声光调制器驱动源电路研究_高晶

图 ５ 双 边 带 调 幅 信 号 仿 真 结 果
２．４ 功 率 放 大 电 路 功率放大电路将振幅调制信号放大至足够功
率，以满足声光 调 制 器 要 求。 对 本 系 统 使 用 的 声 光
调制 器 而 言，其 调 制 带 宽 为 ２０ ＭＨｚ，插 入 阻 抗 ５０Ω，所以功 率 放 大 电 路 的 负 载 阻 抗 也 应 为５０Ω。 该电路采用 ＭＯＴＯＲＯＬＡ 公 司 的 ＭＨＷ６２２２ 功 放 芯片，该芯片为５５０ ＭＨｚ用于有线电视系统的功率 放大器，对高频信号的放 大 倍 数 为 ２２ｄＢ，频 响 范 围 及放大性能均符合设计要求。不同频率下功率测量
（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎｏｒｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃｈｉｎａ，Ｔａｉｙｕａｎ ０３００５１，Ｃｈｉｎａ；２．Ｋｅｙ Ｌａｂ．ｏｆ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ（Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ），Ｎｏｒｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃｈｉｎａ，Ｔａｉｙｕａｎ ０３００５１，Ｃｈｉｎａ；
第３４卷 第６期
压 电 与 声 光
２０１２年１２月
ＰＩＥＺＯＥＬＥＣＴＲＩＣＳ ＆ ＡＣＯＵＳＴＯＯＰＴＩＣＳ
文 章 编 号 ：１００４－２４７４（２０１２）０６－０８２８－０３
Ｖｏｌ．３４ Ｎｏ．６ Ｄｅｃ．２０１２
声光调制器驱动源电路研究
高 晶１，张 志 伟１，２，３
（１．中北大学 信息与通信工程学院，山西 太原 ０３００５１；２．中北大学 仪器科学与动态测试教育部重点实验室 ，山西 太原 ０３００５１； ３．中北大学 电子测试技术重点实验室，山西 太原 ０３００５１）
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图 ２ 声 光 调 制 器 驱 动 源 结 构 框 图
调制信号可选内置模拟信号或外接音频信号两 种模式。内置模拟 信 号 为 幅 度 可 调、固 定 频 率 的 低 频正弦波，音频 信 号 为 用 户 外 接 信 号。 调 制 信 号 经 放大后与射频信号进行振幅调制。射频信号为幅度 １０～２０ ＭＨｚ、频率可调高频正弦波。功率放大电路 使已调信号的功率参数满足声光调制器的要求。 ２．１ 固 定 频 率 的 低 频 振 荡 电 路
图 ３ 低 频 振 荡 电 路 电 路 图 与 仿 真 结 果
２．２ 连 续 可 调 的 高 频 振 荡 电 路 连续可调的高频振荡电路产生的射频信号作用
于电声换能器产生 超 声 波，将 信 号 的 电 功 率 转 换 为 超 声 波 的 声 功 率 ，是 声 光 调 制 器 驱 动 源 的 关 键 部 分 。 该信号幅值的变化 将 调 制 通 过 激 光 的 光 强，该 信 号 频率的变化使激光产生相应的频率偏转。
２ 声 光 调 制 器 驱 动 源
１ 声 光 调 制 光 纤 传 输 系 统 总 体 设 计
声光调制光纤传输系统总体设计如图１所示。
声光调制器驱动源是声光调制系统中的关键器 件。待传输的信号无法直接加载到声光调制器上，
收 稿 日 期 ：２０１１－１０－２１ 基 金 项 目 ：山 西 省 高 等 学 校 科 技 开 发 基 金 资 助 项 目 （２０１０１１４）；山 西 省 基 础 研 究 基 金 资 助 项 目 （２０１２０１１０１０－１） 作者简介：高晶 （１９８８－ ），男，山西太原人，硕士生，主要从事声光调制技术方面的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｔｈｅｂｅｓｔｂｏｙ１９８８＠１６３．ｃｏｍ
摘 要：介绍一种声光调制器驱动源的电路设 计，用 以 提 高 声 光 调 制 器 性 能。 在 驱 动 电 路 的 设 计 中 运 用 稳 频 稳幅措施、深度负反馈技术及高频低噪的功放集成芯片，改善驱动信号质量，提 高 输 出 功 率。 使 驱 动 源 的 电 路 参 数 满足声光调制器的要求。
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压 电 与 声 光
２０１２ 年
３ 结 束 语
对声 光 调 制 器 驱 动 源 而 言，能 提 供 幅 度 和 频 率 稳 定 的 大 功 率 射 频 信 号 ，将 直 接 优 化 激 光 调 制 过 程 ， 提高光纤通信质 量。 但 由 于 电 路 工 作 频 率 高，要 特 别注意对高频信号 的 隔 离 和 防 护，同 时 要 灵 活 应 用 负 反 馈 等 稳 频 稳 幅 技 术 ，改 善 信 号 质 量 ，提 高 声 光 调 制器驱动源性能。
３．Ｋｅｙ Ｌａｂ．ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｓｔ ａｎｄ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎｏｒｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃｈｉｎａ，Ｔａｉｙｕａｎ ０３００５１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａ ｄｒｉｖｉｎｇ ｓｏｕｒｃｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｏｆ ａｃｏｕｓｔｏ－ｏｐｔｉｃ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ． Ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｄｒｉｖｉｎｇ ｓｏｕｒｃｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ａｃｏｕｓｔｏ－ｏｐｔｉｃ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ．