Packet8.htm 9. Нетрадиционное использование радиосредств Из всего представленного материала понятно, что приведенные и описанные электронные средства, обеспечивая возможность оперативной связи, значительно расширяют наши возможности. Речь, конечно, идет не о том, что все эти средства можно использовать и для несанкционированного доступа к конфиденциальной информации (для подслушивания, подсматривания и передачи информации, для доступа в компьютеры и линии связи, копирования информации, внесения исправлений и нарушения работы и т.д.). Однако существует достаточно много других возможностей для применения приведенных (или аналогичных) средств. Необходимо всегда помнить, что для специальных целей недопустимо использовать радиовещательные диапазоны. Средства связи можно использовать в составе систем охранной сигнализации. Для этой цели некоторые схемотехнические решения используются дос-таточно активно. И это правильно, и это нужно, и это достойно. В составе этих охранных устройств можно использовать приведенные миниатюрные (скрытное использование для сигнализации) приемники и передатчики. К КВ-или УКВ-передатчику подключаются датчики охранной сигнализации, контроль над ними осуществляется посредством соответствующего радиоприемника. Расстояние, как правило, составляет всего несколько десятков метров. В этом случае используются маломощные передатчики, но с целью увеличения дальности могут использоваться и мощные устройства. Обычно для этих целей применяют АМ-передатчики. Родители, имеющие маленьких детей, по достоинству могут оценить устройства, облегчающие дистанционный контроль. Малогабаритный микрофон, подключаемый с помощью экранированных проводов к миниатюрному усилителю на одном-двух ОУ (можно использовать сдвоенные ОУ), провода и громкоговоритель (динамик) могут существенно облегчить жизнь. Эти же схемы устройств можно использовать в охранных целях. Микрофон помещается в контролируемом помещении, а громкоговоритель располагается, конечно, в другом месте: там, где осуществляется прослушивание. При этом прослушивание может быть периодическим или постоянным. - Теперь о возможных вариантах реализации подобных систем.
Первый вариант. Усилитель и громкоговоритель (динамик) расположены вместе, а микрофон расположен у источника звука (например, в детской комнате) на расстоянии 5-10-20 м. При таком значительном удалении целесообразно подключать микрофон к дифференциальному входу усилителя. Подключение микрофона к усилителю следует осуществлять с помощью экранированных проводов. Такая структура системы целесообразна в тех случаях, когда источник электропитания электронной схемы усилителя (УНЧ) находится в месте расположения громкоговорителя. На рис.9.1 представлены примеры реализации схем микрофонного УНЧ на ОУ с удаленным микрофоном: рис.9.1.а — УНЧ с однопроводным входом, рис.9.1.б—УНЧ с дифференциальным входом.
Монтаж и настройка Соотношение величин резисторов R2 и R1 определяет усиление каскада на ОУ1 (А1). Изменением R2 можно задается необходимое усиление для данного каскада С помощью резистора R8 устанавливается начальный ток через транзисторы Т3 и T4 — 10мА-20мА. С2, С3, С4, С5 подключаются максимально близко к ОУ. Для D1, D2 необходимо обеспечить тепловой контакт с T3, Т4, R2C2 и R5C3 определяют нижнюю частоту диапазона работы УНЧ: 1 мкф и 10к — 16Гц, 0.5мкФ и 10к — 32Гц, 0.5мкф и 5к — 64Гц и т.д. Микрофон к УНЧ подключается экранированным проводом (один провод в оплетке-экране).
