摘要：文中設計了一種以紅外光作為信息載體的紅外發(fā)射與接收系統(tǒng),，給出了一種紅外發(fā)射與接收電路,，搭建了與之相應的驅動電路和保護電路，通過電壓放大,、帶通濾波,、功率放大等模塊，使系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的工作,。通過定向傳輸信號,，實現(xiàn)一定范圍內的無線信息傳輸，實驗檢測證明該系統(tǒng)能穩(wěn)定可靠地向外發(fā)射紅外信號,，供接收機接收,。

紅外通信作為一種無線傳輸方式，由于4M傳輸速率的成功運用,，使其正在得到日益廣泛的應用,，從家用小電器到計算機設備都在不斷的研發(fā)新產品。紅外發(fā)射接收裝置電路簡單,、易于實現(xiàn),、便于維護，在某些應用場合,，綜合應用比無線電射頻通信方式具有更好的效果,。紅外發(fā)射模塊是紅外光通信的主要組成部分，它的功能主要是完成電光信號的轉換,，選用780～950 nm的波段將信號以紅外脈沖的形式向空間發(fā)射。

1 紅外發(fā)射系統(tǒng)設計方案

紅外發(fā)射系統(tǒng)的關鍵是發(fā)射管和驅動電路,。紅外發(fā)射管的工作電流小,，傳輸距離近。當電流過大的時候信號會發(fā)射的更遠,，但是發(fā)射管容易損壞,。紅外光在通信時，很容易受到太陽光,、熒光燈,、熱源等干擾。在此系統(tǒng)中我們考慮兩種方案,。

方案一：利用單片機處理輸入信號,，考慮到輸入信號小，要實現(xiàn)系統(tǒng)要求,，就要對信號進行放大及進行A/D轉換,，將模擬信號轉換為數(shù)字信號。在實際操作中電路比較復雜,，且模擬信息小容易引起信號失真,。綜合考慮要體現(xiàn)紅外光通信系統(tǒng)的簡便性,，最終排除了這個方案。

方案二：信號源經過三極管放大之后,，通過帶通濾波器,，再次進行功率放大，之后由發(fā)射電路發(fā)射,。語音信號的頻帶集中在300 Hz～3 kHz之間,，帶通濾波器通頻帶頻率設計要與此相符合。

本系統(tǒng)主要是用來定向傳輸信號,，利用紅外光作為載體實現(xiàn)2 m內的信息傳輸,。信號源提供的信號經過三極管的放大，然后進行帶通濾波處理,，再經過專用音頻信號放大器LM386進行功率放大,，最后發(fā)射管將音頻信號向空間發(fā)射。接收管接收到的信號由三極管9014放大,，再經過LM386功率放大,，兩級放大濾波之后將信號還原輸出。

2 紅外發(fā)射電路設計

信號源在發(fā)射之前要經過電壓放大電路,、帶通濾波電路,、功率放大電路之后發(fā)射。

2.1 電壓放大電路

電壓放大電路采用共射放大電路,，如圖1所示,。R1、R2,，R3提供偏置電壓,，發(fā)射結正偏，集電結反偏,，此時三極管處于放大狀態(tài),。調整R3改變三極管靜態(tài)工作點，使信號處于不失真的合適工作狀態(tài),。C1是一個耦合電容,，起著一個簡單的隔直流通交流的作用。在此選取的三極管9014是一個小功率管子,，為了讓三極管放大狀態(tài)下信號的合理輸出,，選取R1=lOkΩ，R3=100 kΩ,，R5=1 kΩ,。考慮到語音信號頻帶處300 Hz～3 kHz,，所以帶通濾波器的通頻帶為300 Hz～3 kHz,。

