести но­
минал R18 к 1,2 кОм.
На выходе можно использовать пять или шесть последовательно
включенных диодов (разница не имеет значения). В зависимости от
требуемой диаграммы направленности (ДН) излучения обращаются
к диодам, излучающим узкую или широкую ДН либо с использова­
нием линз и рефлекторов для концентрации светового потока, либо
без них. Естественно, радиус действия будет тем меньше. чем шире
ДН излучения. Компромисс можно найти лишь при проведении экс­
периментов.
Было выбрано напряжение питания 12 В, так как эта величина
часто используется в телевизорах, в частности для питания УНЧ зву­
кового тракта, выходной каскад которого должен запускать передат­
чик ИК излучения. Кроме того, во время передачи звука но тракту
ИК диапазона этот усилитель функционирует со сниженной мощно­
стью. Если предусматривается автоматический режим работы, мож­
но обратиться к схеме питания, представленной на рис. 8.6.
На рис. 8 .7 изображена печатная плата с размещением радиоэле­
ментов в соответствии со схемами, показанными на рис. 8.4 и 8.6. Ста­
билизатор питания 7812 CV на 12 В устанавливается на небольшой
медной поверхности со стороны печати платы, образуя достаточно
эффективный для предполагаемой области приложения радиатор.
Размеры печатной платы должны быть такими, чтобы она помес­
тилась в корпусе Teko Р/3 вместе с трансформатором. Прерыватель

166
ПЕРЕДАЧА АУДИОЧАСТОТ С ПОМОЩЬЮ ЧАСТОТНОЙ МОДУЛЯЦИИ
7812CV
о
12V
Рнс. 8.6. Схема пнтання на 12 8
дпя передатчика, представленного
на рнс. 8.4
и предохранитель находятся в боко­
вом отделении корпуса, в то время
как входной коннектор, потенцио­
метр громкости звука и два патро­
на, к которым подключаются из­
лучающие диоды, расположены на
металлической плате. Диоды за­
креплены на небольшой пластине,
оканчивающейся жесткими вывода­
ми, которые можно сгибать в соот­
ветствии с выбранной ориентацией.
Элементы схем, изображенных на рис. 8 .4, 8.6 и 8.7:
• А1: операционный усилитель TL 081 СР;
• А2 + АЗ: сдвоенный операционный усилитель TL 082 СР;
• С1: 100 нФ, пленочный;
• С2, СЗ, С4: 470 нФ, 20 В, электролитический;
• CS: 1,5 нФ, стирофлексный или пленочный (±10%);
• С6: 15 нФ, пленочный;
• С7: 22 нФ, керамический или пленочный;
• С8: 330 нФ, пленочный;
• С9: 1000 мкФ, электролитический;
• D1 - D5: 1N4148 или эквивалентные им;
• R1: логарифмический потенциометр на 100 или 200 кОм;
• R2: 180 кОм;
• RЗ: 820 кОм;
• R4:1МОм;
• R5: 15 кОм;
• R6: 150 кОм;
• R7: 390 кОм;
• R8: 100 кОм
• R9: 1,8 кОм;
• R10: подстроечный, 2,2 кОм;
• R11: 100 кОм;
• R12: 2,7 кОм;
• R13, R14: 100 кОм;
• R15: 56 кОм;
• R16: 470 Ом;
• R17: 27 кОм;
• R18: 1,8 кОм;

ВЫХОДНОЙ КАСКАД И КАСКАД ПИТАНИЯ
5xLD 271
Вход
101,
nF
RЗ
Рис. 8.7. Печатная ппата для передатчика (рис. 8 .4} и схемы питания (рис. 8 .6}

168
ПЕРЕДАЧА АУДИОЧАСТОТ С ПОМОЩЬЮ ЧАСТОТНОЙ МОДУЛЯЦИИ
• R19: 6,8 Ом;
• Т1: ВС 548 В или эквивалентный;
• Т2: 2N2219 или эквивалентный;
• входной конденсатор НЧ: 100 нФ, 100 В;
• регулятор напряжения 12 В: 7812 CV или эквивалентные;
• трансформатор напряжения питания: 2 раза 12 В, 0,16 А (5 БА);
• диоды ИК диапазона: LD 271, LD 242, CQX 19, CQY 37, CQW
89 В, SFH 484 или подобные.
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ЧМ ПРИЕМНИКА
Можно сказать, что сложность устройства частотно-модулированно­
го приемника заключается в том, что он использует фазовую цепь
и работает по принципу синхронной демодуляции, при создании ко­
торой не требуются катушки индуктивности. На рис. 8.8 изображена
структурная схема, объясняющая принцип его действия.
С целью увеличения полосы пропускания используется не фото­
транзистор, а фотодиод, имеющий меньшую внутреннюю емкость.
Для получения высокого КПД необходимо, чтобы диод работал
с сопротивлением нагрузки около 100 кОм.
В случае сильной внешней засветки от ламп накаливания суще­
ствует опасность перенасыщения фотодиода или, по крайней мере,
работы с настолько низким остаточным напряжением, что его внут­
ренняя емкость становится чрезмерно большой (см. пояснения на
рис. 3.10). Поэтому обращаются к цепи заряда на активных элемен­
тах - ОУ. Так как закон Ома плохо применим к этой цепи, изменение
эквивалентного сопротивления нагрузки и напряжения на ее выво­
дах очень незначительно при изменениях протекающего через нее
тока. Кроме того, такая активная нагрузка отфильтровывает перемен­
ную составляющую (100 Гц) лампы освещения столь эффективно,
что эта проблема становится неактуальной.
В действчтельности процесс фильтрации усиливается еще больше
за счет избирательного усилителя (рис. 8.8) с коэффициентом усиле­
ния по напряжению около 1000.
При НС;Jмальном режиме работы благодаря такому усилению по­
лучают напряжение с полным ограничением, лишенное какой-либо
случайной или паразитной амплитудной модуляции, на выходах дан­
ного усилителя, а также и дополнительного, стоящего перед фазовым
компаратором.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ЧМ ПРИЕМНИКА
169
В состав интегральной схемы (CD4046), показанной на рис. 8.9,
входят ГУН, принцип действия которого идентичен принципу дей­
ствия ГУН передатчика, а также упомянутый компаратор. Ero зада­
ча - сравнение сигнала своею собственного ГУН с сигналом, посту­
пающим от ГУН передатчика.
До момента синхронизации эти два сигнала будут иметь разные
частоты или, по крайней мере, разные фазы. Основываясь на этих
различиях, компаратор вырабатывает сигнал ошибки, пропорци­
ональный фазе полезного сигнала, который посредством фильтра
нижних частот (ФНЧ) - резистора R и конденсатора С - подводит­
ся к ГУН и быстро запирает ГУН приемника.
Как только фазовая цепь запирается, ГУН приемника и передат­
чика начинают функционировать на одной частоте. При отклонении
частоты передаваемого сигнала вследствие воздействующей на неrо
модуляции компаратор приемника выдает несколько измененное
выходное напряжение, значение которого позволяет подстроить ero
собственный ГУН с частотой ГУН передатчика.
Другими словами, ГУН приемника зависит от ГУН передатчика,
а тот, в свою очередь, - от НЧ сигнала модуляции. При этом такая
зависимость обусловливает тот факт, что оба ГУН получают иден­
тичные входные напряжения: в противном случае они не могли бы
находиться на одной частоте. Таким образом, на входе ГУН прием­
ника получают демодулированный НЧ сигнал, поскольку наблюдае­
мое на выходе напряжение по определению равно напряжению, ко­
торое управляет ГУН передатчика.
Для тоrо чтобы использовать этот сигнал, следует обратиться к НЧ
усилителю с относительно высоким значением сопротиnления. Ниже
будут представлены два варианта такого усилителя.
Приемник работает от автономного питания 6 В (на батарейках),
вследствие чего схема получается легкой и компактной. При этом она
продолжает нормально функционировать, даже коrда батарейки раз­
ряжаются до 5 В и ниже, хотя надежная работа интегральных схем
"'
о
� Акmuбно�
� нагрузка
о
е
Избuраmелонс.О
усuлumель
50±20,Гu
ФозобDU
комnараmор
HL'
ycuлur.1eлu
Рис. В .В. Принцип действия приемника основан на использовании
синхронной демодуляции, осуществляемой посредством фаэовой цепи

110
ПЕРЕДАЧА А УДИОЧАСТОТ С ПОМОЩЬЮ ЧАСТОТНОЙ МОДУЛЯЦИИ
гарантируется только при напряжении питания, составляющем не
менее 5 В.
ФОТОДИОД С АКТИВНОЙ НАГРУЗКОЙ
На рис. 8 .9 представлены цепи «высокой частоты�- и «демодуляции•
приемника чае,тотно -модулированных сигналов. Нагрузка фотодио­
да ВР 104 состоит главным образом из резистора R1 до тех пор, пока
освещение остается слабым, так как падение напряжения на R2 по­
прежнему ниже порогового уровня базы все еще запертого транзис­
тора Т1.
Когда освещение становится более сильным и модулированным по
низким частотам (лампы освещения), Т1 стремится усилить сигнал
от фотодиода в противофазе. Таким образом, Т1 действует как сопро­
тивление очень слабой нагрузки, поэтому нижние частоты оказыва­
ются значительно ослабленными.
Дело обстоит иначе со значительно более высокими частотами
модуляции (составляющими от 30 до 70 кГц), поскольку из-за кон­
денсатора СЗ они не могут достичь базы транзистора Т1. Поэтому
последний получает только напряжение, пропорциональное средне­
му освещению. Т1 ведет себя как сопротивление нагрузки, имеющее
номинал, по крайней мере столь же высокий, как и R1.
Эле1сrронная проводимость транзистора Т1 обуславливает напря­
жение между базой и эмиттером 0,6 В. Так как резисторы R1 и R2
образуют делитель напряжения, то между коллектором и эмиттером
возникает напряжение в 2,4 В. Даже при очень сильном освещении
эта величина может быть очень незначительно увеличена, поскольку
такое превышение вызывает усиление тока коллектора Т1, то есть
компенсацию эффекта, который наблюдался при сопротивлении на­
грузки чисто омического характера.
ИЗБИРАТЕЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ
Получить на одном ОУ коэффициент усиления 1000 при частоте
до 70 кГц можно, если произведение К
У
""'· на ширину полосы опера­
ционного усилителя равно, по крайней мере, 70 МГц. Тем не менее
сдвоенный операционный усилитель с полосой пропускания 3 МГц
гораздо проще в изготовлении и поэтому значительно дешевле; он по­
зволяет вести фильтрацию поэтапно, к тому же его очень просто на­
строить.
Первый этап филь
т
рации обеспечивается конденсатором С2, по­
скольку он выполняет функцию фильтра верхних частот (ФВЧ)

ДЕМОДУЛЯЦИЯ ЧМ СИГНАЛА ПОСРЕДСТВОМ ФАЗОВОЙ ЦЕПИ
,.----,-
- -- ---,.----{=1--- --- - ---,. ------- --t----<>+бV
.,., PhO
ВР104
RS
5,5V 101<:О
R3
560k0
171
•CI
470nF
НЧ
R2
56k0
Rб
10k\l
С<1
390pF
Tol-ja11t:1.-ocmь
2• 1 OOkO
(uлu 220k0) l09.
Рис. 8 . 9 . Цепи «приемной антенны», предварительного избирательного усиления
и активной демодуляции приемника частотно-модулированных сигналов
совместно с цепью установки рабочей точки базы Т1 резисторным де­
лителем RЗ и R4. Таким образом, осуществляется дополнительная
отсечка нижних частот паразитной модуляции, вызываемой лампа­
ми освещения.
Каждый из двух операционных усилителей, стоящих после этой
цепи, имеет коэффициент усиления равный 33, что определяет верх­
нюю частоту среза от 80 до 90 кГц, то есть приблизительно 70 кГц для
обоих каскадов. Нижняя частота среза зависит от величины конден­
саторов С4 и С5. Их емкости подобраны так, чтобы наиболее равно­
мерная частотная характеристика составляла от 30 до 70 кГц.
На выходе достаточно поставить разделительный конденсатор
(С6), обладающий малой емкостью, поскольку интегральная схема
фазовой цепи (CD 4046) имеет повышенное входное сопротивление.
ДЕМОДУЛЯЦИЯ ЧМ СИГНАЛА
ПОСРЕДСТВОМ ФАЗОВОЙ ЦЕПИ
Вход �сигнал,> (вывод 14) интегральной схемы CD 4046 соединен
с широкополосным усилителем, который запускает один из двух вхо­
дов фазового компаратора. Другой вход этого компаратора (вывод 3)
непосредственно соединен с выходом ГУН (вывод 4), диапазон частот

172
ПЕРЕДАЧА АУДИОЧАСТОТ С ПОМОЩЬЮ ЧАСТОТНОЙ МОДУЛЯЦИИ
которого определяется, с одной стороны, резисторами (R10 и R11),
подключенными к выводам 11 и 12, а с другой - конденсатором С8.
Как и для ГУН передатчика, предпочтительно использовать любой
конденсатор с допуском 10%, за исключением конденсаторов керами­
ческого или других типов, имеющих большой температурный коэф­
фициент емкости.
При проведении последовательных экспериментов с двумя одно­
типными ИС CD 4046 можно ожидать изменения частот покоя ГУН
более чем на 10% из-за разброса параметров. Однако для обеспечения
между ними достаточного соответствия по частоте проводят под­
стройку частоты передатчика (с помощью резистора R10 - рис. 8.4)
так, чтобы при отсутствии модуляции получить на управляющем вхо­
де ГУН (вывод 9, рис. 8.9) постоянное напряжение 3,5 В, которое во
избежание погрешности измерения должно измеряться с помощью
вольтметра с высоким выходным сопротивлением (цифровым воль
т
­
метром) .
Фильтр нижних частот (ФНЧ) фазовой цепи, состоящей из ре­
зистора R12 и конденсатора С7, имеет частоту среза 16 кГц. Это
означает, что сигналы НЧ до 16 кГц могут быть демодулированы.
Для качественного отделения поднесущей предусмотрен второй
ФНЧ (R13, С10).
Далее следует цепь управления тональностью, состоящая из кон­
денсатора С11 и резистора R14. Эта цепь действует в двух направле­
ниях вследствие предыскажений, которым подвергается сигнал пере­
датчика. В случае осуществления связи на большом расстоянии или
посредством отражения управление тональностью позволяет значи­
телыю снижать уровень шумов, поскольку в них преобладают высо­
кие звуковые частоты (рис . 8.2), которые пропускаются при макси­
малыюм значении сопротивления R14.
НЧ УСИЛИТЕЛИ ПРИЕМНИКА
Когда приемник (фотодиод) работает с максимальным размахом ам­
плитуды, на выходе демодулятора наблюдается амплитуда, составля­
ющая, по крайней мере, 1 В. Поэтому для усилителя, нагрузкой кото­
рого являются наушники, достаточно, чтобы коэффициент усиления
по напряжению был относительно небольшим.
На рис. 8.10 показано очень простое решение, которое подходит
лишь для наушников с выходным сопротивлением более 100 Ом,
поскольку операционный усилитель не может обеспечить выходного
тока при нагрузке ниже упомянутого значения.

