Схемы индукционных передатчиков и приемников для обмена данными

Альтернативой для беспроводной и проводной радиосвязи может служить, например, индукционный метод передачи информации. Как известно из курса школьной физики вокруг провода с переменным током существуют переменные электрическое и магнитное поля. Используя соответствующие контурные катушки и достаточно простые усилители (УНЧ) можно эти поля улавливать и усиливать.

На этом простом принципе можно построить систему передачи информации, конечно, на незначительные расстояния.

Эти расстояния, конечно, зависят от величины тока, протекающего по передающему информацию проводни-ку, от расположения этого проводника, от чувствительности усилителя приемника, от уровня окружающих помех и т.д. В обычных условиях -дальность до 5-10 м. При использовании специальных селективных фильтров, позволяющих подавить помехи, это расстояние может быть существенно больше.

Ниже приведены примеры схем индукционных передатчиков и приемников, использующих индукционный метод передачи информации.

Для повышения напряженности электромагнитного поля и, как следствие, уровня передаваемого и принимаемого сигнала передающий провод передатчика информации выполнен виде контура. Данный контур состоит из нескольких витков толстого (ток - несколько ампер!) медного провода и образует своеобразный электромагнит (рекомендуется вспомнить школьный курс физики).

Приемник должен находиться внутри контура (в поле данного контура) или близко от него. Конечно, ясно, что чем выше величина протекающего тока и больше витков в контуре, тем больше передаваемый, а, следовательно, и принимаемый (индуцируемый в приемном контуре), сигнал.

Кстати, на этом же принципе основан метод поиска скрытой электропроводки (220 В). Подобные приборы чрезвычайно полезны для электромонтеров.

Подобным образом устроен выпускаемый серийно прибор, обеспечивающий возможность громкоговорящего прослушивания пользователем своего (!!) телефона. Конечно, хороший, нужный и полезный прибор.

Но на этом же индукционном принципе основан один (!) из методов подслушивания телефонных разговоров. Это очень полезные и очень простые приборы для очень узкого круга, но очень вредные для всех остальных, особенно тех, кто в этот момент говорит по такой телефонной линии (телефону).

И на этом принципе можно построить простые средства связи и передачи информации. Контур передатчика можно расположить, например, по периметру территории, на которой необходимо организовать одностороннюю передачу информации. Однако можно его выполнить и в виде элемента переносного устройства.

Правда, в этом случае дальность связи ограничится несколькими метрами, но можно обеспечить устойчивую связь через стенки.

Схема мощного индукционного передатчика

Фактически, схема передатчика на рисунке 1 представляет собой мощный УНЧ, нагруженный на контур, выполненный толстым медным проводом. Активное сопротивление контура должно быть несколько Ом.

Рис.1. Схема мощного УНЧ высокой чувствительности на 2 ОУ, используемого в качестве индукционного передатчика.

Элементы для схемы на рисунке 1 :

• R1=50к-1м (определяет входное сопротивление),
• R2=5к-10к, R3=500к-1м (усиление каскада -1+R3/R2),
• R4=5к-100к (регулятор громкости),
• R5=5к-10к, R6=50к-100к (усиление каскада - 1+R6/R5),
• R7=5к-10к, R8=1 к, R9=5 к-10к (R9=R7), R10=200-500,
• R11=200-500 (R11=R10), R12=0.2-1, R13=0.2-1 (R13=R12),
• R14=10 (цепочка R14С8 обеспечивает устойчивость УНЧ),
• R15=2-4 (ограничивает ток через нагрузку, который не должен превышать 2А-ЗА при синусоидальном сигнале);
• С1=0.1-1мкФ, С2=0.5-1мкФ, СЗ=0.5-1мкФ, С4=0.1-0.5,
• С5=0.1-0.5, 06=0.1-0.5, С7=0.1-0.5, С8=0.1, С9=1000мкФ-4000мкФ, С10=1000мкФ-4000мкФ;
• D1, D2 - КД523 и др.;
• Т1,Т2 - КТ3102, КТ3107 или КТ315, КТ361, или другие аналогичные парные транзисторы;
• Т3, Т4 - КТ815, КТ814 или другие аналогичные парные транзисторы;
• А1, А2 - ОУ К140УД8 или аналогичные ОУ.