2.2 帶通濾波電路

帶通濾波電路如圖2所示,。此帶通濾波器是由二階有源高通濾波器和二階有源低通濾波器級聯(lián)組成。根據(jù)高通濾波器,，低通濾波器,。信號通過帶通濾波器之后必須經過一次功率放大才能驅動發(fā)射管，本系統(tǒng)可采用LM386音頻專用放大芯片,，這是一種專門用來放大音頻的芯片,。在LM386的1，8腳加入可調電阻和10μF的電容,，使LM386的增益在20～200之間可調,。微弱信號經過放大之后，過大的功率會燒毀電路中的器件,，所以在LM386的3腳接10 kΩ可調電阻的作用是控制發(fā)射功率保護電路,，對整個電路信號的穩(wěn)定性及安全性起著重要作用，不可缺少,。

2.3 功率放大電路

信號通過帶通濾波器之后必須經過一次功率放大才能驅動發(fā)射管,，本系統(tǒng)采用LM386音頻專用放大芯片，這是一款極為常見的芯片專用來放大音頻,。圖3所示是增益可調的LM386經典音頻放大電路,。

在LM386的1，8腳加入可調電阻和10μF的電容,，使LM386得增益在20～200之間可調,。微弱信號經過放大之后，過大的功率會燒毀電路中的器件,，所以在LM386的3腳接10K可調電阻的作用是控制發(fā)射功率保護電路,，對整個電路信號穩(wěn)定性安全性起著重要作用，不可缺少,。

2.4 發(fā)射管保護電路

紅外光發(fā)射管工作電流小，傳輸距離短,，當電流過大容易損壞發(fā)射管,，所以需要采用過載保護電路如圖4所示。

三極管BG2和電阻R2構成發(fā)射管保護電路,，由于三極管BG2偏置電阻R2很小,，所以，在正常情況下三極管BG2截止,。當三極管BG1集電極電流突然增大,，在電阻R2上的壓降增加，當電壓達到一定程度時候三極管BG2導通,，對發(fā)光二極管起到分流作用,，然后流過發(fā)射管電流下降,，從而對發(fā)射管起到保護作用。發(fā)射管可以并聯(lián)或者串聯(lián)多個,，提高發(fā)射功率,，增加通信距離。在實驗室實際操作中很多人沒有注意保護發(fā)射管的安全,。實際上微弱的信號經過三極管放大及LM386的功率放大之后,，信號已經變得足夠大，如果在此時不注意保護發(fā)射管的情況下,，因為其能夠承受的電流強度有限,，所以發(fā)射管很容易損壞。這是一個不得不重視的問題,。研究表明,，如果在接收信號比較弱的情況下，可以將發(fā)射管并聯(lián)或者串聯(lián),，者能夠起到非常明顯的效果,。

2.5 電源模塊設計

78xx系列電源芯片具有悠久的歷史，而且在現(xiàn)在眾多的電路中依然可以經常見到,，其應用之廣泛可見一斑,。電子電路中，常見的三端穩(wěn)壓集成電路有正電壓輸出的78xx系列

和負電壓輸出的79xx系列,。三端穩(wěn)壓顧名思義具有3個引腳,，如圖5所示3個引腳依此分別為輸入端、接地端,、輸出端,。三端穩(wěn)壓芯片組成穩(wěn)壓電源所需外圍元件極少，芯片內部具有過熱,、過流和調整管的保護電路,。

實際應用中，當三端穩(wěn)壓處于大功率的穩(wěn)壓電路時,，應該裝上散熱器,。在實驗中曾經做過用78xx系列芯片驅動電機，當輸出電流增大時候芯片會發(fā)熱,，芯片的輸出電壓會變小,，此時芯片發(fā)燙。

在紅外發(fā)射和接收部分采用了LM741,、LM386芯片,，LM741芯片需要+9 V電壓供電而LM386需要+5 V電壓供電。因此,，本系統(tǒng)需要兩個獨立的不同電壓的供電部分,，紅外發(fā)射部分需要+9 V電壓供電,，紅外接收部分需要+5 V電壓供電。

7805組成的+5 V供電模塊為接收部分供電;將圖中7805換成7809即可得到+9V電壓,，用其給發(fā)射部分供電,。但是，三端穩(wěn)壓芯片也有不足之后,，其輸出電壓線性不好,，輸出電流不足。但是在本系統(tǒng)中對電源要求不高所以78xx系列芯片能夠滿足設計使用,。