НЧ УСИЛИТЕЛИ ПРИЕМНИКА
173
Элементы схемы, изображенной на рис. 8.10 (вариант НЧ усили-
теля):
• четыре резистора: 4,7 кОм, 18 кОм, 2 раза по 560 кОм;
• два конденсатора: 2,2 и 22 мкФ, электролитические;
• операционный усилитель мкА 741 или TL 081 СР.
Кроме того, поскольку напряжение питания составляет всеrо 6 В
(в конце срока годности батареек - 5 В), то на выходе усн.'lите.тш прн
таком питании снимают менее 3 В пикового напряжения, которого
недостаточно для усилителя, нагруженного непосредственно на на­
ушники.
Усилитель с дополнительной симметрией классического типа мо­
жет обеспечить более высокий уровень выходного тока, но не напря­
жения, поскольку выходные транзисторы работают по схеме с общим
коллектором, что объясняет падение напряжения минимум 1 В на
каждом из них, не говоря уже о потерях на резисторах передатчнка.
Такие потери обычно предусматриваются при 11роектировании схем.
Значительно более высокий КПД (при напряжении питания 5 В
уровень мощностн в 3-4 раза выше) может быть получен с помощью
схемы, представленной на р11с. 8.11, rде два выходных транзистора
включены по схе.\!е с общнм эмиттером. Их остаточное напряжение
не более 0,2 В.
В представленном варианте транзнсторы Т5 11 Т7 включены по схе­
ме составного транзистора и образуют «суперсхему с обшим коллек­
тором,> типа n-p -n -p-n -p, в то время как Т4 и Т6 образуют другую
�---- --
--0 +бV
Rl
560k�
R?
1
560kiJ Гj
r
ICI
μA7t.\ u.nu 1L08i
1
R4
1
·t--�
R3
.l:С2
•.?•о r -:r22μ,
'
Но wнu�u
с, • 103' .3000
2.2μF
Рис. 8. 1О. Маломощный НЧ
усилитель для приемника,
предстаr1енного на рис. 8 . 9
5;�,-•
,
,i,;Jfa -
8_116
+бV
iТ2'1
в:'о�s �
ВС328
�;=z-«J R21 (Q
1 �� 1�--1 -.-1,ВkГ. �
_о_�!-�1 вds!
5s
в
1
�
I
�,56;;,
�
1 -_J__
22,,r
l "'"
TJ1
220μF
; BCS48
1 2,sv\
Т7
R17
7 О,бv
ВС338 Hayw1-oul(LJ
1МО
R19
R20
8 "3000
100k0
4700
Рис. 8.1 /. Усилитель средней мощности,
использующий напряжение питания 6 В

114
ПЕРЕДАЧА А УДИОЧАСТОТ С ПОМОЩЬЮ ЧАСТОТНОЙ МОДУЛЯЦИИ
�суперсхему с общим коллектором�> p-n-p -n-p типа, причем все
соединено таким образом, чтобы усилитель мог работать в соответ­
ствии с классом В и коэффициентом усиления по напряжению, ко­
торый равен (R20 + R21) / R20. Входные транзисторы Т2 и ТЗ
включены по схеме с общим коллектором и служат одновременно для
компенсации порогового значения напряжения перехода эмиттер­
база транзисторов Т5 и Т4 и для обеспечения схемы высоким вход­
ным сопротивлением (минимум 200 кОм).
Такую схему можно использовать для любых типов наушников,
имеющих сопротивление 8 Ом или большее (до 300 Ом), а также при
совместной работе с маломощным громкоговорителем.
ИСПОЛНЕНИЕ СХЕМЫ ПРИЕМНИКА
На рис. 8.12 представлена печатная плата, объединяющая схемы при­
емника (рис. 8 .9) и усилителя (рис. 8 .11). Размеры платы позволяют
поместить ее в корпусе Teko Р/4 рядом с подставкой для четырех
небольших батареек на 1,5 В. Управляющие элементы (например,
потенциометры, прерыватели) могут быть закреплены либо на метал­
лической пластине, либо в боковом отделении корпуса.
Поскольку фотодиод ВР 104 имеет относительно широкий телес­
ный угол, то для предохранения от воздействия окружающего света
его нужно поместить в корпус на 1-2 см ниже, чем круговое отвер­
стие диаметром 8-1О мм. Для повышения эффекта направленности
при необходимости можно использовать линзу.
Если расположить фотодиод непосредственно под упомянутым
выше отверстием, ориентация приемника позволит более качествен­
но принимать рассеянное излучение, например отражение света от
стены или потолка.
Элементы схем, изображенных на рис. 8.9, 8.11 и 8.12 (приемник
частотно-модулированных сигналов):
• А1 + А2: сдвоенный операционный усилитель TL 082 СР;
• С1: 470 нФ, 20 В, электролитический;
• С2: 220 пФ, керамический;
• С3: 2,2 нФ, керамический;
• С4: 390 пФ, пленочный или керамический;
• С5: 1,5 нФ, керамический или пленочный;
• С6: 220 пФ, керамический;

ИСПОЛНЕНИЕ СХЕМЫ ПРИЕМНИКА
175
• С7: 1 нФ, керамический или пленочный;
• С8: 1,5 нФ, полистироловый или пленочный (±10%);
• С9: 100 мкФ, 10 В, электролитический;
• С10: 1 нФ, керамический;
• С11: 10 нФ, керамический;
• С12, С13: 470 нФ, 20 В, электролитический;
• С14: 220 мкФ, 10 В, электролитический;
• С15: 100 или 220 мкФ, 10 В, электролитический;
+
бV
Наушники
R15
Перемычка
R14
Рис. 8 .12. Печатная плата, объединяющая приемник, представленный на рис. 8 . 9,
и НЧ усилитель, изображенный на рис. 8 .1 / . Прямоугольная форма гарантирует
минимальное взаимодействие различных цепей схемы

176
ПЕРЕдАЧА АУДИОЧАСТОТ С помощью члаотной МОДУЛЯЦИИ
• PhD: фотодиод ВР 104 (Siemens) или BPW 50 (RTC);
• R1: 150 кОм;
• R2: 56 кОм;
• RЗ, R4: 560 кОм;
• R5, R6: 10 кОм;
• R7: 330 кОм;
• R8:10кОм
• R9: 330 кОм;
• R1О: 33 кОм;
• R11: 12 кОм;
• R12, R13: 10 кОм;
• R14, R15: логарифмические потенциометры на 100 или 200 кОм;
• Т1, ТЗ, Т4: ВС 548 В или эквивалентный;
• Т2, Т5: ВС 558 В или эквивалентный;
• Т6:328В;
• Т7:338В;
• интегральная схема: CD 4046 (КМОП фазовая цепь).
При допустимом изменении вида печатной платы во избежание
перекрестных помех предпочтительно, чтобы ее форма всегда оста­
валась относительно вытянутой. Действительно, так как сигналы
приема и сигналы ГУН имеют одинаковую частоту, работа будет в зна­
чительной степени нарушена, если часть сигнала (пусть даже малая)
попадет с выхода ГУН на вход избирательного усилителя. Посколь­
ку фильтрация никогда не бывает идеальной, то на выходе усилите­
ля НЧ и в проводе наушников наблюдается даже малое напряжение
сигнала с ГУН.
ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
После выполнения сборки и проверки постоянных напряжений, ука­
занных в схеме, включают приемник. При наличии источника осве­
щения и при отсутствии передачи в наушниках будет слышен силь­
ный шум (потенциометр громкости в положении максимальной
громкости). Шум должен прекратиться сразу после включения пере­
датчика (для начала без модуляции), излучающие диоды которого
должны быть приблизительно сориентированы на фотодиод прием­
ника.

ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
171
Если шум не прекращается, необходимо изменять положение по­
тенциометра настройки частоты передатчика (R10, рис. 8 .4) до полу­
чения удовлетворительного результата, чего, впрочем, не всегда мож­
но добиться - например, при неисправности передатчика. Обычно
можно почувствовать, как нагреваются излучающие диоды. Если же
они остаются холодными, это означает, что выходной усилитель
передатчика поврежден.
В случае, когда имеет место разброс характеристик, например ког­
да невозможно провести настройку из-за большой разницы между
частотами передачи и приема, необходимо заменить в приемнике
емкость конденсатора СВ на 1,2 нФ, затем, при необходимости, - на
1,8 нФ и так далее до получения удовлетворительного результата.
В любом случае окончательная процедура подстройки частот пред­
полагает включение вольтметра с большим сопротивлением в схеме
приемника между выводом 9 интегральной схемы CD 4046 и <<землей,>
и последующую настройку в схеме передатчика резистора R11; при
этом упомянутый вольтметр должен фиксировать напряжение 3,5 В.
Вызванное перемодуляцией ограничение амплитуды сигнала мо­
жет иметь место в схеме как передатчи�,а, так и приемника, что в обо­
их случаях нежелательно. Чтобы убедиться в том, что приемник ра­
ботает в оптимальном режиме, устанавливают относительно низкий
уров ень громкости и подключают вход' НЧ передатчика к источнику
звуковой модуляции (например, к звуковому тракту телевизора, вы­
бирая при этом передачу с высоким уровнем громкости звука). Рези­
стор R1 следует подстроить немного ниже его предела настройки
(рис. 8 .4), который будет перейден, когда приемник начнет искажать
очень громкий сигнал.
По окончании настройки можно перейти к проведению экспери­
ментов, касающихся ориентации и даль ности действия. При прямой
передаче (без отражения) передаваемый сигнал получается без иска­
жений, по крайней мере, на расстоянии 10 м. Используя линзы, мож­
но значительно увеличить дальность действия при условии опти­
мальной ориентации. В конце главы 9 по этому поводу будет дано
несколько советов.
Передача с использованием отражения от потолка или стен иногда
бывает не слишком устойчивой, поскольку ее КПД зависит в основ­
ном от характера отражающей поверхности (от того, применяется ли
2-637

178
ПЕРЕДАЧА А УДИОЧАСТОТ С ПОМОЩЬЮ ЧАСТОТНОЙ МОДУЛЯЦИИ
гладкое или шероховатое покрытие). Важную роль при этом иrрает
ориентация. Не пугаясь неудач и проявив максимум терпения, стоит
обеспечить приемлемые условия работы, хотя полученная ориента­
ция будет во мноrом отличаться от изначально предусмотренной.

ГЛдВА
1
2
3
4
5
б
7
8
9
10
11
Особенности невидимого излучения
Излучающие диоды ИК диапазона
Приемники ИК диапазона
Простые опыты
Барьеры и системы сигнализации
Оптические обнаружители
пассивного типа
Передача аудиочастот
с помощью АМ излучения
Передача аудиочастот с помощью ЧМ
ВОСЬМИКАНАЛЬНОЕ
ДИСТАНЦИОННОЕ
УПРАВЛЕНИЕ
Кодирование при помощи импульсной
последовательности
Схема передачи
Схема приема
Экспериментальные цепи
и цепь прямой нагрузки
Управляющие цепи на симисторах
и цепь питания без испо льзования транзистора
Чередование команд
Дистанционное управление
для аудио- и видеоустройств
Другие приложения
СТРАНИЦА
11
25
51
85
93
117
135
159
180
182
185
188
190
193
197
211

180
ВОСЬМИКАНАЛЬНОЕ диаАНЦИОННОЕ УПРАВЛЕНИЕ
Для людей, прикованных к постели или передвигающихся с трудом,
большую помощь могли бы оказать не только пульты дистанцион­
ного управления, которыми снабжены современные телевизоры, но
и подобные устройства для дистанционного управления освещением,
радио, магнитофонами, вентиляторами и т.д.
В нижеописанной схеме дистанционного управления, позволя­
ющей передавать до десяти команд, используются такие простейшие
устройства, как передатчик и приемник, каждый из которых распо­
ложен на плате размером 38х65 мм. Данный способ можно применять
также при управлении автономными средствами, используя, кроме
того, не только ИК излучение.
КОДИРОВАНИЕ
ПРИ ПОМОЩИ ИМПУЛЬСНОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ
На рис. 9 .1 представлена структурная схема, объясняющая принцип
действия передатчика. Светодиоды (CED), излучающие в ИК диапа­
зоне, получают питание от мультивибратора (МВ), который выраба­
тывает импульсы с частото11 следования 5 кГц. МВ модулирует пере­
даваемое излучение, что позволяет отделить его при приеме от
окружающих световых помех.
В свою очередь. мультивибратор на 5 кГц модулируется частотой
следования другого мультивибратора, которая значительно ниже 5 Гц.
Она управляет включением/выключением МВ на 5 кГц, на выходе
которого формируются импульсные последовательности с паузами,
соответствующими паузам низкочастотного МВ. Количество им­
пульсных последовательностей мультивибратора на 5 кГц можно
Комо�gс
осmсноОкu
Mynomuбuбpamop
5k�l
r<o"':::i,
-
,gc
ycmcнoE>11.u
ГLJ Комснgо
d'arret
_ -�--�- ---�-�--- Мульmuбuбрсmор
5кНz
nерекл,очсmель
Рис. 9 . 1 . «Адрес» команды к выпопнению
определяется количеством поспедоватепьностей имлупьсов
Cбemoguog
ruu__o/,,,

КОДИРОВАНИЕ ПРИ ПОМОЩИ ИМПУЛЬСНОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ
181
определить при совместном использовани·и пятигерцевоrо МВ
и счетчика-декодера. Он считает последовательные имп ульсы по
5 Гц и запускает (переводит в состояние 1) сначала свой выход No 1,
затем No 2 и т.д . «Декодированные выходы:�- счетчика соединены
с клавишным программирующим переключателем. Если, напри­
мер, поставить этот переключатель на декодированный выход No 4,
то команда остановки мультивибратора на 5 Гц будет запущена в на­
чале четвертой импульсной последовательности. Это происходит
настолько быстро, что на выходе передатчика получают только три
первые последовательности.
В схеме приемника (рис. 9.2) после усиления и демодуляции вос­
станавливают импульсные последовательности, поступающие от
мультивибратора на 5 Гц.
Таким образом , для запоминания числа полученных импульсных
последовательностей и для запуска соответствующей команды (на­
пример, посредством симистора) достаточно иметь счетчик-декодер,
который идентичен подобному устройству передатчика.
Для того чтобы отправить новую команду, необходимо прежде все­
го обнулить оба счетчика. Для передатчика сделать это очень просто:
достаточно нажать на клавишу, воздействующую на вход разрешения
работы счетчика. Одновременно выполняется команда запуска муль­
тиви братора на 5 Гц, который в момент нажатия клавиши работает
в непрерывном режиме.
Если теперь, не отпуская клавиши, поставить программирующий
переключатель в новое положение, то передача «в непрерывном ре­
жиме1> будет длиться до тех пор, пока схема временной задержки при­
емника не ответит обнулением счетчика-декодера. Если же отпустить
Фomompoнзucmop
"'
,,,
Време нно,;�
зоgержко
•с•••-.. о
_l_=
__r__
т-i
u geмogyм1mop
Прuем нuк
tОбнуленuе
Счеmцuк­
gе коgер
Рис. 9 .2 . В схеме приемника ведется подсчет импульсных последовательностей.
Сигнал с большой длительностью определяет обнуление счетчика

182
ВОСЬМИКАНАЛЬНОЕ ДИСТАНЦИОННОЕ УПРАВЛЕНИЕ
клавишу на данном этапе, то оба счетчика-декодера (в схемах пере­
дачи и приема) начнут работу с одинакового нулевого положения
и будут изменять свои состояния, как показано выше.
СХЕМА ПЕРЕДАЧИ
Медленный мультивибратор работает с двумя из четырех элементов
ИЛИ-НЕ, которые содержит интегральная КМОП схема CD 4001
(или HEF 4001, 34001) - рис. 9.3. Третий из этих элементов служит
переключателем, а четвертый остается неиспользованным. Выводы
питания интегральных схем на данном рисунке не представлены.
Вывод 14 подсоединен к источнику питания, вывод 7 - к «земле�.
Интегральная схема NE555 (или СА 555 CG) используется для
управления излучающим диодом ИК диапазона в качестве мультивиб­
ратора на 5 кГц. При этом ее выходной ток может достигать 200 мА.
Типы моделей светодиода ИК диапазона имеют достаточно узкую
диаграмму направленности, благодаря чему обеспечивается каче­
ственная концентрация излучаемой энергии. Однако при этом необ­
ходимо соблюдать точную ориентацию светодиода и фотоприемника.
Хотя даже один единственный светодиод способен обеспечить до­
статочную для использования в бытовых приложениях дальность
действия, для передатчика она может быть увеличена (без повыше­
ния потребления энергии) за счет последовательного включения
R1
4.7МО
С1
22nr
J_
+9V
-"'
u
о
R4
22,0
R3
2700
+9V
Rб
2,7k0
+ЭV---0
R2
15,О
Прогроммuруемt11U
nере1(111очоmель
LED
R5
470
1\V
Рис. 9 .3. Схема передатчика содержит два элемента КМОП ИС
с низким потреблением энергии, а также мощный мультивибратор

СХЕМА ПЕРЕДАЧИ
183
нескольких (до пяти) излучающих диодов. Таким образом, при при­
соединении очередного диода следует уменьшать номинал резистора
RS приблизительно на 8 Ом.
Выходная цепь содержит подстроечный резистор R4, позволя­
ющий настроить частоту второго мультивибратора на частоту изби­
рательного фильтра приемника.
�нопка
------о
+
Voo
Может быть закреплен
со стороны печати
Перемычка
8
Рис. 9.4. Компоненты передатчика размещаются на плате размером 38х65 мм.
Всего одна монтажная перемычка проходит под интегральной схемой CD 4001

