红外耳机接驳器的制作

一、技术要求

无线耳机连接器借助红外线，使用脉宽调制（PWM）技术实现单声道音频连接，整体频率响应区间20Hz～12kHz，带有小量的高音增强（在8kHz.、最大7dB），信噪比约50dB。发送器单元：小型机顶盒，可从电视机、VCR或DVD播送器等接收线路级音频（可为单声道或立体声）。输入阻抗：47kΩ。

PWM输出：通过6个红外LED。有效范围：约5米。

电源：12VAC或15V～18VDC，额定平均电流约25mA。接收器单元：小的手机盒，应答来自发送器的调制后的红外光信号，解调为音频并且驱动一对标准立体声耳机（2×32Ω阻抗）。电源：4节AA电池（碱性或可充电镍镉电池）。额定平均电流：约20mA，给定电池有效工作时间80～100小时或更多。控制方式：本地音量控制和电源开关控制，附加电源/信号指示LED。

二、发送器

1.耳机插口

有些电视机带有耳机插口，我们就能简单地配备一组带有独立音量控制的立体声耳机，长的联线和与电视插口相应的插头。但很多电视机没有耳机插座，有一些虽然有插口，但其联线方式使得插上耳机时，喇叭就不响了。这对于你是很好的，但对于其他人就不好了。另外，通过长长的电线来连接电视机也有其他问题：当你起来休息时可能忘记拔掉电线，或其他人在电视周围走动时被绊倒。

2.无线耳机发送

使用“无线”耳机，可以通过UHF（超高频）或红外线连接。这意味着要在电视上有一个传送和接收器的机顶盒，加上你手中一个小型好用的驱动耳机的接收器。

当然，红外连接的无线耳机在商场也可以买到。但一般也有些缺点：主要是接收器一般都装在成品耳机或头带里，所以不能为其他耳机使用。这意味着必须每一个耳机内都装入接收器。而且在大多数情况下，这些都不是包住耳朵的套筒型耳机，也不带有任何声阻尼性能。结论是：你不仅需要一个停止助听器啸叫的阀门，还需要能够允许相当多的声音很好地进入耳机。

以上就是开发本项目的背后原因，通过组装这个装置，你可以获得最好形式的耳机。而且还有一个额外的优点——它以单声道工作。对于听清电视声音有困难的人来说，立体声实际上是一种缺点。

这实际上应用在那些纪录片和运动电影中，那里有很多背景音乐和其他声音。通过使用左右声道混合音，我们去掉了大部分那些不，必要的声音。使得语音更容易辨别。此外我们还应用了少量的高音提升到音频信号中。这进一步改善了语音的清晰度。使用单声的另一个额外的优点，就是极大地简化了线路。

3.工作原理

传送的方法是简单有效的。信号基本上使用脉，宽调制（或称PWM）方式传送。直接将音频信号转换为固定频率的脉冲流，但脉冲宽度随着音频信号的瞬时振幅而变化。借助一个四极低（LM833）大幅度压低12kHz以上的响应。。这样做有两个原因：首先，如果你听力弱，至少12kHz以上的信号会很少使用，其次，这会阻止在数一模处理（相当于数字采样）期间所产生量化噪声。

4.信号采样

接着，音频信号被直接馈送到比较器（LM311）的非反向输入端，在那里与从反向输入端输入的90kHz的三角波采样信号比较。这个90kHz的三角波采样信号是通过馈送180kHz时钟脉冲到D型触发器所产生的。这样所产生的非常均匀频率为时钟一半，即90kHz的方波信号。这个90kHz的方波信号缓冲后经过一个线性积分器，将其转换成为线性的非常均匀的三角波。

但比较器如何使用90kHz的三角波将音频信号转换为PWM流呢？在这里，正弦波代表馈送到正输入端的音频信号，高频三角波代表馈送到比较器负输入端的采样信号。工作中，当音频信号电平高于90kHz采样信号时，比较器输出为高电平。反之，当1采样信号电平高时比较器输出为低电平。每次波形交叉时出现开关转换。由此产生的比较器的PWM输出波形为方波。

注意，比较器输出的是脉宽变化与音频信号幅度成正比的90kHz脉冲流。脉冲流的平均值正比于输入音频信号的瞬时值。

这个PWM脉冲流被馈送到一个驱动一串红外发光二极管的PNP开关晶体管。结果，数字化的音频信号被转换成红外光脉冲序列，直接发往接收器单元。

三、接收器

由于PWM脉冲的平均值正比于音频调制的事实，接收器甚至比发射器更简单。一个硅PIN光电二极管用来检测来自发射器的红外脉冲流。其输出的电流通过一个电流/电压（IN）转换器和提高其电平的放大器级（LM833的另一半）。产生的脉冲波形随后馈送过限制器级（LM311）以产生整洁，等幅的矩形的脉冲流。

接着，脉冲被馈送通过多级的低通滤波器（LM358.以去除所有的90kHz采样/调制信号的痕迹。这样就简单地分离出由脉冲的平均信号电平所携带的音频信号。

从这里，接收到的音频通过一个音量控制电位器，最终送到小的音频放大器（LM386）以驱动耳机。

驱动接收器的电源为四节AA电池，既可以是碱性电池也可以是充电电池。

四、电路说明

1.发送器电路

现在参看发送器的完整电路图如下图所示。进线处的立体声信号通过两个47kΩ电阻混合在一起，然后由一个半可变电位器VR1设置其电平。产生的单声道信号随后馈送到线性放大器级IC1b。放大器增益23倍，由22kΩ和1kΩ负反馈电阻来设置。

