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无线电电子与电气工程百科全书 照片背景。 使用光束传输声音。 无线电电子电气工程百科全书
并非所有人都知道亚历山大·格雷厄姆·贝尔并不认为电话是他最重要的发明。 事实上，贝尔赞成另一项发明，他预测这项发明将彻底改变通信方式。 贝尔痴迷于用光束传送声音的想法！ 贝尔将太阳视为他所拥有的唯一可靠的高强度光源，并尝试将其用作多用途通信媒介。 他称他的发明为照相电话。 贝尔生命最后几年的大部分时间都在尝试扩大光电电话的应用范围，但没有成功。 1922 年贝尔去世之前，光电电话仅具有有限的军事用途。
讽刺的是，他用光传递信息的梦想在这个想法诞生一百多年后终于实现了。 不，我们不会在很大程度上使用阳光进行通信，但我们已经学会了如何利用太阳的能量来激发称为激光的发射器，并将激光束沿着玻璃纤维传播，玻璃纤维的厚度不超过厚度一根头发。 光纤时代已经到来，由电话发明家首次提出的全面通信的理念正在成为现实。 追随这位著名发明家的脚步，重新发现光电电话，这不是令人兴奋吗？ 那么让我们开始吧。 过去的回忆 这一切都发生在 1878 年的一个晴朗的日子，但我们的故事有些言过其实了。 贝尔对通讯手段非常感兴趣，他的众多发明就证明了这一点。 但除此之外，他还欣赏那令他着迷的光线。 早在贝尔时代，太阳能就已为人所知。 与此相关的现象是埃德蒙·贝克勒尔 (Edmond Becquerel) 于 1839 年首次观察到的，即贝尔出生前 8 年。 在进行一系列电学实验时，贝克勒尔将两个金属电极浸入导电溶液中，并将装置暴露在阳光下。 令他惊讶的是，电极之间产生了微小的电压。 这一发现基本上没有引起人们的注意，直到 1873 年，威洛比·史密斯 (Willoughby Smith) 通过将一块硒暴露在光线下发现了类似的效应。 虽然效果微不足道，但这一刻应该被认为是固态太阳能电池真正诞生的时刻。 为什么会发生这样的事情呢？ 从经典物理学的角度来看这是无法解释的！ 但贝尔并不在意。 他是一个务实的人，他的想象力被创造一部由光驱动的电话机的想法所占据。 接下来的几年里，他饶有兴趣地关注着光电和摄影器材领域的缓慢进展。 1878年他产生了光电电话的想法。 贝尔利用硒探测器设计并试验了该仪器的许多变体。 尽管早期的实验相当简单，但仍然很成功。 1 年 1880 月 200 日，亚历山大·格雷厄姆·贝尔 (Alexander Graham Bell) 听到他的助手萨姆纳·坦特 (Sumner Tainter) 的声音被一束光传送到 XNUMX 米以上，贝尔博士的灯光对讲机成为了现实。 正是基于这些连续的成功，贝尔对通信技术的进一步发展做出了预测，这在当时看来是不可思议的。 例如，他坚信未来人们只能借助光来旅行。 照片背景 贝尔开发了许多用于光电电话的设备并改进了其设计，他注意到最敏感的是使用硒电阻作为光探测器的设备。 当然，他工作时没有使用电子放大器。 相反，他使用光聚焦来放大信号。 为了寻找最佳的光学系统，贝尔设计了各种透镜和反射镜系统。 贝尔的一个探测器由排列成圆形的硒元素组成，使用聚光透镜将光线聚焦到其上。 在另一种设计中，探测器位于圆柱表面上并放置在抛物面镜的焦点处。 在他的所有设备中，硒探测器都与电池和高电阻电话胶囊串联。 当调制光照射到硒表面时，会引起其电阻的变化，该变化被电话胶囊转换成声波。 你可以很容易地复制他早期的实验。 首先取出光电探测器。 当然，它们现在的制造方式与贝尔过去使用的有所不同，但 Vacte 型号 VT312 / 2 光电探测器与贝尔的非常相似。 它是一种硒光敏电阻，添加了少量镉以提高性能。 它实际上有两个探测器。 贝尔经常使用多个探测器来提高灵敏度。 探测器串联连接并放置在抛物面反射器的焦点处。 任何尺寸的反射器都可以，但是，碗越大，范围越大。 查看 Edmund Scientific Co. 目录。 （7785，Edscorp 大厦，巴灵顿，新泽西州 08007）。 它们具有各种抛物面和菲涅耳反射器。 探测器可以使用如图 1 所示的星形支架安装在反射器的焦点处。 XNUMX. 探测器与电池和高电阻电话盒形成公共电路。 12 伏电池（例如汽车电池或串联的多个手电筒电池）适合此用途。 电压的大小在这里不起作用。 另一方面，手机胶囊却不太容易找到。 与以前的手机不同，现代手机中使用的胶囊电阻较低，在我们的手机中效果不佳。 您可以向拥有一副旧高阻抗耳机的业余无线电爱好者求助。 至少，他们知道从哪里可以得到它们。 正如您可以想象的那样，这些耳机现在并不像以前那么受欢迎。
