光發(fā)射與光接收電路設(shè)計

1、一、設(shè)計題目數(shù)字信號發(fā)生和數(shù)字光發(fā)射/光接收電路設(shè)計二、設(shè)計要求本設(shè)計要求對數(shù)字光信號進行發(fā)射和接收兩部分的設(shè)計。要求發(fā)射電路能達到一定的信噪比，并要求發(fā)射信號有較高的消光比（大于50%）。整個電路工作在2mhz的頻率左右，要求系統(tǒng)有較好的幅頻響應(yīng)。三、分析設(shè)計 工作原理：數(shù)字信號0、1，對應(yīng)的電信號為高電平和低電平，可通過led將電信號轉(zhuǎn)換成光信號，將信號發(fā)出，數(shù)字信號體現(xiàn)在光強度的強弱變化上，完成數(shù)字光信號的發(fā)射。接收端可用pin將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，由于轉(zhuǎn)換成的電信號幅度較小，所以接收端應(yīng)該做成一個放大電路，將有用的電信號提取放大，完成光信號的接收。數(shù)字信號的產(chǎn)生可由信號發(fā)生器產(chǎn)生，即可

2、產(chǎn)生0、1數(shù)字信號。接受端檢測信號用示波器顯示。 模塊分解： 1.發(fā)射電路：（其中r3代替led） 2.接收電路：（v1為模擬pin，r5上的信號輸出，為最終觀察信號） 功能設(shè)計： 發(fā)射電路通過信號源輸入數(shù)字信號，信號到達led，通過led完成電光轉(zhuǎn)換，把數(shù)字電信號轉(zhuǎn)換為光信號，而光的強弱分別表示數(shù)字信號的1、0；接受電路通過pin將發(fā)射電路產(chǎn)生的光信號接受，并且將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字電信號，隨后經(jīng)過接受電路的放大部分將有用的數(shù)字信號提取放大，并在示波器上顯示出來。其中數(shù)字信號頻率要求在2m左右。 元件參數(shù)： 1.信號發(fā)生器； 2.示波器； 3.直流電源； 4.面包版； 5.三極管（9018 2只）；

3、 6.電阻若干； 7.電容若干； 8.導(dǎo)線若干； 9.led； 10.pin。四、實驗調(diào)試1、光信號發(fā)射電路部分： 圖1為數(shù)字光信號的發(fā)射電路。從圖中可知，信號源用的是峰峰值為1v頻率為2mhz的矩形波。電阻r5為三極管的b極加偏置，使三極管工作在合適的區(qū)域內(nèi)。r6代替led進行仿真實驗，r3分直流入地，使得r6上的直流分量不要太高，從而達到較好的消光比。電容c2要求相當(dāng)小用以濾除電路中的高頻成分。這個電路仿真下來的波形如圖2所示圖中綠色波形為輸出信號，紅色波形是參考的輸入信號。由圖2可以看出信號幅度和頻率基本沒什么變化，消光比大約在50%左右。由圖又可以看出經(jīng)過led的直流電流約為110mv

4、左右，符合要求。 圖1圖22、 光信號接收電路部分接收部分同樣用三極管搭建電路，如圖3所示。由于pin的輸出信號相當(dāng)弱，所以我們用一個5mv的電壓源代替，信號仍然近似為2mhz的矩形波。電容c1、c4用以隔直流。c2引高頻信號入地，降低電路中的噪聲影響。電阻r1、r4提供偏置，這里，偏置使三極管工作在截止區(qū)，這樣有利于對數(shù)字信號的放大和接收。這個電路的仿真結(jié)果如圖4所示。同樣，綠色波形為輸出。由圖可以看出輸出有反相，這是因為電路是共發(fā)射集的。標(biāo)尺測出數(shù)據(jù)顯示在輸入為5mv的時候，信號被放大了50多倍。在實際操作中，這個增益并不是恒定的。因為電路工作在截止區(qū)，使得電路在小信號輸入時增益較高，大信

