紅外耳機(jī)接駁器的制作

一、技術(shù)要求

無線耳機(jī)連接器借助紅外線，使用脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)實(shí)現(xiàn)單聲道音頻連接，整體頻率響應(yīng)區(qū)間20Hz～12kHz，帶有小量的高音增強(qiáng)（在8kHz.、最大7dB），信噪比約50dB。發(fā)送器單元：小型機(jī)頂盒，可從電視機(jī)、VCR或DVD播送器等接收線路級(jí)音頻（可為單聲道或立體聲）。輸入阻抗：47kΩ。

PWM輸出：通過6個(gè)紅外LED。有效范圍：約5米。

電源：12VAC或15V～18VDC，額定平均電流約25mA。接收器單元：小的手機(jī)盒，應(yīng)答來自發(fā)送器的調(diào)制后的紅外光信號(hào)，解調(diào)為音頻并且驅(qū)動(dòng)一對(duì)標(biāo)準(zhǔn)立體聲耳機(jī)（2×32Ω阻抗）。電源：4節(jié)AA電池（堿性或可充電鎳鎘電池）。額定平均電流：約20mA，給定電池有效工作時(shí)間80～100小時(shí)或更多。控制方式：本地音量控制和電源開關(guān)控制，附加電源/信號(hào)指示LED。

二、發(fā)送器

1.耳機(jī)插口

有些電視機(jī)帶有耳機(jī)插口，我們就能簡單地配備一組帶有獨(dú)立音量控制的立體聲耳機(jī)，長的聯(lián)線和與電視插口相應(yīng)的插頭。但很多電視機(jī)沒有耳機(jī)插座，有一些雖然有插口，但其聯(lián)線方式使得插上耳機(jī)時(shí)，喇叭就不響了。這對(duì)于你是很好的，但對(duì)于其他人就不好了。另外，通過長長的電線來連接電視機(jī)也有其他問題：當(dāng)你起來休息時(shí)可能忘記拔掉電線，或其他人在電視周圍走動(dòng)時(shí)被絆倒。

2.無線耳機(jī)發(fā)送

使用“無線”耳機(jī)，可以通過UHF（超高頻）或紅外線連接。這意味著要在電視上有一個(gè)傳送和接收器的機(jī)頂盒，加上你手中一個(gè)小型好用的驅(qū)動(dòng)耳機(jī)的接收器。

當(dāng)然，紅外連接的無線耳機(jī)在商場也可以買到。但一般也有些缺點(diǎn)：主要是接收器一般都裝在成品耳機(jī)或頭帶里，所以不能為其他耳機(jī)使用。這意味著必須每一個(gè)耳機(jī)內(nèi)都裝入接收器。而且在大多數(shù)情況下，這些都不是包住耳朵的套筒型耳機(jī)，也不帶有任何聲阻尼性能。結(jié)論是：你不僅需要一個(gè)停止助聽器嘯叫的閥門，還需要能夠允許相當(dāng)多的聲音很好地進(jìn)入耳機(jī)。

以上就是開發(fā)本項(xiàng)目的背后原因，通過組裝這個(gè)裝置，你可以獲得最好形式的耳機(jī)。而且還有一個(gè)額外的優(yōu)點(diǎn)——它以單聲道工作。對(duì)于聽清電視聲音有困難的人來說，立體聲實(shí)際上是一種缺點(diǎn)。

這實(shí)際上應(yīng)用在那些紀(jì)錄片和運(yùn)動(dòng)電影中，那里有很多背景音樂和其他聲音。通過使用左右聲道混合音，我們?nèi)サ袅舜蟛糠帜切┎?，必要的聲音。使得語音更容易辨別。此外我們還應(yīng)用了少量的高音提升到音頻信號(hào)中。這進(jìn)一步改善了語音的清晰度。使用單聲的另一個(gè)額外的優(yōu)點(diǎn)，就是極大地簡化了線路。

