摘要：文中設計了一種以紅外光作為信息載體的紅外發射與接收系統，給出了一種紅外發射與接收電路，搭建了與之相應的驅動電路和保護電路，通過電壓放大、帶通濾波、功率放大等模塊，使系統穩定可靠的工作。通過定向傳輸信號，實現一定范圍內的無線信息傳輸，實驗檢測證明該系統能穩定可靠地向外發射紅外信號，供接收機接收。

紅外通信作為一種無線傳輸方式，由于4M傳輸速率的成功運用，使其正在得到日益廣泛的應用，從家用小電器到計算機設備都在不斷的研發新產品。紅外發射接收裝置電路簡單、易于實現、便于維護，在某些應用場合，綜合應用比無線電射頻通信方式具有更好的效果。紅外發射模塊是紅外光通信的主要組成部分，它的功能主要是完成電光信號的轉換，選用780～950 nm的波段將信號以紅外脈沖的形式向空間發射。

1 紅外發射系統設計方案

紅外發射系統的關鍵是發射管和驅動電路。紅外發射管的工作電流小，傳輸距離近。當電流過大的時候信號會發射的更遠，但是發射管容易損壞。紅外光在通信時，很容易受到太陽光、熒光燈、熱源等干擾。在此系統中我們考慮兩種方案。

方案一：利用單片機處理輸入信號，考慮到輸入信號小，要實現系統要求，就要對信號進行放大及進行A/D轉換，將模擬信號轉換為數字信號。在實際操作中電路比較復雜，且模擬信息小容易引起信號失真。綜合考慮要體現紅外光通信系統的簡便性，最終排除了這個方案。

方案二：信號源經過三極管放大之后，通過帶通濾波器，再次進行功率放大，之后由發射電路發射。語音信號的頻帶集中在300 Hz～3 kHz之間，帶通濾波器通頻帶頻率設計要與此相符合。

本系統主要是用來定向傳輸信號，利用紅外光作為載體實現2 m內的信息傳輸。信號源提供的信號經過三極管的放大，然后進行帶通濾波處理，再經過專用音頻信號放大器LM386進行功率放大，最后發射管將音頻信號向空間發射。接收管接收到的信號由三極管9014放大，再經過LM386功率放大，兩級放大濾波之后將信號還原輸出。

2 紅外發射電路設計

信號源在發射之前要經過電壓放大電路、帶通濾波電路、功率放大電路之后發射。

2.1 電壓放大電路

電壓放大電路采用共射放大電路，如圖1所示。R1、R2，R3提供偏置電壓，發射結正偏，集電結反偏，此時三極管處于放大狀態。調整R3改變三極管靜態工作點，使信號處于不失真的合適工作狀態。C1是一個耦合電容，起著一個簡單的隔直流通交流的作用。在此選取的三極管9014是一個小功率管子，為了讓三極管放大狀態下信號的合理輸出，選取R1=lOkΩ，R3=100 kΩ，R5=1 kΩ?？紤]到語音信號頻帶處300 Hz～3 kHz，所以帶通濾波器的通頻帶為300 Hz～3 kHz。

2.2 帶通濾波電路

帶通濾波電路如圖2所示。此帶通濾波器是由二階有源高通濾波器和二階有源低通濾波器級聯組成。根據高通濾波器，低通濾波器。信號通過帶通濾波器之后必須經過一次功率放大才能驅動發射管，本系統可采用LM386音頻專用放大芯片，這是一種專門用來放大音頻的芯片。在LM386的1，8腳加入可調電阻和10μF的電容，使LM386的增益在20～200之間可調。微弱信號經過放大之后，過大的功率會燒毀電路中的器件，所以在LM386的3腳接10 kΩ可調電阻的作用是控制發射功率保護電路，對整個電路信號的穩定性及安全性起著重要作用，不可缺少。

2.3 功率放大電路

信號通過帶通濾波器之后必須經過一次功率放大才能驅動發射管，本系統采用LM386音頻專用放大芯片，這是一款極為常見的芯片專用來放大音頻。圖3所示是增益可調的LM386經典音頻放大電路。

在LM386的1，8腳加入可調電阻和10μF的電容，使LM386得增益在20～200之間可調。微弱信號經過放大之后，過大的功率會燒毀電路中的器件，所以在LM386的3腳接10K可調電阻的作用是控制發射功率保護電路，對整個電路信號穩定性安全性起著重要作用，不可缺少。

2.4 發射管保護電路

紅外光發射管工作電流小，傳輸距離短，當電流過大容易損壞發射管，所以需要采用過載保護電路如圖4所示。

三極管BG2和電阻R2構成發射管保護電路，由于三極管BG2偏置電阻R2很小，所以，在正常情況下三極管BG2截止。當三極管BG1集電極電流突然增大，在電阻R2上的壓降增加，當電壓達到一定程度時候三極管BG2導通，對發光二極管起到分流作用，然后流過發射管電流下降，從而對發射管起到保護作用。發射管可以并聯或者串聯多個，提高發射功率，增加通信距離。在實驗室實際操作中很多人沒有注意保護發射管的安全。實際上微弱的信號經過三極管放大及LM386的功率放大之后，信號已經變得足夠大，如果在此時不注意保護發射管的情況下，因為其能夠承受的電流強度有限，所以發射管很容易損壞。這是一個不得不重視的問題。研究表明，如果在接收信號比較弱的情況下，可以將發射管并聯或者串聯，者能夠起到非常明顯的效果。