Монтаж и настройка Соотношение величин резисторов R2 и R1 (R2=R4, R1=R3) определяет усиление каскада на ОУ1 (А1). Изменением R2 (R2=R4) задается необходимое усиление для данного каскада. С помощью резистора R8 устанавливается начальный ток через транзисторы Т3 и T4 — 10мА-20мА.С2, С3, С4, С5 подключаются максимально близко к ОУ. Для D1, D2 необходимо обеспечить тепловой контакт с Т3, Т4. R2C2 и R5C3 определяют нижнюю частоту диапазона работы УНЧ: 1мкф и Юк — 16Гц, 0.5мкф и Юк — 32Гц, 0.5мкф и 5к — 64Гц и т.д. Для обеспечения корректной работы дифференциального каскада необходимо точно выполнить условие: R1=R3, R2=R4. Эти резисторы целесообразно подобрать с помощью омметра среди 1% (или лучше) резисторов с хорошей температурной стабильностью. Для обеспечения необходимого баланса целесообразно один из резисторов выполнить переменным (высокоточный подстроечник). Настройка дифференциального каскада: подать синусоидальный сигнал 50 Гц (электросеть частотой 50 Гц дает максимальный вклад в суммарную величину напряжения помехи) на оба входа дифференциального канала одновременно, подбором R3 или R4 обеспечить на выходе ОУ 1 нулевой уровень сигнала 50Гц. Хорошие резисторы и тщательная настройка позволяют достичь подавления синфазной помехи 60дб-80дб и более. Для минимизации шумов входное сопротивление УНЧ (значения резисторов R1 и R3) должно соответствовать сопротивлению микрофона (или другого датчика). Микрофон к УНЧ подключается витой парой в экране (два провода в оплетке-экране).
Выходную мощность усилителей на рис.9.1 можно повысить, если использовать в составе данных устройств более мощные транзисторы. При этом можно использовать следующие элементы:
Второй вариант. Микрофон и усилитель расположены вместе у источника звука, а громкоговоритель на расстоянии 5-10-20 м. При «низкоомном выходе» усилителя, что является типичным для усилителей на ОУ, проблем с таким включением, как правило, нет. Способ подключения микрофона к усилителю зависит от расстояния между ними и условий эксплуатации, например, от величины окружающих электромагнитных помех. При значительном удалении (более 0.5 м) микрофон следует подключать к усилителю с помощью экранированных проводов. При удалении более 1 м лучше использовать дифференциальный вход усилителя. Если сравнивать с первым вариантом, то предложенная структура системы характеризуется меньшим уровнем внешних помех (основная помеха — фон 50 Гц и 100 Гц). Она целесообразна в тех случаях, когда источник электропитания находится в месте расположения микрофона. На рис.9.2 представлены примеры реализации схем микрофонного УНЧ на ОУ с удаленным громкоговорителем:
рис.9.2.а — УНЧ с однопроводным входом, рис.9.2.б — УНЧ с дифференциальным входом. Элементы для схем на рис.9.2, монтаж и настройка данных устройств совпадают с элементами, монтажом и настройкой, описанными для предыдущих схем, представленных на рис.9.1. Третий вариант. Этот вариант предусматривает наличие двух усилителей: один — у микрофона, другой — у громкоговорителя. Такую структуру часто выбирают, когда не хотят передавать сигнал низкого уровня (микрофонного) на значительные расстояния. В этом случае осуществляется передача сигнала после предварительного усиления, т.е. передача сигнала значительно большего уровня (после ОУ полезный сигнал может быть усилен до уровня в несколько вольт). Такой сигнал можно передавать на значительные расстояния, например, в десятки и даже сотни метров. Имеются схемы, обеспечивающие передачу питания для предварительного усилителя по сигнальным проводам, соединяющим выход первого усилителя со входом второго. На рис.9.3 представлены примеры реализации схем микрофонного УНЧ на ОУ, состоящего из двух разнесенных УНЧ (каждая часть выделена пунктирным контуром): рис.9.3.а — УНЧ с однопроводным соединением двух УНЧ, рис.9.3.б — УНЧ с дифференциальным соединением двух УНЧ. Для схемы на рис.9.3.а усиление первой части УНЧ — R2/R1. Для схемы на рис.9.3.б усиление первой части УНЧ: для дифференциального сигнала (полезный сигнал от микрофона) — l+2R2/R1, для синфазного сигнала (сигнал помехи, поступающий по микрофонным проводам) — 1. За счет усиления в первой части УНЧ коэффициент усиления первого каскада (ОУ A1) второй части УНЧ (УНЧ2) может быть значительно уменьшен, например, до 1. В этом случае для A1 УНЧ2 на рис.9.3.а значения резисторов должны удовлетворять следующему условию: R1=R2.(2K-10K), а для A1 УНЧ2 на рис.9.3.б — R1=R2=R3=R4 (1к-5к). Для схемы на рис.9.3.а каскад с ОУ A1 выполняет роль каскада предварительного усиления для УНЧ2, при выборе коэффициента усиления для данного каскада равным 1 и при R0=2к-10к этот каскад (на ОУ A2) может быть полностью исключен из схемы.
