光功率计设计

专业课程设计报告

一、设计题目：

光功率计的制作

二、设计要求：

1．利用LD激光二极管作为光源，设计电路测其光功率值大小

2．用数码管显示数值

3．根据数码管显示数值，通过分析，计算光功率值

4．分析实验中存在误差，尽量的克服和消除。

5．记录实验数据，与LD激光二极管光功率真实值大小对照并分析误差等

6．书写实习报告等

三、分析设计

1：光功率计设计分析过程：

(a) LD激光二极管发出光信号通过光电接收器（PIN）转化为电信号（电流）。

其中光功率P与电流I存在如下关系：

I=RP （R光电检测器的响应度，P为LD输出光功率值）

（b）使用LD,由于光检测器（PIN）形成的是小信号电流，所以必须设计放大电路对小信号进行放大，以达到模数转换芯片所能正常工作所需电压幅值的要求.由于此实验只用到+5v直流电压，对于直流信号只需加电阻放大即可。

(c) 把此电压U的正负两端分别与数码管的31，30管脚相连，经过ICL7107A/D模数转换，用数码管将放大的电压电信号显示出来。(d) 当光信号发生变化时，数码管所显示的数值随放大电路参数的改变而成比例变化，即设计基本正确；数码管所显示的电压值就是此时输入的光功率值的代换值。

即:P=U/（R1*R）其中R：光电检测器响应度

2:光功率计的设计思想:

测量光功率是光纤通信测量一个重要步骤，测量光功率有热学法和光电法和其他的特殊方法。由于我们所学知识的限制，我们通过自己所熟悉的光电法来实现功率计的制作。

光电法就是用光电检测器检测光功率，设计中使用PIN光电二极管作为光电检测器。实质上是测量PIN在受光辐射后产生的微弱电流，根据光功率P与PIN生成电流I的关系式;

I=RP

此电流与入射到光敏面上的光功率成正比，R为光电检测器的响应度。检测到的电流经过I/V变换，波长矫正后，再经过A/D转换模块，把模

拟的电信号转化成数字信号通过数码管显示出来。因此，光功率计实际上是光电检测器PIN 、I/V 变换、 A/D 转换电路、数字显示电路这四个模块的结合。 3:设计图形模块:

4：所需器件:

LD 激光二极管-------------------------1个 共阴极数码管--------------------------------4个 电路板--------------------------------1个 直流稳压电源--------------------------1个 万用表--------------------------------1个 电容0.22UF,0.47UF,100PF,0.1UF------各1个

电阻1M,100K,47K,24K,3个1K,2个7.5K,2个470ohm,2个24ohm,10ohm ，240ohm, 200ohm ，1k,470ohm-------各1个

导线----------------------------------若干 钳子,镊子----------------------------------1把

5：元件参数:

PIN （型号：PDDM981）技术指标：

光敏面直径：60um 光谱响应范围：1.1~1.6um 响应度（波长

I-V 变换

波长选择

A-D 变换

数字 显示

被测光 PIN

=1.3um）：0.94A/W

工作电压：-5V 暗电流（-5V）：〈=1nA 结电容（-5V）：〈1pF 上升时间：〈0.5ns 下降时间：〈0.5ns 工作温度：-20~+70摄氏度

6：模块设计:

（1）放大电路模块

1:.直流放大电路：

此图为直流放大电路的截图，通过调节R1的值可以使电流转化为电压并放大到相应的倍数。

左侧为小信号电流输入端

右侧为放大电压电压输出端

（2）模数转换模块，利用模数转换芯片ICL7107将电信号转换成数字信号直接驱动发光二极管LED数码管显示，具体电路图如下：

ICL7107A/D部分的电路图

(3)光模块部分

（1）光源LD激光二极管

（2）光电接收模块（PIN），接受光源并使之变成小的电信号；

注:光部分的两个模块由老师在检测时直接加上.无须自己再设计

四、实验调试结果:

1．功率计的核心是对检测电流经转化后电压的放大，使之适合在A/D 转化器上转化成数字信号并放大.

2．但是由于放大对直流来说仅用足值的电阻串联可一并实现电流向电压的转化，和小信号的直接放大，因此在实际的设计过程中的光功率计的决定性部分是转化为模数转换芯片的正确应用和调试。

调试过程及问题的解决

（1）芯片ICL7107需要自己熟悉其模数转化原理及各管脚的接入情况。

（2）在直流电源上自制负电源接入26脚。

（3）测试数码管的共极情况（我们用共阴极的）。因为仿真用的数码管是共阳极的，而提供的是共阴极的，所以最终我们接了反相器，虽然插板子很麻烦但结果显示很清晰。

（4）电路连接好之后为使36脚的基准电压为100mV，需要调试两个滑动变阻器来实现。设计用的滑动变阻器，老师提供的没有合适的，我们就自己试阻值让结果更精确。比如，35、36管脚之间的1K的可变

电阻，通过调试，我们最终确定用480ohm的电阻代替。

（5）芯片的电源地是21 脚，模拟地是32 脚，信号地是30 脚，基准地是35 脚，四脚共地，1脚接正电源，其中正负电压值输入值在5V左右。37管脚在测试时接+5v,在正常显示时接地。

（6）在第三个数码管上把小数点接地，但是在接地的时候发现，数码管的显示变暗，于是在小数点位接地前先过一个阻值适宜的电阻即可解决，我们自己用100欧姆的。

（8）当幅值超过200mv时，由于数码管只能显示199.9mV，所以此时仅有最高位显示是1，其余都暗的。

五、设计结果

(1)检测时在电路部分加上光源和光检测器,通过直流放大部分,把转化后的电压加入A/D转换器的测试电压输入点.

(2)改变放大电路的参数(阻值),同时观察成品光功率计对输入端光功率的检测结果和数码管显示结果.

(3)数据的纪录（使用衰减器）：

衰减（db）功率计示数（uw）实验数据（uw）

0 8.73 10.9

0.5 7.9 9.7

1 6.59 8.2

1.5 5.89 7.2

2 5.22 6.5