184
ВОСЬМИКАНАЛЬНОЕ ДИСТАНЦИОННОЕ УПРАВЛЕНИ�
Рис. 9 .5 . Передатчик восьмиканапьного устройства дистанционного управления
На рис. 9 .4 показаны печатная плата передатчика и ее обратная
сторона с установленными компонентами схемы передатчика. Печат­
ная плата, занимающая достаточно небольшое место, была разрабо­
тана с учетом габаритов корпуса Teko Р/2, в котором наряду с ней
находятся кнопка включения, прерыватель, переключатель, а также
небольшая батарейка на 9 В. На рис. 9.5 представлен внешний вид
передатчика, схема которого показана на рис. 9 .3.
Несмотря на то что потребление тока передатчиком составляет
100-200 мА, дЛя обеспечения питания будет достаточно небольшой
батарейки, поскольку устройство можно отключать после каждого
выполнения команды.
Предпочтительно впаять излучающий диод на сторону печати схе­
мы и расположить эту схему около одной из боковых стенок корпу­
са, просверлив в ней отверстие напротив диода.
Элементы схем, представленных на рис. 9.3 и 9.4 (передатчик
устройства дистанционного управления):
• С1: 22 нФ, пленочный;
• С2: 4,7 нФ, керамический или пленочный;
• С3: 15 мкФ, 15 В, электролитический;
• R1: 4,7 МОм;
• R2: 15 кОм;
• R3: 270 Ом;
• R4: 22 кОм, подстроечный;
• R5:47Ом,1Вт;
• Rб: 2,7 кОм;_

СХЕМА ПРИЕМА
185
• интегральная КМОП схема: CD 4011 и CD 4017;
• интегральная схема мультивибратора: NE 555;
• вращающийся переключатель на восемь положений;
• диод ИК диапазона: LD 271, CQY 37, CQW 89 В или подобные.
СХЕМА ПРИЕМА
Для бытовых приложений в схеме приема предпочтительно исполь­
зовать фототранзистор с широким угловым полем. Однако если пе­
редача ведется все время вдоль одной оси, то модели с узким угло­
вым полем позволят обеспечить большую дальность действия.
В схеме, представленной на рис. 9 .6, за фототранзистором Т1 сле­
дует сдвоенный операционный усилитель (ОУ) TL 082 СР. На пер­
вом ОУ собран активный полосовой фильтр, настроенный приблизи­
тельно на 5 кГц. После демодуляции и фильтрации второй ОУ
вступает в действие в качестве триггера Шмитта, формирующего им­
пульсы для запуска счетчика. Цепь временной задержки (рис. 9.2)
состоит из конденсатора С7 и резистора R12. Диод D3, подключен­
ный к выводам R12, работает так, чтобы упомянутая задержка имела
место только на подъеме сигнала. Но когда выход триггера возвра­
щается в нулевое состояние, конденсатор С7 мгновенно заряжается
диодом 03 так, что команда �перезапуск� (reset) интегральной схе­
мы CD 4017 вскоре снимается.
Фоновое освещение вызывает в фототранзисторе электрическое
напряжение помех, которое ограничивает полезную чувствитель­
ность приемника. Поэтому лучше всего расположить приемник та­
ким образом, чтобы свести к минимуму внешнюю засветку его от
источника света или дневного освещения. В противном случае веро­
ятно, что из-за помех счетчик будет продолжать вести отсчет хаоти­
чески, если только такие условия работы не приведут к постоянному
его обнулению. Если ни соответствующая ориентация устройства, ни
конус из черной бумаги, расположенный над фототранзистором, не
спасут положения, можно прибегнуть к уменьшению сопротивления
резистора R1 (при необходимости до 2 кОм), но в этом случае сни­
жается чувствительность приемника и дальность действия сводится
к расстоянию 2-3 м. И наоборот, работая при достаточном затемне­
нии, можно увеличить чувствительность и дальность действия, уве­
личивая сопротивление резистора R1 до 47 или 100 кОм.
Заменив R1 колебательным контуром, представленным на рис. 9 .7,
даже в условиях достаточно интенсивного окружающего освещения
можно добиться еще более высокой чувствительности.

186
ВОСЬМИКАНАЛЬНОЕДИСТАНЦИОННОЕ УПРАВЛЕНИЕ
�
5mA
С7
R2
Rб
R8
lOOnГ
680kG
120kl)
5,бk\)
R13
821)
R12
4,7k{)
+12V
т,
02
Rll
03
(6" 12V)
IN4148
330kl)
1N4l48
с;
1/2
TL082CP
100nF
CJ
22nF
01
1N4l4B
R1
(27k{))
R3
R4
1\А\)
150{)
С4
Сб
IOnF
220nГ
С2
св
100,.,r
22μГ
Рис. 9 .6. Перед демодупятором стоит активный фипьтр с высоким усилением,
а после него - триггер
Этот контур состоит из стирофлексноrо конденсатора СА и катуш­
ки, выполненной на ферритовом стержне размером 18х11 мм из ма­
териала 3 Н1 (RTC), N22 или N28 (Siemens). Если удельная индук­
тив1юсть стержня составляет 400 нГн/количество витков2, то следует
выполнить 200 + 350 витков (из проволоки диаметром О,15 мм с эма­
левым покрытием). При удельной индуктивности AL � 315 нГн/ко­
личество витков2 необходимо намотать большее количество витков
Т1
с,
,oonr
--11-
350w � С,
_< l1 i 8,2nГ
2oowl
Т ±s7.
L_r _l
Рис. 97
Избирательная цепь
(225 + 400). При получении резонансной часто­
ты, лежащей в диапазоне 4,7-5,3 кГц, с доброт­
ностью, приблизительно равной 100, и сопро­
тивлением около 50 кОм в точке подсоединения
эмиттера транзистора Tt можно использовать
и другие значения индуктивности L 1 и емкости
СА. Применение LС-фильтра увеличит чувстви­
тельность приемника до степени, при которой
становится возможным прием через отражение
от потолка, если снабдить передатчик несколь­
кими диодами ИК диапазона.
схемы приема
Элементы схем, показанных на рис. 9 .7 и 9.8
(приемник устройства дистанционного управления):
• С1, С2: 100 нФ, пленочный;
• С3: 22 нФ, керамический нли пленочный;

J<ЕМА ПРИЕМА
• С4: 10 нФ, керамический или пленочный;
• CS: 47 нФ, керамический или пленочный;
• С6: 220 нФ, танталовый или пленочный;
• С7: 100 нФ, пленочный;
• С8: 22 мкФ, электролитический;
5
2-+-+--0...
6-+-+--0--
7-+-+-..,,-
з----
4.----•
СВ TL082CP
+Voo
Рис. 9.8 . Плата схемы приема. Для С6 и СВ
предусмотрены танталовые конденсаторы капельного типа
• D1, D2, D3: 1 N 4148 или эквивалентные;
• R1: 27 кОм;
• R2: 680 кОм;
• R3:1МОм;
• R4: 150 Ом;
• RS: 330 кОм;

188
ВОСЬМИКАНАЛЬНОЕДИСТАНЦИОННОЕ УПРАВЛЕНИЕ
• R6: 120 кОм;
• R7: 330 кОм;
• R8, R9: 5,6 кОм;
• R10: 47 кОм;
• R11: 330 кОм;
• R12: 4,7 МОм;
• R13: 82 Ом;
• Т1: фототранзистор ВР 103, BPW 14 В, BPW 22 А или подобные;
• сдвоенный операционный усилитель TL 082 СР;
• интеrральная схема КМОП: CD 4017.
На плате, представленной на рис. 9.8, предусмотрено место для
LС-фильтра.
Если удовлетворяет вариант с резистором (рис. 9 .6), !(остаточно
снять конденсатор Сл, а также заменить L1 на R1 между эмиттером
транзистора Т1 и <!'Землей,>. Можно заметить, что между двумя неис­
пользуемыми выводами ИС CD 4017 проходит печатный проводник,
поэтому пайка должна быть аккуратной, без наплывов олова. Разме­
ры платы подобраны в соответствии с размерами корпуса Teko Р/2,
который также вмещает цепи наrрузки (симистор) и питания, опи­
санные выше.
Настройка частоты (резистор R4, рис. 9.3) может производиться
путем поиска максимума отклонения универсальноrо измерительно­
rо прибора, подключенноrо к выходам С4 (рис. 9.6). Следует удалить
передатчик на такое расстояние, при котором упомянутый прибор
показывает напряжение не более 1 В, поскольку в противном случае
приемник может быть перенасыщен.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ЦЕПИ И ЦЕПЬ ПРЯМОЙ НАГРУЗКИ
Во время проведения экспериментов с полным комплектом схем пе­
редатчика и приемника,,_для первичноrо контроля функционирования
интересно поставить простую сигнализацию, работающую от лабора­
торноrо источника питания. Для этоrо, как показано на рис. 9.9, мож­
но подключить к каждому из выходов счетчю<а-декодера приемника
по светодиоду красноrо цвета свечения.
Хотя некоторые образцы этой схемы обладают выходными тока­
ми, составляющими всего около 1_ мА, во избежание перегрузки сле­
дует ограничивать ток с помощью резистора с номиналом 8,2 кОм.
В таких условиях яркость диодов сигнализации остается очень

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ЦЕПИ И ЦЕПЬ ПРЯМОЙ НАГРУЗКИ
слабой, поэтому для удобства наблюде­
ния необходимо защищать их от окру­
жающего света.
Такой диод сигнализации можно так­
же поставить на выходе О интегральной
схемы CD 4017, чтобы иметь возмож­
ность проверять выполнение обнуления
при нажатии на соответствующую кноп-
�о
u
о"
.с,�
OQ
о.,
&,1;
В.2Ш
L[D
ку передатчика. При отпускании этой
Рис. 9.9. Индикацию
189
В.2kП
LED
кнопки после установки переключателя состояний можно производить
программирования в позицию 8 все ди-
при помощи светодиодов
оды зажигаются один за другим на ко-
роткий промежуток времени до того, который соответствует запро­
граммированной команде и который будет оставаться зажженным до
следующего обнуления.
Нормальная яркость может быть получена с помощью диодов
красного цвета свечения при использовании схемы, приведенной па
рис. 9 .10, где к каждому выходу интегральной схемы CD 4017 подсо­
единен каскад с общнм коллектором.
Подобным образом можно управлять реле, которые потребляют до
50 мА, естественно, ври условии, что в распоряжении имеется источ1шк
питания, способный обеспечить лн 50 мА. Рабочий ток J\южет дости­
гать даже 500 мА (лампы, реле, мотор), если применять схему с общим
коллектором на составном транзисторе, представленную на рис. 9.11.
Рис. 9 .10. Индикация с нормальной
яркостью
Рис. 9.11. Схема, позвопяющая
получить управляющий ток
500 мА от счетчика-декодера
приемника

190
ВОСЬМИКАНАЛЬНОЕДИGАНЦИОННОЕ УПРАВЛЕНИЕ
УПРАВЛЯЮЩИЕ ЦЕПИ НА СИМИСТОРАХ И ЦЕПЬ ПИТАНИЯ
БЕЗ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТРАНСФОРМАТОРА
Включать освещение или электроприбор с помощью устройства ди­
станционного управления желательно не через реле, а через симис­
тор, поскольку потребление энергии остается настолько низким, что
можно обойтись и без обычного трансформатора напряжения пи­
тания.
Конденсатор СЗ служит делителем переменного напряжения
в цепи питания (рис. 9 .12, справа вверху), которая гальванически свя­
зана с управляющими цепями, вследствие чего необходимо соблю­
дать правила безопасности при работе с высоким напряжением (220 В).
Необходимо использовать именно конденсатор СЗ на постоянное на­
пряжение 400 В или переменное 250 В.
Выпрямление осуществляется с помощью диодов D1 и D2. После
фильтрации (на конденсаторе С2) на выводах диода Зенера Dz полу­
чают напряжение 8,2 В. Ток нагрузки может достигать 30 мА; этого
вполне ·достаточно для обеспечения питания приемника, а также
многочисленных цепей симисторов, представленных в левой части
рис. 9.12.
Управляющие цепи на симисторах, работающие в импульсном ре­
жиме, рассчитываются с большим допуском, чтобы можно было не
только использовать любые симисторы (на 250 В, 2 А и выше), но
и заменить транзисторы Т1 - ТЗ на другие аналогичные им типы.
В конце концов, можно даже обойтись без транзисторов Т1 и под­
вести провода управления, идущие от интегральной схемы CD 4017
приемника, непосредственно к общему соединению баз транзисторов
Т2 и ТЗ. Но тогда нужно будет подбирать для данных транзисторов
модели с высоким коэффициентом усиления по току (>100 при токе
коллектора 1, = 50 мА) и в случае необходимости увеличить сопро­
тивление резистора R1, если при отсутствии команды управляемая
лампочка гаснет не полностью. Вместо лампочек А1 и А2 в рассмат­
риваемой схеме можно подключить любой другой электроприбор.
Для симистора радиатор требуется лишь в том случае, если мощность
управляемого устройства превышает 100 Вт.
Схема, представленная на рис. 9 .12, может содержать до восьми
управляющих цепей, однако функционировать в течение заданно­
го промежутка времени может только одна из них. Поэтому при

УПРАВЛЯЮЩИЕ ЦЕПИ НА СИМИGОРАХ И ЦЕПЬ ПИТАНИЯ
Пumo�ue nрuемнuко
+
с,
t,7μF
g,
.
i,
,ov
,
о
"'
С1
4.7μГ
о
[
,ov
R1
180kП
o.sw
R1
l80kil
o.sw
'
:s
'
•0
'
1
1
:s
0
N
U
Q
:2
t'
;:,m
0s
191
220-
о-, С3
':�.tl,
R
68
Q1
+
С2
22Cμr
о,
10V
Рис. 9 . 12. Схема нагрузки с испопьзованием симистора, позвопяющая передавать
осветительным или �лектроприборам команды, полученные от приемника устройства
дистанционного управления. Цепь питания не содержит трансформатора
вышеописанном режиме управления их число не отражается на по­
треблении энергии.
На рис. 9.13 показана печатная плата, содержащая элементы четы­
рех управляющих цепей на симисторах (см. рис. 9.12, слева). Симис­
торы монтируются в положении �стоя�. При сгибании выводов
в форме треугольника можно обеспечить достаточную жесткость
крепления. На рис. 9.14 представлена плата цепи питания.
Элементы схем, изображенных на рис. 9.13 и 9.14:
• цепь питания:
С2: 220 мкФ, 10 В, электролитический;
СЗ: 1 мкФ, 400 В, пленочный;
D1, D2: 1xN 4001;
D1: ВСХ 83 С 8 V 2 (или другой стабилитрон на 8,2 В);
-
R2: 68 Ом;

ВОСЬМИКАНАЛЬНОЕДИGАНЦИОННОЕ УПРАВЛЕНИЕ
• элементы, необходимые для каждой цепи нагрузки:
-
С1: 4,7 мкФ, 10 В, электролитический;
-
R1: 180 кОм, 0,5 Вт;
-
Т1, ТЗ: ВС 558 или ВС 308;
-
Т2: ВС 548 или ВС 238;
симистор на 220 В и минимум 2 А. Используется без радиато­
ра для лампочки мощностью до 100 Вт.
Симистор
Входы
2
3
1
2
Входы команд
s4
34
Р11с. 9 .13. Ппата, обьед11няющая четыре цеп11 нагрузк11
+

ЧЕРЕДОВАНИЕ КОМАНД
о
1
Е.РЗ
J
s
сз
С2
Р11с. 9 .14. Плата с элементам11 схемы п11тан11я для пр11емника,
рассчитанного не более чем на восемь цепей нагрузки
ЧЕРЕДОВАНИЕ КОМАНД
193
Для того чтобы одновременно включить с помощью пульта дистанци­
онного управления, например, освещение и радиоприемник, можно
использовать не отдельные команды, описанные выше, а их после­
довательность (рис. 9.15). Для этого обращаются к триггеру �туск­
перезапуск» на двух элементах ИЛИ-НЕ (1/2 CD4001), где команда 7
отдает приказ о зажигании, который поддерживается и в дальнейшем,
даже если позже выполняются другие команды. И так до подачи ко­
манды 8, которая соответствует выключению лампочки А.
Очевидно, что такой режим управления работает только на двух
последних этапах программы. Действительно, если поставить зажи­
гание на 5, а выключение на 6, то до 7 или 8 будет невозможно дойти
13-637

194
ВОСЬМИКАНАЛЬНОЕ ДИСТАНЦИОННОЕ УПРАВЛЕНИЕ
Комо...9t:1
Комомq�
R3
180k()
0,5W
5
б
7
8
'
'
•
1
nуск Пере::,оnуск
,--------С:}--� - s
,------,-----+--0
•.�:()о o..;i()
1
1
1
1
1
..--------
'
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
•----
1
--------�
CI��С2
1/2 С04001
220nF Т
Т 220nF
1
L___ ..,_ ______________________ j
Рис. 9 . 15. Чередующееся управпение симисrором
с помощью триггера кпуск-перезапуск»
без того, чтобы не спровоцировать выключение, - если только не
предусмотреть для этого случая временную задержку, цепь которой
обозначена на рис. 9.15 пунктирной линией. Эта задержка имеет
продолжительность, достаточную для того, чтобы цепь не смогла от­
реагировать при быстром переходе счетчика от 1 до 6, дабы достичь,
например, 7.
На рис. 9.16 представлена печатная плата, объединяющая два ва­
рианта схемы 9.15: с цепью временной задержки и без нее. На этой
схеме, как и на той, что изображена на рис. 9.16, предусмотрены два
входа для разводки питания (+, - ) и вход S.
Элементы, представленные на рис. 9 .16 (чередующиеся команды):
• для всего комплекта:
С1, С2: 220 нФ, 25 В, танталовый (или 220 нФ, пленочный);
-
R1, R2: 4,7 МОм;
интегральная КМОП схема: CD 4001;
• для каждого тракта:
-
С1: 4,7 мкФ, 10 В, электролитический;
-· R1:180 кОм, 0,5 Вт;
Т1, ТЗ: ВС 558 или ВС 308;
Т2: ВС 548 или ВС 238;
симистор на 220 В и минимум 2 А; без использования радиа­
тора в случае использования лампочки мощностью до 100 Вт.
Таким образом, с помощью гибкого провода можно было бы легко
объединить платы, прежде чем вставить их в соответствующие пазы
корпуса.