2.5 電源模塊設計

78xx系列電源芯片具有悠久的歷史，而且在現在眾多的電路中依然可以經常見到，其應用之廣泛可見一斑。電子電路中，常見的三端穩壓集成電路有正電壓輸出的78xx系列

和負電壓輸出的79xx系列。三端穩壓顧名思義具有3個引腳，如圖5所示3個引腳依此分別為輸入端、接地端、輸出端。三端穩壓芯片組成穩壓電源所需外圍元件極少，芯片內部具有過熱、過流和調整管的保護電路。

實際應用中，當三端穩壓處于大功率的穩壓電路時，應該裝上散熱器。在實驗中曾經做過用78xx系列芯片驅動電機，當輸出電流增大時候芯片會發熱，芯片的輸出電壓會變小，此時芯片發燙。

在紅外發射和接收部分采用了LM741、LM386芯片，LM741芯片需要+9 V電壓供電而LM386需要+5 V電壓供電。因此，本系統需要兩個獨立的不同電壓的供電部分，紅外發射部分需要+9 V電壓供電，紅外接收部分需要+5 V電壓供電。

7805組成的+5 V供電模塊為接收部分供電;將圖中7805換成7809即可得到+9V電壓，用其給發射部分供電。但是，三端穩壓芯片也有不足之后，其輸出電壓線性不好，輸出電流不足。但是在本系統中對電源要求不高所以78xx系列芯片能夠滿足設計使用。

3 發射部分總體電路

發射部分總體電路結構圖如圖6。

LM386組成的音頻放大器的增益在20～200范圍內可調，為了保證信號不失真放大。經過耦合電容C9隔直通交后信號便由紅外發光二極管發射。紅外發射管接收的信號與音頻信號變化規律相同，紅外發射管的發光強度會受到音頻信號的調制，此時音頻信號會對其大小進行同步調制并轉換成紅外信號發射。微弱信號經過電容C1耦合到三極管Q1進行一級放大，被放大的電壓信號通過電容C2之后進入由LM741組成的帶通濾波器，帶通濾波器的通頻帶為300HZ～3KHZ，可以濾除頻帶外的干擾信號，使信號更加純凈，而后信號進入由LM386組成的音頻放大電路，考慮信號放大到比較強之后會對發射部分器件造成損壞，因此在進LM386前加上10K滑動變阻器。LM386組成的音頻放大器的增益在20～200范圍內可調，為了保證信號不失真放大。經過耦合電容C9隔直通交后信號便由紅外發光二極管發射。紅外發射管接收的信號與音頻信號變化規律相同，紅外發射管的發光強度會受到音頻信號強弱的調制，此時音頻信號會對其大小同步調制并轉換成紅外信號發射。

4 紅外接收部分總體電路設計

紅外接收部分總體電路如圖7所示，紅外接收管接收到信號之后將光信號轉換成微弱的電信號，必須要經過兩級放大之后才能完整的輸出。第一級采用三極管9014，第二級采用LM386音頻放大電路。

紅外線接收管在接收紅外光之后將光信號轉換成微弱的電信號，在三極管9014放大之后直接經過電容C2輸入到LM386組成的功率放大電路，極性電容C2起隔直流通交流的作用，在功率放大之前先濾除恒定的外界低頻信號的干擾，提高接收效果，最后由喇叭輸出。三極管9014的放大電路和功率放大電路兩級放大之間加上10k滑動變阻器，防止信號過大損壞器件以及信號無失真放大。

5 系統測試與分析

將紅外發射和接收部分接上電源之后，給發射部分提供300～3 400 Hz音頻信號，調節發射和接收部分的功率，在距離發射部分2M處接收部分能夠接收到信號，但是聲音較小伴有輕微雜音。在1，5M處測試接收部分聲音明顯變大，但是雜音問題依然存在。當發射端輸入語音信號改為800 Hz單音信號時，在8 Ω電阻負載上，接收裝置的輸出電壓有效值為0.2 V。不改變電路狀態，減小發射端輸入信號的幅度至0 V，低頻毫伏表顯示的電壓為0.5 V。

用萬用表測試電源電壓及各部分電路的電流電壓值，發現電源電壓不穩，導致各部分的電壓有波動，電路會產生噪聲但是不影響其正常工作。在發射部分加上一個正弦信號之后，在其兩端用示波器觀察信號，通過調節滑動變阻器RV1和RV2，計算可以得出放大倍數在100～250之間信號有比較明顯的失真，在放大倍數在250～35之間信號有明顯失真。在接收部分輸入端接入正弦信號，輸出端輸出的信號波形沒有較明顯的失真情況。

6 結論

在電路調試的過程中，為了達到使放大器增益變大的目的，不斷增大信號驅動功率，導致射管不斷地燒壞。解決方案為：接三極管BG1和BG2，組成了一個非常有效地保護電路即發射管保護電路。在使用該電路之后發射管就不再容易被燒壞，效果十分明顯。以上設計的紅外發射電路結構簡單，原理清晰，性價比高，具有很強的實用價值。