Монтаж и настройка. С помощью резистора R8 устанавливается начальный ток через транзисторы Т3 и Т4 - 5мА-20мА. С4, С5, С6, С7 подключаются максимально близко к ОУ.

Для Б1, D2 необходимо обеспечить тепловой контакт с Т3, Т4. R2С2 и R5СЗ определяют нижнюю частоту диапазона работы УНЧ: 10мкФ и 1к - 16Гц, 1мкф и 10к - 16Гц, 0.5мкФ и 10к -32КГц, и т. д.

Выходную мощность усилителя на рисунке 1 можно повысить, если использовать в составе данного устройства более мощные транзисторы. При этом можно использовать следующие элементы:

• R15=1-2 (ограничивает ток через нагрузку, который не должен превышать 5А-6А при синусоидальном сигнале);
• Т1 ,Т2 - КТ503, КТ502 или другие а/налогичные парные транзисторы;
• Т3, Т4 - КТ817, КТ816 или другие аналогичные парные транзисторы.

Индукционный передатчик с темброблоком

На рисунке 2 представлена схема аналогичного устройства, но дополненною регуляторами тембра по НЧ и ВЧ. Для данной схемы регулятор громкости установлен на входе.

Рис.2. Схема мощного УНЧ высокой чувствительности на 2 ОУ с регуляторами громкости и НЧ- и ВЧ-тембра, используемого в качестве индукционного передатчика.

Элементы для схемы на рисунка 2 :

• R2=5к-10к, R3=500к-1м (усиление каскада -1+R3/R2),
• R4=50к-1м (регулятор громкости), R7=5к-10к, R8=1к,
• R9=5к-10к (R9=R7), R10=200-500, R11=200-500 (R11=R10),
• R12=0.2-1, R1З=0.2-1 (R13=R12), R14=10 (цепочка R14С8 обеспечивает устойчивость УНЧ),
• R15=2-4 (ограничивает ток через нагрузку, который не должен превышать 2А-ЗА при синусоидальном сигнале),
• R16=11к, R17=100к (лин., регулятор НЧ), R18=11к,
• R19= 11к, R20=3.бк, R21=500к (лин., регулятор ВЧ), R22=3.бк, R23=100к;
• С1=0.1-1мкФ, С2=0.5-1мкФ, С4=0.1-0.5, С5=0.1-0.5,
• С6=0.1-0.5, С7=0.1-0.5, С8=0.1, С9= 1000мкФ-4000мкФ,
• С10=1000мкФ-4000мкФ, С11=0.05мкФ, С12=0.05мкФ, С13=0.005мкФ;
• D1, D2 -КД523 идр.;
• Т1, Т2 - КТ3102, КТ3107 или КТ315, КТ361, или другие аналогичные парные транзисторы;
• Т3, Т4 - КТ815, КТ814 или другие аналогичные парные транзисторы;
• А1,А2 - ОУ К140УД8 или аналогичные ОУ.

Монтаж и настройка выполняется аналогично предыдущей схеме (Рисунок 1).

Упрощенный индукционный передатчик

На рисунке 3 представлена схема упрощенного варианта индукционного УНЧ-передатчика, построенного на основе схем предыдущих устройств. Схема содержит всего один ОУ. Регулятор громкости установлен на входе.

Рис.3. Схема мощного УНЧ на 1 ОУ, используемого в качестве индукционного передатчика.

