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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Arrière-plan photo. Transmission du son à l'aide d'un faisceau lumineux. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Sources d'énergie alternatives Tout le monde ne sait pas qu'Alexander Graham Bell ne considérait pas le téléphone comme son invention la plus importante. En effet, Bell favorisait une autre invention qui, selon lui, aurait un impact révolutionnaire sur les communications. Bell était obsédé par l'idée de transmettre la voix avec un faisceau de lumière ! Se tournant vers le Soleil comme seule source fiable de lumière de haute intensité à sa disposition, Bell a tenté de l'utiliser comme moyen de communication polyvalent. Il a appelé son invention un photophone. Bell a passé la plupart des dernières années de sa vie à tenter en vain d'élargir la portée du photophone. Avant la mort de Bell en 1922, le photophone n'avait qu'un usage militaire limité.
Ironiquement, son rêve de transmettre des messages grâce à la lumière s'est finalement réalisé plus de 100 ans après la naissance de l'idée. Non, nous n'utilisons pas la lumière du soleil de manière significative pour la communication, mais nous avons appris à utiliser l'énergie solaire pour exciter des émetteurs appelés lasers et diriger des faisceaux laser le long de fibres de verre, dont l'épaisseur n'est pas supérieure à l'épaisseur d'un cheveu. L'ère de la fibre optique est arrivée et l'idée de communication globale, exprimée pour la première fois par le brillant inventeur du téléphone, devient réalité. N'est-il pas intéressant de suivre les traces du célèbre inventeur et de redécouvrir le photophone ? Alors faisons-le. Souvenirs du passé Tout cela s'est produit un jour de 1878, mais nous avons pris de l'avance dans notre histoire. Bell était très intéressé par les communications, comme en témoignent ses nombreuses inventions. Mais en plus, il admirait la lumière, qui le fascinait. L'électricité solaire était déjà connue à l'époque de Bell. Les phénomènes qui y sont associés ont été observés pour la première fois par Edmond Becquerel en 1839, soit 8 ans avant la naissance de Bell. Tout en menant une série d'expériences sur l'électricité, Becquerel a immergé deux électrodes métalliques dans une solution conductrice et a exposé l'installation à la lumière du soleil. À sa grande surprise, une petite tension électrique est apparue entre les électrodes. Cette découverte est passée largement inaperçue jusqu'en 1873, lorsque Willoughby Smith a découvert un effet similaire en exposant un morceau de sélénium à la lumière. L'effet a été insignifiant, mais ce moment doit être considéré comme la véritable naissance des cellules solaires à semi-conducteurs. Pourquoi de tels phénomènes se sont-ils produits ? C’était inexplicable du point de vue de la physique classique ! Mais Bell ne se souciait pas de ces questions. C'était une personne pratiquement réfléchie et son imagination était occupée par l'idée de créer un téléphone alimenté par la lumière. Au cours des années suivantes, il suivit avec beaucoup d'intérêt les lents progrès dans le domaine du photovoltaïque et des appareils photographiques. En 1878, il eut l'idée d'un photophone. Travaillant avec des détecteurs de sélénium, Bell a conçu et expérimenté de nombreuses variantes de cet instrument. Même si les premières expériences étaient assez simples, elles ont néanmoins été couronnées de succès. Le 1er avril 1880, Alexander Graham Bell écouta la voix de son assistant Sumner Tainter alors que ses paroles étaient portées par un faisceau de lumière sur une distance de plus de 200 m. L'interphone lumineux du Dr Bell devint réalité. C’est sur ces succès successifs que Bell fonda ses prédictions sur le développement futur de la technologie des communications, qui semblaient alors fantastiques. Par exemple, il était fermement convaincu qu’à l’avenir, les gens ne voyageraient qu’avec l’aide de la lumière. Arrière-plan photo En développant de nombreux accessoires pour le photophone et en améliorant sa conception, Bell a remarqué que les appareils les plus sensibles étaient ceux qui utilisaient la résistance au sélénium comme détecteur de lumière. Bien entendu, cela fonctionnait sans amplificateurs électroniques. Au lieu de cela, il a utilisé la lumière focalisée pour amplifier les signaux. Dans sa recherche du meilleur système optique, Bell a conçu une variété de systèmes de lentilles et de miroirs. L'un des détecteurs de Bell était constitué d'éléments au sélénium disposés en cercle, sur lesquels la lumière était focalisée à l'aide d'une lentille collectrice. Dans une autre conception, les détecteurs étaient situés sur une surface cylindrique et placés au foyer d'un miroir parabolique. Dans tous ses appareils, des détecteurs au sélénium étaient connectés en série avec une batterie et une capsule téléphonique à haute résistance. Lorsque la lumière modulée