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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Fundo da foto. Transmissão de som usando um feixe de luz. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Fontes de energia alternativa Nem todo mundo sabe que Alexander Graham Bell não considerou o telefone sua invenção mais importante. De fato, Bell favoreceu outra invenção que ele previu que revolucionaria os meios de comunicação. Bell estava obcecado com a ideia de transmitir voz com um feixe de luz! Voltando-se para o Sol como a única fonte confiável de luz de alta intensidade que tinha à sua disposição, Bell tentou usá-lo como um meio de comunicação multifuncional. Ele chamou sua invenção de fotofone. Bell passou a maior parte dos últimos anos de sua vida em tentativas malsucedidas de expandir o escopo do fotofone. Antes da morte de Bell em 1922, o fotofone tinha uso militar limitado.
Ironicamente, seu sonho de transmitir mensagens usando luz finalmente se tornou realidade mais de 100 anos após o nascimento da ideia. Não, não usamos muito a luz do sol para comunicação, mas aprendemos como usar a energia do sol para excitar emissores chamados lasers e direcionar feixes de laser ao longo de uma fibra de vidro, cuja espessura não é maior que a espessura de um cabelo. Chegou a era da fibra ótica e a ideia de comunicação abrangente, expressa pela primeira vez pelo brilhante inventor do telefone, está se tornando realidade. Não é emocionante seguir os passos do famoso inventor e redescobrir o fotofone? Então, vamos fazê-lo. Memórias do passado Tudo isso aconteceu num belo dia de 1878, mas estamos nos adiantando em nossa história. Bell estava muito interessado nos meios de comunicação, como evidenciado por suas inúmeras invenções. Mas, além disso, admirava a luz, que o fascinava. Já na época de Bell, a eletricidade solar era conhecida. Fenômenos associados a ela foram observados pela primeira vez por Edmond Becquerel em 1839, ou seja, 8 anos antes do nascimento de Bell. Enquanto conduzia uma série de experimentos com eletricidade, Becquerel imergiu dois eletrodos de metal em uma solução condutora e expôs o aparelho à luz solar. Para sua surpresa, uma pequena voltagem elétrica se desenvolveu entre os eletrodos. Essa descoberta passou despercebida até 1873, quando Willoughby Smith descobriu um efeito semelhante ao expor um pedaço de selênio à luz. O efeito foi insignificante, mas esse momento deve ser considerado o verdadeiro nascimento das células solares de estado sólido. Por que coisas assim aconteceram? Era inexplicável do ponto de vista da física clássica! Mas Bell não se importava. Ele era um homem prático, e sua imaginação estava ocupada com a ideia de criar um aparelho telefônico movido a luz. Nos anos seguintes, acompanhou com grande interesse o lento progresso no campo da fotoeletricidade e dos instrumentos fotográficos. Em 1878 teve a ideia de um fotofone. Trabalhando com detectores de selênio, Bell projetou e experimentou muitas variantes desse instrumento. Embora os primeiros experimentos fossem bastante simples, eles foram bem-sucedidos. Em 1º de abril de 1880, Alexander Graham Bell ouviu a voz de seu assistente Sumner Tainter enquanto suas palavras eram transmitidas por um feixe de luz a mais de 200 m. O interfone de luz do Dr. Bell tornou-se realidade. Foi nesses sucessos sucessivos que Bell baseou suas previsões sobre o desenvolvimento da tecnologia de comunicação, que então parecia fantástica. Por exemplo, ele acreditava firmemente que no futuro as pessoas viajariam apenas com a ajuda da luz. Fundo da foto Desenvolvendo vários dispositivos para o fotofone e melhorando seu design, Bell percebeu que os mais sensíveis eram os dispositivos nos quais a resistência do selênio era usada como detector de luz. Claro, ele trabalhou sem amplificadores eletrônicos. Em vez disso, ele usou foco de luz para amplificar os sinais. Em busca do melhor sistema óptico, a Bell projetou uma variedade de sistemas de lentes e espelhos. Um dos detectores de Bell consistia em elementos de selênio dispostos em um círculo, no qual a luz era focada usando uma lente coletora. Em outro projeto, os detectores foram localizados em uma superfície cilíndrica e colocados no foco de um espelho parabólico. Em todos os seus dispositivos, os detectores de selênio foram conectados em série com uma bateria e uma cápsula telefônica de alta resistência. Quando