專利名稱：紅外線脈沖音頻收發(fā)機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
紅外線脈沖音頻收發(fā)機是一種近距離通訊裝置，主要用于電視機伴音的傳音。
電視極大豐富了人們的業(yè)余生活，美中不足的是同一居室內(nèi)，家中有人看電視，其它家庭成員的學習、工作和休息就會受影響。若能解決這一矛盾，將使人各得其所，從而有助于形成一個安寧和諧的家庭環(huán)境。
看電視要不出聲，可用耳機。但耳機連線甚感不便，特別是較大的屏幕要求觀者距電視機達數(shù)米遠。采用無線電射頻收發(fā)裝置可消除有線的麻煩，然而射頻裝置會相互干擾，難于普及。用紅外線傳送音頻信號，既無線又不會干擾別家。但是直接用音頻信號調(diào)制紅外線具有一大缺點紅外線接收機對電燈、尤其是白熾燈的低頻脈動光有明顯響應，對電視屏幕的圖像亮度變化也有反映，因此在接收到的音頻信號中混入了干擾信號，從而影響了其實用性。
本實用新型的任務是提供一種紅外線脈沖音頻收發(fā)機，耳機與電視機之間不需連線即可聽到聲音，并能有效地克服低頻脈動光源干擾。
本實用新型的任務通過以下方案完成紅外線脈沖音頻收發(fā)機由發(fā)射機133與接收機134兩個分機組成(參見附圖13)，發(fā)射機與接收機之間通過紅外線傳遞音頻信號，其特征在于采用經(jīng)脈寬占空比調(diào)制的紅外線脈沖傳遞音頻信號，發(fā)射機133與接收機134所含電路單元、各單元相互連接關(guān)系以及信號處理過程如下
a)發(fā)射機133包含音頻電壓輸入電路1、脈沖調(diào)制器2(由鋸齒波或三角波發(fā)生器21、電壓比較器22等構(gòu)成)、功放電路3、半導體紅外線發(fā)射器4以及供電電源等部份；b)發(fā)射機133各單元之間的連接關(guān)系為音頻電壓輸入電路1的輸入端用于接外電路、輸出端與脈沖調(diào)制器2的輸入端連接，脈沖調(diào)制器2的輸出端與功放電路3的輸入端連接，功放電路3的輸出端接半導體紅外線發(fā)射器4，半導體紅外線發(fā)射器4輸出紅外線；在脈沖調(diào)制器2內(nèi)，電壓比較器22的一個輸入端和輸出端分別作為脈沖調(diào)制器的輸入端和輸出端，電壓比較器22的另一個輸入端與鋸齒波或三角波發(fā)生器21的輸出端相連；c)發(fā)射器133的信號處理過程為外加的音頻信號先經(jīng)過音頻電壓輸入電路1作電平調(diào)整，調(diào)整后的信號23送脈沖調(diào)制器2進行脈沖調(diào)制(在調(diào)制器2內(nèi)，輸入的音頻信號23與鋸齒波或三角波發(fā)生器21提供的參考信號24經(jīng)電壓比較器22比較后輸出信號25)，由此產(chǎn)生頻率固定、脈寬占空比與音頻電壓成比例的矩形電脈沖25，該脈沖經(jīng)過功放電路3功率放大，放大后的信號由半導體紅外線發(fā)射器轉(zhuǎn)換成脈寬占空比受音頻調(diào)制的等幅紅外線脈沖，這一紅外線脈沖通過發(fā)射機133的窗口向外空間輻射；d)接收機134包含半導體紅外線接收器5、具有高通濾波器的脈沖放大器6、解調(diào)器7、音量控制器8、音頻放大器9、音頻輸出插座(或耳機、揚聲器)10以及供電電源等部份；e)接收機134各單元之間的連接關(guān)系為半導體紅外線接收器5連接具有高通濾波器的脈沖放大器6的輸入端，具有高通濾波器的脈沖放大器6的輸出端連接解調(diào)器7的輸入端，解調(diào)器7的輸出端連接音量控制器8的輸入端，音量控制器8的輸出端連接音頻放大器9的輸入端，音頻放大器9的輸出端連接音頻輸出端，音頻放大器9的輸出端連接音頻輸出插座(或耳機、揚聲器)10；f)接收機134的信號處理過程為當發(fā)射機133發(fā)出的紅外線脈沖從空中到達附近的接收機134時，穿過接收機133窗口進入機內(nèi)的紅外線脈沖被半導體紅外線接收器5接收并轉(zhuǎn)換成電脈沖，由具有高通濾波器的脈沖放大器6將此電脈沖加以放大，并濾去低頻干擾信號，再經(jīng)解調(diào)器7將放大了的脈沖信號還原成音頻信號，此音頻信號經(jīng)過音量控制器8適當衰減之后送音頻放大器9放大，經(jīng)由輸出插座(或耳機、揚聲器)10送出音頻信號(或聲音)。