Ｔｈｅ ｆｒｅ－ ｑｕｅｎｃｙ－ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ－ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ，ｄｅｅｐ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｎｄ ｐｏｗｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ ｉｎｔｅ－ ｇｒａｔｅｄ ｃｈｉｐ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ａｎｄ ｌｏｗ ｎｏｉｓｅ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｄｒｉｖｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ ｄｅｓｉｇｎ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｄｒｉｖｉｎｇ ｓｉｇｎａｌｓ ａｎｄ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｏｕｔｐｕｔ ｐｏｗｅｒ．Ｔｈｕｓ ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄｒｉｖｉｎｇ ｓｏｕｒｃｅ ｃａｎ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｒｅ－ ｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｃｏｕｓｔｏ－ｏｐｔｉｃ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ．
参考文献：
图 ４ 高 频 振 荡 电 路 电 路 图 与 仿 真 结 果
２．３ 振 幅 调 制 电 路 振幅调制电路将 待 传 输 的 低 频 调 制 信 号 （或 音
频 ）同 载 波 进 行 振 幅 调 制 ，输 出 的 已 调 信 号 加 载 到 声 光 调 制 器 中 ，一 方 面 作 用 于 电 声 换 能 器 产 生 超 声 波 ， 一方面与激光作强度调制 。 ［７］ 该部分电路由乘 法 器 和带通滤波器构成，采用 ＭＣｌ４９６ 芯片，产生双边带 调幅信号。调幅信号波形及频谱如图５所示。
低频振荡电路产 生 １０ｋＨｚ正 弦 波 用 于 模 拟 调 制信号。在振荡电 路 中，主 要 包 括 正 反 馈 和 选 频 网 络两部分。
电 路 应 用 深 度 负 反 馈 技 术，起 振 后 随 着 振 荡 幅 度的增加，放大器 增 益 逐 渐 减 小，达 到 平 衡 条 件，实 现稳定振荡。 其 中 Ｒ２、Ｃ２ 与 Ｒ３、Ｃ１ 构 成 正 反 馈 支 路，同时兼做选 频 网 络。 放 大 器 使 用 ＬＭ３２４ 芯 片， 成 本 低 ，易 更 换 且 剩 余 放 大 器 可 直 接 用 于 信 号 处 理 ， 简 化 了 电 路 的 同 时 减 少 了 干 扰。 但 由 于 使 用 ＬＭ３２４后会产生“刺 突 状 ”失 真，需 要 添 加 Ｒ５ 连 接 在 输 出 端 与 负 电 源 之 间 ，以 改 善 波 形 失 真 ，达 到 稳 幅 效果。调节 电 路 中 的 电 位 器 Ｒ７ 改 变 负 反 馈 深 度， 以满足振荡的振幅条件并改善波形。其电路图与仿 真结果如图３所示。
关 键 词 ：声 光 调 制 ；光 纤 通 信 ；驱 动 源 ；振 荡 电 路 ；射 频 信 号 中 图 分 类 号 ：ＴＮ９１２ 文 献 标 识 码 ：Ａ
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｄｒｉｖｉｎｇ Ｓｏｕｒｃｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ ｏｆ Ａｃｏｕｓｔｏ－ｏｐｔｉｃ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ
ＧＡＯ 等 ：声 光 调 制 器 驱 动 源 电 路 研 究
必须在驱动源内同射频信号进行振幅调制和功率放 大。声光调 制 器 驱 动 源 由 连 续 可 调 的 高 频 振 荡 电 路，固定频率的低 频 振 荡 电 路，音 频 输 入，振 幅 调 制 电路和功率放大电路组成 。 ［４］ 其结构如图２所示。
电路 原 型 采 用 电 容 三 点 式 振 荡 电 路，信 号 频 率 在１０～２０ ＭＨｚ之间可调。由于电路中三极管极间 电 容 易 受 环 境 温 度 、电 源 电 压 等 因 素 影 响 ，所 以 对 反 馈振荡器的回路电 抗 也 有 较 大 影 响，导 致 电 容 三 点 式振荡器的频率 稳 定 度 不 高。 因 此，在 电 路 中 加 入 电容 Ｃ３，其 取 值 较 小，减 小 了 晶 体 管 极 间 电 容 对 频 率的影响。另外在回路电感Ｌ１ 两端并联一个３０ｐＦ 可变 电 容 Ｃ４，保 持 了 晶 体 管 与 振 荡 回 路 的 弱 耦 合， 使频 率 覆 盖 率 达 到 １．６～１．８。 为 尽 可 能 减 小 信 号 失 真 ，应 严 格 选 定 晶 体 管 的 参 数 和 工 作 点 ，设 计 中 使 用的三极管 ２Ｎ２２２２，其 特 征 频 率 ｆＴ 为 ２５０ ＭＨｚ， 噪 声 较 小 ，适 合 处 理 高 频 信 号 。 通 过 以 上 设 计 ，输 出 信 号 在 波 段 范 围 内 电 压 幅 度 平 稳 ，振 荡 频 率 较 高 ，波 段覆盖系数 大 。 ［５－６］ 其 电 路 图 与 仿 真 结 果 如 图 ４ 所 示。
图 １ 声 光 调 制 光 纤 传 输 系 统 组 成 框 图
半导体 激 光 器 驱 动 源 为 半 导 体 激 光 器 提 供 １２Ｖ直流电 源。 声 光 调 制 器 驱 动 源 将 调 制 信 号 与 载波进行振幅调制，经 放 大 后 产 生 大 功 率 已 调 射 频 信号；由该信号转换 的 超 声 波 使 声 光 调 制 晶 体 的 介 质密度发生周期性 变 化，激 光 在 晶 体 中 传 播 时 发 生 布 喇 格 衍 射 ，衍 射 光 光 强 被 调 制 ；载 有 调 制 信 号 信 息 的光信号耦合到光 纤 中，最 后 通 过 光 电 探 测 器 还 原 为电信号，经解调、放大等处理，重现原信号 。 ［３］