Элементы для схемы на рисунка 3 :

• R4=5к-100к (регулятор громкости, определяет входное сопротивление УНЧ),
• R5=5к-10к, R6=100к-500к (усиление каскада - 1+R6/ R5), R7=5к-10к,
• R8=1 к, R9=5к-10к (R9=ЯR7), R10=200-500, R11=200-500 (R11=R10),
• R12=0.2-1, R1З=0.2-1 (R1З=R12), R14=10 (цепочка R14С обеспечивает устойчивость УНЧ),
• R15=2-4 (ограничивает ток через нагрузку, который не должен превышать 2А-ЗА при синусоидальном сигнале);
• С1=0.1-1мкФ, СЗ=0.5-1мкФ, С4=0.1-0.5, С5=0.1-0.5,
• С6=0.1-0.5, С7=0.1-0.5, С8=0.1, С9= 1000мкФ-4000мкФ, С10=1000мкФ-4000мкФ;
• D1, D2 - КД523 идр.;
• Т1,Т2 - КТ3102, КТ3107 или КТ315, КТ361, или другие аналогичные парные транзисторы;
• Т3, Т4 - КТ815, КТ814 или другие аналогичные парные транзисторы;
• А1 - ОУ К140УД8 или аналогичные ОУ.

Монтаж и настройка индукционного передатчика. При помощи резистора R8 устанавливается начальный ток, который течет через транзисторы Т3 и Т4 в пределах 5мА-20мА. Конденсаторы С4, С5, С6 и С7 подключаются максимально близко к микросхеме-ОУ. Для диодов D1, D2 необходимо обеспечить тепловой контакт с транзисторами Т3, Т4. Цепочка R5СЗ определяют нижнюю частоту диапазона работы усилителя: 10мкФ и 1к- 16Гц, 1мкФ и 10к - 16Гц, 0.5мкФ и 10к- 32Гц, ит.д.

Схемы индукционных приемников на К140УД8

Ниже представлены схемы приемников для индукционного способа передачи информации.

На рисунке 4 (а) приведена схема индукционного приемника на одном ОУ.

Рис. 4. Схемы приемников на ОУ для индукционного способа передачи информации: а - на 1 ОУ, б - на 2 ОУ с НЧ-, СЧ-, ВЧ-регулятором.

Элементы для схемы на рисунке 4, а :

• R1=112=100к-1м (определю входное сопротивление УНЧ),
• R3=1к-5к (регулировка усиления), R4=500к-1м (усиление каскада -1+R4/R3), R5=10;
• С1=0.1-5мкФ, С2=5мкФ-10мкФ С3=0.1-0.5, С4=100мкФ-500мкФ, С5=0.1;
• Т1,Т2 - КТЗ102, КТЗ107 или КТЗ15, КТ361, или другие аналогичные парные транзисторы;
• А1 - ОУ К140УД8 или аналогичные ОУ, напряжение питания может быть уменьшено до уровня, которое допускают технические условия,
• L1 выполняется на ферритовом сердечнике длиной 5-10 см и проницаемостью 2000-4000, L1 содержит 1000-2000 витков провода ПЭВ 0.05-0.07мм.

Монтаж и настройка индукционного приемника. С помощью резистора R8 устанавливается необходимый коэффициент усиления. С3 подключаются максимально близко к ОУ. Целесообразно к L1 подключить конденсатор С0.

Данный контур необходимо настроить на середину диапазона - 1кГц.

На рисунке 4 (б) приведена схема приемника индукционного сигнала на двух ОУ. Схема во многом аналогична схеме на рисунке 4 (а), но в схему введен многополосный регулятор тембра. Это позволяет подобрать оптимальное качество звука даже в условиях повышенного уровня помех. Устройство содержит НЧ-, СЧ, ВЧ-регуляторы тембра.

