光纖傳輸語音電路設(shè)計

1、東 北 石 油 大 學課 程 設(shè) 計課 程 光電檢測技術(shù) 題 目 光纖傳輸語音電路設(shè)計 院 系 電子科學學院 專業(yè)班級 學生姓名 學生學號 指導教師 2015年3月13日東北石油大學課程設(shè)計任務(wù)書課程 光電檢測技術(shù)題目 光纖傳輸語音電路設(shè)計專業(yè) 電子科學與技術(shù) 姓名 學號 主要內(nèi)容： 應(yīng)用集成電路、光敏二極管、三極管，設(shè)計光電發(fā)射與接收電路，光纖傳輸語音信號的功能?；疽螅?） 設(shè)計光纖傳輸語音信號的框圖。2） 設(shè)計光信號發(fā)射電路及光信號接收電路。3） 傳輸距離200米左右。4） 調(diào)試安裝。5） 完成課程設(shè)計總結(jié)報告。主要參考資料：1）李芳健編著.光纖通信相關(guān)技術(shù)M.北京：機械工業(yè)出版社,

2、2010.11.2) 雷御堂編著，光電信息技術(shù)M.北京：電子工業(yè)出版社. 2006.4.3) 黃繼昌等編著.檢測專用集成電路及應(yīng)用M. 北京：人民郵電出版社，2006.10.完成期限 2015.3.92015.3.13 指導教師 專業(yè)負責人 2015年3月6日第1章 概述1.1 選題背景光電檢測技術(shù)是一種非接觸測量的高新技術(shù)。它主要利用電子技術(shù)對光學信號進行檢測，并進一步傳遞、儲存、控制、計算和顯示。光電檢測技術(shù)通過光學系統(tǒng)把待檢測的非電量信息變換成為便于接受的光學信息，然后用光電探測器件將光學信息量變換成電量，并進一步經(jīng)過電路放大、處理，以達到電信號輸出的目的。然后采用電子學、信息論、計算機

3、及物理學等方法分析噪聲產(chǎn)生的原因和規(guī)律，以便于進行相應(yīng)的電路改進，更好地研究被噪聲淹沒的微弱有用信號的特點與相關(guān)性，從而了解非電量的狀態(tài)。微弱信號檢測的目的是從強噪聲中提取有用信號，同時提高檢測系統(tǒng)輸出信號的信噪比。光纖傳輸，即以光線為介質(zhì)進行傳輸。光纖，不僅可用來傳輸模擬信號和數(shù)字信號，而且可以滿足視頻傳輸?shù)男枨?。其?shù)據(jù)傳輸率能達幾千Mbps。如果在不使用中繼器的情況下，傳輸范圍能達到6-8km。1.2 發(fā)展前景光纖通信技術(shù)應(yīng)用迅速增長，自1977年光纖系統(tǒng)首次商用安裝以來，電話公司就開始使用光纖鏈路替代舊的銅線系統(tǒng)。今天的許多電話公司，在他們的系統(tǒng)中全面使用光纖作為干線結(jié)構(gòu)和作為城市電話系

4、統(tǒng)之間的長距離連接。提供商已開始用光纖/銅軸混合線路進行試驗。這種混合線路允許在領(lǐng)域之間集成光纖和同軸電纜，這種被稱為節(jié)點的位置，提供將光脈沖轉(zhuǎn)換為電信號的光接收機，然后信號再經(jīng)過同軸電纜被傳送到各個家庭。近年來，作為一種通信信號傳輸?shù)那‘斒侄?，光纖穩(wěn)步替代銅線是顯而易見的，這些光纜在本地電話系統(tǒng)之間跨越很長的距離并為許多網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)提供干線連接。光纖是一種采用玻璃作為波導，以光的形式將信息從一端傳送到另一端的技術(shù)。今天的低損耗玻璃光纖相對于早期發(fā)展的傳輸介質(zhì)，幾乎不受帶寬限制并具有獨一無二的優(yōu)勢，點到點的光學傳輸系統(tǒng)由三個基本部分構(gòu)成：產(chǎn)生光信號的光發(fā)送機、攜帶光信號的光纜和接收光信號的光接收機

5、。光纖傳輸設(shè)備傳輸方式可簡單的分成：多模光纖傳輸設(shè)備和單模光纖傳輸設(shè)備。光纜傳輸?shù)膶崿F(xiàn)與發(fā)展形成了它的幾個優(yōu)點。相對于銅線每秒1.54MHz的速率，光纖網(wǎng)絡(luò)的運行速率達到了每秒2.5GB。從帶寬看，很大的優(yōu)勢是：光纖具有較大的信息容量，這意味這能夠使用尺寸很小的電纜，將來就不用更新或者增強傳輸光纜中信號。傳輸過程是由發(fā)光二極管LED或注入型激光二極管ILD發(fā)出光信號沿光媒體傳播，在另一端則有PIN或APD光電二極管作為檢波器接收信號。對光載波的調(diào)制為移幅鍵控法，又稱亮度調(diào)制（Intensity Modulation）。典型的做法是在給定的頻率下，以光的出現(xiàn)和消失來表示兩個二進制數(shù)字。發(fā)光二極管