本實用新型的半導體紅外線發(fā)射器一般可采用GaAs、GaAlAs等普通紅外發(fā)光器件，半導體紅外線接收器可采用GaAs或Si等普通光電器件。因此發(fā)射機的紅外線脈沖頻率可在20kHz以上，考慮性能與成本的要求，這一頻率宜在20～200kHz范圍。
本實用新型的接收機脈沖放大器中的高通濾波器其轉(zhuǎn)折頻率應低于紅外線脈沖頻率、高于干擾光源的脈動頻率，宜高于音頻上限頻率。
本實用新型的接收機的解調(diào)器可由直流分量恢復電路41、電壓比較器42和低通濾波器43構(gòu)成(參見附圖4)，低通濾波器的轉(zhuǎn)折頻率低于紅外線脈沖頻率、高于音頻上限頻率。附圖4中虛線框內(nèi)是直流分量恢復電路一例，其中運算放大器412和二極管D等元件構(gòu)成負峰值檢波電路，其輸出信號V2與輸入信號V1(經(jīng)1比1放大器411)疊加后還原成等幅信號。該信號經(jīng)電壓比較器比較后整形成矩型波，再經(jīng)過低通濾波器后還原成音頻信號V3。這種解調(diào)電路其音頻電壓幅度與紅外線脈沖幅度無關(guān)，因而具有自動增益控制特性。
本實用新型的接收機的解調(diào)器也可采用較為簡單的二極管檢波電路(參見附圖5)。脈沖信號經(jīng)過高通濾波器之后，由于信號占空比變化，信號的峰值電壓會隨之波動，二極管檢波電路可以檢出這一波動信號，即音頻信號。采用二極管檢波電路或其它解調(diào)器時，脈沖放大器6宜含有自動增益控制電路，控制信號V4可取自解調(diào)器7的直流分量(參見附圖6)。
為了獲得良好的音頻傳遞性能，發(fā)射機的音頻信號輸入電壓幅度應當恰當，因此本實用新型的發(fā)射機宜包含音頻輸入電平指示器，它可由電壓比較器及半導體發(fā)光器件組成。附圖7是其中較簡單的一個路線(僅用了一個電壓比較器和一個發(fā)光二極管)，Vi是音頻輸入電壓，V0為直流參考電壓。
本實用新型的接收機可含紅外線聚光鏡81(參見附圖8)，聚光鏡可用反射式的，也可用普通凸透鏡，但以菲涅耳透鏡為好。透鏡置于半導體紅外接收器5前，能有效地增加接收靈敏度(可達數(shù)十米)，但這同時會增加接收機對準發(fā)射機的方向靈敏度(有時并不希望如此)，因此放置距離d宜設計成可調(diào)的，使半導體紅外線接收器能適當偏離聚焦點。
本實用新型的發(fā)射機在多數(shù)情況下是固定的，因此可采用交流電源供電。此時發(fā)射機可包含由交流降壓91、整流92、穩(wěn)壓93(或電子濾波94)等部份構(gòu)成的電源電路(參見附圖9)。交流降壓電路可采用變壓器，整流電路可采用二極管全波或橋式整流及電容濾波，穩(wěn)壓電路可采用三端集成穩(wěn)壓器。
本實用新型的發(fā)射機的音頻輸入電路1前若具有話筒101及擴音電路102，則可成為紅外線話筒，能進行單向通訊(參見附圖10)。若將這樣的發(fā)射機與接收機集合于一體，就成為能進行雙向通訊的紅外線電話了。
附圖11是本實用新型的發(fā)射機的一個實例，圖中電壓比較器111、112及其附屬電路構(gòu)成了調(diào)制器。插座CZ1及電阻R1、R2一起構(gòu)成音頻輸入電路，T是功放三極管，D1、D2為紅外線發(fā)射管。