tombait sur la surface du sélénium, elle provoquait une modification de sa résistance, qui était convertie en ondes sonores par la capsule téléphonique. Vous pouvez facilement répéter ses premières expériences. Sortez d'abord le photodétecteur. Bien sûr, ils sont désormais fabriqués différemment de ceux auxquels Bell est habitué, mais le photodétecteur Vacte modèle VT312/2 est très similaire à celui de Bell. Il s'agit d'une photorésistance au sélénium avec une petite quantité de cadmium ajoutée pour améliorer les performances. Il dispose en fait de deux détecteurs. Bell utilisait souvent plusieurs détecteurs pour augmenter la sensibilité. Les détecteurs sont connectés en série et placés au foyer d'un réflecteur parabolique. Un réflecteur de n'importe quelle taille fera l'affaire, cependant, plus sa cuvette est grande, plus la portée de communication est grande. Consultez le catalogue Edmund Scientific Co.. (7785 Edscorp Bldg., Barrington, NJ 08007). Ils disposent d'un large choix de réflecteurs paraboliques et de Fresnel. Le détecteur peut être monté au foyer du réflecteur à l'aide d'un support en forme d'étoile similaire à celui montré sur la Fig. 1. Le détecteur forme un circuit électrique commun avec la batterie et la capsule téléphonique à haute résistance. Une batterie de 12 volts, comme une batterie de voiture ou plusieurs batteries de lampe de poche connectées en série, fonctionnera à cet effet. La quantité de tension ne joue ici aucun rôle. En revanche, une capsule téléphonique n’est pas si simple à trouver. Les capsules utilisées dans les téléphones modernes, contrairement à leurs prédécesseurs, ont une faible résistance et, dans notre cas, ne fonctionnent pas bien. Vous pouvez vous tourner vers des radioamateurs qui disposent d’un vieux casque à haute impédance. En dernier recours, ils savent où les trouver. Comme vous pouvez l’imaginer, ces écouteurs ne sont plus aussi populaires qu’avant.
Toutes ces pièces, reliées en série, constituent la partie réceptrice du photophone. C'est maintenant au tour de la partie émettrice.
Dans bon nombre de ses premières études, Bell n’a pas essayé d’optimiser la partie émettrice du photophone. Il a concentré son attention sur l'amélioration du circuit optoélectronique du récepteur. Grâce à cela, bon nombre de ses premières créations sont simples dans le meilleur sens du terme. Parmi les modèles intéressants figurait un tuyau métallique d'un diamètre de 2,5 cm et d'une longueur de 5 à 7,5 cm. Il a fixé un miroir à une extrémité du tuyau, comme le montre la Fig. 2. Lorsque la trompette sonne, les ondes sonores font vibrer le miroir et modulent la lumière de la source. Vous pouvez aller plus loin en remplaçant le miroir dur à l’extrémité du tube par un morceau de film métallisé. Vient maintenant le moment le plus excitant : tester le photophone. Cela doit être fait par au moins deux personnes. Demandez à votre ami de porter l'émetteur à sa bouche, de faire face au soleil et d'ajuster l'angle du miroir de l'appareil émetteur afin qu'une partie de la lumière soit réfléchie sur votre appareil récepteur. Pendant que votre ami parle au téléphone, déplacez le réflecteur parabolique jusqu'à ce qu'il croise le faisceau lumineux et le concentre sur le détecteur. Soyez prudent lorsque vous visez le réflecteur. Ne dirigez pas le récepteur directement vers le soleil, car la lumière solaire concentrée peut rapidement endommager votre détecteur. Effectuez le premier test à courte distance, car le moindre mouvement de votre ami à grande distance a un effet très important sur les signaux amplifiés par le photophone et rend le réglage difficile. Après la configuration, écoutez la voix de votre ami sur votre téléphone. Augmenter la portée du photophone Il existe plusieurs manières d’augmenter la portée d’un photophone. L'un d'eux est basé sur l'augmentation de la taille du réflecteur parabolique, l'autre sur l'amplification du signal de l'émetteur en augmentant la taille du miroir monté dessus. Vous pourrez peut-être étirer un film Mylar aluminisé sur une extrémité d'une grande boîte de conserve. Vous pouvez augmenter la sensibilité du détecteur. Vous souhaiterez probablement expérimenter différents éléments sensibles à la lumière, en modifiant leur emplacement, comme l'a fait Bell. Changer la tension de la batterie et la résistance des écouteurs modifiera également la sensibilité du récepteur. Bien entendu, l’électronique moderne peut être utilisée dans le circuit photophone. Le paramètre qui limite la sensibilité du récepteur est la tension de sortie du photodétecteur. La meilleure façon d’augmenter la tension de sortie est de la faire passer par un amplificateur. En figue. La figure 3 montre comment cela peut être réalisé. Remplacez d’abord la photorésistance par une petite cellule solaire. Il est un peu plus sensible dans ces conditions et est évidemment moins susceptible d'être endommagé lorsqu'il est exposé à la lumière directe du soleil.