3 發(fā)射部分總體電路

發(fā)射部分總體電路結構圖如圖6,。

LM386組成的音頻放大器的增益在20～200范圍內可調，為了保證信號不失真放大,。經過耦合電容C9隔直通交后信號便由紅外發(fā)光二極管發(fā)射,。紅外發(fā)射管接收的信號與音頻信號變化規(guī)律相同，紅外發(fā)射管的發(fā)光強度會受到音頻信號的調制,，此時音頻信號會對其大小進行同步調制并轉換成紅外信號發(fā)射,。微弱信號經過電容C1耦合到三極管Q1進行一級放大，被放大的電壓信號通過電容C2之后進入由LM741組成的帶通濾波器,，帶通濾波器的通頻帶為300HZ～3KHZ,，可以濾除頻帶外的干擾信號，使信號更加純凈,，而后信號進入由LM386組成的音頻放大電路,，考慮信號放大到比較強之后會對發(fā)射部分器件造成損壞，因此在進LM386前加上10K滑動變阻器,。LM386組成的音頻放大器的增益在20～200范圍內可調,，為了保證信號不失真放大。經過耦合電容C9隔直通交后信號便由紅外發(fā)光二極管發(fā)射,。紅外發(fā)射管接收的信號與音頻信號變化規(guī)律相同,，紅外發(fā)射管的發(fā)光強度會受到音頻信號強弱的調制，此時音頻信號會對其大小同步調制并轉換成紅外信號發(fā)射,。

4 紅外接收部分總體電路設計

紅外接收部分總體電路如圖7所示,，紅外接收管接收到信號之后將光信號轉換成微弱的電信號，必須要經過兩級放大之后才能完整的輸出,。第一級采用三極管9014，第二級采用LM386音頻放大電路,。

紅外線接收管在接收紅外光之后將光信號轉換成微弱的電信號,，在三極管9014放大之后直接經過電容C2輸入到LM386組成的功率放大電路，極性電容C2起隔直流通交流的作用,，在功率放大之前先濾除恒定的外界低頻信號的干擾,，提高接收效果,，最后由喇叭輸出。三極管9014的放大電路和功率放大電路兩級放大之間加上10k滑動變阻器,，防止信號過大損壞器件以及信號無失真放大,。

5 系統(tǒng)測試與分析

將紅外發(fā)射和接收部分接上電源之后，給發(fā)射部分提供300～3 400 Hz音頻信號,，調節(jié)發(fā)射和接收部分的功率,，在距離發(fā)射部分2M處接收部分能夠接收到信號，但是聲音較小伴有輕微雜音,。在1,，5M處測試接收部分聲音明顯變大，但是雜音問題依然存在,。當發(fā)射端輸入語音信號改為800 Hz單音信號時,，在8 Ω電阻負載上，接收裝置的輸出電壓有效值為0.2 V,。不改變電路狀態(tài),，減小發(fā)射端輸入信號的幅度至0 V，低頻毫伏表顯示的電壓為0.5 V,。

用萬用表測試電源電壓及各部分電路的電流電壓值,，發(fā)現(xiàn)電源電壓不穩(wěn)，導致各部分的電壓有波動,，電路會產生噪聲但是不影響其正常工作,。在發(fā)射部分加上一個正弦信號之后，在其兩端用示波器觀察信號,，通過調節(jié)滑動變阻器RV1和RV2,，計算可以得出放大倍數(shù)在100～250之間信號有比較明顯的失真，在放大倍數(shù)在250～35之間信號有明顯失真,。在接收部分輸入端接入正弦信號,，輸出端輸出的信號波形沒有較明顯的失真情況。

6 結論

在電路調試的過程中,，為了達到使放大器增益變大的目的,，不斷增大信號驅動功率，導致射管不斷地燒壞,。解決方案為：接三極管BG1和BG2,，組成了一個非常有效地保護電路即發(fā)射管保護電路。在使用該電路之后發(fā)射管就不再容易被燒壞,，效果十分明顯,。以上設計的紅外發(fā)射電路結構簡單，原理清晰，性價比高,，具有很強的實用價值,。