附圖12是本實用新型的接收機的一個實例，圖中D4為紅外線接收管，電容C1、C2、電阻R3、R4構(gòu)成了高通濾波器，運放121是脈沖放大器放大單元，二極管D5、電容C3與電位器W構(gòu)成了二極管檢波電路，W同時為音量控制器，運放122是音頻放大器，CZ2是輸出插座，可接耳機。
附圖13是本實用新型的實例使用示意，其中131為電視機，132為耳塞孔，133是發(fā)射機，134是接收機，135為耳機。
上述實例的發(fā)射機與接收機用于電視機時，其有效傳送距離超過7米。
本實用新型主要用于電視機的收看，其中一臺發(fā)射機可供多人用多臺接收機同時收聽。也可用于一個居室中播放兩臺以上電視機，此時只要各自配上一臺發(fā)射機，收看者可將接收機對向欲看電視機，便可眾人各得其所了，并且可隨意轉(zhuǎn)換方向選擇節(jié)目。
本實用新型可作為紅外線話筒或制成紅外線電話，由于其能透過電磁屏蔽網(wǎng)、玻璃等障礙，且無天線，可在特殊場合作近距離無干擾(既不受干擾，又不干擾別人)通訊設備，亦可作為兒童玩具。
本實用新型可作為新型電視機的一個部件，即它的發(fā)射機與電視機結(jié)合成一體，當不用揚聲器時，由發(fā)射機發(fā)出的紅外線脈沖繼續(xù)傳送伴音信號，從而使電視機的功能增加、檔次提高。若將本實用新型的接收機與電視機的紅外線遙控器制成一體，則使用起來更為方便。
本實用新型還可作為語言教學設備，使用時將發(fā)射機接錄音機或擴音機，學生每人用一個接收機，與目前應用較多的音頻感應耳機相比，本實用新型的突出優(yōu)點是音質(zhì)好，抗電網(wǎng)50Hz干擾能力強，教室間不相互干擾，發(fā)射機可隨時安置，可移動。
本實用新型具有體積小巧、線路簡單、失真小、抗干擾能力強(抗燈光、抗電磁干擾)、不干擾鄰室、音質(zhì)好、功能新穎、性能穩(wěn)定、使用方便、成本低廉、制作簡單等諸多優(yōu)點，將能為千家萬戶帶來寧靜、歡樂和方便。


如下附圖1是本實用新型的發(fā)射機的電路單元框圖。
附圖2是本實用新型的發(fā)射機的脈沖調(diào)制器電路框圖。
附圖3是本實用新型的接收機的電路單元框圖。
附圖4是本實用新型的接收機的解調(diào)器電路實例之一。
附圖5是本實用新型的接收機的解調(diào)器電路實例之二。
附圖6是本實用新型的接收機的脈沖放大器自動增益控制電路實例。
附圖7是本實用新型的發(fā)射機的音頻輸入電平指示器電路實例。
附圖8是本實用新型的接收機的紅外線聚光鏡的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖9是本實用新型的發(fā)射機的電源電路實例。
附圖10是本實用新型的發(fā)射機其音頻輸入電路與附加的話筒及擴音電路的連接框圖。
附圖11是本實用新型的發(fā)射機實例的電路圖。
附圖12是本實用新型的接收機實例的電路圖。
附圖13是本實用新型的實例及其使用示意圖。
權(quán)利要求1.紅外線脈沖音頻收發(fā)機由發(fā)射機[133]與接收機[134]兩個分機組成，發(fā)射機與接收機之間通過紅外線傳遞音頻信號，其特征在于發(fā)射機[133]與接收機[134]所含電路單元、各單元相互連接關(guān)系以及信號處理過程如下a)發(fā)射機[133]包含音頻電壓輸入電路[1]、脈沖調(diào)制器[2](由鋸齒波或三角波發(fā)生器[21]、電壓比較器[22]等構(gòu)成)、功放電路[3]、半導體紅外線發(fā)射器[4]以及供電電源等部份；b)發(fā)射機[133]各單元之間的連接關(guān)系為音頻電壓輸入電路[1]的輸入端用于接外電路、輸出端與脈沖調(diào)制器[2]的輸入端連接，脈沖調(diào)制器[2]的輸出端與功放電路[3]的輸入端連接，功放電路[3]的輸出端接半導體紅外線發(fā)射器[4]，半導體紅外線