180kHz的“双倍采样时钟”信号由IC2b产生，这里一片40938CMOS施密特芯片，一个12kΩ电阻和680pF电容设置了其工作频率。频率并不是特别关键，为了性能最佳，频率应在160kHz到200kHz之间（相应的采样频率为80到100kHz）。

触发器IC30用于将时钟脉冲二分频，产生均匀的90kHz方波，其第1脚的输出随后经过由施密特NAND门IC2a，IC2c，IC2d并联组成的缓冲器，缓冲器的输出通过100nF电容耦合送到线性放大器IC4b。

IC4b被接为一个线性积分器，将90kHz方波转换为同样频率的均匀三角波。这个三角波随后直接馈送到比较器IC5的反向输入端，去采样音频信号并转换为PWM脉冲流。

IC5的PWM输出出现其第7脚，用于驱动晶体管Q1（BC328）。再转而驱动串联的红外LED管（LED1～3和LED5～7）。同时LED4（绿色）用于“电源开”指示灯。47Ω电阻串联到LED串上以限制峰值脉冲电流到大约45mA。整个发射器电路最终平均消耗电流大约25mA。

2.接收器电路

接收器电路如下图所示。工作中，发送器来的PWM红外线信号被PIN光电二极管PD19BP1040所）捕获。这些脉冲被馈送到线性放大器IC1b的反向输入端（第6脚），其非反向输入端（第5脚）通过串联在6V电源线上的两个22kΩ电阻获得半电源偏压（即3V）。工作中它将输入电流脉冲转换为电压脉冲。其输出出现在第7脚上。这些脉冲又通过一个2.2nF电容耦合到线性放大器IC1a。此放大器增益为-10倍。放大器的输出脉冲出现在第1脚，并且直接馈送给IC2的第3脚。

比较器IC2是在这里用做限幅器。注意：它的非反向输入端（第2脚）通过为IC1a和IC1b提供：

偏压的分压器（2x22kΩ电阻）取得半电源电压偏压，这就确保了来自IC1a的脉冲与相当于它们自己直流平均电压相比较。进而确保了限幅器将脉冲流整形为对称型的方波。

此外，2.2MQ反馈电阻和10kΩ电阻与偏压串联，一起为IC2提供了小量滞后的正反馈，保证了信号干净地通断。

由于LM311的输出（第7脚）是集电极开路型，必须为其提供电阻型上拉负载。这是由“电源开”

指示LED1和与其串联的390Ω电阻一起提供的。

恢复后的PWM脉冲串出现在IC2的第7脚，随后通过接收器的低通滤波器电路。这是由47kΩ/180pF和100kΩ/100pFRC无源滤波器；电压跟随器IC3b；有源低通滤波器级IC3a组成。最后通过耦合电容4.7μ电容和1kΩ/10nF无源滤波器接到音量调节电位器VR1的上端。

结果出现在VR1两端的信号将是馈入发送器装置的音频信号的准确的复制品。

IC4是以LM386N为基础的音频放大器输出级。它放大来自音量控制器VR1的信号，并且通过一对33Q限流电阻接耳机插口（一个接芯线，一个接外环上）。

五、调试

使发射器装置工作很简单，基本上是接上音频输入线和加电源两件事。但是如果你有一台示波器或频率计，结束之前检查一下其时钟振荡器的频率。

检查三角波的频率很容易作到。这里的频率应在80kHz—100kHz之间。如果大大超出这个范围，那你就需要调整680PF震荡电容到正确的值。在发射器板上，相关电容很容易找到。它就在IC2的右边。

增加电容量就会降低时钟频率，而减小电容量就会增加频率。

如果你没有频率计，但是有一台适当校准的示波器，可以检查和调整时钟频率。这个波形是非常清楚而对称的锯齿波，其峰—峰幅度约为10. 5V，只在正和负峰值处有非常小的噪点。如果发现波形是清楚的锯齿型，但峰—峰幅度小于10. 5V。这表示时钟震荡频率太高了。为矫正这一点，可以简单地增加680pF电容的值。

另一方面，如果波形的峰—峰幅度确实达到10. 5V，甚至更高，但被削波或截断而不是完整的锯齿波。这就意味着你的时钟频率太低了。为矫正这一点，只需要减少680PF电容的值。

如果你既没有频率计也没有示波器，就先放下680PF电容的值。看一看是否能够成功地实现连络。

接收器不需要调整，使其工作必须要作的事就是插上你的耳机，打开电源，并使它对准发送器。小的绿色电源指示LED灯亮，随后只需简单调整控制电位器以便获得合适的音量。

为了测试联络情况，首先接上左、右音频通道的导线到发送器的输入端。这些信号可以从电视机的立体声线路输出取得。你也可以使用VCR或DVD播放器的线路输出。

注意，如果音频输出已经使用，可能需要使用机背后的RCA声音插口导线来实现连接。

接着，用小螺丝刀调整在发送器的“电平设置”电位器到中间位置。完成后，将发送器放到位（即放到TV顶上）。使之面向你观看的方向，并且加电。发送器的绿色LED立即点亮（假定有音频信号正加上）。但红外LED对于你的眼睛来说仍会是黑的。

现在要作的事就是检查实际的连接工作情况。

为做到这点，最初设置接收器的音量控制到最小位置，然后插上耳机，打开接收器电源。接收器的指示可能会闪烁（假如你没有把接收器对准发送器）也可能持续亮（如果PD1能够“看见”红外信号的话）。

现在想法把接收器放到一个适当的位置，使它无遮挡地“看到”发送器。大多数情况下，可以放到扶手上，邻近的咖啡桌上，甚至沙发背上。

现在，拧大音量控制，你就能够清楚地听到电视的声音。如果这样，联机结束，就可以使用了。