Le circuit IC1 est une étape préliminaire pour amplifier un signal faible provenant d'une cellule solaire. L'élément est connecté via un composant alternatif à l'entrée du circuit via le condensateur C1. Grâce à cette connexion de l'élément photovoltaïque, il est possible de « couper » toute la lumière, à l'exception de la lumière modulée. Les résistances R1 et R2 déterminent le gain du préamplificateur, égal au rapport des valeurs de R1/R2. À mesure que la distance entre l'émetteur et le récepteur augmente, les valeurs de ces résistances doivent être modifiées. Cependant, ne réglez pas le gain trop haut, sinon le circuit oscillera tout seul. Vous pouvez supprimer la génération parasite en connectant des condensateurs en parallèle avec les résistances R2 et R3, mais cela détériorera la réponse en fréquence du récepteur. Lors de la modification de la valeur de R2, il est nécessaire de modifier la valeur de R3 du même montant, car les valeurs de ces résistances sont toujours égales. Le signal de la sortie du préamplificateur est envoyé au contrôle de volume R4, d'où il va à l'amplificateur final IC2. Cet amplificateur augmente le niveau du signal jusqu'au niveau requis pour faire fonctionner le haut-parleur. Plutôt bien par rapport à ce que c'était sans amplificateur. Lors de la réalisation du circuit, notez que deux alimentations sont nécessaires, +9 V et -9 V. Des piles de 9 volts pour le récepteur à transistor feront l'affaire. Cependant, la tension d'alimentation n'est pas critique et toutes les sources d'alimentation disponibles dans la plage de 6 à 15 V peuvent être utilisées. Amélioration des performances de l'émetteur La sensibilité du photophone peut être améliorée en connectant à l'émetteur un amplificateur dont le circuit est représenté sur la Fig. 4. Il utilise le même amplificateur de puissance intégré LM386 que sur la Fig. 3, cependant, son entrée est alimentée par un signal provenant d'un microphone, et non d'une cellule solaire.
La sortie de l'amplificateur de puissance est chargée sur un petit haut-parleur d'un diamètre de 5 cm, similaire à ceux utilisés dans les récepteurs à transistors de poche. Un morceau de film mylar aluminisé est tendu sur le haut-parleur. Lorsque vous parlez dans un microphone, votre voix est amplifiée et envoyée au haut-parleur. À son tour, l'enceinte fait vibrer le film recouvert d'une couche miroir et module le rayon du soleil. Pour augmenter encore la portée de communication, il est nécessaire d'augmenter la taille du haut-parleur, et donc sa surface réfléchissante. J'ai observé des expériences dans lesquelles de petits fragments d'un miroir étaient collés directement sur le diaphragme oscillant d'un haut-parleur. Cependant, je ne peux garantir l’efficacité d’un tel appareil, puisque je ne l’ai jamais testé. Il agit probablement comme un réflecteur en forme de coupe. En perfectionnant le photophone, Bell et Thaner ont découvert plus de 50 façons de moduler un faisceau lumineux avec la voix, y compris les circuits à polarisation variable aujourd'hui utilisés dans les appareils de communication laser sophistiqués. Conclusion Si vous êtes un jour intéressé par la création d'un système de communication optique, il est difficile de ne pas penser à ce problème passionnant. Dans les dernières années de sa vie, Bell lui a prédit un grand avenir. Les projets de communications optiques initiés par les expériences de Bell portent leurs fruits. Malheureusement, les projets de l'inventeur n'ont pas été réalisés de son vivant. Auteur : Byers T.
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