所有这些部件串联起来，构成了光电电话的接收部分。 现在由传输部分决定。
在他的许多早期研究中，贝尔并没有尝试优化光电电话的传输部分。 他将注意力集中在改进接收器的光电电路上。 因此，他的许多早期设计在最佳意义上都是简单的。 其中一个有趣的设计是一根直径2,5厘米、长5至7,5厘米的金属管，在管的一端安装了一面镜子，如图2所示。 XNUMX. 当管子说话时，声波引起镜子振动并调制来自光源的光。 您可以更进一步，用一块金属化薄膜替换管末端的硬镜。 现在最激动人心的时刻来了——测试拍照手机。 这必须至少由两个人完成。 让您的朋友将发射器放在嘴边，面向太阳站立，然后调整发射器镜子的角度，以便部分光线反射回接收器。 当您的朋友对着电话说话时，移动抛物面反射器，直到它穿过光束并将其聚焦在探测器上。 指向反光镜时要小心。 请勿将接收器直接对准太阳，因为集中的阳光会很快损坏您的探测器。 第一次测试时请在近距离进行，因为远距离朋友的轻微移动都会极大地影响光电电话放大的信号，并且使调谐变得困难。 设置后，在手机上收听朋友的声音。 增加照相电话的范围 有多种方法可以增加光电电话的范围。 其中一种是基于增加抛物面反射器的尺寸，另一种是基于通过增加附在其上的镜子的尺寸来放大发射器信号。 您可以将镀铝聚酯薄膜拉伸到大锡罐的一端。 您可以提高检测器的灵敏度。 您可能想要尝试不同的感光元件，改变它们的位置，就像贝尔所做的那样。 改变电池电压和耳机电阻也会改变接收器的灵敏度。 当然，现代电子学可以用于光电电路。 限制接收器灵敏度的参数是光电探测器的输出电压。 增加输出电压的最佳方法是通过放大器运行它。 上图。 图 3 显示了如何做到这一点。 首先，用小型太阳能电池代替光敏电阻。 它在这些条件下更加敏感，并且在暴露于直射阳光下时显然更不容易损坏。
电路IC1是放大来自太阳能电池的小信号的初级。 该元件由可变组件通过电容器 C1 连接到电路的输入端。 由于光伏电池的这种连接，可以“切断”除调制光之外的所有光。 电阻器 R1 和 R2 决定前置放大器增益，等于 R1/R2 之比。 随着发射器和接收器之间的距离增加，这些电阻的值应该改变。 但增益不要设置得太高，否则电路会自激。 您可以通过将电容器与电阻器 R2 和 R3 并联来抑制寄生产生，但这会恶化接收器的频率响应。 通过改变 R2 的值，需要将 R3 的值改变相同的量，因为这些电阻的值始终相等。 来自前置放大器输出的信号被馈送到音量控制 R4，从那里到达最终放大器 IC2。 该放大器将信号电平提高到驱动扬声器所需的电平。 与没有放大器的情况相比非常好。 制作电路时，请注意需要两个电源，+9V和-9V。晶体管接收器使用9V电池即可。 然而，电源电压的大小并不重要，并且可以使用6-15V范围内的任何可用电源。 提高发射机性能 通过在发射器上附加放大器可以提高光电电话的灵敏度，其电路如图 4 所示。 386、采用与图3相同的集成功率放大器LMXNUMX。 然而，如图XNUMX所示，它的输入接收来自麦克风的信号，而不是来自太阳能电池的信号。
功率放大器的输出由一个 5 厘米的小型扬声器驱动，类似于袖珍晶体管接收器中使用的扬声器。 扬声器上覆盖着一块镀铝聚酯薄膜。 当您对着麦克风讲话时，您的声音会被放大并发送到扬声器。 反过来，扬声器使覆盖有镜面层的薄膜振动并调节太阳光束。 为了进一步增加通信范围，有必要增加扬声器的尺寸，从而增加其反射表面。 我观察过一些实验，其中镜子的小碎片直接粘在振动扬声器振膜上。 然而，我无法保证这种设备的有效性，因为我从未测试过它。 它的作用可能就像一个碗形反射器。 在改进光电电话的过程中，贝尔和泰纳发现了 50 多种用声音调制光束的方法，其中包括目前复杂激光通信设备中使用的可变偏振电路。 结论 如果您曾经沉迷于光通信系统的创建，那么很难不去思考这个令人兴奋的问题。 在晚年，贝尔为她预言了美好的未来。 贝尔实验发起的光通信项目即将取得成果。 不幸的是，发明家的项目在他生前并未实施。 作者：拜尔斯 T.
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