3.工作原理

傳送的方法是簡單有效的。信號(hào)基本上使用脈，寬調(diào)制（或稱PWM）方式傳送。直接將音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為固定頻率的脈沖流，但脈沖寬度隨著音頻信號(hào)的瞬時(shí)振幅而變化。借助一個(gè)四極低（LM833）大幅度壓低12kHz以上的響應(yīng)。。這樣做有兩個(gè)原因：首先，如果你聽力弱，至少12kHz以上的信號(hào)會(huì)很少使用，其次，這會(huì)阻止在數(shù)一模處理（相當(dāng)于數(shù)字采樣）期間所產(chǎn)生量化噪聲。

4.信號(hào)采樣

接著，音頻信號(hào)被直接饋送到比較器（LM311）的非反向輸入端，在那里與從反向輸入端輸入的90kHz的三角波采樣信號(hào)比較。這個(gè)90kHz的三角波采樣信號(hào)是通過饋送180kHz時(shí)鐘脈沖到D型觸發(fā)器所產(chǎn)生的。這樣所產(chǎn)生的非常均勻頻率為時(shí)鐘一半，即90kHz的方波信號(hào)。這個(gè)90kHz的方波信號(hào)緩沖后經(jīng)過一個(gè)線性積分器，將其轉(zhuǎn)換成為線性的非常均勻的三角波。

但比較器如何使用90kHz的三角波將音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為PWM流呢？在這里，正弦波代表饋送到正輸入端的音頻信號(hào)，高頻三角波代表饋送到比較器負(fù)輸入端的采樣信號(hào)。工作中，當(dāng)音頻信號(hào)電平高于90kHz采樣信號(hào)時(shí)，比較器輸出為高電平。反之，當(dāng)1采樣信號(hào)電平高時(shí)比較器輸出為低電平。每次波形交叉時(shí)出現(xiàn)開關(guān)轉(zhuǎn)換。由此產(chǎn)生的比較器的PWM輸出波形為方波。

注意，比較器輸出的是脈寬變化與音頻信號(hào)幅度成正比的90kHz脈沖流。脈沖流的平均值正比于輸入音頻信號(hào)的瞬時(shí)值。

這個(gè)PWM脈沖流被饋送到一個(gè)驅(qū)動(dòng)一串紅外發(fā)光二極管的PNP開關(guān)晶體管。結(jié)果，數(shù)字化的音頻信號(hào)被轉(zhuǎn)換成紅外光脈沖序列，直接發(fā)往接收器單元。

三、接收器

由于PWM脈沖的平均值正比于音頻調(diào)制的事實(shí)，接收器甚至比發(fā)射器更簡單。一個(gè)硅PIN光電二極管用來檢測來自發(fā)射器的紅外脈沖流。其輸出的電流通過一個(gè)電流/電壓（IN）轉(zhuǎn)換器和提高其電平的放大器級(jí)（LM833的另一半）。產(chǎn)生的脈沖波形隨后饋送過限制器級(jí)（LM311）以產(chǎn)生整潔，等幅的矩形的脈沖流。

接著，脈沖被饋送通過多級(jí)的低通濾波器（LM358.以去除所有的90kHz采樣/調(diào)制信號(hào)的痕跡。這樣就簡單地分離出由脈沖的平均信號(hào)電平所攜帶的音頻信號(hào)。

從這里，接收到的音頻通過一個(gè)音量控制電位器，最終送到小的音頻放大器（LM386）以驅(qū)動(dòng)耳機(jī)。

驅(qū)動(dòng)接收器的電源為四節(jié)AA電池，既可以是堿性電池也可以是充電電池。

四、電路說明

1.發(fā)送器電路

現(xiàn)在參看發(fā)送器的完整電路圖如下圖所示。進(jìn)線處的立體聲信號(hào)通過兩個(gè)47kΩ電阻混合在一起，然后由一個(gè)半可變電位器VR1設(shè)置其電平。產(chǎn)生的單聲道信號(hào)隨后饋送到線性放大器級(jí)IC1b。放大器增益23倍，由22kΩ和1kΩ負(fù)反饋電阻來設(shè)置。

