Не всім відомо, що Александер Грейам Белл зовсім не вважав телефон своїм найбільш важливим винаходом. Дійсно, Белл віддавав перевагу іншому винаходу, який, як він передбачав, надасть революціонізуюче вплив на засоби зв’язку. Белл був одержимий ідеєю передачі голосу за допомогою променя світла!

Звернувшись до Сонця як до єдиного надійного джерела світла високої інтенсивності, який був у його розпорядженні, Белл спробував використати його як багатоцільове засіб зв’язку. Свій винахід він назвав фотофоном.

Більшу частину останніх років свого життя Белл провів в безуспішних спробах розширити область застосування фотофона. До смерті Белла в 1922 р. фотофон знаходив лише обмежене військове застосування.

Як не дивно, його мрія про передачу повідомлень за допомогою світла нарешті збулася більш ніж через 100 років після народження ідеї. Ні, ми не використовуємо сонячне світло в скільки-небудь значної ступеня для зв’язку, зате ми навчилися за допомогою енергії сонця порушувати випромінювачі, названі лазерами, і направляти промені лазерів по скляному волокну, товщина якого не перевершує товщини волосся.

Все це сталося в один прекрасний день в 1878 р., проте ми забігли вперед в нашому оповіданні.

Белла дуже цікавили засоби зв’язку, про що свідчать його численні винаходи. Але, крім того, він захоплювався світлом, який зачаровував його.

Вже за часів Белла було відомо сонячна електрика. Пов’язані з ним явища вперше спостерігалися Едмоном Беккер-лем у 1839 р., тобто за 8 років до народження Белла. Проводячи серію експериментів з електрики, Беккерель занурив два металевих електрода в провідний розчин і піддав установку впливу сонячного світла. До його великого здивування, між електродами виникло невелике електричне напруга.

Це відкриття пройшло в основному непоміченим до 1873 р., коли Віллоубі Сміт виявив аналогічний ефект, піддаючи впливу світла шматочок селену. Ефект був незначний, але цей момент слід вважати справжнім народженням твердотільних сонячних елементів.

Чому взагалі відбувалися подібні явища? Це було незрозуміло з точки зору класичної фізики! Але Белла такі питання не хвилювали. Він був практично мислячою людиною, і його уява займала думка про створення працюючого від світла телефонного апарату. Протягом наступних декількох років він з величезним інтересом стежив за повільним прогресом в області Фотоелектрика і Фотоприлад.

У 1878 р. у нього зародилася ідея фотофона. Працюючи з селеновими детекторами, Белл сконструював і експериментував з багатьма варіантами цього приладу.

Хоча ранні експерименти були досить простими, проте вони були успішними. 1 квітня 1880 Александер Грейам Белл слухав голос свого помічника Самнера Тейнтер, коли його слова переносилися променем світла на відстань понад 200 м. Світлове переговорний пристрій д-ра Белла стало реальністю.

Саме на цих послідували один за іншим успіхи Белл засновував свої передбачення подальшого розвитку техніки зв’язку, що здавалися тоді фантастикою. Наприклад, він був твердо переконаний, що в майбутньому люди будуть подорожувати тільки за допомогою світла.

Настала ера волоконної оптики, і стає реальністю ідея всеосяжної зв’язку, вперше висловлена ​​геніальним винахідником телефону.

Хіба не цікаво пройти по слідах знаменитого винахідника і заново відкрити для себе фотофон? Так давайте зробимо це.

Розробляючи численні пристосування до фотофону і удосконалюючи його конструкцію, Белл зауважив, що найбільш чутливими були прилади, в яких в якості детектора світла використовувалося Селеновий опір. Зрозуміло, він працював без електронних підсилювачів.

Замість цього для посилення сигналів він використовував фокусування світла. У пошуках найкращої оптичної системи Белл сконструював різноманітні системи лінз і дзеркал. Один з детекторів Белла складався з розташованих по колу селенових елементів, на які за допомогою збиральної лінзи фокусувався світло. В іншій конструкції детектори розташовувалися на циліндричній поверхні і поміщалися у фокусі параболічного дзеркала.