6、LED和注入型激光二極管ILD的信號都可以用這種方法調(diào)制，PIN和ILD檢波器直接響應(yīng)亮度調(diào)制。第2章光纖傳輸語音設(shè)計原理2.1 光電檢測電路整體設(shè)計此電路可以通過1mm塑料光纜傳送語音。發(fā)射器電路板(KIT26 T)上有一個話筒和調(diào)制LED發(fā)光的線路。LED裝在塑料殼中以便于連接FO光纜進行發(fā)送。在接收器(KIT26 R)板上有光電接收器、揚聲器及用于將檢測到的光信號變?yōu)殡娦盘枴⒎糯蟛⑶肄D(zhuǎn)換為聲波的電路。語音信號以光波形式在光纜內(nèi)傳輸、不受任何電場和磁場的影響。傳輸距離遠，抗干擾能力強。每個電路板需要一個9V電池，但連續(xù)使用時建議使用整流電源。裝置中安裝有4.3m直徑1mm的塑料光纜。此線路

7、能很好地傳送信號通過183m光纜。注意：這里使用的塑料光纜不是1m的玻璃光纜，使用玻璃光纜可以在更遠的距離(約32km)內(nèi)通信。而塑料光纜實驗應(yīng)用十分方便，而且在電子噪聲環(huán)境中進行短距離通信有明顯的抗干擾效果。此電路組裝在單面印制線路。2.2 工作電路框圖設(shè)計根據(jù)設(shè)計任務(wù)要求做出如圖2.1的電路框圖電流放大聲電轉(zhuǎn)換電光轉(zhuǎn)換MIC聲音輸入揚聲輸出光纜傳輸光電轉(zhuǎn)換電流放大電聲轉(zhuǎn)換光接收器圖2.1 工作電路框圖音頻信號最初是聲波，由發(fā)送器的電子麥克風轉(zhuǎn)換為電信號。此信號由LM358組成的音頻放大器放大，并且借助于一個單獨的晶體管控制LED的端電壓，將電信號轉(zhuǎn)換為光信號。光信號送入塑料光纜。在光纜的另

8、一端，光信號照射到接收器的光電管上。光電管再將其轉(zhuǎn)換為電信號。此信號被放大并送人揚聲器轉(zhuǎn)換為聲波。2.3 元器件的選擇2.3.1 LM358集成電路LM358集成電路IC內(nèi)部包括有兩個獨立的、高增益、內(nèi)部頻率補償?shù)碾p運算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關(guān)。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合。LM358 的封裝形式有塑封8引線雙列直插式、貼片式和圓形金屬殼封裝等。2.3.2 晶體三極管在該制作時用了一個很重要的光電器件晶體三極管。晶體三極管的作用主要是電流放大，他是電子

9、電路的核心元件，現(xiàn)在的大規(guī)模集成電路的基本組成部分也就是晶體三極管。三極管基本機構(gòu)是在一塊半導體基片上制作兩個相距很近的PN結(jié)，兩個PN結(jié)把半導體分成三部分，中間部分是基區(qū)，兩側(cè)部分是發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，排列方式有PNP和NPN兩種， 從三個區(qū)引出相應(yīng)的電極，分別為基極b發(fā)射極e和集電極c。發(fā)射區(qū)和基區(qū)之間的PN結(jié)叫發(fā)射結(jié)，集電區(qū)和基區(qū)之間的PN結(jié)叫集電極?；鶇^(qū)很薄，而發(fā)射區(qū)較厚，雜質(zhì)濃度大，PNP型三極管發(fā)射區(qū)發(fā)射的是空穴，其移動方向與電流方向一致，故發(fā)射極箭頭向里；NPN型三極管發(fā)射區(qū)發(fā)射的是自由電子，其移動方向與電流方向相反，故發(fā)射極箭頭向外。發(fā)射極箭頭向外。發(fā)射極箭頭指向也是PN結(jié)在正向電

10、壓下的導通方向。硅晶體三極管和鍺晶體三極管都有PNP型和NPN型兩種類型。2.3.3 光電檢測器光檢測器的主要功能是將光信號轉(zhuǎn)換為電信號。它是現(xiàn)代光纖通信系統(tǒng)中的重要部件。目前光纖通信系統(tǒng)中使用的光檢測器主要是移相開關(guān)二極管，即PIN二極管。PIN二極管對低頻信號具有整流作用，而對高頻信號，卻只有阻抗作用。阻抗值的大小決定于中間層。當中間層為正偏時，因為有載流子注入中間層，器件呈低阻；而不中間層處于零偏或反偏時，器件呈高阻。從而可以用于信息的檢測。光檢測器除了用PIN二極管外，還可用雪崩光電二極管，它們的工作原理大致相同。第3章 光電信號放大電路設(shè)計3.1 根據(jù)設(shè)計要求設(shè)計給出發(fā)射器整體電路圖