180kHz的“雙倍采樣時(shí)鐘”信號(hào)由IC2b產(chǎn)生，這里一片40938CMOS施密特芯片，一個(gè)12kΩ電阻和680pF電容設(shè)置了其工作頻率。頻率并不是特別關(guān)鍵，為了性能最佳，頻率應(yīng)在160kHz到200kHz之間（相應(yīng)的采樣頻率為80到100kHz）。

觸發(fā)器IC30用于將時(shí)鐘脈沖二分頻，產(chǎn)生均勻的90kHz方波，其第1腳的輸出隨后經(jīng)過由施密特NAND門IC2a，IC2c，IC2d并聯(lián)組成的緩沖器，緩沖器的輸出通過100nF電容耦合送到線性放大器IC4b。

IC4b被接為一個(gè)線性積分器，將90kHz方波轉(zhuǎn)換為同樣頻率的均勻三角波。這個(gè)三角波隨后直接饋送到比較器IC5的反向輸入端，去采樣音頻信號(hào)并轉(zhuǎn)換為PWM脈沖流。

IC5的PWM輸出出現(xiàn)其第7腳，用于驅(qū)動(dòng)晶體管Q1（BC328）。再轉(zhuǎn)而驅(qū)動(dòng)串聯(lián)的紅外LED管（LED1～3和LED5～7）。同時(shí)LED4（綠色）用于“電源開”指示燈。47Ω電阻串聯(lián)到LED串上以限制峰值脈沖電流到大約45mA。整個(gè)發(fā)射器電路最終平均消耗電流大約25mA。

2.接收器電路

接收器電路如下圖所示。工作中，發(fā)送器來的PWM紅外線信號(hào)被PIN光電二極管PD19BP1040所）捕獲。這些脈沖被饋送到線性放大器IC1b的反向輸入端（第6腳），其非反向輸入端（第5腳）通過串聯(lián)在6V電源線上的兩個(gè)22kΩ電阻獲得半電源偏壓（即3V）。工作中它將輸入電流脈沖轉(zhuǎn)換為電壓脈沖。其輸出出現(xiàn)在第7腳上。這些脈沖又通過一個(gè)2.2nF電容耦合到線性放大器IC1a。此放大器增益為-10倍。放大器的輸出脈沖出現(xiàn)在第1腳，并且直接饋送給IC2的第3腳。

比較器IC2是在這里用做限幅器。注意：它的非反向輸入端（第2腳）通過為IC1a和IC1b提供：

偏壓的分壓器（2x22kΩ電阻）取得半電源電壓偏壓，這就確保了來自IC1a的脈沖與相當(dāng)于它們自己直流平均電壓相比較。進(jìn)而確保了限幅器將脈沖流整形為對(duì)稱型的方波。

此外，2.2MQ反饋電阻和10kΩ電阻與偏壓串聯(lián)，一起為IC2提供了小量滯后的正反饋，保證了信號(hào)干凈地通斷。

由于LM311的輸出（第7腳）是集電極開路型，必須為其提供電阻型上拉負(fù)載。這是由“電源開”

指示LED1和與其串聯(lián)的390Ω電阻一起提供的。

恢復(fù)后的PWM脈沖串出現(xiàn)在IC2的第7腳，隨后通過接收器的低通濾波器電路。這是由47kΩ/180pF和100kΩ/100pFRC無源濾波器；電壓跟隨器IC3b；有源低通濾波器級(jí)IC3a組成。最后通過耦合電容4.7μ電容和1kΩ/10nF無源濾波器接到音量調(diào)節(jié)電位器VR1的上端。

結(jié)果出現(xiàn)在VR1兩端的信號(hào)將是饋入發(fā)送器裝置的音頻信號(hào)的準(zhǔn)確的復(fù)制品。

IC4是以LM386N為基礎(chǔ)的音頻放大器輸出級(jí)。它放大來自音量控制器VR1的信號(hào)，并且通過一對(duì)33Q限流電阻接耳機(jī)插口（一個(gè)接芯線，一個(gè)接外環(huán)上）。

