音頻信號(hào)光纖傳輸技術(shù)

1、陳國(guó)杰Email： 了解音頻信號(hào)光纖傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)了解音頻信號(hào)光纖傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)熟悉半導(dǎo)體電光熟悉半導(dǎo)體電光/光電器件的基本性能及主要光電器件的基本性能及主要特性的測(cè)試方法特性的測(cè)試方法學(xué)習(xí)音頻信號(hào)光纖傳輸系統(tǒng)的調(diào)試技能學(xué)習(xí)音頻信號(hào)光纖傳輸系統(tǒng)的調(diào)試技能 音頻信號(hào)光波調(diào)幅發(fā)送光接收解調(diào) 音頻信號(hào)光纖光纖光纖光纖: : 常用光纖是由各種導(dǎo)光材料做成的纖維絲常用光纖是由各種導(dǎo)光材料做成的纖維絲，有石英光纖、玻璃光纖和塑料光纖等多種。，有石英光纖、玻璃光纖和塑料光纖等多種。動(dòng)畫動(dòng)畫光纖光纖結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu): : 分兩層分兩層, ,內(nèi)層為纖芯，外層稱包層，芯內(nèi)層為纖芯，外層稱包層，芯的折射率略大于包層，利用光

2、在內(nèi)芯的折射或在芯的折射率略大于包層，利用光在內(nèi)芯的折射或在芯與包層界面上的全反射實(shí)現(xiàn)光的傳播。光波可通過與包層界面上的全反射實(shí)現(xiàn)光的傳播。光波可通過全反射從光纖的一端傳輸?shù)搅硪欢恕Ｈ瓷鋸墓饫w的一端傳輸?shù)搅硪欢?。信?hào)源信號(hào)源w2RbELED+BG1SPD-Rf功放電路功放電路光電轉(zhuǎn)換及光電轉(zhuǎn)換及I/V變換電路變換電路傳輸光纖傳輸光纖光信號(hào)發(fā)送器光信號(hào)發(fā)送器光信號(hào)接收器光信號(hào)接收器要保證接收信號(hào)與發(fā)送信號(hào)一樣要保證接收信號(hào)與發(fā)送信號(hào)一樣( (不失真不失真) )，要求各，要求各種傳輸變換（光種傳輸變換（光/ /電和電電和電/ /光）都必須是線性變換。光）都必須是線性變換。對(duì)于語(yǔ)音信號(hào)，頻譜在對(duì)于

3、語(yǔ)音信號(hào)，頻譜在3003400Hz3003400Hz范圍范圍. .整個(gè)系統(tǒng)整個(gè)系統(tǒng)的幅頻特性主要決定于發(fā)送器和接收器。的幅頻特性主要決定于發(fā)送器和接收器。LEDLED作用：作用：電電/ /光轉(zhuǎn)換光轉(zhuǎn)換IDP電光特性曲線IDPLEDLED的發(fā)光中心波長(zhǎng)的發(fā)光中心波長(zhǎng)選擇要與選擇要與光纖的光纖的低損耗傳輸波長(zhǎng)低損耗傳輸波長(zhǎng)以及以及SPDSPD的峰值響應(yīng)波的峰值響應(yīng)波長(zhǎng)長(zhǎng)相適應(yīng)。相適應(yīng)。光纖通信常用光纖通信常用LEDLED的發(fā)光中心波的發(fā)光中心波長(zhǎng)為：長(zhǎng)為：0.850.85mm、1.3m1.3m、1.6m1.6m. .本實(shí)驗(yàn)采用本實(shí)驗(yàn)采用中心波長(zhǎng)中心波長(zhǎng)0.850.85mm的的CaAsCaAs半導(dǎo)體

4、發(fā)光二極管半導(dǎo)體發(fā)光二極管. .LEDLED的出纖光功率的出纖光功率PoPo與驅(qū)動(dòng)電流與驅(qū)動(dòng)電流I ID D的的關(guān)系稱為關(guān)系稱為電光特性電光特性（Po-IPo-ID D）。P P I ID.D.LEDLED為非線性元件。為避免失真，為非線性元件。為避免失真，LEDLED的偏置電流要合適。的偏置電流要合適。圖5-31-3 LED信號(hào)調(diào)制輸出最大調(diào)制幅度最大調(diào)制幅度光功率P0ID-P0曲線偏置電流ID偏置電流過大，出現(xiàn)飽和失真偏置電流過大，出現(xiàn)飽和失真偏置電流過小，出現(xiàn)截止失真偏置電流過小，出現(xiàn)截止失真LED無(wú)失真時(shí)的調(diào)制輸出信號(hào)無(wú)失真時(shí)的調(diào)制輸出信號(hào)無(wú)失真時(shí)的偏置電流無(wú)失真時(shí)的偏置電流It時(shí)間動(dòng)

5、畫動(dòng)畫偏置電流偏置電流I ID D太大，飽和失真；太大，飽和失真；I ID D太小，太小，截止失真。截止失真。偏置電流一般在曲線中點(diǎn)。偏置電流一般在曲線中點(diǎn)。驅(qū)動(dòng)電路：驅(qū)動(dòng)電路：BGBG1 1放大器。放大器。光波光波調(diào)制光波調(diào)制光波LEDLED的驅(qū)動(dòng)和調(diào)制電路的驅(qū)動(dòng)和調(diào)制電路+-Rew2Rb+EcLEDBG1+mAR1R4C4C1C2w1R2R3C3IC14.7mF2000pF30kW30kW1kW1kW傳輸光纖+W W1 1 ：調(diào)節(jié)音頻信號(hào)的幅度。：調(diào)節(jié)音頻信號(hào)的幅度。W W2 2：調(diào)節(jié)：調(diào)節(jié)LEDLED偏置電流在偏置電流在0 08080mAmA變化。變化。SPDSPD響應(yīng)度響應(yīng)度R R：