ЧЕРЕДОВАНИЕ КОМАНД
СИМИСТОР.
Мест о
прохождения
соединений
Команды
7
8
195
s
+
Выход5/6
Рис. 9.16. Печатная ппата, обьединяющоя два варианта: с цепью временной задержки
и без нее. Размеры соответствуют габаритом корпуса Тeko Р/2 (ЗВх65 мм)
В таком корпусе, кроме приемника, расположенного возле боковой
стенки с отверстием, просверленным напротив фототранзистора (ко­
торый должен размещаться со стороны печати платы), можно помес­
тить также схемы, приведенные на рис. 9.13 и 9.16, и цепь питания
(рис. 9.14). Естественно, использование симисторов в данных платах
должно определяться лишь действительно необходимыми командами.
Кроме того, можно работать как с чередующимися командами (две пла­
ты, в соответствии с рис. 9.16), так и с простыми (схемы на рис. 9.16),
хотя в последнем случае объем, занимаемый штепсельными разъема­
ми, необходимыми для подключения восьми проводов питания, мо­
жет превысить объем самого корпуса.
Как говорилось выше, при подключении прибора непосредственно
к питанию 220 В эксперименты становятся чрезвычайно опасными

196
ВОСЬМИКАНАЛЬНОЕ ДИСТАНЦИОННОЕ УПРАВЛЕНИЕ
вследствие гальванической связи, существующей между нагрузкой
и схемой. Поэтому рекомендуется предварительно проверить работу
приемника от лабораторного источника питания или батареек, ис­
пользуя для индикации цепи, приведенные на рис. 9 .9 и 9.10. Отдель­
но моrут быть проверены цепи управления на симисторах, применя­
емые для питания лампочки на 25 или 40 Вт. Включенная ранее
лампочка должна погаснуть при подключении базы транзистора Т1
к минусу источника питания с помощью провода, соответствующим
образом изолированного от рук исследователя.
Дальность действия передачи во многом зависит от точности на­
стройки частоты передачи (R4 - рис. 9 .3) на избирательную частоту
приемника. Настройка путем постепенного увеличения расстояния
�ежду передатчиком и приемником не будет сложной для бытовых
приложений.

ГЛАВА
СТРАНИЦА
1
Особенности невидимого излучения
11
2
Излучающие диоды ИК диапазона
25
3
Приемники ИК диапазона
51
4
Простые опыты
85
5
Барьеры и системы сигнализации
93
б
Оптические обнаружители
пассивного типа
117
Передача аудиочастот
с помощью АМ излучения
135
8
Передача аудиочастот с помощью ЧМ
159
Восьмиканальное дистанционное
управление
179
10 ДИСТАНЦИОННОЕ
УПРАВЛЕНИЕ
ДЛS1АУДИО-
И ВИДЕОУСТРОЙСТВ
Кодирование программ
198
Схема передачи
199
Код передачи
200
Предусилитель в схеме приема
203
Декодер в схеме приема
205
Анаnоrовые команцы
209
Возможности расширения
209
111
Другие приложения
211

198
ДИСТАНЦИОННОЕ УПРАВЛЕНИЕ ДЛЯ АУДИО· И ВИДЕОУСТРОЙСТВ
Системы дистанционного управления ДУ для телевизионных прием­
ников и устройств с высокой точностью воспроизведения должны
содержать не только команды включения-выключения, но также
и аналоговые (плавные) команды для регулировки громкости, то­
нальности, яркости, контраста. Кроме того, пользователь подобных
устройств обращает большее внимание на удобство их применения,
нежели в случаях, описанных в предыдущей главе. Он предпочитает
манипулировать не кнопкой или переключателем, а клавишей. Слож­
ность изготовления устройств состоит в том, что необходимо преду­
смотреть, по крайней мере, три десятка команд, обеспечивая при этом
нечувствительность к помехам. Такая нечувствительность должна
давать возможность одновременно управлять в одном помещении,
например, двумя приемниками команд и двумя передатчиками.
Таким образом, подобная система становится пригодной для ис­
пользования в различных приложениях промышленного дистанцион­
ного управления. Например, для осуществления радиоэлектронного
ДУ достаточно заменить оптоэлектронные элементы высокочастот­
ными передатчиком и приемником. Несмотря на широкое примене­
ние, такие системы все еще остаются достаточно сложными, поэтому
в данной книге невозможно было обойтись описанием исключитель­
но общего характера. Вместе с тем использование подобных систем
не составит труда для читателей, имеющих некоторый опыт в облас­
ти цифровых схем, поскольку настройка практически не требуется.
КОДИРОВАНИЕ ПРОГРАММ
Усовершенствованные системы дистанционного управления (ДУ ) ис­
пользуют сообщения в двоичном коде, состоя щие из битов, принима­
ющих одно из двух значений: О и 1. Например, с помощью шести таких
битов информации можно передать до 64 цифровых значений.
Проблема с использованием немодулированного двоичного кода
заключается в том, что выдача бита О может быть спутана с полным
отсутствием всякой передачи. Поэтому необходимо чуть более слож­
ное кодирование.
Из всего множества вариантов кодирования первоначального <�им­
пульсного� цифрового сигнала, состоящего из последовательности
О или 1 (рис. 10.1а), на рис. 10.1б-г показаны лишь три. При помощи
этого сигнала пытаются получить модуляцию несущей, которая,
в свою очередь, будет модулировать излучение ИК диапазона (или
радиодиапазона) передатчика.

СХЕМА ПЕРЕДАЧИ
199
: Start
1
1
о
о
о
а) Uuq,poбou
1
1
J
L
сuгнал
б) Длumел�носm�
111111111 11111 111111111 111111111 11111 11111 111111111
моgумщuu
в) Чocmoma
моgуляцuu
111111111111111111111111 11111111111111111111111111111111111 1111 11111111 11111111111111111
r} Дбухq,озноо
моgул�цvя
111111111 11111111111111111 111111111 111111111 11111111111111111
Рис. 10. 1 . Некоторые коды передачи не позвопяют спутать
погический О и попное отсутствие передачи
-
На рис. 10.1б показан метод модуляции длительности. Для полу­
чения логической 1 предусматривается последовательность импуль­
сов (несущей или поднесущей) в два раза более длинная, чем для О.
Рис. 10.lв соответствует частотной модуляции. При этом работа
ведется с двумя частотами несущей (или поднесущей); одна соответ­
ствует 1, а другая - О. Этот метод требует двух избирательных цепей
в схеме приема.
На рис. 10.1г представлен метод двухфазной модуляции. В тече­
ние периода, предназначенного для каждого бита (для описанной
системы приблизительно 1 мс), выдается последовательность им­
пульсов (для О) или наблюдается их отсутствие (для 1). В первом
случае перед последовательностью импульсов той же длительности
предусмотрен разрыв в 500 мкс. В схеме приема эту модуляцию мож­
но интерпретировать, либо наблюдая за сигналом в зависимости от
времени, либо отмечая различие в длительности сигналов, так как
длин ный сигнал обозначает последовательность 1-0, а длинный раз­
рыв - 0-1. Такой код обеспечивает высокую безопасность работы;
именно поэтому Siemens выбрал его для своей системы ДУ IR60.
СХЕМА ПЕРЕДАЧИ
На рис. 10.2 показано, что схема передачи SAB 3210 содержит ге­
нератор, который одновременно служит тактовым генератором для

200
ДИСТАНЦИОННОЕ УПРАВЛЕНИЕ для АУДИО- и ВИДЕОУСТРОйав
Taкmofl1:1U сuгнал
Uss
+UDo
г---
------
--------·
r----
i---,
1
TaкmoBt:10
1
генератор
1
1
: ,------,
ЕТА ,
Комонgо
1
BкJll()\oleнuQ
1
1
Mampuuc {� Сконuробонuе
кдаВuш
клобuw
Z1... Z8
'
Bt:1xogнoo
uнmepq>eUc
L------------------------------
IRA
Рис. 10 .2. Принцип действия модуля кодирования и передачи
системы дистанционноrо управления IR 60 {Siemens)
процессора, а после деления частоты в два раза - генератором подне­
сущей. В режиме покоя схеме требуется не больше 5 мкА (питание
обеспечивается от батарейки).
При нажатии на клавишу запускается триггер <<команда включе­
ния�, который, в свою очередь, устанавливает основное питание.
Из рис. 10.3 видно, что это происходит благодаря транзистору Т1 ,
база которого управляется выходом ЕТА. В схеме, представленной на
рис. 10.3, модуль передатчика содержит 32 клавиши, расположенные
в четыре столбца (от s. до Sd) и 8 строк (от Z 1 до Z8). Как показано на
рис. 10.4, при помощи 14 коммутационных диодов можно создать
7 дополнительных строк (так называемых фантомов), увеличив
общее число клавиш до 60.
Диоды ИК диапазона LD 271 управляются при помощи транзисто­
ра n-p-n типа, который требует достаточно высокой частоты импуль­
сов от батареи питания, в результате чего возникает необходимость
развязать его с помощью конденсатора на 2000 мкФ, служащего сгла­
живающим фильтром. Частота тактового генератора определяется ка­
тушкой индуктивности на 20 мГн и двумя конденсаторами на 650 пФ.
Она должна соответствовать частоте настройки приемника с точнос­
тью до 2%, но может быть выбрана и с некоторым отклонением от
номинального значения, указанного производителем и составляюще­
го 64 кГц.
КОД ПЕРЕДАЧИ
Во избежание эффекта «дребезга контактов• схема при каждом на­
жатии клавиши вводит временную задержку в 20 мс, по истечении

КОД ПЕРЕДАЧИ
201
R3
22kQ
Т2
BCJJ8
9V=
R4
J,JQ
2000,.,r +
�
2,LD271
�
+Ue
Рис. 10.3. Схема работы базы модуля передачи SAB 321О.
Два диода ИК диапазона (LD 271) могут обеспечить радиус действия до 30 м
которых выдается предупреждающий сигнал, а спустя 3 мс отправ­
ляе тся собственно сообщение, которое всегда начинается со старт-бита.
Рис. 10.5 показывает, что передача происходит синхронно с сигнала­
ми КОНТроЛЯ КЛаВИШ s.-sd.
Повторение цикла передачи имеет место каждые 128 мс, но это
продолжаетс я не до бесконечности, поскольку при слишком длитель­
ном нажатии клавиши устройство отключается. Однако в момент
отпускания клавиши, после которого начинается новый цикл, оно
переходит к автоматической выдаче сигнала �конец сообщения,>
(рис. 10.6), заменяющего сообщение в цикле опроса каждые 128 мс,
то есть отправляющегося всего один раз в начале цикла.
На рис. 10.5 и 10.6 старт-бит всегда равен логической 1. Можно
также изготовить схемы передачи таким образом, чтобы этот бит был
постоянно в состо янии О. Это послужит способом для различения

202
s.1
о
s,1
о
Sc1
о
Sa1
о
1
о
6
ДИСТАНЦИОННОЕ УПРАВЛЕНИЕ ДЛЯ АУДИО- И ВИДЕОУСТРОЙСТВ
,-----..---.......----.-�-Us
noo<OR
Ro
87
86
85
84
82
81
Rь
Rd
4 cmo1161..10
(О 6 режu�е noкoi:i)
SAB
3210
Рис. 10 .4. При такой модификации схемы, представленной на рис. 10.3,
чиаю команд может быть доведено до 60
------------� � -- ---- ---... ��-- ----<
--------� �-----�
-----� �---�
------- --
-� �-----!�
L 20мс
1 1 1111J1 1 JJ-_l__.1
__
1....1
__
Пpegynpe�geнue ISIAIBICIDIEIFI
1000000
Команgа #0
Побmоренuе
кo>-egD'e 128 мс
Hoжarnue
на клабuwу
Рис. 10.5. Код передачи «привязан» к сиrнолам контроля клавиш 50
-Sd
и имеет цикл опроса 128 мс

ПРЕДУСИЛИТЕЛЬ В СХЕМЕ ПРИЕМА
So
---;--� �---------
Sь ---; 1----� �--------
S,
---; 1-------' '--------­
So ---i 1------� �-------
IRA ------1 J'"----•--'•._____.•__,■aJ■._.lu,IL...-_
1�
,
! ISIAIBICIDIEIFI
f
Пpegynpeжgeнue
1011111
Omnycкaнue
клобuшu
Команgо
•'конеu сообwенuя"
Рис: 10.6 . Каждый раз в момент отпускания клавиши
передатчик вырабатывает сиrнап «конец сообщения»
203
во время приема двух передатчиков, работающих в одной комнате,
либо в независимом режиме, либо синхронно. В последнем случае
можно приблизиться к общему числу 60 х 60 = 3600 команд в тече­
ние последовательного нажатия двух клавиш.
Табл. 10 .1 показывает, что во время передачи совершенно не учиты­
вается, как человек будет использовать различные команды. Считает­
ся, что достаточно пронумеровать их и присвоить им код клавиши, ко­
торый образуется из сочетания строк и столбцов рис. 10.3 и 10.4.
Поэтому при приеме только посредством декодирования можно дать
клавишам такие названия, как <<канал,>, <<громкость�. «яркость,> и т.д .
ПРЕДУСИЛИТЕЛЬ В СХЕМЕ ПРИЕМА
При приеме декодирование команд возможно только в случае, если
имеется сигнал достаточной мощности, амплитуда которого очень
мало зависит от условий передачи (расстояния, ориентации и т.д.).
Поэтому необходимо иметь предусилитель с автоматической регули­
ровкой усиления.
На рис. 10.7 показана схема, разработанная Siemens для этой цели.
В отличие от других модулей системы, где применяются полевые
МОП транзисторы, в данной схеме используются биполярные тран­
зисторы.
Номинальная чувствительность схемы TDA 4050 составляет 5 мкВ
при потреблении 9 мА источника питания 12 в: АРУ работает так,
что К
у
с1tл. может варьироваться от 1 до 10 ООО (77 дБ) в зависимости
от входной амплитуды. Выходной ток предусилителя может дости­
гать 2 мА при входном сопротивлении 1,8 кОм.
В схеме, представленной на рис. 10.7, фильтр состоит из катушки ин­
ду ктивности на 100 мГн и конденсатора емкостью 180 пФ. В принципе

204
ДИGАНЦИОННОЕ УПРАВЛЕНИЕ ДЛЯ АУДИО- И ВИДЕОУСТРОЙОВ
Таблица 10.1 . Соответствие между командами 11 клавишами
о
000000
1а
000001
1Ь
2
000010
1с
3
000011
1d
4
000100
2а
5
000101
2Ь
6
000110
2с
7
000111
2d
8
001000
За
9
001001
3Ь
10
001010
Зс
11
001011
3d
12
001100
4а
13
001101
4Ь
14
000110
4с
15
001111
4d
16
010000
5а
17
010001
5с
18
О1001 О
5Ь
19
010011
5d
20
010100
ба
21
О1О1О1
6Ь
22
010110
6с
23
О1О111
6d
24
011000
7а
25
011001
7Ь
26
011010
7с
27
011011
7d
28
011100
8а
29
011101
8Ь
30
О1111О
8с
31
011111
8d
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
100000
100001
100010
100011
100100
1ОО1О1
100110
100111
1О1О00
101001
101010
1О1О11
101100
101101
101110
101111
110000
1100 О1
110010
11ОО11
110100
110101
110110
11О111
111000
111ОО1
111О1О
111011
111100
111101
111110
111111
81а
81Ь
81с
81d
82а
82Ь
82с
82d
83а
83Ь
8Зс
83d
84а
84Ь
84с
84d
85а
85Ь
85с
85d
8ба
8бЬ
86с
86d
87а
87Ь
87с
87d
Не ИСООльзуеJСII
Не используется
Конец
Исключен