У всіх його пристроях селенові детектори з’єднувалися послідовно з батареєю і високоомним телефонним капсулем. Коли модульований світло падало на поверхню селену, він викликав зміна в його опорі, який перетворювалося в звукові хвилі телефонним капсулем.

Ви можете легко повторити його ранні експерименти. Дістаньте спочатку фотодетектор. Звичайно, їх зараз роблять не такими, якими звик користуватися Белл, але фотодетектор моделі VT312 / 2 фірми Vacte дуже схожий на белловського. Він являє собою селенових фотосопротівленіе з невеликою домішкою кадмію для поліпшення характеристик. У ньому фактично два детектора. Белл часто використовував кілька детекторів для збільшення чутливості.

Детектори з’єднуються послідовно і поміщаються у фокусі параболічного відбивача. Підійде відбивач будь-якого розміру, проте, чим більше його чаша, тим більше дальність зв’язку. Подивіться каталог фірми Edmund Scientific Co. (7785, Edscorp Bldg., Barrington, NJ 08007). У них є багатий вибір параболічних і френелевскіх відбивачів.

Детектор можна закріпити у фокусі відбивача за допомогою зіркоподібно держателя, подібного зображеному на рис. 1.

Детектор утворює з батареєю і високоомним телефонним капсулем загальний електричний ланцюг. Для цієї мети підійде 12-вольт-вая батарея, наприклад автомобільний акумулятор або кілька батарейок для ліхтарика, з’єднаних послідовно. Величина напруги тут не грає ролі.

З іншого боку, телефонний капсуль не так просто знайти. Капсулі, використовувані в сучасних телефонах, мають на відміну від своїх попередників низький опір і в нашому випадку погано працюють. Можна звернутися до радіоаматорам, у яких є пара старих високоомних навушників. В крайньому випадку вони знають, де їх можна дістати. Як ви розумієте, такі навушники тепер не так популярні, як раніше. Всі ці деталі, з’єднані послідовно, складають приймальну частину фотофона. Тепер справа за передавальної частиною.

рис. 1.

Рис. 2

У багатьох своїх ранніх дослідженнях Белл не намагався оптимізувати передавальну частину фотофона. Свою увагу він зосередив на вдосконаленні оптоелектронної схеми приймача. Завдяки цьому багато хто з його ранніх конструкцій відрізняються простотою в кращому сенсі цього слова.

Серед цікавих конструкцій була металева труба діаметром 2,5 см і довжиною 5-7,5 см. З одного кінця труби він прикріпив дзеркало, як показано на рис. 2. Коли в трубу кажуть, звукові хвилі змушують дзеркало вібрувати і модулюють світло від джерела. Ви можете піти далі, замінивши жестког дзеркало на кінці трубки шматком металізованої плівки.

Тепер настав найбільш захоплюючий момент – випробування фотофона. Це необхідно робити принаймні вдвох. Нехай ваш друг тримає передавач у рота, встане обличчям до сонця і підбере такий, кут нахилу дзеркала передавального пристрою, щоб частина світла відбилася на ваше приймальний пристрій.

У той час як ваш друг говорить в трубку, переміщайте параболічний рефлектор до тих пір, поки він не перетне світловий промінь і не сфокусує його на детекторі. Будьте обережні при наводкою рефлектора. Не спрямовуйте приймач безпосередньо на сонці, оскільки сконцентрований сонячне світло може швидко зіпсувати ваш детектор.

Перше випробування проведіть на невеликій відстані, оскільки найменший переміщення вашого друга на великій відстані досить значно позначається на сигналах, що підсилюються фотофоном, і утрудняє настройку. Після налаштування слухайте в телефоні голос свого друга.

Є декілька способів збільшення дальності дії фотофона. Один з них заснований на збільшенні розмірів параболічного відбивача, інший – на посиленні сигналу передавача шляхом збільшення розмірів закріпленого на ньому дзеркала. Можливо, вам вдасться натягнути алюмінізірованную майларовой плівку на один з кінців великої консервної банки.