6、0.250.250.5mA/mW0.5mA/mW。光電轉(zhuǎn)換電路的輸出電壓：光電轉(zhuǎn)換電路的輸出電壓：V VO O=I=IO OR Rf f. .00PIR 光信號(hào)接收器的電路原理圖光信號(hào)接收器的電路原理圖IC2IC3實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)儀器YOF-BYOF-B型音頻信號(hào)光纖傳輸技術(shù)實(shí)驗(yàn)儀；低頻函數(shù)信號(hào)發(fā)生型音頻信號(hào)光纖傳輸技術(shù)實(shí)驗(yàn)儀；低頻函數(shù)信號(hào)發(fā)生器；雙蹤示波器；數(shù)字萬(wàn)用表；小型便攜式收錄機(jī)器；雙蹤示波器；數(shù)字萬(wàn)用表；小型便攜式收錄機(jī) ；外接；外接小音箱小音箱 ；信號(hào)線導(dǎo)線若干。；信號(hào)線導(dǎo)線若干。光纖光纖光探頭光探頭1LEDLED的電光轉(zhuǎn)換特性的測(cè)定的電光轉(zhuǎn)換特性的測(cè)定繪出繪出LEDLED電光特性電光

7、特性P P0 0I ID D曲線曲線調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)W W1,1,LEDLED偏置電流偏置電流I ID D從從0.00 mA0.00 mA22.00mA22.00mA，步長(zhǎng)步長(zhǎng) 2.00mA2.00mA。w22.LED2.LED偏置電流與輸出波形無(wú)失真最大調(diào)制幅度關(guān)系的測(cè)定偏置電流與輸出波形無(wú)失真最大調(diào)制幅度關(guān)系的測(cè)定E ERbW2光電轉(zhuǎn)換及光電轉(zhuǎn)換及I/UI/U變換電路變換電路-+IC2RfVo信號(hào)源信號(hào)源i放大W1示波示波器器用低頻函數(shù)信號(hào)發(fā)生器作信號(hào)源（頻率為用低頻函數(shù)信號(hào)發(fā)生器作信號(hào)源（頻率為1KHz1KHz的正弦波），的正弦波），在在LEDLED偏置電流為偏置電流為2020mAmA30mA3

8、0mA40mA40mA等各種情況下，調(diào)節(jié)等各種情況下，調(diào)節(jié)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出幅度旋鈕，用示波器測(cè)量無(wú)畸變時(shí)最函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出幅度旋鈕，用示波器測(cè)量無(wú)畸變時(shí)最大調(diào)制幅度大調(diào)制幅度V V0pp。3.3.硅光電二極管光電特性及響應(yīng)度的測(cè)定硅光電二極管光電特性及響應(yīng)度的測(cè)定 數(shù)據(jù)記錄表格（參考）數(shù)據(jù)記錄表格（參考）LEDLED偏置電流偏置電流I I從從0.00 0.00 mAmA22.00mA22.00mA，步長(zhǎng)，步長(zhǎng) 2.00 2.00 mAmA, ,用示波器用示波器（或（或數(shù)字毫電壓）數(shù)字毫電壓）測(cè)光電轉(zhuǎn)換輸出電壓測(cè)光電轉(zhuǎn)換輸出電壓V Vo o。4.4.語(yǔ)音信號(hào)的傳輸語(yǔ)音信號(hào)的傳輸 開啟隨身聽，

9、在保持偏置電流不大于開啟隨身聽，在保持偏置電流不大于5050mAmA的情況下，根的情況下，根據(jù)實(shí)驗(yàn)情況適當(dāng)調(diào)節(jié)發(fā)送器一側(cè)的輸入信號(hào)幅度、據(jù)實(shí)驗(yàn)情況適當(dāng)調(diào)節(jié)發(fā)送器一側(cè)的輸入信號(hào)幅度、LEDLED的的偏置電流或接收器前面板的偏置電流或接收器前面板的“功放增益調(diào)節(jié)（功放增益調(diào)節(jié)（w wnfnf）”旋旋鈕。鈕。觀察其產(chǎn)生的效果，并用示波器觀察輸入和輸出波形的變觀察其產(chǎn)生的效果，并用示波器觀察輸入和輸出波形的變化。化。1.1.實(shí)驗(yàn)前，實(shí)驗(yàn)前，電位器電位器W1W1和和W2W2逆時(shí)針旋到最小。逆時(shí)針旋到最小。2. .未加入交流信號(hào)時(shí)，未加入交流信號(hào)時(shí)，LEDLED的直流偏置的直流偏置電流最大不超過電流最大不超過5050mAmA。3. 3. 加入交流信號(hào)時(shí)，加入交流信號(hào)時(shí)，W1W1由最小開始由最小開始調(diào)節(jié)。要保證信號(hào)調(diào)節(jié)。要保證信號(hào)峰峰值小于峰峰值小于2020mVmV，否則燒毀實(shí)驗(yàn)器件。否則燒毀實(shí)驗(yàn)