a luz modulada incidia na superfície do selênio, provocava uma mudança em sua resistência, que era convertida em ondas sonoras pela cápsula do telefone. Você pode facilmente replicar seus primeiros experimentos. Retire primeiro o fotodetector. Claro, eles agora são feitos de forma diferente do que Bell costumava usar, mas o fotodetector Vacte modelo VT312 / 2 é muito semelhante ao de Bell. É um fotoresistor de selênio com uma pequena quantidade de cádmio adicionado para melhorar o desempenho. Na verdade, tem dois detectores. Bell costumava usar vários detectores para aumentar a sensibilidade. Os detectores são conectados em série e colocados no foco de um refletor parabólico. Qualquer tamanho de refletor serve, no entanto, quanto maior a tigela, maior o alcance. Veja o catálogo da Edmund Scientific Co. (7785, Edscorp Bldg., Barrington, NJ 08007). Eles têm uma ampla gama de refletores parabólicos e Fresnel. O detector pode ser montado no foco do refletor usando um suporte de estrela como o mostrado na fig. 1. O detector forma um circuito elétrico comum com a bateria e a cápsula do telefone de alta resistência. Uma bateria de 12 volts, como uma bateria de carro ou várias baterias de lanterna conectadas em série, é adequada para essa finalidade. A magnitude da tensão não desempenha um papel aqui. Por outro lado, a cápsula do telefone não é tão fácil de encontrar. As cápsulas usadas em telefones modernos, ao contrário de seus antecessores, têm baixa resistência e não funcionam bem em nosso caso. Você pode recorrer a rádios amadores que tenham um par de fones de ouvido antigos de alta impedância. No mínimo, eles sabem onde obtê-los. Como você pode imaginar, esses fones de ouvido não são tão populares agora quanto costumavam ser.
Todas essas partes, conectadas em série, constituem a parte receptora do fotofone. Agora cabe à parte de transmissão.
Em muitos de seus primeiros estudos, Bell não tentou otimizar a parte de transmissão do fotofone. Ele concentrou sua atenção em melhorar o circuito optoeletrônico do receptor. Como resultado, muitos de seus primeiros designs são simples no melhor sentido da palavra. Entre os desenhos interessantes estava um tubo de metal de 2,5 cm de diâmetro e 5 a 7,5 cm de comprimento.Na extremidade do tubo ele prendeu um espelho, conforme mostrado na fig. 2. Quando o tubo é falado, as ondas sonoras fazem o espelho vibrar e modular a luz da fonte. Você pode ir mais longe substituindo o espelho rígido no final do tubo por um pedaço de filme metalizado. Agora chegou o momento mais emocionante - testar o fotofone. Isso deve ser feito por pelo menos duas pessoas. Faça com que seu amigo segure o transmissor na boca, fique de frente para o sol e ajuste o ângulo do espelho do transmissor para que parte da luz seja refletida de volta para o receptor. Enquanto seu amigo está falando ao telefone, mova o refletor parabólico até que ele cruze o feixe de luz e o foque no detector. Tenha cuidado ao apontar o refletor. Não aponte o receptor diretamente para o sol, pois a luz solar concentrada pode danificar rapidamente seu detector. Faça o primeiro teste a curta distância, pois o menor movimento do seu amigo a longa distância afeta muito os sinais amplificados pelo fotofone, e dificulta a sintonia. Depois de configurar, ouça a voz do seu amigo em seu telefone. Aumentando o alcance do fotofone Existem várias maneiras de aumentar o alcance do fotofone. Uma delas se baseia no aumento do tamanho do refletor parabólico, a outra se baseia na amplificação do sinal do transmissor aumentando o tamanho do espelho a ele acoplado. Você pode esticar o filme Mylar aluminizado sobre uma das extremidades de uma lata grande. Você pode aumentar a sensibilidade do detector. Você provavelmente desejará experimentar diferentes elementos fotossensíveis, mudando sua localização, como Bell fez. Alterar a tensão da bateria e a resistência do fone de ouvido também alterará a sensibilidade do receptor. Claro, a eletrônica moderna pode ser usada no circuito do fotofone. O parâmetro que limita a sensibilidade do receptor é a tensão de saída do fotodetector. A melhor maneira de aumentar a tensão de saída é executá-la através de um amplificador. Na fig. 3 mostra como isso pode ser feito. Primeiro, substitua o fotoresistor por uma pequena célula solar. É um pouco mais sensível nessas condições e obviamente menos propenso a danos quando exposto à luz solar direta.
