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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Fondo de la foto. Transmisión de sonido mediante un haz de luz. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Fuentes alternativas de energía No todo el mundo sabe que Alexander Graham Bell no consideró el teléfono como su invento más importante. De hecho, Bell favoreció otro invento que predijo que revolucionaría los medios de comunicación. ¡Bell estaba obsesionado con la idea de transmitir voz con un haz de luz! Volviendo al Sol como la única fuente confiable de luz de alta intensidad que tenía a su disposición, Bell trató de usarlo como un medio de comunicación multipropósito. Llamó a su invento el fotófono. Bell pasó la mayor parte de los últimos años de su vida en intentos fallidos de expandir el alcance del fotófono. Antes de la muerte de Bell en 1922, el fotófono solo tenía un uso militar limitado.
Irónicamente, su sueño de transmitir mensajes utilizando la luz finalmente se hizo realidad más de 100 años después del nacimiento de la idea. No, no usamos la luz del sol en gran medida para la comunicación, pero hemos aprendido a usar la energía del sol para excitar emisores llamados láseres y rayos láser directos a lo largo de una fibra de vidrio, cuyo grosor no es más que el grosor de un cabello Ha llegado la era de la fibra óptica y la idea de la comunicación integral, expresada por primera vez por el genial inventor del teléfono, se hace realidad. ¿No es emocionante seguir los pasos del famoso inventor y redescubrir el fotófono? Hagamoslo. Recuerdos del pasado Todo esto sucedió un buen día de 1878, pero nos estamos adelantando en nuestra historia. Bell estaba muy interesado en los medios de comunicación, como lo demuestran sus numerosos inventos. Pero, además, admiraba la luz, que le fascinaba. Ya en tiempos de Bell se conocía la electricidad solar. Los fenómenos asociados con él fueron observados por primera vez por Edmond Becquerel en 1839, es decir, 8 años antes del nacimiento de Bell. Mientras realizaba una serie de experimentos sobre electricidad, Becquerel sumergió dos electrodos metálicos en una solución conductora y expuso el aparato a la luz solar. Para su sorpresa, se desarrolló un pequeño voltaje eléctrico entre los electrodos. Este descubrimiento pasó prácticamente desapercibido hasta 1873, cuando Willoughby Smith descubrió un efecto similar al exponer un trozo de selenio a la luz. El efecto fue insignificante, pero este momento debe considerarse el nacimiento real de las células solares de estado sólido. ¿Por qué sucedieron cosas como esta? ¡Era inexplicable desde el punto de vista de la física clásica! Pero a Bell no le importaba. Era un hombre práctico, y su imaginación estaba ocupada con la idea de crear un teléfono alimentado por luz. Durante los años siguientes, siguió con gran interés el lento progreso en el campo de la fotoelectricidad y los instrumentos fotográficos. En 1878 tuvo la idea de un fotófono. Trabajando con detectores de selenio, Bell diseñó y experimentó con muchas variantes de este instrumento. Aunque los primeros experimentos fueron bastante simples, tuvieron éxito. El 1 de abril de 1880, Alexander Graham Bell escuchó la voz de su asistente, Sumner Tainter, mientras sus palabras eran transportadas por un haz de luz a una distancia de más de 200 m. El intercomunicador de luz del Dr. Bell se hizo realidad. Bell basó sus predicciones sobre el desarrollo futuro de la tecnología de la comunicación en estos éxitos sucesivos, que entonces parecían fantásticos. Por ejemplo, creía firmemente que en el futuro las personas viajarían solo con la ayuda de la luz. Fondo de la foto Al desarrollar numerosos dispositivos para el fotófono y mejorar su diseño, Bell notó que los más sensibles eran los dispositivos en los que se usaba la resistencia al selenio como detector de luz. Por supuesto, trabajó sin amplificadores electrónicos. En cambio, usó el enfoque de la luz para amplificar las señales. En busca del mejor sistema óptico, Bell diseñó una variedad de sistemas de lentes y espejos. Uno de los detectores de Bell consistía en elementos de selenio dispuestos en círculo, sobre los cuales se enfocaba la luz mediante una lente colectora. En otro diseño, los detectores estaban ubicados en una superficie cilíndrica y colocados en el foco de un espejo parabólico. En todos sus dispositivos se conectaron en serie detectores de selenio con una batería y una cápsula telefónica de alta resistencia. Cuando la luz modulada