五、調(diào)試

使發(fā)射器裝置工作很簡單，基本上是接上音頻輸入線和加電源兩件事。但是如果你有一臺(tái)示波器或頻率計(jì)，結(jié)束之前檢查一下其時(shí)鐘振蕩器的頻率。

檢查三角波的頻率很容易作到。這里的頻率應(yīng)在80kHz—100kHz之間。如果大大超出這個(gè)范圍，那你就需要調(diào)整680PF震蕩電容到正確的值。在發(fā)射器板上，相關(guān)電容很容易找到。它就在IC2的右邊。

增加電容量就會(huì)降低時(shí)鐘頻率，而減小電容量就會(huì)增加頻率。

如果你沒有頻率計(jì)，但是有一臺(tái)適當(dāng)校準(zhǔn)的示波器，可以檢查和調(diào)整時(shí)鐘頻率。這個(gè)波形是非常清楚而對(duì)稱的鋸齒波，其峰—峰幅度約為10. 5V，只在正和負(fù)峰值處有非常小的噪點(diǎn)。如果發(fā)現(xiàn)波形是清楚的鋸齒型，但峰—峰幅度小于10. 5V。這表示時(shí)鐘震蕩頻率太高了。為矯正這一點(diǎn)，可以簡單地增加680pF電容的值。

另一方面，如果波形的峰—峰幅度確實(shí)達(dá)到10. 5V，甚至更高，但被削波或截?cái)喽皇峭暾匿忼X波。這就意味著你的時(shí)鐘頻率太低了。為矯正這一點(diǎn)，只需要減少680PF電容的值。

如果你既沒有頻率計(jì)也沒有示波器，就先放下680PF電容的值?？匆豢词欠衲軌虺晒Φ貙?shí)現(xiàn)連絡(luò)。

接收器不需要調(diào)整，使其工作必須要作的事就是插上你的耳機(jī)，打開電源，并使它對(duì)準(zhǔn)發(fā)送器。小的綠色電源指示LED燈亮，隨后只需簡單調(diào)整控制電位器以便獲得合適的音量。

為了測試聯(lián)絡(luò)情況，首先接上左、右音頻通道的導(dǎo)線到發(fā)送器的輸入端。這些信號(hào)可以從電視機(jī)的立體聲線路輸出取得。你也可以使用VCR或DVD播放器的線路輸出。

注意，如果音頻輸出已經(jīng)使用，可能需要使用機(jī)背后的RCA聲音插口導(dǎo)線來實(shí)現(xiàn)連接。

接著，用小螺絲刀調(diào)整在發(fā)送器的“電平設(shè)置”電位器到中間位置。完成后，將發(fā)送器放到位（即放到TV頂上）。使之面向你觀看的方向，并且加電。發(fā)送器的綠色LED立即點(diǎn)亮（假定有音頻信號(hào)正加上）。但紅外LED對(duì)于你的眼睛來說仍會(huì)是黑的。

現(xiàn)在要作的事就是檢查實(shí)際的連接工作情況。

為做到這點(diǎn)，最初設(shè)置接收器的音量控制到最小位置，然后插上耳機(jī)，打開接收器電源。接收器的指示可能會(huì)閃爍（假如你沒有把接收器對(duì)準(zhǔn)發(fā)送器）也可能持續(xù)亮（如果PD1能夠“看見”紅外信號(hào)的話）。

現(xiàn)在想法把接收器放到一個(gè)適當(dāng)?shù)奈恢茫顾鼰o遮擋地“看到”發(fā)送器。大多數(shù)情況下，可以放到扶手上，鄰近的咖啡桌上，甚至沙發(fā)背上。

現(xiàn)在，擰大音量控制，你就能夠清楚地聽到電視的聲音。如果這樣，聯(lián)機(jī)結(jié)束，就可以使用了。