Элементы для схемы на рисунок 4,б :

• R1=R2=100к-1м (определю входное сопротивление УНЧ),
• R3=1к-5к (регулировка усиления), R4=500к-1м (усиление каскада -1+R4/R3),
• R5=120к, R6=43к, R7=12к, R8=10к, R9=36к, R10=13к, R11=22к (НЧ),
• R12=22к (СЧ), R13=22к (ВЧ), R14=20к, R15=20к, R16=20к, R17=R18=50к- 100к, R19=150к, R20=10;
• С1 =0.1-5мкФ, С2=5мкФ-10мкФ, С3=0.1-0.5, С4=0.25, С5=2200,
• С6=6800, С7=4700, С8=0.25, С9=0.015, С10=300, С11=5мкФ-10мкФ,
• С12=1мкФ-10мкФ, С13=1мкФ-10мкФ, С14=0.1, С15=100мкФ-500мкФ, С16=0.1;
• Т1,Т2 - КТЗ102, КТЗ107 или КТЗ15, КТ361, или другие аналогичные парные транзисторы;
• А1,А2 - ОУ К140УД8 или аналогичные ОУ, напряжение питания может быть уменьшено до уровня, которое допускают технические условия.
• L1 выполняется на ферритовом сердечнике длиной 5-10 см и проницаемостью 2000-4000, L1 содержит 1000-2000 витков провода ПЭВ 0.05-0.07мм.

Индукционные приемники на 548УН1А и 548УН3А

На рисунке 5 приведены схемы приемников на ИС серии 548.

Рис.5. Схемы приемников для индукционного способа передачи информации на ИС серии 548: а - на ИС 548УН1А, б - на ИС 548УН3А.

Элементы для схемы на рисунка 5, а :

• R1 =500-1 к (регулировка усиления УНЧ), R2=2.4к, RЗ=24к-51 к (подстройка усиления),
• R4=3к-10к, R5=1к-3к, R6=240к, R7=20к-100к (подстройка усиления), R8=10;
• С 1=0.2-0.47, С2=10мкФ-50мкФ, С3=0.1, С4=4.7мкФ-50мкФ, С’5=4.7мкФ-50мкФ,
• С6=10мкФ-50мкФ, С7=10мкФ-50мкФ, С8=0.1-0.47, С9=100мкФ-500мкФ;
• ОУ 1 и 2 - ИС К548УН1А (Б): два малошумящих ОУ в одном корпусе, требующих однополярное питание напряжением 9В-30В;
• Т1, Т2 - КТЗ15, КТ361 или КТ3102, КТ3107 или аналогичные;
• Т - ТМ-2А,
• L1 выполняется на ферритовом сердечнике длиной 5-10 см и проницаемостью 2000-4000, L1 содержит 1000-2000 витков провода ПЭВ 0,05-0.07мм.

Монтаж и настройка. С помощью резистора R1 устанавливается необходимый коэффициент усиления. СЗ подключается максимально близко к ОУ Целесообразно к L1 подключить конденсатор С0.

Данный контур необходимо настроить на середину диапазона - 1кГц.

Элементы для схемы на рисунок 5, б :

• R1=300-1 к (подстройка чувствительности УНЧ, переменный резистор 1к-2к),
• R3=24-33к (К=1+R3/R1), R4=47к (регулировка громкости);
• С1=0.1-0.3, С2= 10мкФ-20мкФ, С3=0.1, С4=4.7мкФ-10мкФ,
• С5=1мкФ-10мкФ, С7=10мкФ-20мкФ, С11 = 10мкФ, С12=10мкФ, С13=0.1;
• ОУ 1 и 2 - ИС К548УНЗ, ОУ1 - предварительный усилитель,
• ОУ2 -усилитель мощности, ИС рассчитана на работу с однополярным питанием напряжением 1.1 В-1.5В ;
• Т - телефон сопротивлением не менее 600 ом - 300+300, возможно применение обычного (двухпроводного), но с использованием выходного трансформатора.

 

Заключение

Выходной каскад индукционного передатчика (УНЧ) может быть выполнен на основе схемы генератора тока. Это позволяет исключить ограничивающий резистор и несколько повысить коэффициент полезного действия (КПД).

Представленные примеры устройств индукционной связи рассчитаны на одностороннюю связь. Однако на этом принципе могут быть созданы варианты и дуплексной связи. Для этого, конечно, должно быть минимум две пары устройств - передатчик и приемник.

Литература: Рудомедов Е.А., Рудометов В.Е - Электроника и шпионские страсти-3.