caía sobre la superficie del selenio, provocaba un cambio en su resistencia, que la cápsula del teléfono convertía en ondas sonoras. Puede replicar fácilmente sus primeros experimentos. Primero saque el fotodetector. Por supuesto, ahora se fabrican de manera diferente a lo que solía usar Bell, pero el fotodetector modelo VT312 / 2 de Vacte es muy similar al de Bell. Es un fotorresistor de selenio con una pequeña cantidad de cadmio añadido para mejorar el rendimiento. En realidad tiene dos detectores. Bell a menudo usaba múltiples detectores para aumentar la sensibilidad. Los detectores están conectados en serie y colocados en el foco de un reflector parabólico. Cualquier reflector de tamaño servirá, sin embargo, cuanto más grande sea el recipiente, mayor será el alcance. Ver el catálogo de Edmund Scientific Co. (7785, Edscorp Bldg., Barrington, NJ 08007). Disponen de una amplia gama de reflectores parabólicos y Fresnel. El detector se puede montar en el foco del reflector utilizando un soporte de estrella como el que se muestra en la fig. 1. El detector forma un circuito eléctrico común con la batería y la cápsula telefónica de alta resistencia. Una batería de 12 voltios, como una batería de automóvil o varias baterías de linterna conectadas en serie, es adecuada para este propósito. La magnitud del voltaje no juega un papel aquí. Por otro lado, la cápsula del teléfono no es tan fácil de encontrar. Las cápsulas que se utilizan en los teléfonos modernos, a diferencia de sus antecesores, tienen poca resistencia y no funcionan bien en nuestro caso. Puede recurrir a los radioaficionados que tienen un par de viejos auriculares de alta impedancia. Por lo menos, saben dónde conseguirlos. Como puede imaginar, estos auriculares no son tan populares ahora como solían ser.
Todas estas partes, conectadas en serie, forman la parte receptora del fotófono. Ahora le toca a la parte de transmisión.
En muchos de sus primeros estudios, Bell no intentó optimizar la parte transmisora del fotófono. Centró su atención en mejorar el circuito optoelectrónico del receptor. Como resultado, muchos de sus primeros diseños son simples en el mejor sentido de la palabra. Entre los diseños interesantes estaba un tubo de metal de 2,5 cm de diámetro y de 5 a 7,5 cm de largo, en un extremo del tubo colocó un espejo, como se muestra en la fig. 2. Cuando se habla del tubo, las ondas de sonido hacen que el espejo vibre y module la luz de la fuente. Puede ir más allá reemplazando el espejo duro al final del tubo con una pieza de película metalizada. Ahora ha llegado el momento más emocionante: probar el fotófono. Esto debe ser hecho por al menos dos personas. Pídele a tu amigo que se lleve el transmisor a la boca, que se pare de cara al sol y ajuste el ángulo del espejo del transmisor para que parte de la luz se refleje en el receptor. Mientras tu amigo habla por teléfono, mueve el reflector parabólico hasta que cruce el haz de luz y lo enfoque en el detector. Tenga cuidado al apuntar el reflector. No apunte el receptor directamente al sol, ya que la luz solar concentrada puede dañar rápidamente su detector. Realice la primera prueba a corta distancia, porque el más mínimo movimiento de su amigo a larga distancia afecta mucho las señales amplificadas por el fotófono y dificulta la sintonización. Después de configurar, escuche la voz de su amigo en su teléfono. Aumentar el alcance del fotófono Hay varias formas de aumentar el alcance del fotófono. Uno de ellos se basa en aumentar el tamaño del reflector parabólico, el otro se basa en amplificar la señal del transmisor aumentando el tamaño del espejo que lleva adherido. Es posible que pueda estirar una película de Mylar aluminizado sobre un extremo de una lata grande. Puede aumentar la sensibilidad del detector. Probablemente querrás experimentar con diferentes elementos fotosensibles, cambiando su ubicación, como lo hizo Bell. Cambiar el voltaje de la batería y la resistencia de los auriculares también cambiará la sensibilidad del receptor. Por supuesto, la electrónica moderna se puede utilizar en el circuito de fotófono. El parámetro que limita la sensibilidad del receptor es el voltaje de salida del fotodetector. La mejor manera de aumentar el voltaje de salida es hacerlo pasar por un amplificador. En la fig. 3 muestra cómo se puede hacer esto. Primero, reemplace el fotorresistor con una pequeña celda solar. Es algo más sensible en estas condiciones y ciertamente es menos propenso a sufrir daños cuando se expone a la luz solar directa.