11、圖3.1 發(fā)射器電路圖音頻信號最初是聲波，由發(fā)射器的電子麥克風轉(zhuǎn)換為電信號。此信號由LM358組成的音頻放大器放大，并且借助于一個單獨的晶體管控制LED的端電壓將電信號轉(zhuǎn)換為光信號。光信號送入塑料光纜。在光纜的另一端，光信號照射到接收器的光電管上。光電管再將其轉(zhuǎn)換成為電信號。此信號被放大并送入揚聲器轉(zhuǎn)換為聲波。3.2 根據(jù)設(shè)計要求設(shè)計給出接射器整體電路圖圖3.2 接收器電路圖如果不能工作，焊接質(zhì)量差是電路不工作的最常見的原因。首先在明亮的光線下仔細檢查所有焊點，其次查看所有元件（包括IC和電解電容器）是否在PCB板的正確位置。最后，用萬用表檢查各器件的電壓。再檢查是否正確地處理了光纜的端頭，并

12、且正確地插入了發(fā)送器的LED和接收器中。第4章 安裝與調(diào)試4.1 元器件的選擇發(fā)射器元器件選擇：IC1選用LM358集成電路。VQ1選用晶體三極管。C1選用0.1F單體電容。VD選用IF-E96光電發(fā)射器(藍底粉紅點)。其他元器件如圖所示。接收器元器件選擇：VT選用IF-D93光電檢測器(黑底紅點)。C2、C3、CA、C6均選用0.1F單體電容。其他元器件如圖所示。4.2 元器件的調(diào)試首先檢查元件，特別要確認電阻的標識正確。光纖（FO）發(fā)射器和檢測器的外觀非常相似，檢測器安裝到接收板上，在黑色外殼上用紅色標識；發(fā)射器安裝到發(fā)送板上，在藍色外殼上用粉紅點標識。因兩個板子的元件混裝在一起，制作時要

13、對照原理圖識別元件，然后裝到板上。通常首先安裝高度最低的元件（如電阻）。電子話筒必須將引腳與連接負極的金屬外殼相連（即電路的地或0電平）。發(fā)送電路板德爾MIC上標有-標記。確認電解電容器以正確的方向插入。為了得到最佳發(fā)送效果，要保證光纜的端面垂直，可以用不同的平面角度來試驗。你將發(fā)現(xiàn)LED給出的信號相當強，以至于最壞的切割方式，也能在所提供的4.3m光纜上得到好的接收效果。但要在183m以上距離的傳輸中得到好的接收效果，光纜末端必須很好地處理。 設(shè)備組裝好后將9V電源接到發(fā)送器上，此時在LED的塑料外殼上能見到紅色光線。如果看不到，可能是光電發(fā)送器和接收器弄混了。接收器連接電源后揚聲器將發(fā)出噪

14、聲。調(diào)小音量，把發(fā)射器放在靠近收音機或電視機的房間，確認光纜沒有死環(huán)或扭結(jié)，光纜不能彎折得太厲害，曲率半徑要保持在2cm以上。在接收端（FO光纜的末端）應(yīng)看到從發(fā)送器送來的紅色光線在接收器的前面閃動。能聽到另一個房間里由發(fā)送器拾取的聲音。將光纜壓入接收器，擰緊螺母，就能聽到非常清楚的聲音。第5章 總結(jié)本次光纖傳輸語音電路設(shè)計是一次綜合性很強的電路設(shè)計實踐，學會了集成電路的設(shè)計、光電檢測器的使用和晶體三極管的應(yīng)用原理。本次設(shè)計的過程主要是經(jīng)過聲音接收裝置、聲電轉(zhuǎn)換裝置和光纖傳輸將聲音進行遠程的傳輸。通過這次的學習讓我學會了聲音傳輸?shù)脑砗腿绾芜M行自主網(wǎng)上和書籍中尋找需要的知識的技巧。與此同時我學

15、到了很多東西，不僅有學習方面的，更學到了很多做人的道理，對我來說受益非淺。這對我今后踏入新的工作崗位是非常有益的。除此以外，我還學會了如何更好地與別人溝通，如何更好地去陳述自己的觀點，如何說服別人認同自己的觀點。相信這些寶貴的經(jīng)驗會成為我今后成功的最重要的基石。實習是每一個大學畢業(yè)生必須擁有的一段經(jīng)歷，它使我們在實踐中了解社會，讓我們學到了很多在課堂上根本就學不到的知識，也打開了視野，增長了見識，為今后的學習生活打下見識的基礎(chǔ)。參考文獻 1肖景和編著，集成運算放大器應(yīng)用精粹M. 北京：人民郵電出版社，2006.11 2陳振官等編著，光電子電路制作實例M.北京：國防工業(yè)出版社2006.4. 3黃繼昌等編著，檢測專用集成電路及應(yīng)用M. 北京：人民郵電出版社，2006.10. 4閻石，數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)M.北京:高等教育出版社2006.5 5張永林等編著,光電子技術(shù)M.高等教育出版社.2005.5東北石油大學課程設(shè)計成績評價表課程名稱光電檢測技術(shù)