Как и в схемах, приведенных на рис.9.1 и на рис.9.2, выходная мощность усилителей может быть повышена заменой ряда элементов.Соответствующие рекомендации были приведены в описании схем, представленных на рис.9.1. Монтаж и настройка Настройка приведенных на рис.9.3.а и рис.9.3.6 усилителей сводится к установке требуемых коэффициентов усиления и минимизации уровня синфазных помех в дифференциальных каскадах. Некоторые рекомендации по выбору элементов, монтажу и методика настройки приведены в соответствующих разделах при описании схем, представленных на рис.9.1. Выбор конкретного варианта схемы зависит от поставленных задач. Интересные варианты различных охранных систем могут быть получены при включении в перечисленные электронные структуры разнообразных радиопередающих и радиоприемных средств: передатчиков, приемников, конвертеров и т.д. Так, например, после микрофонного усилителя можно включить передатчик, а перед усилителем с громкоговорителем установить соответствующий радиоприемник. Подобная структура, использующая радиопередающие средства, позволяет обойтись без проводов. Это повышает мобильность устройства контроля, в состав которого входят микрофон, передатчик и передающая антенна. Радиоприемный тракт может иметь в своем составе специализированную приемную антенну, антенный усилитель, конвертер и т.д. Такое устройство можно установить, например, в детской коляске. Это позволит родителям осуществлять постоянный контроль за ребенком. При этом часто достаточно мощности передатчика в несколько мВт — мощности, достаточной для обеспечения радиопередачи на несколько десятков метров. Этого расстояния достаточно для осуществления контроля за ребенком, например, при посещении магазинов. Подобное миниатюрное устройство можно установить, например, в автомобиле. Если такое устройство периодически (автоматически) включать и выключать, то оно превращается в своеобразный радиомаяк. Угнанный автомобиль (или другую не менее дорогую вещь) с работающим радиомаяком можно запеленговать обычным образом. Эксплуатация радиопередающих средств предусматривает предварительное получение разрешений в соответствующих инстанциях. Можно придумать и предложить достаточно большое количество различных примеров использования приведенных устройств. Некоторые из вариан- тов могут быть даже неожиданными, что, кстати, не уменьшает их функционального значения. Например, миниатюрный УКВ ЧМ-радиопередатчик можно использовать для расширения функциональных возможностей бытовой радиоаппаратуры. С помощью такого устройства можно обеспечить возможность записи на магнитофон, входящий в состав магнитолы, не имеющей отдельного входа записи: стандартная ситуация, характерная для относительно дешевых устройств. Отсутствие отдельного входа записи не позволяет осуществлять запись от другого источника сигнала, например, от другого магнитофона, от CD-плейера, от проигрывателя граммофонных (виниловых) пластинок и т.д. Для таких магнитол запись на магнитофон возможна только с микрофона (чаще — встроенного или реже — внешнего) или от встроенного УКВ-ра-диоприемника. Однако эту проблему можно решить, и достаточно просто. Сигнал для записи (на магнитофон) от внешнего источника подается на УКВ ЧМ-радиопередатчик, далее — принимается УКВ ЧМ-радиоприемником, входящим в состав магнитолы, и записывается на магнитофон уже с УКВ ЧМ-радиоприемника стандартным образом. Благодаря ЧМ-модуляции достигается высокое качество записи. Для записи ЧМ-радиопередатчик используется маломощный — достаточно мощности в 1 мВт и даже менее. Это может быть ЧМ-радиопередатчик как на биполярном транзисторе, так и на МОП-транзисторе или даже на туннельном диоде. В качестве радиопередатчика может быть использована одна из описанных ранее конструкций. Уменьшение мощности излучения, а она должна быть минимальной (для уменьшения излучения в окружающее пространство), можно достичь использованием на выходе ЧМ-передатчика конденсатора (связи) малой емкости: 1-10 пФ. Непосредственное соединение выхода используемого радиопередатчика (через конденсатор или катушку связи) с телескопической антенной ЧМ-радиоприемника при использовании хорошего экранирования обеспечит хорошую электромагнитную совместимость с радиоприемными средствами, которые могут находиться рядом — другой УКВ-радиоприемник, телевизор и т.