Можна підвищити чутливість детектора. Ймовірно, вам захочеться поекспериментувати з різними світлочутливими елементами, міняючи їх розташування, як це робив Белл. Зміна напруги батареї і опору навушника також призведе до зміни чутливості приймача. Звичайно, в схемі фотофона можна використовувати сучасну електроніку. Параметром, який обмежує чутливість приймача, є вихідна напруга фотодетектора. Найкращий спосіб збільшити вихідну напругу – це пропустити його через підсилювач. На рис. 3 показано, як можна це зробити. Спочатку замініть фотосопротівленіе на невеликий сонячний елемент. Він кілька чутливіші в цих умовах і свідомо менш схильний псуванні при попаданні прямих сонячних променів.

Схема / С 1 – попередній каскад посилення слабкого сигналу від сонячного елемента. Елемент пов’язаний з змінної складової зі входом схеми через конденсатор С1. Завдяки такій зв’язку фотоелектричного елемента можна «відсікти» весь світ, за винятком модульованого.

Резисторами R1 і R2 визначається коефіцієнт посилення підсилювача, рівний відношенню величин RI/R2. При збільшенні відстані між передавачем і приймачем значення цих опорів слід змінити.

Однак не встановлюйте коефіцієнт посилення занадто великим, інакше схема буде самозбуджуватися. Придушити паразитне генерацію можна, підключивши ємності паралельно резистора R2 і R3, але при цьому погіршиться частотна характеристика приймача. Змінюючи величину R2, необхідно на стільки ж змінити і величину R3, оскільки величини цих опорів завжди рівні.

Сигнал з виходу передпідсилювача подається на регулятор гучності R4, звідки надходить на крайовий підсилювач IC2. Цей підсилювач підвищує рівень сигналу до значення, необхідного для роботи гучномовця. Досить непогано в порівнянні з тим, що було без підсилювача.

Рис. 3

Виготовляючи схему, зверніть увагу, що потрібні два джерела живлення, +9 В і-9В. Підійдуть 9-вольтів батареї для транзисторного приймача. Однак величина напруги живлення не критична, і можна використовувати будь-які наявні в наявності джерела живлення в діапазоні 6-15 В.

Поліпшити чутливість фотофона можна, приєднавши до передавача підсилювач, схема якого дана на рис. 4. У ній використовується той же інтегральний підсилювач потужності LM386, що і на рис. 3, однак на його вхід подається сигнал з мікрофона, а не з сонячного елемента.

Вихід підсилювача потужності навантажується на невеликий динамік діаметром 5 см, подібний використовуваному в кишенькових транзисторних приймачах. Поверх динаміка натягується шматок алюмінізі-рова майларовой плівки. Коли ви говорите в мікрофон, ваш голос посилюється і подається на динамік. У свою чергу динамік змушує вібрувати покриту дзеркальним шаром плівку і модулює сонячний промінь. Щоб ще більше збільшити дальність зв’язку, необхідно збільшити розмір динаміка, а отже, його відбивну поверхню.

Я спостерігав за дослідами, в яких невеликі осколки дзеркала приклеювалися безпосередньо до коливної діафрагмі динаміка. Однак я не можу ручатися за ефективність подібного пристрою, оскільки ніколи його не відчував. Ймовірно, воно діє? як чашевидних відбивач.

Рис. 4

У процесі вдосконалення фотофона Белл і контейнера знайшли більше 50 способів модуляції світлового променя голосом, в тому числі схеми із змінною поляризацією, які використовуються в даний час у складних пристроях лазерного зв’язку.

Якщо ви одного разу захопилися створенням системи оптичного зв’язку, важко потім не думати про цю хвилюючу проблему. У пізні роки свого життя Белл пророкував їй велике майбутнє. Проекти оптичного зв’язку, розпочаті дослідами Белла, втілюються в життя. На жаль, проекти винахідника не були реалізовані при його житті.

Література: Байєрс Т. 20 конструкцій з сонячними елементами: Пер. з англ. – М.: Мир, 1988 рік.