¡Extraer el sonido de la luz! Esta es la finalidad básica de este aparato que podrá ser utilizado de diversas maneras. Enfocando el cielo, podremos captar la luz de estrellas y convertirla en señales audibles. Apuntando hacia una linterna, podremos hacer comunicaciones a distancia usando su luz para eso. Para los lectores que necesitan un amplificador sensible a la luz este es un proyecto de interés.
¿Qué es un investigador óptico? Podemos fácilmente entender la finalidad de este aparato si comenzamos nuestras explicaciones por la naturaleza misma de la luz cuando se compara con la naturaleza de los sonidos.
Mientras que la luz es una vibración de radiofrecuencia (energía electromagnética, como las ondas de radio) de muy alta frecuencia, muy por encima de las usadas por radio, TV e incluso radar, el sonido consiste en vibraciones mecánicas, o sea, vibraciones de la propia materia y que, por lo tanto, necesitan un soporte material para su propagación.
Mientras que en el vacío la luz viaja a una velocidad en torno a 300 000 kilómetros por segundo, el sonido sólo puede propagarse en medios materiales y en velocidades mucho menores. En el aire su velocidad es del orden de sólo 340 metros por segundo.
De la misma manera que las ondas de radio pueden ser moduladas por un sonido para que pueda ser transmitido a distancia (como en la radio), también la luz se puede utilizar para este propósito.
Podemos modular un haz de luz y usarlo para transmitir mensajes a distancia.
Ya fue propuesto por Carl Sagan, y que publicamos en el artículo Foto conversor Astronómico, que podrían incluso existir civilizaciones extraterrenas capaces de modular enormes haces de láser y usarlos para la transmisión de mensajes a través del espacio. (figura 1)
Experimentalmente aquí mismo en tierra; el investigador óptico puede ser usado para detectar variaciones muy rápidas de la intensidad de una fuente luminosa, lo que sería una modulación, la cual se convertiría en un sonido audible en un altavoz.
El circuito propuesto es alimentado por 2 o 4 pilas y posee elevada sensibilidad.
FUNCIONAMIENTO
El principio de funcionamiento de este aparato puede ser analizado por el diagrama de bloques de la figura 2.
Comenzamos por el bloque de entrada que lleva el sensor. En el original sugerimos la utilización de cualquier fototransistor pero, en la práctica, a falta de este elemento se puede utilizar un 2N3055 sin la carcasa que se conectará del modo mostrado en la figura 3.
El 2N3055 por poseer una pastilla semiconductora de buenas dimensiones, cuando expuesta a la luz, se transforma en un sensible fototransistor.
Las variaciones de tensión entre el colector y el emisor del fototransistor, al recibir la señal de luz modulada en amplitud, son ampliadas por un transistor NPN de uso general antes de pasar por el control de volumen.
Después del control de volumen tenemos el amplificador final de potencia que es un integrado TBA820S que opera con tensiones a partir de 3V y proporciona excelente ganancia para excitar un altavoz común.
El altavoz utilizado será de 1ocm y 8 ohms de impedancia, determinando básicamente el tamaño de la caja en la que se alojará el aparato.
El único control que existe en este circuito es el de volumen, constituido por un potenciómetro de 100 k que también puede conjugar el interruptor general.
MONTAJE
Comenzamos por sugerir una cajita como muestra la figura 4.
En el frente del fototransistor, para hacer su operación con características direccionales de acuerdo con la finalidad propuesta, colocamos un tubo de cartón opaco.
Para mejorar su sensibilidad y aún hacer su acción más direccional (banda estrecha de captación), podemos añadir una lente convergente que quedará posicionada como muestra la figura 5.
La pastilla de material semiconductor sensible a la luz debe situarse en el foco de la lente.
La determinación del foco es relativamente simple: colocando la lente como muestra la figura 5, teniendo por encima una lámpara común accede (en el techo) y por debajo de una hoja de papel, buscamos la distancia en que la luz de la lámpara se proyecta en el papel con la menor dimensión y sea más concentrada.
La distancia que separa la lente del papel será la distancia focal.