д. Хорошая экранировка обеспечивается использованием металлического корпуса (лучше, если медного) для УКВ ЧМ-передатчика. Корпус-экран соединяют с «заземленным» контактом источника питания данного передатчика. Антенна УКВ-приемника, с которой соединяется выход передатчика, должна иметь, конечно, минимальную длину. При малой мощности излучения радиопередатчика, экранировании и короткой антенне УКВ-радиопри-емника использование данного метода не внесет существенных радиопомех даже на коротком расстоянии (несколько метров). Теперь немного о некоторых примерах использования устройств, описанных в разделе «Альтернативные средства связи». Об индукционных передатчиках и приемниках. Такой передатчик и контур, расположенные по периметру квартиры и подключенные к источнику сигнала, например, к телевизору, магнитофону, радиокомплексу и т.д., обеспечивают дистанционное (беспроводное) прослушивание этих устройств с достаточно хорошим качеством. Очевидно, что индукционных приемников может быть несколько. Такой же индукционный передатчик и соответствующим образом расположенный контур могут обеспечить передачу информации (НЧ-сигналов) через препятствия — например, одну или даже две-три квартиры. Использование передатчиков и приемников с каждой из сторон (два индукционных передатчика, два или несколько индукционных приемников) обеспечивают дуплексную связь. Использование селективных фильтров позволяет повысить дальность устойчивой связи. В качестве таких фильтров можно использовать многополосные регуляторы тембра. Это могут быть двух-, трех-, пятиполосные регуляторы (и более). Приведенные приемники индукционной связи можно использовать в системах, обеспечивающих усиление и громкоговорящую трансляцию телефона, что позволяет расширить его функциональные возможности. Индукционные устройства могут быть использованы не только в качестве устройств связи, обеспечивающих одностороннюю или двухстороннюю связь. Например, описанные индукционные приемники практически без всякой переделки можно применить для поиска электрических проводов при скрытой проводке. Об устройствах, обеспечивающих передачу информации модуляцией света и инфракрасного излучения. Это могут быть средства связи на значительные расстояния. При использовании соответствующих оптических систем и соответствующей мощности излучающих элементов дальность связи может составить несколько километров. Конечно, это достижимо только в пределах прямой видимости. Подобные же световые (фото-) передатчики и приемники при использовании инфракрасного излучения могут быть использованы, как и индукционные устройства, для дистанционного (беспроводного) прослушивания телевизора, магнитофона и т.д. Здесь необходимо напомнить, что инфракрас-ное излучение достаточно хорошо отражается от препятствий (зависит от свойств их поверхностей). Является чрезвычайно перспективным разработка и использование устройств передачи информации с помощью модуляции инфракрасного излучения для целей компьютерной техники. Это системы волоконнооптической и беспроводной связи. Передатчиками и приемниками в таких системах могут служить приведенные и описанные устройства. Однако компьютерные системы требуют относительно сложных контроллеров, обеспечивающих связь с компьютерами и компьютерным оборудованием. Следует отметить, что раз- работка таких контроллеров и программного обеспечения для них требует достаточно высокой квалификации. Приведенные примеры использования различных электронных устройств (некоторые из них были достаточно подробно описаны выше в соответствующих разделах), конечно, не исчерпывают всего многообразия потенциальных возможностей электронных средств. Эти возможности ограничены только воображением конструкторов и пользователей.