дЕКОдЕР В СХЕМЕ ПРИЕМА
2.2kC
г-----.----�----С=:J----- -
______
_
�-
J�-
--
�o +Us
ItOμF
5бk0
I
10μ F
Bt:iJ<Oq сuг"0110
8С416С
1,SnF
J.JHI
J,JnF
1-:i_
'
J.J,r. i
1,5nFf
>-----<, 2 ------<
.J..
2.2μF J:
Рис. 10.1. Рабочая схема предусилителя приемника TDA 4050
205
1.8kП
эту цепь можно заменить RC- или активным фильтром, но в этом слу­
чае избирательность и точность по частоте будут ниже.
В любом случае следует предусмотреть средство настройки, позво­
ляющее настроить входную схему приемника на частоту модуляции
передатчика.
ДЕКОДЕР В СХЕМЕ ПРИЕМА
Поскольку передатчик работает в одном из простых кодов, можно
использовать большое число способов декодирования. Ниже приве­
дена одна из схем декодирования, выпущенных Siemens, а именно
SAB 4209.
На рис. 10.8 представлена схема декодера, перед которой стоят пред­
усилитель TDA 4050 и генерирующая LС-цепь для тактового генера­
тора.
Схема SAB 4209 непосредственно декодирует 32 команды (с точ-
1юстью до одной резервной), которые осуществляются при помощи
схемы, н·г,
-·дставленной на рис. 10.3, и соответствуют позициям 0-31

206
ДИОАНЦИОННОЕ УПРАВЛЕНИЕ для АУДИО- и ВИДЕОУСТРОйав
IOmH
Пере.хоg "'
с.nеgу,ошем)'
w.очалу
1,Jnf" 471<()
..-..,--------,
Схемо рссшuре1-1uя
Зоnомu..-онuе
кoнaJloei
РС,......л....._
Ин9uкоцuА l(Qнa11oti,
c6emo9uo9
uз 9 сегменmое�
obcdefg hi
Декоgер- gpooaep
uнgui<ouuu
SA8 3211
Иэме,..енuе q>yнкuua
д,..ологоВtjе
q,y•нc;uuu
/
Перекл�очоющu(:сg
l(Qнmoкm
Реле
Коно.11 1б
+15V
ov
Рис. 10.8 . Декодер схемы приема SAB 4209 может выполнять цифровые функции
11 аналоговые команды
в табл. 10.1. Для команд более высокого уровня (32-60) SAB 4209
применяет только передающий элемент в зависимости от условий,
которые будут рассмотрены ниже.
Полученные команды могут использоваться как для безусловных
(смена канала), так и для плавных изменений (повышение или пони­
жение яркости). Для смены канала SAB 4209 обладает четырьмя вы­
ходами - от PRGA до PRGD, - которые, с одной стороны, отвечают
за цифровую индикацию (посредством декодера-драйвера индикации
SAB 3211, не приведенной на рис. 10.8), а с другой - за запоминание
программ. Речь идет о декодере типа �1 из 16�, к 16 выходам которо­
го подключают столько же потенциометров; они обеспечивают на­
пряжения подстройки для варикапов тюнера, с помощью которых
пользователь может настроить его на любой из 16 каналов приема.
Декодирование полученных сигналов производится таким образом,

ДЕКОДЕР В СХЕМЕ ПРИЕМА
201
'!То именно клавиши 16-31 передатчика (рис. 10.З или 10.4) связаны
с этими 16 каналами. Табл. 10.2 показывает, как команды запускают
четыре выхода PRG схемы.
Но вместо того чтобы вызывать каждую программу по отдельнос­
ти, можно при желании просматривать их одну за другой, нажимая
несколько раз подряд на клавишу 4 - «переход к следующему кана­
лу�,. Клавиша 5 - «переход к предыдущему каналу�, - позволяет вес­
ти отсчет в обратном порядке.
При каждом переключении канала выход РС (вывод 8 SAB 4209,
рис. 10.8) выдает положительный импульс, который можно исполь­
зовать, в частности, для индикации яркости, но который всегда при­
меняется для кратковременного обнуления уровня НЧ (громкости).
Длительность этой ,шоманды тишины�, зависит от емкости конден­
сатора, подсоединенного к выходу РС. На самом деле этот выход
является также и входом, куда мо;жно подключить клавишу, непо­
средственно (без помощи устройства дистанционного управления)
пер еключающую каналы с одного на другой.
Табл. 10.З показывает, что существуют и другие импульсные коман­
ды. �возврат в начальное положение�- означает, что можно перевести
все аналоговые команды, речь о которых пойдет ниже, в «нормаль­
ное�> положение, то есть соответствующее 30% от максимума громкости
Таблица I О.2 . Коммутация каналов
16
о
о
о
о
17
о
о
о
1
18
о
о
о
19
о
о
1
1
20
о
о
о
21
о
о
1
22
о
1
о
23
о
1
1
24
о
о
о
25
о
о
26
о
о
'l7
о
1
1
28
о
о
29
о
1
30
о
31

208
ДИСТАНЦИОННОЕ УПРАВЛЕНИЕ для АУДИО- и ВИДЕОУСТРОйав
Таблица 10.3 . Функции клавиш 0-15
о
Возврат в начальное пооо»:ение
1
Мгновенная тмшина
2
Поддержание (ожидание)
3
НеПОД1(1U()'1еН(резерв)
4
Переходкследующемуканалу
5
Переход к предыдущему каналу
6
ВКJ1ючение
7
тus--функции
8
Гl)ОМl(ость +
9
Громmсть-
10
Яркость+
12
Яркость-
13
Цвет+
14
Цвет-
15
КоитраСТ!IОСТЬ
звука и 50% от хода настройки других команд. С помощью команды
«мгновенная тишина» звук прерывается очень быстро, а при команде
«переход на резервное питание» (Standby) происходит переход к ре­
жиму ожидания, при этом изменяется состояние выхода ВКЛ/ВЫКЛ
(ON/OFF) схемы, что влечет за собой выключение основного источ­
ника питания телевизора посредством транзистора, нагрузкой которо­
го является реле или симистор. С этого момента питание поступает
только на приемник устройства ДУ; следовательно, телевизор снова
можно включить, пользуясь передатчиком (клавиша 6), что, однако, не
мешает включению телевизора без устройства дистанционного управ­
ления, поскольку выход ON/OFF может использоваться также в каче­
стве входа. Если на короткое время подвести к нему потенциал О В
с помощью определенной клавиши, то можно установить ключ коман­
ды в положение «ВКЛ» («ON»).
И наконец, существует команда TUS (клавиша 7), определяющая
на приеме изменение чередующегося состояния триггера, выход
которого соответствует соединению TUS на рис. 10.8 . Это можно
использовать в самых разнообразных приложениях, например для
управления освещением, которое включают одним нажатием на кла­
вишу и выключают повторным. Однако команда 7 на самом деле
предназначена для «изменения функции». При получении ее в первый
раз схема учитывает только команды 2 (Standby) и 7 (TUS), направ­
ляя все остальные на свой дополнительный выход. Таким образом,
речь идет о команде обратного переключения, позволяющей менять

функции целого ряда клавиш и напоминающей ту, что используется
в некоторых карманных калькуляторах. Так, можно подключить вто­
рую схему SAB 4209 к добавочным выходам первой, чтобы получить
большее количество команд без увеличения числа клавиш. Аналогич­
ным образом можно подключить и другую сх ему, адаптированную,
например, к функции телетекста, видеоиграм, дистанционному управ­
лению видеомагнитофоном и т.д.
АНАЛОГОВЫЕ КОМАНДЬI
Схема SAB 4209 имеет четыре аналоговых выхода, которые можно
использовать для функций громкости, яркости, контраста и насы­
щенности цвета изображения телевизора или же для функций гром­
кости, низких и высоких тонов, балансировки аудиомагнитофона HI­
FI. При передаче для каждой из этих четырех команд предусмотрены
ко �анды ""понижение» и �повышение,>. Воздействие на одну из этнх
клавиш вызывает повторяющееся повышение или понижение состо­
яния счетчика емкостью 64 единицы. Таким образом, содержимое
счетчика меняется на единицу приблизительно каждые 125 мс, то
есть при нажатии на клавишу в течение 1 с - на 8 единиц.
На аналоговых выходах (VOLU, BRIG, COLO, CONT, рис. 10.8)
схемы SAB 4209 постоянно получают импульсный сигнал, скваж­
ность которого зависит от соответствующего счетчика, имеющего
частоту приблизительно 1 кГц. Посредством простой интегрирующей
цепи при помощи конденсатора можно получить постоянное напря­
жение, пропорциональное состоянию опорного счетчика. Это напря­
жение можно использовать наряду с соответствующими интеграль­
ными схемами для настройки громкости, яркости и т.д .
При включении схемы или во время возврата в состояние ожида­
ния все четыре аналоговых выхода автоматически переходят в на­
чалыюе состояние, определение которому было дано выше.
Выход �громкость,> может принимать состояние О при воздей­
ствии на него команды �мпювенная тишина,>. Для возврата в преды­
дущее состояние можно воспользоваться клавишей VOL+ (8), коман­
дой �возврат в начальное состояние�, (О) или же одной из клавиш
упр авления каналами. В положении Standby все аналоговые коман­
ды остаются заблокированными.
ВОЗМОЖНОСТИ РАСШИРЕНИЯ
Линии расширения, изображенные на рис._ 10.8, представляют собой
двунаправленные соединения, с помощью которых можно как вводить,
так и выводить информацию. В первом случае надо установить DLEN

210
ДИGАНЦИОННОЕ УПРАВЛЕНИЕ для АУДИО- и ВИДЕОУаРойав
(вывод 19) в состояние 1 и ввести данные через DATA (вывод 18)
в соответствии с диаграммой, показанной на рис. 10.9 .
Данные, введенные таким способом, имеют преимущество перед
поступающими по каналу ИК диапазона на RSIG.
Используемые в качестве _выходов линии расширения обеспечивают
последовательности импульсов, виды которых представлены на
рис. 10.1О. Таким образом, все ком:u-щы передаются при помощи этих лшшй,
вне зависимосm от того, обрабатывались они схемой SAB 4209 или нет.
Это создает тем более многочисленные возможности подключе­
ния, что становится доступным снятие сообщения при его видоизме­
нении, понятном для схемы SAB 4209; последняя, как явствует из
табл. 10.1, «понимает» лишь команды 0-31, первый бит которых все­
гда находится в состоянии О. Чтобы отключить схему, не мешая при
этом использованию других программ (например, для вывода на эк­
ран телетекста), достаточно перевести этот бит извне в состояние 1.
Кроме увеличения числа функций можно также предусмотреть
расширение границ области приложений. Схемы ДУ могут использо­
ваться не только для аудио- и видеоаппаратуры, для которой разра­
батывались первоначально, но и в других случаях, начиная с дис­
танциошюrо управления макетами до промышленного применения.
Благодаря своим широким возможностям (например, использованию
цифровых и аналоговых функций) такие системы ошрывают новые
горизонты для устройств дистанционного управления, в частности
для применения излучения ИК диапазона.
CLOKO
DLEN
DATA
CLOKO
DLE
ОАТА
16μs
1
т-t·
1
о
1
1
н�,
'
L�O�
А
в
с
D
Е
1
1
rВ-
Рис. 10.9. Временная диаrрамма ввода данных на линию расширения
1
о
1
·'
1
'
1
o--..,.....J
А
в
с
D
Е
1
1
�
Рис. 1О. 1 О. Временная диаrрамма снятия данных с линии расширения

mдВА
СТРАНИЦА
1
Особенности невидимого излучения
11
2
Излучающие диоды ИК диапазона
25
3
Приемники ИК диапазона
51
4
Простые опыты
85
5
Барьеры и системы сигнализации
93
6
Оптические обнаружители
пассивного типа
117
7
Передача аудиочастот
с помощью АМ излучения
135
8
Передача аудиочастот с помощью ЧМ
' 159
Восьмиканальное
дистанционное управление
179
10
Дистанционное управление
для аудио- и видеоустройств
197
1 1 ДРУГИЕ ПРИЛОЖЕНИЯ
Встроенный усилитель с фотодиодом
212
Быстродействующий коммутатор
для передачи данных на частотах до 1 МГц 213
Компенсация цоздействия
окружающеrо света
214
Барьер на закрытом контуре
215
Реrулируемая скважность
и последовательность импульсов
218
Особенности демодуляции
221
Запоминание направления движения
223
Барьер прямоrо/обратноrо счета
224
Полоснозаrраждающий фильтр на 100 Гц
227
Секретные коды
228
Передатчики секретноrо кода
232
Приемники для секретноrо кода
234
Безопасность кода
236

212
ДРУГИЕ ПРИЛОЖЕНИЯ
Приведенные ниже примеры взяты в основtюм из документации про­
изводителей. Иногда речь идет об отдельных цепях, предназначен­
ных для решения частных задач. Здесь даны главным образом идеи,
которые на практике можно комбинировать, поскольку иногда тре­
буется небольшое усовершенствование схем.
ВСТРОЕННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ С ФОТОДИОДОМ
Некоторые изготовители полупроводников (Siemeпs, Temic и др.)
используют для фотодиодов пластмассовые корпусы, чтобы иметь
возможность разместить в них, кроме светодиода, предусилитель
с АРУ и полосовой фильтр. Эти схемы, предназначенные в основном
для устройств дистанционного управления, настолько отработаны,
что в большинстве случаев позволяют обойтись без предусилителя
в отдельном корпусе.
На рис. 11.1 приведена структурная схема и показано внутре1н1ее
устройство моделей, подобных TFMS SNN0 (Temic) и SFH 506 (Siemens).
Резистор 330 Ом и конденсатор 4,7 мкФ необходимы лишь при
низком уровне фильтрации ышряжения питания. Резистор, обозна­
ченный пунктиром, является нагрузкой. Существуют, по крайней
мере, шесть вариантов схемы для избирательных частот 30, 33, 36, 38,
40 и 56 кГц; угловое поле во всех случаях равно 110°
. Имея излуча­
ющий диод с высоким КПД, управляемый импульсами 1,5 А, при по­
роговом значении отклика в 0,35 мВт/м2 получают дальность дей­
ствия 35 м.
На рис. 11.2 изображен корпус излучающего блока, размеры кото­
рого составляют приблизительно 1Ох 12х5 мм. В нем находится опти­
ческий фильтр, который ослабляет помеху, возникающую под воздей­
ствием окружающего света.
+SV
(45 5.SV)
JО 4. 1mA
�--------------------�
330J
АРУ
По11осо60.)
Фvnt)mp
Дeмogy11i.mop
-4 ,71,JrQ >10к0
_.,.
___
Но
Рис. 11.1. Структурная схема ИС, обьединяющей в пластмассовом корпусе
фотодиод и избирательный усилитель

БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ КОММУТАТОР
213
Рис. 11.2 . Корпус, где розмещен модуль, представленный на рис. 11.1
БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ КОММУТАТОР
ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ДДННЫХ НА ЧАСТОТАХ ДО 1 МГц
Хотя для устройств дистанционного управления бытовыми прибора­
ми достаточно частоты 50 или 60 кГц, некоторые типы устройств пе­
редачи данных требуют частот в 10-20 раз больших. Фирма Temic
разработала для таких приложений (от 20 кГц до 1 МГц) быстродей­
ствующий коммутатор, управляющий излучающим диодом; соответ­
ствующая схема изображена на рис. 11.3 .
Интегральная схема быстродействующего коммутатора управляет
таким же быстродействующим диодом ИК диапазона типа TSFH
5400. Максимальный импульсный прямой ток светодиода не превы­
шает 200 мА. На входе два диода защищают схему от выхода за пре­
делы управляющего напряжения.
Первые усилительные каскады приемника, представленные на
рис. 11.4, собраны на дискретных транзисторах, имеющих более
низкий уровень шумов по сравнению с усилителями в 1штеrральном
исполнении. Несмотря на такое схемное решение, при частоте 1 МГц
и с угловым полем 40°
практически
невозможно достичь дальности дей­
ствия более 1 м.
Коэффициент усиления на низ­
ких частотах ослабляется благодаря
цепи, состоящей из конденсатора C
q
и двух резисторов RF1 • Диод D1
обеспечивает автоматическую регу­
лировку коэффициента усиления,
воздействуя при этом непосред-
ственно на ток коллекторов транзи­
+а;;�у1
.
С3_
Т5
·t
(
02
8AV99
,-----,
Jl>3V
ov
сторов QЗ, а также на Q2 через QЗ. Рис. 11 .3 . Схема быстродействующего
Преобразование аналогового сигнала
коммутатора