En la figura 6 tenemos el diagrama del aparato completo.
El montaje deberá realizarse en una pequeña placa de circuito impreso cuyo diseño, en tamaño natural del lado de los componentes y del lado cubierto, se muestra en la figura 7.
Para obtener los componentes y realizar el montaje a la perfección, siga las siguientes recomendaciones:
- El integrado del tipo TBA8208 debe colocarse con cuidado en la placa y soldado rápidamente, evitando los esparcimientos:
- El fototransistor será conectado a la placa por dos hilos que no deben ser largos para no haber la captación de roncos. El colector del fototransistor se improvisa con 2N3055 es su carcasa;
- El transistor Q2 puede ser cualquier NPN de uso general como el original BC548 y sus equivalentes BC237, BC238 y BC547;
- Los resistores son todos de 1/8 o ¼ W y los capacitores más pequeños son cerámicos comunes. Los mayores son electrolíticos con tensión de trabajo a partir de 6 V;
- P1 es un potenciómetro con llave lineal o log, y el altavoz es de 8 ohms con 10 cm de diámetro aproximadamente;
- El soporte para 2 o 4 pilas debe, en la conexión, tener su polaridad observada con cuidado.
Terminando el montaje, la prueba de funcionamiento puede ser hecha de diversas formas,
PRUEBA Y USO
Coloque las pilas en el soporte y conecte la llave S1, colocando a continuación el potenciómetro P1 a la derecha en la posición de máxima sensibilidad;
A continuación, pasando la mano delante del fototransistor, como muestra la figura 8, o girando rápidamente un disco perforado, debe haber la producción de sonido en el altavoz.
Para utilizar el aparato basta apuntarlo a la fuente luminosa.
Si hay modulación debe haber la reproducción de sonido en el altavoz.
Si apuntamos a una lámpara incandescente común debe haber poco ronquido, o ninguno, debido a la inercia del filamento, pero si apunta a una fluorescente, el ronquido de 120 Hz será muy fuerte. Esto ocurre porque la lámpara fluorescente y modulada totalmente en la doble frecuencia de la red (se enciende una vez en cada semiciclo).
Como esta frecuencia está por encima de la percepción visual mínima (10 Hz) no lo percibimos, pero podemos oír con nuestro aparato.
Alimentando una lámpara fluorescente con un inversor que opere entre 500 y 2 000 Hz, tendremos un transmisor óptico que puede ser usado para la emisión de mensajes telegráficos. El receptor será este aparato, como se muestra en la figura 9.
En esta misma tenemos el circuito de un inversor que funciona con una lámpara fluorescente de 15 W (o mayor) y es alimentado por 12 V bajo corriente de al menos 500 mA.
El transformador es común de alimentación y el transistor puede ser el TIP41 o TlP31 montado en disipador de calor.
CI-1 - TBA820S - circuito integrado (amplificador)
Q1 - fototransistor (ver texto)
Q2 - BC548 - transistores NPN de uso general
P1 - 100 k - potenciómetro con llave (S1)
FTE - Altavoz de 8 ohms x 10 cm
B1 - 3 o 6 V - 2 o 4 pilas pequeñas
C1 - 220 nF - capacitor de cerámica (224)
C2 - 100 nF - capacitor de cerámica (204)
C3 - 4n7 - capacitor de cerámica
C4 - C7 - 100 uF - capacitor electrolítico
C5 - 47uF - capacitor electrolítico
C6 - 100 nF - capacitor de cerámica (104)
C8 - 100 pF - capacitor de cerámica
C9, C10 - 220 uF - capacitores electrolíticos
R1 - 47k x 1/8 W-resistor (amarillo, violeta, naranja)
R2 - 2M2 x 1/8 W - resistencia (rojo, rojo, verde)
R3 - 33k x 1/8 W - resistor (naranja, naranja, naranja)
R4 - 180 R x 1/8 W - resistor (marrón, gris, marrón)
R5 - 56R x 1/8 W - resistor (verde, azul, negro)
Varios: placa de circuito impreso, caja para montaje, soporte para pilas, hilos, soldadura, lente, tubo de cartón, botón para P1, etc.