El circuito IC1 es una etapa preliminar para amplificar una pequeña señal de una celda solar. El elemento está conectado por un componente variable a la entrada del circuito a través del condensador C1. Gracias a esta conexión de la célula fotovoltaica es posible "cortar" toda la luz, a excepción de la modulada. Las resistencias R1 y R2 determinan la ganancia del preamplificador igual a la relación de R1/R2. A medida que aumenta la distancia entre el transmisor y el receptor, se deben cambiar los valores de estas resistencias. Sin embargo, no ajuste la ganancia demasiado alta o el circuito se autoexcitará. Puede suprimir la generación parásita conectando capacitores en paralelo con las resistencias R2 y R3, pero esto empeorará la respuesta de frecuencia del receptor. Al cambiar el valor de R2, es necesario cambiar el valor de R3 en la misma cantidad, ya que los valores de estas resistencias siempre son iguales. La señal de la salida del preamplificador se envía al control de volumen R4, desde donde pasa al amplificador final IC2. Este amplificador eleva el nivel de la señal al nivel necesario para impulsar el altavoz. Bastante bueno en comparación con lo que era sin un amplificador. Al hacer el circuito, tenga en cuenta que se requieren dos fuentes de alimentación, +9 V y -9 V. Las baterías de 9 V para el receptor de transistores servirán. Sin embargo, la magnitud de la tensión de alimentación no es crítica y se puede utilizar cualquier fuente de alimentación disponible en el rango de 6 a 15 V. Mejora del rendimiento del transmisor Es posible mejorar la sensibilidad del fotófono conectando un amplificador al transmisor, cuyo circuito se muestra en la Fig. 4. Utiliza el mismo amplificador de potencia integrado LM386 que en la fig. 3, sin embargo, su entrada recibe una señal de un micrófono y no de una celda solar.
La salida del amplificador de potencia está impulsada por un pequeño altavoz de 5 cm, similar a los que se utilizan en los receptores de transistores de bolsillo. Se estira un trozo de película de Mylar aluminizado sobre el altavoz. Cuando habla por el micrófono, su voz se amplifica y se envía al altavoz. A su vez, el altavoz hace vibrar la película cubierta con una capa de espejo y modula el rayo de sol. Para aumentar aún más el rango de comunicación, es necesario aumentar el tamaño del altavoz y, por lo tanto, su superficie reflectante. He observado experimentos en los que se pegaban pequeños fragmentos de un espejo directamente al diafragma de un altavoz oscilante. Sin embargo, no puedo garantizar la eficacia de dicho dispositivo, ya que nunca lo he probado. Probablemente actúa como un reflector en forma de cuenco. En el proceso de mejora del fotófono, Bell y Tainer encontraron más de 50 formas de modular el haz de luz con la voz, incluidos los circuitos de polarización variable que se utilizan actualmente en sofisticados dispositivos de comunicación por láser. Conclusión Si alguna vez se dejó llevar por la creación de un sistema de comunicación óptica, entonces es difícil no pensar en este apasionante problema. En los últimos años de su vida, Bell predijo un gran futuro para ella. Los proyectos de comunicaciones ópticas iniciados por los experimentos de Bell están dando sus frutos. Desafortunadamente, los proyectos del inventor no se implementaron durante su vida. Autor: Byers T.
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