模拟信号发生和模拟光发射光接收电路设计

专业课程设计报告
设计题目：模拟信号发生和模拟光发射/光接收电
路设计
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电子科学与技术教研室
一、设计题目
模拟信号光发射与光接收电路设计
二、设计要求
将信号源的正弦信号，通过光电调制变为光信号，用光纤传输，然后再光电解调，恢复为原始的电信号。

恢复的电信号可随信号源的电信号频率及幅度改变。

三、分析设计
1、分析：
1）、系统原理：
光电通信系统首先将欲传输的电信号转换成光信号，通过合适的光导传输系统后，再将光信号复原成电信号。

完成这些转换
和传输功能的关键元件是光发射机、光纤和光接收机等。

在光线通信系统中，光发射机的基本功能是将携带信息的电信号转换成光信号，并将光信号输送入光纤中。

发光射机主要由
光源及其驱动电路以及一些使系统正常、可靠工作的辅助控制电
路组成。

模拟光发射机的基本组成包括光源、输入电信号的接口电路、光源的驱动电路以及光源的控制、保护电路等四部分，结构
如图所示。

要传输的电信号首先通过光发射机的接口部分进入光
发射机，实现信号的幅度、阻抗的匹配，以适应光发射机的要求。

模拟光发射机框图:
系统结构图：
2）、 发射电路为LED 驱动电路，根据LED 的P —I 特性，要求注入电流30mA 至80mA,驱动电路使光源的注入电流随着输入信号的变化而变化，从而使光源发出的光携带有输入信号的特性，将电信号转换为光信号，实现光发射。

在实际搭建电路中，由于发光二极管的电阻大约为10欧姆左右，我们可用10欧姆电阻代替LED 管（调试好后再换为二极管，以防止损坏器件），用示波器可以测得该电阻的直流分压。

由于要求注入LED 的电流为30mA 至80mA 。

为了在温度发生变化时能使Ic 维持恒定,所以采用射极偏置电路来稳定工作点,以达到恒定的C 极电流,从而使电路稳定工作。

放大电路
光发射电路
光接收电路
模拟信号
光 纤
模拟信号 驱动电路 保护
光源
温度 控制 功率控
3）、光接收电路由PIN和放大电路组成，PIN接收到LED通过光纤传来的光信号，将光信号转化为电信号，然后通过前置放大电路对接收到的电信号进行滤噪放大，最后通过放大电路对接收到的电信号放大,恢复出模拟正弦信号。

2、设计：
1）、光发射电路：LED驱动电路如下所示（其中LED用10欧姆电阻代替）：
Vb=R3/(R2+R3)*Vcc=6/(6+4)*5=3V;
Ie=(Vb-Vbe)/R5=(3-0.7)/10=23mA;
B=150>>1 所以Ic=Ie=23mA;
Vce=Vcc-Ic(R4+R5+R1)=5-23*(10+40+30)=3.16V;
静态工作点：
Q(Vce, Ic)=( 3.16V,23mA);
Rbe=200+(1+B)*26mv/Ie=200+151*(26/23)=370.7欧姆
输入电阻：
Ri=R2//R3//[Rbe+(1+B)Re]=4k//6k//[0.37+(1+B)0.004]=1.75欧姆
输入与输出波形如图所示：
*注：在上图中，下面蓝色的为输入波形，上面红色的为输出波形,由上图知，直流电流值应为：
（5—3.25）/30=58mA>30mA能够驱动LED，使LED工作。

输
出的正弦电压Vp-p=940mV.
2）、放大电路：
放大电路输入波形图:
频率响应波形：
由上图可知：在2MHz时输出衰减为0.05dB.
对于其频率特性,根据小信号模型可知:C1,C2,C3越大则高频特性越好,因为其模型可等效为一个高通型滤波器.
3）、光接收电路：（该电路用正弦信号源代替PIN，输入电压为40mV,2MHz.）
接收电路输出波形：
*注：输出信号与输入信号相比，大约放大β=90。

电路带宽为30Hz~3MHz. 4）、正弦信号发生电路：
产生信号波形为：
产生信号的频率为：
四、实验调试
系统电路的构建是由两个模块构成的。

在搭建电路的过程中也
是一个一个电路逐步调试，然后再将其组合起来。

在光发射部分遇到的主要问题是通过发光二极管的电流大小不符合参数要求。

这个问题主要是通过改变三极管的直流工作点的位置以及发射极和集电极电阻的大小来达到要求的。

光接收部分在接收电信号的时候可以将其放大,在上述过程中我已经详细阐明提高放大倍数及提高频率特性的方法.
静态检测与调试:连好电路后，断开信号源，把经过准确测量的电源接入电路，用万用表电压档监测电源电压，发现无异常情况出现；接下来分别测量各关键点直流电压，光发射电路二极管对地的直流电压大约为 3.25V，放大电路中三极管的集电极对地电压为
5.5V左右，放大电路输入、输出端直流电压等是在正常工作状态下。

另外对于放大电路用示波器观察无自激发生。

在此过程中还发现阻抗匹配，通过修改参数是电路进行正常工作。

在设计放大电路时，某一元件的选择不合适就会影响电路的放大效果,影响带宽,所以在仿真后通过不断的调试才得到最后的电
路。

但是实际还是和理论有较大的差别，由于各个器件的误差及其
他因素，实际连接的电路输出信号幅度比较小，放大效果不是很好，消光比也不符合要求，经过查找资料去解决问题。

使电路的参数接
近我们的需求。

六、体会
在本次专业课程实习中，我们把平时所学的专业知识与实际应用相结合。

在实际应用中，理论知识和现实应用是有一定的区别，如何使理论知识运用到实际中，是我们解决问题的关键，对于模拟信号在光纤中
怎样传输的问题，通过查找资料了解到，在光纤中只能传输光信号，而不能传输模拟信号，因此我们必须把模拟信号转换成光信号，然后再在光纤中进行传输。

最后通过光电解调，恢复出原始信号，但是经过光纤传输后，信号变弱，我们需要对信号进行放大。

通过本次实习我到了很多知识，把课本知识和实际结合起来，通过设计电路使我又复习了模拟电路的知识。

七、附录
参考文献：
1、康华光、陈大钦.电子技术基础模拟部分.北京：高等教育出版社，1979
2、方强，梁猛.光纤通信.西安：西安电子科技大学出版社，2003.。