214
..
ДРУГИЕ ПРИЛОЖЕНИЯ
+5V
Сб
С4
С4
R,
470nF
1 OOnF у б,ВμF
1200
бV
Rv
R,
R1
56k0
8,2k0
33k0
R,1
Ro
1800
4,71с()
Rп
Rr,
82k() 82k0
03
о1
02
8F550
BF550 S852T
Дан1-1tJе
unu
FO
1L372
8PV10
с,
R,
RJ
С?
Ro
220pF 7500 lkO
3,9k0
01
f
100nF
8AV99
� Земля
Рис. 11.4 . Приемник, содержощий АРУ и адаптированный к схеме передачи,
приведенной на рис. 11.3, может испопьзовоться но частотах да I МГц
(документация CD-ROM Тemic)
в цифровой вид обеспечивается встроенным компаратором, выход ко­
торого совместим с любым типом логических элементов ТТЛ и КМОП,
в том числе КМОП с высокой плотностью упаковки (HCMOS).
КОМПЕНСАЦИЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ ОКРУЖАЮЩЕГО СВЕТА
Многие фототранзисторы, особенно в металлическом корпусе, содер­
жат вывод базы, который чаще всего не задействуется, однако схема,
приведенная на рис. 11 .5, свидетельствует о том, что он может быть ис­
пользован. Приведенная модификация - результат переработки экспе­
риментальной схемы, представленной в журнале qEiectronic Design».
Два операционных усилителя образуют контур обратной связи,
в который включен фототранзистор. Первый усилитель IC. обраба­
тывает полезный сигнал одновременно с помехами постоянного и пе­
ременного характера, вызываемыми окружающим освещением. Во
избежание перенасыщения необходимо использовать первый усили­
тель с малым коэффициентом усиления, определяемым отношением
RЗ/R2, а основное усиление производить при помощи второго уси­
лителя.
Значение К
у
с1tл. второго ОУ гораздо выше: оно превышает 30 при
указанных величинах R1 и R4. Тем не менее К действителен толь-
ус1,..1.
ко на низких (постоянных) частотах. При этом коэффициент обрат-
ной связи минимален, но начиная приблизительно с 1 кГц он возрас­
тает благодаря емкости С1. На рабочей частоте ослабление становится
ничтожно малым.

БАРЬЕР НА ЗАКРЫТОМ КОНТУРЕ
�---.- --о-+ 12V
Сu�нал 20kHz
+ о�ружа1ОщvU cl'>em
.,
820k0
8РХ38
33k0
R3
♦
10k0
R2
3.3k0
Т 1μF
R2
-,i;,,
58k0
Ct 1onr
R4
2.2kG
Ко"'1nе�◄СОцШ3
1 /2 TL0/32
+12V
10kП
IOkO
i1μF
=
Рис. 1 1.5 . Коррекция воздействия окружающего фоно освещения
215
Предпочтительно использовать эту, а также другие схемы компен­
сации или фильтрации с логическими элементами, обеспечивающими
обнуление после каждого бита. В противном случае последовательно­
сти О или 1 (см. рис. 10.1) могут интерпретироваться как низкочас­
тотные сигналы и подвергаться ослаблению. Аналогично обстоит
дело с паузами синхронизации некоторых кодирующих устройств.
Для многих приложений единственным серьезным источником
помех являются колебания потока с частотой 100 Гц, излучаемого
осветительными приборами. От помех можно избавиться при помо­
щи описанных выше способов, например, используя заградительный
фильтр типа двойного Т-моста или моста Вина. Эти схемы будут
приведены на рис. 11.16 и 11.25.
БАРЬЕР НА ЗАКРЫТОМ КОНТУРЕ
При использовании для подсчета мелких предметов барьера ИК диа­
пазона или детектора, принимающего отраженное от преграды излу­
чение, передатчик и приемник зачастую близко расположены друг
к другу и поэтому объединяются в одном блоке. Схема генератора,

216
ДРУГИЕ ПРИЛОЖЕНИЯ
приведенная на рис. 11.6, разработана Дж. Донхаузером а. Donhauser)
и опубликована в журнале «Elektronik�. Munich.
Интегральная схема NE567 включает rеиератор (рис. 11.7), сопро­
тивление R1 и емкость С1 которого определяют частоту приблизи­
тельно 2,2 кГц при значениях, указанных на рис. 11.6 . Кроме того,
в NE567 входят два фазовых компаратора, образующие фазовый кон­
тур. На выводе 5 сигнал, подаваемый от генератора, имеет прямо­
угольную форму с максимальным размахом амплитуды 5 В. Через ре­
зистор R2 прямоугольный сигнал поступает на базу транзистора Т1,
который питает излучающий диод импульсным прямым током около
20 мА. В приемном устройстве сиrпал коллекторной нагрузки R4 фо­
тотранзистора поступает через разделительный конденсатор С2 на
вход 3 NE567.
Обычно фазовый контур служит для настройки внутреннего гене­
ратора на частоту внешнего сигнала. В данном примере внешняя
частота, поступающая на вывод 3, совпадает с частотой внутреннего
генератора, поскольку он общий для оптопары. Таким образом, в дан­
ном случае можно было бы отказаться от принципа автоматической
подстройки частот передатчика и приемника с использованием фа­
зового контура. Но в силу того, что применена комбинированная ин­
тегральная схема, нужно использовать все ее возможности, в частно­
сти точной отстройки от сигналов помех. Следует отметить, что при
создании узкого диапазона захвата для фазового контура необходим
высокий номинал емкости конденсатора, подключенного к выводу 2.
При этом добиваются автоматической настройки на полезный сигнал,
исключающий захват сигнала помехи.
Т1
8С556
R3
R4
R2
1800
12k0
47k0
TIL 139
С2
22nF
R1
22k0
+5У
LED ,..
Rб
R7
4700 10k0
RS
100k0
8110g
Рис. 11.6. Генератор интегральной схемы NE 561 служит одновременно
для управления излучающим диодом и для синхронной демодуляции сиrнала приема

БАРЬЕР НА ЗАКРЫТОМ КОНТУРЕ
+U1, =4,75..9V
Рис. 1 1.7. Схема NE 567 содержит генератор, управляемый током,
а также два фазовых компаратора, работающих с разностью фаз 90'
211
Демодуляция полученного сигнала сводится, очевидно, к получе­
нию взаимоисключающих ответов: «да• или �нет». Проводится син­
хронная демодуляция после приемной схемы с помощью двух фазовых
компараторов 1 и 2. Компаратор 2 работает <�:в квадратуре•, то есть
имеет фазовый сдвиг 90°
по отношению к компаратору 1, который на
самом деле должен вести себя как прерыватель, обеспечивающий
связь (между выводом 3 и входом А1) в момент прохождения вход­
ного сигнала через О. Если компаратор 1 под воздействием входного
сигнала закрывается немного раньше или позже, он передает на А1
положительное или отрицательное «напряжение ошибки•, которое
подстраивает частоту генератора (или, точнее говоря, изменяет его
фазовое состояние) таким образом, чтобы поддержать автоматичес­
кую настройку на входной сигнал.
Компаратор 2 подобен прерывателю, который закрывается в мо­
мент, соответствующий разности фаз 90°
по отношению к компара­
тору 1. Таким образом, данный прерыватель находится в активном
режиме в течение каждого положительного импульса, вырабатыва­
емого генератором. Когда приемный тракт заблокирован, компаратор 2
закрыт, при этом С4 заряжается через R
P
до напряжения, близкого
к напряжению питания. На выходе А2 появится напряжение с тем же
значением. В противном случае (минимум 50 мВ пикового значения
на выводе 3) каждый импульс вызывает постепенный разряд С4,
а напряжение на выходе становится близким к нулю.

218
ДРУГИЕ ПРИЛОЖЕНИЯ
Поскольку А2 имеет выход с открытым коллектором, необходимо
предусмотреть сопротивление нагрузки R7. На самом деле нагрузка
уже существует в виде Rб и светодиода LED, но из-за нестабильности
его порога выходное напряжение может не соответствовать стан­
дартным логическим уровням цифровой схемы, подключенной
к выходу. Через RS фиксируется отклик на выходе А2, то есть работа
в режиме триггера с гистерезисом, который обеспечивает четкие пере­
ходы между двумя состояниями выхода.
РЕГУЛИРУЕМАS1 СКВАЖНОСТЬ
И ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ИМПУЛЬСОВ
Энергоемкость батарейки питания передатчика ИК диапазона умень­
шается тем быстрее, чем дольше нажимают на кнопку настройки.
Радикальное решение этой проблемы, как показано на рис. 11 .8 (дан­
ные взяты из документации Siemens), заключается в обеспечении пи­
тания передатчика не от самой батарейки, а от заряжаемого ею в ре­
жиме покоя конденсатора С 1.
При указанных значениях получают последовательность импульсов
с длительностью приблизительно 5 мс и частотой заполнения 33 кГц.
Таким образом, одна девятивольтовая батарейка емкостью 0,24 А-ч
может служить в течение трех лет, обеспечивая приблизительно
30000 нажатий па кнопку при условии, что ежесуточно отдают одну
команду в час.
Импульсы с частотой следования 33 кГц вырабатываются мульти­
вибратором па КМОП элементах, скважность и частота которого
R1
�
I
u,=9
V
2
7Do
с1
s
�IOOOμF �I
IOV
11 еТ""-0,J "0,5
R2
100k0
Uoo
r------•------
, (КМОП 2И-НЕ)
,,с,
1
1-r
4
4,
-•
1
1
---
1u;SJ
01
ВАУбl
С2
1nF
�-- --+---<f--
J'
L02
7
Рис. 11.8. Передатчик импульсной последовательности,
длительность которой определяется величиной емкости С/
Т2
ВС338

РЕfУЛИРУЕМАЯ СКВАЖНОСТЬ И ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ИМПУЛЬСОВ
219
могут быть подстроены с помощью потенциометров Р1 и Р2 в соот­
ветствии с графиком, приведенным на рисунке. Таким образом, КПД
излучателя можно увеличить путем точной настройки на частоту при­
емника. Прямоугольный импульс, который вырабатывается мульти­
вибратором, усиливается двумя транзисторами, включенными по
схеме Дарлинпона. Они обеспечивают питание трех последователь­
ных диодов ИК диапазона.
На рис. 11.9 представлена предложенная автором входная схема
приемника. Входной каскад предусмотрен для захвата сигнала с пе­
редатчика, представленного на рис. 11 .8.
Транзистор с общим коллектором запускает избирательную LС-цепь,
настроенную на частоту 33 кГц. Однако, по мнению автора, чтобы
избежать существенного ослабления сигнала вследствие шунтирова­
ния резонансной цепи низким выходным сопротивлением в цепи
коллектора, лучше использовать транзистор с общим эмиттером,
в цепь которого можно включить фотодиод, а усиление сигнала про­
извести позже.
Демодуляция может быть осуществлена с помощью интегралъной
схемы, применяемой в радиоприемнике для АМ модуляции. Здесь
наличествует только усилитель промежуточной частоты (УПЧ), до­
пускающий использование схемы АРУ. На рис. 11.10 в качестве при­
мера приведена интегральная схема TDA 1072. Фотодиод подсоединен
к резонансной цепи напрямую. Подключение к катушке позволяет
произвести подстройку на входное сопротивление интегральной схе­
мы, составляющее 3 кОм. При последовательности импульсов дли­
тельностью 5 мс в целях предосторожности следует предусмотреть
полосу пропускания минимум 500 Гц. На частоте 33 кГц для резонанс­
ной цепи эта величина соответствует коэффициенту перенапряжения
равному 66.
Фильтр, состоящий из резистора
R1 и конденсаторов С3 и С7, по-
давляет колебания частоты 33 кГц о, ..
8PW34
выходного напряжения на выводе 6.
Поскольку амплитуда, которая на­
блюдается в этой точке, составляет
всего несколько сотых милливоль­
та, то впоследствии при необхо­
димости запустить логическую
схему требуется усилить сигнал. По-
RII
4.7М
CI
22nF
+С9
R1 I 47μF
1200
16V
т,
.
8С238
�3
OnF
� К gemeкmopy
стоянная составляющая сигнала,
Рис. J 1.9. Входной коскад приемника
'

- 220
ДРУГИЕ ПРИЛОЖЕНИЯ
наблюдаемая на выводе 6, изменяется при работе АРУ входного сиг­
нала. Поэтому будет сложно цреобразовать сигнал �вход>> в цифро­
вой вид при подключении компаратора непосредственно к входу.
Однако положительный результат можно получить, если автомати­
чески настроить опорное напряжение компаратора на напряжение,
наблюдаемое на выводе 8 (развязка АРУ).
При работе с пачками импульсных последовательностей длитель­
ностью 5 мс отпадет необходимость в индикаторе уровня на выводе 9,
но им мож1ю воспользоваться для опытов по ориентации с непрерыв­
ным сигналом частотой 33 кГц. Аналогично обстоит дело при приме­
нении схемы для передачи звуковых частот, когда следует работать
со значительно более широкой полосой пропускания, ослабляя при
необходимости резонансную цепь с помощью резистора.
Рис. 11 .11 показывает, что подстройка при помощи полевого тран­
зистора позволяет TDA 1072 избежать непосредственного подключе­
ния к катушке. Одновременно получают более высокую чувствитель­
ность� В дополнительном усилении нет необходимости, поскольку
при пороговом значении работы АРУ усилитель промежуточной ча­
стоты TDA 1072 на своем входе требует не более 50 мкВ.
Интегральная схема для радиоприемника ЧМ сигналов может так­
же использоваться в качестве демодулятора. Резонансная LС-цепь,
определяющая ее рабочую частоту, должна иметь такую избиратель­
ность, чтобы в течение 5 мс передачи приемник воспринимал мгно­
венную частотную модуляцию, соответствующую максимальной ам­
плитуде частоты.
R1
10kП
,--- - L.J--rr----o 8ti)(09
С7
..,.. 3,3nF
'
' :---t--- - --if-----,f---i
2,ZmH [
220nF
'
с,
С2
'--<�----<1---+--<
220n�·
Рис. 11.10. Схема приема для модулированного сигнала ИК диапазона,
использующая УПЧ интегральной схемы радиоприемника

- ОС О БЕННОСТИДЕМОДУЛЯЦИИ
221
ОСОБЕННОСТИ ДЕМОДУЛЯЦИИ
Демодуляция - наиболее тонкая процедура в алгоритме приема сиг­
нала: именно на данном этапе полезный сигнал может сопровождать­
ся помехами, от которых не всегда легко избавиться при последующей
фильтрации. Наиболее эффективным и линейным процессом в этом
случае считается синхронная демодуляция. На рис. 11 .6 показан при­
мер приложения для генератора, который является общим для излу­
чателя и приемника. Передатчик подключен к компаратору прием­
ника с помощью кабеля.
Очевидно, метод синхронной демодуляции не применяется при
использовании беспроводного передатчика дистанционного управле­
ния, но реализуется при условии, что в схеме приемника имеется ге­
нератор автоматической настройки на частоту генератора передатчи­
ка, управляющего диодом ИК диапазона. Разумеется, импульсная
последовательность, амплитудная или частотная модуляции, цифро­
вой сигнал обладают своими особенностями. Но в любом случае та­
кая настройка не мгновенна: она длится от нескольких миллисекунд
до нескольких секунд, и чем она дольше, тем выше помехоустойчи­
вость.
Таким образом, если при передаче редких и коротких импульсов не
рекомендуется использование демодуляции с режимом АРУ (как в пре­
дыдущем примере), то пр;,r передаче модулированных сигналов звуко­
вого диапазона и относительно длинных сообщений, которым пред­
шествует последовательность импульсов синхронизации, она очень
эффективна. С помощью данного метода легко определить сигналы
«цифровой логики,>, потому что в последовательности входных сиrна­
лов схема находит <<синхросиrнапы,>, например в случае модуляции дли­
тельности (рис. 10.1) или наличия пачек импульсов на временной оси.
На рис. 11.12 представлена струк-
турная схема синхронной демоду­
ляции (Texas Instruments). Требу­
ются два фазовых компаратора,
если применен метод амплитуд­
ной модуляции, и один - для час­
топюй или фазовой.
На рисунке показан общий прин­
цип работы схемы. Ре<Iь идет ис­
клюqительно об особенностях при­
менения и о возможных вариантах
схемы.
220
---1--с:э--о + gy
,...� ВГ245'Э
,'""(l
,
= , ,::.: т""'
L��- -.----'
Рис. 11.11. Полевой транзистор,
включенный по схеме с общим стоком