O circuito IC1 é um estágio preliminar para amplificar um pequeno sinal de uma célula solar. O elemento é conectado por um componente variável à entrada do circuito através do capacitor C1. Graças a esta conexão da célula fotovoltaica, é possível "cortar" toda a luz, exceto a modulada. Os resistores R1 e R2 determinam o ganho do pré-amplificador igual à relação R1/R2. À medida que a distância entre o transmissor e o receptor aumenta, os valores dessas resistências devem ser alterados. No entanto, não defina o ganho muito alto ou o circuito se excitará automaticamente. Você pode suprimir a geração parasita conectando capacitores em paralelo com os resistores R2 e R3, mas isso piorará a resposta de frequência do receptor. Ao alterar o valor de R2, é necessário alterar o valor de R3 na mesma proporção, pois os valores dessas resistências são sempre iguais. O sinal da saída do pré-amplificador é alimentado ao controle de volume R4, de onde vai para o amplificador final IC2. Este amplificador eleva o nível do sinal para o nível necessário para conduzir o alto-falante. Muito bom em comparação com o que era sem um amplificador. Ao fazer o circuito, observe que são necessárias duas fontes de alimentação, + 9 V e -9 V. Baterias de 9 V para o receptor do transistor servirão. No entanto, a magnitude da tensão de alimentação não é crítica e qualquer fonte de alimentação disponível na faixa de 6-15 V pode ser usada. Melhorando o Desempenho do Transmissor É possível melhorar a sensibilidade do fotofone conectando um amplificador ao transmissor, cujo circuito é dado na Fig. 4. Ele usa o mesmo amplificador de potência integrado LM386 da fig. 3, no entanto, sua entrada recebe um sinal de um microfone e não de uma célula solar.
A saída do amplificador de potência é acionada por um pequeno alto-falante de 5 cm, semelhante aos usados em receptores de transistor de bolso. Um pedaço de filme Mylar aluminizado é esticado sobre o alto-falante. Quando você fala no microfone, sua voz é amplificada e enviada ao alto-falante. Por sua vez, o alto-falante faz vibrar o filme coberto com uma camada de espelho e modula o feixe de luz do sol. Para aumentar ainda mais o alcance da comunicação, é necessário aumentar o tamanho do alto-falante e, portanto, sua superfície reflexiva. Observei experimentos em que pequenos fragmentos de um espelho foram colados diretamente no diafragma de um alto-falante oscilante. No entanto, não posso garantir a eficácia de tal dispositivo, pois nunca o testei. Provavelmente age como um refletor em forma de tigela. No processo de aperfeiçoamento do fotofone, Bell e Tainer encontraram mais de 50 maneiras de modular o feixe de luz com a voz, incluindo os circuitos de polarização variável atualmente usados em sofisticados dispositivos de comunicação a laser. Conclusão Se você já se empolgou com a criação de um sistema de comunicação óptica, é difícil não pensar nesse problema emocionante. Nos últimos anos de sua vida, Bell previu um grande futuro para ela. Os projetos de comunicações ópticas iniciados pelos experimentos de Bell estão se concretizando. Infelizmente, os projetos do inventor não foram implementados durante sua vida. Autor: Byers T.
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