專利名稱：紅外線脈沖音頻收發機的制作方法
技術領域：
紅外線脈沖音頻收發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余生活，美中不足的是同一居室內，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米遠。采用無線電射頻收發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機由發射機133與接收機134兩個分機組成(參見附圖13)，發射機與接收機之間通過紅外線傳遞音頻信號，其特征在于采用經脈寬占空比調制的紅外線脈沖傳遞音頻信號，發射機133與接收機134所含電路單元、各單元相互連接關系以及信號處理過程如下
a)發射機133包含音頻電壓輸入電路1、脈沖調制器2(由鋸齒波或三角波發生器21、電壓比較器22等構成)、功放電路3、半導體紅外線發射器4以及供電電源等部份；b)發射機133各單元之間的連接關系為音頻電壓輸入電路1的輸入端用于接外電路、輸出端與脈沖調制器2的輸入端連接，脈沖調制器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射器4，半導體紅外線發射器4輸出紅外線；在脈沖調制器2內，電壓比較器22的一個輸入端和輸出端分別作為脈沖調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生器21的輸出端相連；c)發射器133的信號處理過程為外加的音頻信號先經過音頻電壓輸入電路1作電平調整，調整后的信號23送脈沖調制器2進行脈沖調制(在調制器2內，輸入的音頻信號23與鋸齒波或三角波發生器21提供的參考信號24經電壓比較器22比較后輸出信號25)，由此產生頻率固定、脈寬占空比與音頻電壓成比例的矩形電脈沖25，該脈沖經過功放電路3功率放大，放大后的信號由半導體紅外線發射器轉換成脈寬占空比受音頻調制的等幅紅外線脈沖，這一紅外線脈沖通過發射機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的輸出端連接解調器7的輸入端，解調器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射機133發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窗口進入機內的紅外線脈沖被半導體紅外線接收器5接收并轉換成電脈沖，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，再經解調器7將放大了的脈沖信號還原成音頻信號，此音頻信號經過音量控制器8適當衰減之后送音頻放大器9放大，經由輸出插座(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射器一般可采用GaAs、GaAlAs等普通紅外發光器件，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構成(參見附圖4)，低通濾波器的轉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等元件構成負峰值檢波電路，其輸出信號V2與輸入信號V1(經1比1放大器411)疊加后還原成等幅信號。該信號經電壓比較器比較后整形成矩型波，再經過低通濾波器后還原成音頻信號V3。這種解調電路其音頻電壓幅度與紅外線脈沖幅度無關，因而具有自動增益控制特性。
本實用新型的接收機的解調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(可達數十米)，但這同時會增加接收機對準發射機的方向靈敏度(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。
本實用新型的發射機在多數情況下是固定的，因此可采用交流電源供電。此時發射機可包含由交流降壓91、整流92、穩壓93(或電子濾波94)等部份構成的電源電路(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，穩壓電路可采用三端集成穩壓器。
本實用新型的發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是本實用新型的發射機的一個實例，圖中電壓比較器111、112及其附屬電路構成了調制器。插座CZ1及電阻R1、R2一起構成音頻輸入電路，T是功放三極管，D1、D2為紅外線發射管。
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是發射機，134是接收機，135為耳機。
上述實例的發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，并且可隨意轉換方向選擇節目。
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、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，即它的發射機與電視機結合成一體，當不用揚聲器時，由發射機發出的紅外線脈沖繼續傳送伴音信號，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點是音質好，抗電網50Hz干擾能力強，教室間不相互干擾，發射機可隨時安置，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、音質好、功能新穎、性能穩定、使用方便、成本低廉、制作簡單等諸多優點，將能為千家萬戶帶來寧靜、歡樂和方便。
如下附圖1是本實用新型的發射機的電路單元框圖。
附圖2是本實用新型的發射機的脈沖調制器電路框圖。
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器電路實例之一。
附圖5是本實用新型的接收機的解調器電路實例之二。
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構示意圖。
附圖9是本實用新型的發射機的電源電路實例。
附圖10是本實用新型的發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。
權利要求1.紅外線脈沖音頻收發機由發射機[133]與接收機[134]兩個分機組成，發射機與接收機之間通過紅外線傳遞音頻信號，其特征在于發射機[133]與接收機[134]所含電路單元、各單元相互連接關系以及信號處理過程如下a)發射機[133]包含音頻電壓輸入電路[1]、脈沖調制器[2](由鋸齒波或三角波發生器[21]、電壓比較器[22]等構成)、功放電路[3]、半導體紅外線發射器[4]以及供電電源等部份；b)發射機[133]各單元之間的連接關系為音頻電壓輸入電路[1]的輸入端用于接外電路、輸出端與脈沖調制器[2]的輸入端連接，脈沖調制器[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射器[4]，半導體紅外線發射器[4]輸出紅外線；在脈沖調制器[2]內，電壓比較器[22]的一個輸入端和輸出端分別作為脈沖調制器[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]的輸出端連接解調器[7]的輸入端，解調器[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.根據權利要求1所述的收發機，其特征在于發射機的紅外線脈沖頻率在20～200KHz范圍。
3.根據權利要求1所述的收發機，其特征在于接收機脈沖放大器中的高通濾波器其轉折頻率低于紅外線脈沖頻率、高于音頻上限頻率。
4.根據權利要求1所述的收發機，其特征在于接收機的解調器由直流分量恢復電路〔41〕、電壓比較器〔42〕和低通濾波器〔43〕構成，低通濾波器的轉折頻率低于紅外線脈沖頻率、高于音頻上限頻率。
5.根據權利要求1所述的收發機，其特征在于接收機的解調器采用二極管檢波電路。
6.根據權利要求1或5所述的收發機，其特征在于接收機的脈沖放大器含有自動增益控制電路，控制信號取自解調器的直流分量。
7.根據權利要求1所述的收發機，其特征在于發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光器件組成。
8.根據權利要求1所述的收發機，其特征在于接收機含紅外線聚光鏡。
9.根據權利要求1所述的收發機，其特征在于發射機包含由交流降壓〔91〕、整流〔92〕、穩壓〔93〕(或電子濾波〔94〕)等部份構成的電源電路。
10.根據權利要求1所述的收發機，其特征在于發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制的紅外線音頻收發機(成對使用)，由發射機和接收機組成，當其發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 優先權日1992年3月7日
發明者呂征字, 張仕勇 申請人:呂征宇, 張仕勇