222
ДРУГИЕ ПРИЛОЖЕНИЯ
Величины индуктивности L и емкости С 1 рассчитаны на резонанс­
ную частоту 40 кГц для входного фильтра. После предварительного
усиления и прохождения через дифференцирующий усилитель сиг­
нал симметрично поступает на два фазовых компаратора. Кроме того,
имеется генератор, управляемый напряжением (ГУН), который ра­
ботает на частоте 80 кГц. После деления на два она, соответственно,
равна 40 кГц. Делитель имеет две пары отдельных выходов для каж­
дого из компараторов. Это означает, что выходы имеют сдвиг по фазе
на 90°
. Такая особенность наблюдается, например, если заставить
один компаратор реагировать на подъем, а другой - на спад входного
сигнала.
Компаратор 1 служит, как и в любом фазовом контуре, для авто­
матической настройки ГУН на случайный сигнал. Как было показа­
но выше, на выходе компаратора 1 вырабатывается сигнал ошибки на
ГУН при рассогласовании по фазе, а компаратор 2 работает в квадра­
туре фазы (со сдвигом на 90°) и, таким образом, может выявить при­
сутствие сигнала, который поступает на его вход в виде импульса или
последовательности импульсов. Компаратор 2 также может исполь­
зоваться для демодуляции сигнала, модулированного по амплитуде.
R2
8,2k0
г--
1
1
1
1
1
Чocmomo ГУн
1
ГУН
С5
470pF
l
- ---- -,
------------
1
1
1
1
1
1
1
�?LL
_______________
ь�u :
�-�
Cut1-10J1 ИК____.._._____
__
9uоnо
:
:юно
�
TIL 100
R1
150kП
L
С1
400μН 10nF
Вкоgноя
реэононсноя
цenD
С7
СВ
Io. ,μ'1 o,047μF
P0Jfн1э1<u
Фaэot'>:::iU
комnороmор 2
Сб
.J_0,1μF
6r,xoq1-100
фunc,mp
Рис. 11.12 . Схема синхронной демодуляции
Ра)решенuе
в�хоg
gаннr,х

ЗАПОМИНА НИЕ НАПРАВЛЕНИЯДВИЖЕНИЯ
223
Напротив, если речь идет о частотной, фазовой или других видах
импульсной модуляции, компаратор 1 демодулирует сигналы, обес­
печивая автоматическую настройку по фазе. Здесь в силу вступает
принцип, о котором говорилось в связи с приемным блоком, изобра­
женным на рис. 8 .9 .
ЗАПОМИНАНИЕ НАПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ
Механический контакт вполне может справиться с задачей управле­
ния электрическим насосом, наполняющим резервуар с водой. Одна­
ко, если речь идет о резервуаре с углеводородом, во избежание искре­
ния желательно найти замену такого контакта.
На рис. 11.13 показано, как можно решить эту задачу, используя
излучение ИК диапазона (данные взяты из документации Texas
Instruments). Поплавок затемняет один из двух фототранзисторов,
соединенных с компараторами напряжения, которые управляют
триггером запуск-перезапуск (set-reset). Когда поплавок находится
между уровнями А и В, запоминается его последнее активное поло­
жение.
Аналогичный метод может использоваться для барьера ИК диапа­
зона, который должен не только регистрировать факт нахождения
предметов или людей в поле зрения оптической системы, но и запом­
нить направление их движения (это важно, например, для того, что­
бы узнать, вошел человек или вышел). На рис. 11.14 предлагается
схема такого барьера.
В качестве другого примера возьмем приложение, которое практи­
чески не боится искусственного освещения, но подвержено помехам,
возникающим во время работы при дневном свете. Поэтому нецеле­
сообразно, чтобы передатчик и приемник функционировали непре­
рывно (см. рис. 11.13). Можно использовать частоту осветительной
сети 50 Гц как частоту модуляции барьера, если в его выходную цепь
включить светодиод, благодаря чему схема передатчика упрощается.
В схеме СД4011 (рис. 11.14) приемник содержит два идентичных
канала обработки входного сигнала. К усилителей на LM 358,
yc11.r1.
определенный резисторами R3 и R4, соответствует дальности действия
около 1 м. Большей дальности можно достичь, увеличивая К до
усил.
тех пор, пока окружающий свет не начнет создавать помехи. Это воз-
можно только в случае, когда при достаточно сильном постоянном
освещении используются фототранзисторы, снабженные фильтром,
ослабляющим воздействие дневного света (например, TEFT 4300).

224
в�хоg
)l(ugкocmu
Уро6енtо А
Фomompoн:щcmopi:.
+5V
ДРУГИЕ ПРИЛОЖЕНИЯ
Ycu11ume.11ь
YnpoBJ1eнue
нос.осам
Носос
8хо<3
жugкocmu
Рис. 11 . 13. Автоматическое управление уровнем резервуара
В режиме покоя усилители обеспечивают напряжение около 1 В.
При наличии сигнала (положительная волна 50 Гц) конденсатор С2
заряжается через диод. Когда напряжение на С2 начинает превышать
порог логической КМОП схемы, выход Р1 может перейти в состоя­
ние логической 1, если хотя бы один из фототранзисторов затемнен.
Триггер запуск-перезапуск, образованный Р2 и РЗ, переходит в со­
стояние, сигнализирующее, какой из двух фототранзисторов был за­
темнен последним. Оно поддерживается до следующего пересечения
барьера.
БАРЬЕР ПРЯМОГО/ОБРАТНОГО СЧЕТА
Наиболее часто такой тип барьера используется для небольших даль­
ностей (несколько миллиметров), причем в качестве затемняющего
объекта применяется вращающийся диск с разрезами или небольшое
колесо с зубчатым краем. При прохождении каждого зубчика колеса
через угловое поле импульс получают либо на одном, либо на втором
выходе схемы. Если эти два выхода подключены к входам управле­
ния счетчика, то, вращая колесо вручную, можно провести счет до
желаемой величины.
Схема, представленная на рис. 11.15, работает в постоянном режи­
ме, поскольку использование излучения ИК диапазона для такого
приложения будет неоправданно.

�-
---
--.--- --- --0 ---0 +12V
RI
J9k0 CI
�
,�1!1�J?'
о\ J9k0
LD271 \_
\\
100nF"
L"'J58
.-н -� ---;,.-,.. 1
100nF
-lt-
+
------1
2, 7k0
С04011
100μF
Пpoxo"'geeue р
3
CD4011
Рнс. 11.14. Моднфнкацня схемы, нзображенной на рнс. 11.13
Схема передачи содержит резистор R1, последовательно соединен­
ный с диодом ИК диапазона. При питании от источника в 5 В полу­
чают прямой ток светодиода 250 мА, если сопротивление R1 = 15 Ом,
и 2,5 мА при 1,5 кОм. Последнее значение величины тока достаточно
для дальности в несколько миллиметров, требуемой для указанного
приложения. Если ток составляет 250 мА, обеспечивается дальность
не менее 50 см, которая может быть значительно увеличена в подхо­
дящих условиях окружающего освещения и изменении порогового
значения компаратора приемника (как это будет показано в даль­
нейшем).
Как и в предыдущем примере, приемник содержит два идентичных
канала. В каждом из них операционный усилитель служит компара­
тором напряжения. Когда падение напряжения на R2 + RЗ (вывод 5
ОУ) превосходит значение, заданное делителем напряжения, кото­
рый состоит из резисторов R5 и R6 (вывод 6), выходное напряжение
(вывод 7) переходит от О к величине, близкой к напряжению пита­
ния, создавая положительный перепад.
При помощи резистора R4 вводится гистерезис, которь1й позво­
ляет отличить сигналы помех при вспышках света от полезных сиг­
налов при движении с учетом направления затемняющего объекта.
Т:tким образом, можно избежать явления, возникающего при двой­
ственном положении этого объекта, когда фототранзистор работа­
ет на уровне собственных шумов и велика вероятность ложных
тревог.

226
t;···: ,
·�/
5V
R1
� (,,-·!
!
LD271
•••::
·
-
-�j
-
[J·.
Обьекm
РТ\
ТЕFТ 4JDD
�
R5
,
,
27k0
R2
33k0
R4
12Dk0
RJ
Rб
lkO
2.7k0
�
27k0
РТ2
ТЕП 4300
33k0
120k0
lkO
2,7k0
ДРУГИЕ ПРИЛОЖЕНИЯ
R7
47Dk0
Р4 06pam•◄tн1
470k0
Рис. 11.15 . Выходы прямого и обратного счета активизируются
в зависимости от направления пересечения барьера
Поскольку за двумя компараторами стоят дифференцирующие
схемы де (е1, R7), из перепадов сигналов ими формируются поло­
жительные импульсы на выходах Р1 или Р2 и отрицательные - на
выходах одного из двух портов (РЗ, Р4), когда объект перестает за­
темнять один из фототранзисторов на входе приемной схемы. Тем не
менее такой отклик возможен в случае, если выходы Р1 или Р2 одно­
временно находятся в состоянии логической 1, что приводит к затем­
нению соответствующих фототранзисторов.
Когда объект, изображенный на рис. 11.15, перемещается снизу
вверх, то первым он начинает затемнять фотодиод РТ2. При этом
усилитель А2 создает перепад из 1 в О, из которого де не формируют
импульсы. Затем объект перестает затемнять РТ2, в то время как
РТ1 благодаря объекту продолжает оставаться в тени. В таком слу­
чае А2 опять перейдет в состояние логической 1, а дифференциру­
ющий импульс, полученный из положительного перепада, может прой­
ти через РЗ, так как выход переключателя Р1 находится в состоянии
логической 1. В конце концов объект полностью покидает барьер. По­
ложительный перепад с выхода А1 вызывает формирование положи­
тельного импульса на одном из входов Р4, но на выход он не прой­
дет, поскольку другой вход Р4 находится в состоянии О вследствие
того, что РТ2 уже освещен. Благодаря тому, что схема полностью

ПОЛОСНОЗАГРАЖДАЮЩИЙ ФИЛЬТР НА 100 Гц
227
симметрична, на выходе Р4 наблюдаются те же процессы, что и при
движении в обратном направлении.
Чтобы легче было проследить медленные движения объектов, вы­
браны соответствующие величины емкости С1 и сопротивления R7
(см. рисунок). Поскольку колесо с зубчатым краем вращается быст­
рее, такие значения могут обусловить слишком большую постоянную
времени, а величины С1 и R7 пропорционально уменьшаются в де­
сять раз, то есть до 1 О нФ и 47 кОм соответственно.
Для повышения чувствительности приемника достаточно умень­
шить пороговое значение компараторов за счет увеличения сопротив­
ления резистора R5. Естественно, это ухудшает помехоустойчивость.
В люtiом случае схема с гистерезисом может создать проблемы, если
выбрать соотношение R5 / R6 > R4 / RЗ.
В приложениях, где дальнейшая обработка сигналов осуществля­
ется микропроцессором, импульсы прямого и обратного счета, выра­
батываемые схемой, поступают на входы увеличения или уменьше­
ния содержимого входного регистра.
Существуют также КМОП счетчики (например, HEF 40193 В -
Philips), обладающие раздельными входами для импульсов прямого
и обратного счета.
Конечно, описанный метод можно применить к барьеру на моду­
лированном излучении ИК диапазона с фильтрацией со стороны
приема. В таком случае при достаточно стабильных условиях окру­
жающего освещения можно было бы произвести счет под действием
светового потока с учетом направления движения человека. Однако,
как показывает практика, в некоторых случаях осуществить это не­
просто (например, из-за влюбленных пар, которые, бывает, подолгу
стоят перед барьером).
ПОЛОСНОЗАГРАЖДАЮЩИЙ ФИЛЬТР НА 100 Гц
Основным источником помех, наиболее опасных с точки зрения пе­
редачи посредством ИК излучения, являются лампы накаливания
с частотой 100 Гц. Удалить источник помех проще, нежели произвес­
ти полосовую фильтрацию полезного сигнала, имеющего широкую
полосу или представленного в цифровом виде. Фильтр в форме двой­
ного Т-моста, изображенный на рис. 11.16, снижает при указанных
значениях уровень сигнала помехи частотой 100 Гц до 20-30 дБ.
Можно получить и большее ослабление, добившись, чтобы сопротив­
ление резисторов R1 - RЗ имело разброс параметров 5-10% от номи­
нального значения, а не 2%, как в данной схеме.

228
---,•-----<)+'JA
Rc
5,бkО
,-
8С558
R,
220,n
RI
100,n
2%
CI
-н--
15nF
2%
С3
3JnF
27.
15nF
2%
R3
5 lkO
27.
Рис. 11. 16. Фильтр снижает
ДРУГИЕ ПРИЛОЖЕНИЯ
На частоте полезtюrо сигнала, превыша­
ющей 1 кГц, три конденсатора схемы рабо­
тают как короткозамкнутые цепи. В этом
случае входное сопротивление фильтра
составляет около 25 кОм. Если источник
сигнала состоит, как показано на рис. 11.16,
из RL = 220 кОм, то необходим буферный
каскад по схеме с общим коллектором
(или операционный усилитель в качестве
повторителя), поскольку в противном слу­
чае потеряется около 90% полезного сиг-
уровень сигнала
нала:
Ввиду того, что схема двойного Т-моста
имеет посредственную избирательность, весьма неприятное явление
скоса импульса наблюдается даже у прямоуrолыюrо сигнала, часто­
та которого в десять раз больше частоты подавления фильтра. Кроме
того, во многих приложениях можно наблюдать пробелы между би­
н
.
арными словами, а иногда и в последовательностях 1 или О, длитель­
ность которых больше 1/5 количества колебаний с частотой 100 Гц.
В таких условиях фильтр, подавляющий помехи частотой 100 Гц,
уменьшает уровень полезного сигнала. Единственное решение про­
блемы - изменение тактовой частоты сигнала, которая не должна
быть кратна 100 Гц.
Мост Вина, совмещенный с операционным усилителем, также до­
пускает использование разделительного фильтра. При этом требует­
ся не более двух прецизионных конденсаторов (см. рис. 11 .25).
СЕКРЕТНЫЕ КОДЫ
При автоматическом открывашш дверей часто возникает необходи­
мость защиты от ложного срабатывания, происходящего вследствие
каких-либо помех или действий лица, нс имеющего разрешения на
вход. Такую защиту можно осуществить с помощью кодеров, запро­
граммированных на определенное сообщение (длиной 10-20 бит).
На стороне приема подобное сообщение принимается только декоде­
ром, который запрограммирован аналогичным образом.
В первом примере, представленном на рис. 11.17, приведена схема
КМОП ММ 53200. Она может быть одновременно кодером (вывод
15 соединен с +U л) или декодером (вывод 15 соединен с «землей�>).
Кодирование производится 12 битами (выводы с 1 по 12), то есть су­
ществует возможность 212
= 4096 комбинаций. В режиме кодера на

