声光调制器驱动源电路研究_高晶
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
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 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。
(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;
829
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
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。
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 Leabharlann Baidu 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
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)
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。
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
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 Jing1,ZHANG Zhiwei 1,2,3
830
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。
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。
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]
Key words:acousto-optic modulation;optical fiber communication;driving source;oscillation circuit;RF signal
0 引 言
声光调制系统广泛应用于光纤通信等激光控制
领域。该系统主要 包 括 激 光 源、声 光 调 制 器 和 驱 动 源3部分。 驱 动 源 将 射 频 功 率 信 号 输 入 声 光 调 制 器,器件将电信号转 换 成 超 声 信 号 并 与 光 相 互 作 用 产 生 衍 射 ,当 电 信 号 是 随 时 间 变 化 的 交 流 量 时 ,光 载 波的强度受到调制 。 [1] 其中驱动源产生的射频 功 率 信号决定了声光调 制 器 的 工 作 状 态,这 就 要 求 驱 动 源线性度好,稳 定 度 高。 本 文 主 要 研 究 了 声 光 调 制 器驱动源的电路 设 计,在 RC 振 荡 电 路 和 电 容 三 点 式 振 荡 电 路 的 基 础 上 ,加 入 负 反 馈 技 术 ,并 使 用 集 成 功放芯片来减少分 立 元 件 的 干 扰,使 输 出 的 驱 动 信 号稳定性好且功率高 。 [2]
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.
第6期
高 晶 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。
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。
(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;
829
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
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。
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 Leabharlann Baidu 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
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)
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。
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
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 Jing1,ZHANG Zhiwei 1,2,3
830
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。
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。
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]
Key words:acousto-optic modulation;optical fiber communication;driving source;oscillation circuit;RF signal
0 引 言
声光调制系统广泛应用于光纤通信等激光控制
领域。该系统主要 包 括 激 光 源、声 光 调 制 器 和 驱 动 源3部分。 驱 动 源 将 射 频 功 率 信 号 输 入 声 光 调 制 器,器件将电信号转 换 成 超 声 信 号 并 与 光 相 互 作 用 产 生 衍 射 ,当 电 信 号 是 随 时 间 变 化 的 交 流 量 时 ,光 载 波的强度受到调制 。 [1] 其中驱动源产生的射频 功 率 信号决定了声光调 制 器 的 工 作 状 态,这 就 要 求 驱 动 源线性度好,稳 定 度 高。 本 文 主 要 研 究 了 声 光 调 制 器驱动源的电路 设 计,在 RC 振 荡 电 路 和 电 容 三 点 式 振 荡 电 路 的 基 础 上 ,加 入 负 反 馈 技 术 ,并 使 用 集 成 功放芯片来减少分 立 元 件 的 干 扰,使 输 出 的 驱 动 信 号稳定性好且功率高 。 [2]
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.
第6期
高 晶 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。