發(fā)射器[4]輸出紅外線；在脈沖調(diào)制器[2]內(nèi)，電壓比較器[22]的一個輸入端和輸出端分別作為脈沖調(diào)制器[2]的輸入端和輸出端，電壓比較器[22]的另一個輸入端與鋸齒波或三角波發(fā)生器[21]的輸出端相連；c)接收機[134]包含半導體紅外線接收器[5]、具有高通濾波器的脈沖放大器[6]，解調(diào)器[7]、音量控制器[8]、音頻放大器[9]、音頻輸出插座(或耳機、揚聲器)[10]以及供電電源等部份；d)接收機[134]各單元之間的連接關(guān)系為半導體紅外線接收器[5]連接具有高通濾波器的脈沖放大器[6]的輸入端，具有高通濾波器的脈沖放大器[6]的輸出端連接解調(diào)器[7]的輸入端，解調(diào)器[7]的輸出端連接音量控制器[8]的輸入端，音量控制器[8]的輸出端連接音頻放大器[9]的輸入端，音頻放大器[9]的輸出端連接音頻輸出插座(或耳機、揚聲器)[10]。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的收發(fā)機，其特征在于發(fā)射機的紅外線脈沖頻率在20～200KHz范圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的收發(fā)機，其特征在于接收機脈沖放大器中的高通濾波器其轉(zhuǎn)折頻率低于紅外線脈沖頻率、高于音頻上限頻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的收發(fā)機，其特征在于接收機的解調(diào)器由直流分量恢復電路〔41〕、電壓比較器〔42〕和低通濾波器〔43〕構(gòu)成，低通濾波器的轉(zhuǎn)折頻率低于紅外線脈沖頻率、高于音頻上限頻率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的收發(fā)機，其特征在于接收機的解調(diào)器采用二極管檢波電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的收發(fā)機，其特征在于接收機的脈沖放大器含有自動增益控制電路，控制信號取自解調(diào)器的直流分量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的收發(fā)機，其特征在于發(fā)射機包含音頻輸入電平指示器，它由電壓比較器及半導體發(fā)光器件組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的收發(fā)機，其特征在于接收機含紅外線聚光鏡。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的收發(fā)機，其特征在于發(fā)射機包含由交流降壓〔91〕、整流〔92〕、穩(wěn)壓〔93〕(或電子濾波〔94〕)等部份構(gòu)成的電源電路。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的收發(fā)機，其特征在于發(fā)射機的音頻輸入電路〔1〕前具有話筒〔101〕及擴音電路〔102〕。
專利摘要一種脈寬占空比調(diào)制的紅外線音頻收發(fā)機(成對使用)，由發(fā)射機和接收機組成，當其發(fā)射機接電視機耳塞孔，其接收機的耳機可收到電視伴音，傳音距離＞7米，不受燈光及射頻干擾，不干擾鄰室；一室同播多臺電視，用它每人可隨意收聽一臺，各得其樂。
文檔編號H04B5/02GK2123841SQ92204078
公開日1992年12月2日 申請日期1992年3月7日 優(yōu)先權(quán)日1992年3月7日
發(fā)明者呂征字, 張仕勇 申請人:呂征宇, 張仕勇