СЕКРЕТНЫЕ КОДЫ
229
выходе (вывод 17) циркулирует последовательность из 13 бит. Пер­
вый бит, который всегда находится в состоянии логической 1, слу­
жит для синхронизации, равно как и пробел, стоящий перед этой
комбинацией. 12 других бит соответствуют положениям механичес­
ких ключей, устанавливаемых в О или 1 в зависимости от требуемого
кода. Кроме того, О и 1 кодируются с помощью ММ 53200 импульса­
ми различной длительности. При значениях R и С, задающих часто­
ту тактового генератора (вывод 13), каждое из бинарных слов длится
приблизllтельно 12 мс.
В схеме приема сообщение, принятое ММ 53200 в режиме декоде­
ра, поступает.после формирования в уровнях КМОП на вывод 16.
Поскольку механические ключи кодирования находятся в том же
положении, что и в схеме передачи, необходимо четыре раза подряд
получить сообщение без 11с1<аже11ий для того, чтобы схема кодера
сформировала сигнал подтверждения - 1 на выводе 17 (принятие
сообщения декодера). Такой импульс равен длительности передачи
(при приеме, по крайней мере, одного из шести правильных сообще­
ний) плюс времени передачи шести слов.
Система передачи, представленная на рис. 11 .18, отличается от пре­
дыдущей более широким диапазоном напряжения питания (4,5-18 В),
большим числом возможных комбинаций кодирования (13122) и воз­
мож1юстью вести работу на достаточно высоких частотах, при кото­
рых можно более эффективно применять заграждающий фильтр на
частоту помех 100 Гц. Третичная адресация девяти выводов позволя­
ет реализовать более 12000 возможных комбинаций кодирования.
Закодированное сообщение может иметь одну единственную функ­
цию ключа (декодер М 145028) или же использоваться частично для
передачи данных (М 145027).
Допустимо передавать не только адрес идентификации, но и со­
общение из 4 бит, уменьшпв число комбинаций адресации. Таким
образом, можно пользоваться одним из нескольких устройств дис­
танционного управления, передавая ему бинарные команды типа
<!'Включение/выключение», ,;назад/вперед», <<зажигание/гашение,>
и т.д. Схема, приведенная на рис. 11.18, взята с компакт-диска <!'Data
on disc� компании SGC-Thomson.
По сравнению с ММ 3200 в данной схеме меньше выводов, но боль­
шее количество комбинаций в ней объясняется тем, что адресация ве­
дется не битами, а тритами, то есть кодируется тремя состояниями.
Входы кодирования кодера (выводы 1-7 и 9) могут быть в одном
из трех состояний:_ <<соединен с землей,>, <,открыт» и -;соединен

230
1 2-6um1-1aU 1(09
+u,.
(+7...1 IV)
Ba)(og
gаннt:1)(
(no9mr,epxgeмue)
1
IOOkП
ДРУГИЕ ПРИЛОЖЕНИЯ
Рис. 11.11. ММ 53200, представляет собой электронный замок
с положительным полюсом источника питания�. Только вывод 10
имеет не больше двух состояний, что в сумме дает 2х38 комбинаций.
Несмотря на то что программирование осуществляется тритами, пе­
редача ведется в бинарном виде: два коротких импульса; один длин­
ный и один короткий; два длинных - соответственно для трех состо­
яний. Существуют другие типы кодеров/декодеров с третичной
адресацией, в частности ММ 57410.
Кодер М145026 (или МС145026) исполь.зуется с декодерами 145027
(5тритов адресации и 4 бита передачи данных) или 145028 (8 тритов
и один бит, все адресации). В последнем случае следует рассматривать
выходы данных декодера (выводы 12-15, рис. 11 .8) в качестве входов
адресов, выполняющих ту же функцию, что и выводы 1-5 .
Тактовый сигнал передачи определяется тактовым генератором
на выводах кодера 11-13. Частота сигнала приблизительно равна
1 / (2,3 х RTC х СТС). И частота, и значение формирующих ее вели­
чин определяются по табл. 11 .1. Величина СТС включает емкость
проводов и входную емкость ( 12 пФ) схемы. RC должна быть равной
или немного �ревосходить 2 RTC при минимальном значении RTC
10 кОм. В данной таблице приведено несколько распространенных
значений также и для RС-элементов декодера. СТС ' - значение ком­
понента, увеличенное на 20 пФ.

СЕКРЕТНЫЕ КОДЫ
231
Во время декодирования короткий импульс равен полупериоду
тактового сигнала, длинный - семи полупериодам, а возвращение в О
при разделении также соответствует одному или семи полупериодам.
Поскольку каждый трит выражается посредством двух бит, длитель­
ность его передачи тоже равна восьми периодам тактового сигнала.
5 mpemuчнa•
ogpecot-,
До�нье
(4 g�uцн�-.:
бumo)
Voo
Voo
(4,5... 18V)
Kogep
Сб1пt)
npu nомощu
u:н1�енu"
ИК guanoзo,щ
R1
с,I
Voo
(4.5. .. , вv)
I
0,1μF
"'°
NN
00
.г,,n
......
::;�
5 mpemU'-IHt,lk
ogpecoei
Br=-xogt:11 qoн1-1i:,x
(ogpeco с б no 9)
Поgmбсржgенuе
�----<► К qpyiuм gel(ogepoм
Рис. 11 .18. Система передачи
Таблица 11.1 Параметры RС-элементов декодера
362
10
о,12
20
10
0.47
100
0,1
181
10
0,24
20
10
о, 19
100
1,8
88,7
10
0,49
20
10
2
100
3,9
42,6
10
1,02
20
10
3,9
100
7,5
21,5
10
2,02
20
10
20
200
15
8,53
50
5,1
100
50
20
200
100

232
ДРУГИЕ ПРИЛОЖЕНИЯ
Слово (сообщение), таким образом, составляет 9 х 8 - 72 периода. За
ним следует пробел, равный 32 п�иодам. Каждый раз при кратко­
временном нажатии на клавишу ТМ кодер выдает два идентичных,
следующих друг за другом слова, разделенных пробелом, что состав­
ляет в сумме 176 периодов.
Декодеру требуется 182 периода для записи и сравнения двух слов
со своим кодом 1 . Если соответствие подтверждается, то он выставля­
ет квитанцию на своем выходе VT (в 1) до приема ложного сообще­
ния или в течение 32 тактовых периодов, пока больше ничего не по­
ступает на прием. Компоненты R1 и С1 (R1 х С1 � 3,95 RTC х СТС)
служат для различения длинного и короткого импульсов, в то время
как R2 и С2 (R2 х С2 = 77 RTC х СТС) позволяют проверить пробел
из 32 периодов между двумя словами. Если удерживать клавишу ТМ
нажатой, то сообщение будет повторяться постоянно. Поскольку
приведенные выше коэффициенты 3,95 и 77 соответствуют середине
диапазона, можно, как и у предыдущих кодеров, использовать эле­
менты с пятипроцентным допуском. Накопленная ошибка может со­
ставить даже 25%.
ПЕРЕДАТЧИКИ СЕКРЕТНОГО КОДА
Для проведения экспериментов с четырьмя представленными здесь
схемами передатчиков использовался кодер М 145026. Следуя выше­
изложенным указаниям, можно применять в этих устройствах дру­
гое напряжение питания и совершенно другой декодер - даже на
КМОП схемах.
На рис. 11.19 излучающий диод управляется транзистором с об­
щим коллектором. При значениях, указанных на схеме, импульсный
прямой ток составляет около 100 мА. Рабочая частота может дости­
гать многих сотен килогерц.
Импульсы тока 1 А могут быть получены с помощью МОП тран­
зистора, изображенного на рис. 11 .20. Допустимо использовать и дру­
гие типы транзисторов, имеющие номинальное значение тока не­
сколько ампер, если их входная емкость не превышает 300 пФ.
Выходные импульсы имеют крутые фронты, а излучатель - высокий
КПД при частотах до 20 кГц. Однако схему можно использовать
и при частотах, превышающих 100 кГц, правда, с некоторой потерей
в КПД.
'Обычно для проверки бывает достаточно двух слов, хотя иногда, чтобы убе­
ди1ъся в качестве приема, увеличивают их число, а вместе с тем и вероятность
помехи, в результате чего проверка сообщения может затянуться надолго.

ПЕРЕдАТЧИКИ СЕКРЕТНОГО КОДА.
Рис. 11. 19 . Излучающий диод,
управляемый при помощ и
транзистора с об щим коллектором
�----+--о +бV
Рис. 11.20. МОП транзистор
может обеспечивать
импульсы 1 А
233
Схема, представленная на рис. 11 .21, кроме того, может обеспечи­
вать импульсы 1 А до частоты, составляющей как минимум 100 кГц.
Диод D1 излучает в видимом диапазоне и служит индикатором пита­
ния, в то время как D2 является излучающим диодом ИК диапазона.
Каскад двух общих эмиттеров, изображенный на рис. 11 .22, позво­
ляет получить значительно более высокий КПД на частоте, намного
превышающей 200 кГц.
Однако, если учесть падение напряжения на выводе 15 и на дио­
дах перехода база-эмипер обоих транзисторов, сопротивление рези­
стора, последовательно включенного с диодом D2, должно быть
уменьшено с 4,7 до 2,2 Ом, чтобы сохранился импульсный прямой ток
1 А. Возможности последовательного включения нескольких излуча­
ющих диодов гораздо более ограничены, чем в предыдущем примере.
�----.------ --о+БV
8038
+01
4,70
3W
8Сб35
Рис. 11.21. Эта схема raae nоэволяет
получить импульсы 1 А
�------ -----u+бV
3300
т1
ВС338
DI+
Т2
ВС635
2,20
1,5W
02+
Рис. 11.22. Использование каскада
по схеме с двумя общнмн
коллекторами

234
ДРУГИЕ ПРИЛОЖЕНИЯ
Кроме того, на выходном транзисторе наблюдается более высокая
мощность рассеяния. Как и в предыдущем случае, диод D 1 служит
для индикации работы.
ПРИЕМНИКИ ДЛЯ СЕКРЕТНОГО КОДА
Для настройки трех схем приемников, описанных ниже, были ис­
пользованы сигналы, вырабатываемые схемой М 14026. Учитывая
напряжения питания, а также частоты передачи и приема, легко адап­
тировать их к другим системам связи.
Приемник, изображенный на рис. 11.23, пригодится, если необхо­
димо преодолеть расстояние не больше нескольких десятков санти­
метров до передатчика, представленного на рис. 11.19.
Компаратор напряжения анализирует непосредственно перемен­
ную составляющую сигнала, принимаемого фотодиодом. При нагруз­
ке фотодиода 47 кОм ограничение по частоте - 50 кГц. При импуль­
сном прямом токе диода ИК диапазона, составляющем 1 А, дальность
действия может достигать 1 м, особенно если оптимизировать чув­
ствительность компаратора, подстроив ноль усилителя с помощью
потенциометра.
Приемник, представленный на рис. 11.24, был адаптирован для пере­
дающего устройства (рис. 11 .20), перед которым стоит схема М 145026,
имеющая тактовую частоту 8 кГц.
Фототранзистор может применяться с сопротивлением нагрузки,
не превышающим 3,3 кОм. Усилитель А1 работает с коэффициентом
усиления 150, А2 используется в качестве компаратора.
Дальность действия достигает многих десятков метров, если коэф­
фициент помех, вызываемых колебаниями частотой 100 Гц, остается
слабым. При упомянутой тактовой частоте 32 периода пробелов сшr-
хронизации соответствуют 4 мс. По-
г--- -- -о +12V
еб
оог
скольку полупериод кол аний 1
ц
1
,
10•0
составляет 5 мс, нерационально при-
,
'
менять избирательную фильтрацию.
4 70k0
2 7 TL071
К ��eiogy 9
-----!
--3 · � м�:";J;j;в
Такая фильтрация возможна при
47"r
использовании приемника, представ-
1с,n 10•0
ленного на рис. 11 .25, и расчитанного
l____
на тактовую частоту кодера 120 кГц.
Рис. 11 ,23. Приемник,
предназначенный для работы
на небопьших расстояниях
Это относительно высокое значение
требует применения фотодиода. А1
служит для усиления полезного сигна­
ла (К = 11), являясь одновременно
ус11.1.

ГJРИЕМНИКИ ДЛЯ СЕКРЕТНОГО КОдА
R1
R2
3,3k!J
10k0
R.J
1.5МО
+С2
2,2μF
Rб
10k0
А2
TL072
К �.�ogy 9
9ео<о9ера
М 145027/8
Рис. 11 .24. При использовании фототранзистора
предпочтительно использовать тактовую частоту не более 10 кГц
�
8Р104
г-
---------------<---0 +-12V
10DnF
4,7nF
27.
R1
47k0
330k0
' 1Qk(}
4.7nF
27.
т
3бk0
27.
330k0
27.
270k0
218k0
2"
+с,
2.2μF
!OkO
А3
А2
TL071
-=t>5--
·
6
К 5o5ogy 9
2
ge1<09epo
-
М145027/8
Рис. 11 .25. Мост Вина подавляет помехи на 100 Гц
235
нагрузкой симметричного выхода моста Вина, который содержит
подстроечный резистор R1, позволяющий в обязательном порядке
компенсировать конечное значение емкости конденсатора С1. Таким
образом становится возможным ослабить входной сигнал 100 Гц бо­
лее чем на 40 дБ, особенно если эксперименты проводят со многими
значениями емкости С1 (от 1 до 10 мкФ), чтобы установить то, кото­
рое позволяет осуществить наиболее качественное ослабление помех
во время оптимальной подстройки R1.

236
ДРУГИЕ ПРИЛОЖЕНИЯ
Входное сопротивление моста Вина составляет приблизительно
35 кОм. Хотя такая схема более избирательна, чем приведенная выше
схема двойного Т-моста, при приеме импульсов, переданных от
М145026 (тактовая частота 120 кГц) еще можно наблюдать явстнен­
ный скос фронта. Для того чтобы операционный усилитель, у кото­
рого произведение К
)
' С""· на полосу равно 3 МГц, работал на этой час­
тоте, устанавливают коэффициент усиления 11 для А1 и А2. Как
и в предыдущем случае, выходной сигнал формируется компаратором
АЗ. Дальность действия чуть меньше, чем у приемника, изображен­
ного на рис. 11.24, но намного превосходит 1 м. Слишком высокий
коэффициент усиления может сделать цепь чувствительной к поме­
хам частотой 50 Гц, если не обеспечить защиту.
БЕЗОПАСНОСТЬ КОДА
Число возможных комбинаций кода, формируемого ММ 53200, как
уже было сказано, составляет 4096. Оно может показаться огромным.
Однако было бы нечестно скрывать от пользователей, что могут най­
тись люди, которые в корьrстных целях воспользуются этой инфор­
мацией.
Злоумышленник вполне может пытаться «поймать удачу,> каждые
2('0 мс, зная, что длительность слова составляет 12,5 мс, а сообщения
из четырех слов - 50 мс. При этом он пользуется микропроцессором,
запрограммированным так, чтобы сканировать 4096 комбинаций воз­
можных кодов с длительностью тактовых импульсов 200 мс. Работая
подобным образом, то есть просматривая пять сообщений в секу1щу,
взломщик потратит м
.
снее четверти часа на то, чтобы перебрать все
комбинации, после чего все начнется сначала с другой длительнос­
тью, которая может в значительной степени (до 50%) отличаться от
первой. Сканирование, а затем взлом кода дадут преступнику шанс,
например, угнать автомобиль престижной марки.
Наиболее простая защита от взлома кода - работа со сверхнизкой
тактовой частотой, то есть при длительности сигналов, превыш�­
ющей 1 с. Но при этом возможны достаточно большое потребление
энергии при передаче и использование больших номиналов RC-цe-
v
1
пеи для создания постоянных времени в схеме приемника.
Еще один, более экономичный, способ - зведение нового параметра
в форме несущей, имеющей частоту несколько десятков килогерц. Эту
несущую модулирует сигнал кодера, работающего с достаточно низкой
тактовой частотой (от одного до нескольких килогерц). Кроме того,

БЕЗОПАСНоаь КОДА
данный метод rюзволяет обеспечить
надежную защиту от помех. Благода­
ря полосовому фильтру, настроенно­
му на несущую, схема приема нечув­
ствительна к частоте помехи 100 Гц
независимо от тактовой частоты ко­
дера. На рис. 11.26 показана схема
передающего устройства, которое
можно использовать в целях по­
вышения эффективности борьбы со
взломами.
Два элемента КМОП схемы 2И­
НЕ образуют генератор, работа-
Рис. 11.26. Сигнал генератора,
образованного двумя портами,
модулируется в третьем
ющий при ука;с�авных значениях па
при помощи импульсов кодера
частоте 20-25 кГц. Третий элемент
237
является модулятором. Приведенные выше схемы, имеющие отно­
шение к амплитудной модуляции, в частности изображенные на
рис. 11.1О и 11.11, могут служить образцом приемника. Поскольку
пробел синхронизации длится 32 с (при тактовой частоте 1 кГц),
может возникнуть необходимость в увеличении постоянной времени
АРУ за счет повышения емкости, например С6 (рис. 11 .10). Полоса
пропускания входной резошшсной LС-цепи должна превосходить
удвоенную тактовую частоту.
Повысить безопасность шифрования позволяет повторение кода.
Например, допустимо обеспечить принятие сообщения только в том
случае, если оно повторится через 300-500 мс. Кроме того, можt10
при определенных временных условиях передать на декодер М145027
три сообщения, следующие одно за другим и содержащие различные
данные. Декодер сработает только тогда, когда последовательность
будет соответствовать предварительно заданному алгоритму.
Однако самой лучшей следует признать защиту, которую вы при­
думаете сами: никто, r<роме вас, не узнает, на основании какого прин­
ципа она действует!