5、號輸入時增益較小。接受和發(fā)射電路的仿真結(jié)果都可以使電路工作在2mhz的高頻率上，但這只是軟件仿真的結(jié)果，實際操作中會發(fā)現(xiàn)，情況并沒有這么理想，盡管仿真均采用的實際器件。圖3圖4主要出現(xiàn)的問題與解決方法： 1.理論仿真的結(jié)果與實際連接的電路結(jié)果有較大的差距；最終改進電路，調(diào)整元件參數(shù)來達到要求。 2.連入led和pin后電路信號的頻率達不到2m，而只有400k左右；老師講解使我們明白原因：接受電路參數(shù)不匹配。 3.實際搭電路過程中出現(xiàn)許多問題；通過耐心調(diào)試、檢查，解決了這些問題。五、設(shè)計結(jié)果電路仿真過程完成后，即開始了硬件實現(xiàn)過程。這個過程是相當(dāng)重要的，它直接檢驗電路設(shè)計的是否合理，并要求我們在

6、實踐過程中解決問題。按照仿真電路搭建完硬件電路后，用示波器測試，修改了部分參數(shù)得到了以下結(jié)果。1、 對于發(fā)射電路，萬用表測出的電路靜態(tài)工作點為：vb=1.20v,vc=3.76v,ve=0.40v。動態(tài)工作參數(shù)（有效值）為：vb=0.77v,vc=3.06v,ve=0.25v。2、 對于接收電路，萬用表測出的電路靜態(tài)工作點為：vb=3.25v,vc=3.34v,ve=2.53v。動態(tài)工作參數(shù)（有效值）為：vb=3.02v,vc=3.53v,ve=2.31v。 3、以上結(jié)果是各部分電路單獨工作時的參數(shù)，接上光器件led和pin后，將將部分電路連接在一起，測試整個系統(tǒng)的幅頻響應(yīng)，和led輸出的光功

7、率值。其中用光功率計測出led的功率值是-17.25 dbm,即18.7 µw。此時led上的電壓峰峰值為358mv，直流分量為183mv，所以流過led的直流電流成分為18.3ma，這個值基本上處在led的p-i特性曲線的線性區(qū)內(nèi)，但是還不夠理想。系統(tǒng)的幅頻響應(yīng)可用下表列出：頻率輸出輸入0.511.525002.32.322.342.368k2.162.182.182.18400k2.10(失真）2.202.302.32表中頻率單位為：hz 電壓單位為：vpp輸出的波形： （1）500hz時的波形： （2）8k時的波形： （3）400k時的波形：現(xiàn)分析一下表中數(shù)據(jù)。當(dāng)電路工作在8k

8、的頻段時，輸出有較好的幅度響應(yīng)，整個電路在500400k這個頻率范圍內(nèi)工作都比較正常，所以這個電路的帶寬約為400k，離老師要求的2m有較大差距。另外輸出信號幅值隨輸入信號幅值的增大而增大，但是增幅不明顯。6、 心得體會本次課程設(shè)計要求完成一套數(shù)字光發(fā)射，光接受電路。并且要求數(shù)字信號的頻率在2m左右。所應(yīng)用的知識是模電的知識。開始設(shè)計之前，我們小組參考并查閱了網(wǎng)上的相關(guān)技術(shù)資料以及l(fā)ed和pin的工作特性參數(shù),而led與pin也是我們這學(xué)期光電子學(xué)和光纖通信里面的內(nèi)容。我們認(rèn)真的設(shè)計電路，并調(diào)整電路各個器件的參數(shù)，來達到要求。可是在電腦上面仿真的結(jié)果和實際電路存在著很大差距，在電腦上面仿真的近乎完美的電路，實際搭起來卻得不到理想的結(jié)果，而且存在很大的差距。實際 可得到的器件并不是很理想，許多參數(shù)的器件都沒有，我們只好拿其他器件近似，這也是造成實際電路不理想的一方面原因。搭建好的實際電路存在著噪聲和失真，我們只能調(diào)整電路，改變里面器件的參數(shù)來達到更好的效果。好不容易搭建好了實際的電路，并且參數(shù)也基本符合要求了，可是等到老師給我們上實際的led和pin器件后，信號的頻率又掉了下來，只能最大達到400k，這與要求有很大