音频信号光纤传输实验

音频信号光纤传输实验

摘要: 实验通过对LED-传输光纤组件的电光特性的测量得出了在合适的偏置电流下其具有线性。验证了硅光电二极管可以把传输光纤出射端输出的信号转变成与之成正比的光电流。Abstracf The experimental transmission through the LED-fiber components of the electro-optical properties Measuring obtained at the right bias current with its linear. Verification of the silicon photodiode fiber can transmit a radio-signal output into with the current proportional to the light. 一.前言: 1.实验的历史地位: 光纤自20世纪60年代问世以来其在远距离信息传输方面的应用得到了突飞猛进的发展以光纤作为信息传输介质的“光纤通信”技术是世界新技术革命的重要标志也是未来信息社会各种信息网的主要传输工具。随着光纤通信技术的发展一个以微电子技术激光技术计算机技术呵现代通信技术为基础的超高速宽带信息网将使远程教育.远程医疗.电子商务.智能居住小区越来越普及.光纤通信以其诸多优点将成为现代通信的主流未来信息社会的一项基础技术和主要手段. 2.实验目的了解音频信号光纤传输系统的结构熟悉半导体电光/光电器件的基本性能及主要特性的测试方法了解音频信号光纤传输系统的调试技能3.待解决的几个主要问题: 声音是一种低频信号你可能有这样的经历当你说话的声音较低时只有你旁边的人可以听见你的声音要让声音传的远些你必须大声喊。这说明了低频信号的传播受周围环境的影响很大传播的范围有限。为了解决上述的问题在通信技术中一般是使用一个高频信号作为载波利用被传

输的信号如音频信号对载波进行调制。当信号到达传输地点时需要对信号进行解调也就是将高频载波滤掉最终得到被传输的音频信号。随着通信容量的增加和信息传递速度的加快上述传播过程的缺陷也暴露了出来主要为以下几点1信号间的干扰2 对接手端和发射端阻抗匹配要求较高3 传播速度受到一定的限制。专家们一致认为解决上述问题的关键是利用光作为信号的载体也就是所说的光纤通信。本实验的目的就是去了解光纤传输系统的结构以及半导体电光/光电器件的基本性能及主要特性的测试方法。二. 实验介绍1.实验原理⑴通信基本原理通信简单点说就是信息的传输。比如打电话就是将我们的声音传输到很远的地方这就是一种通信。下面就是通信系统组成示意图。⑵光纤通信所谓光纤通信就是用激光做载波光纤为传输媒质的信号传输。下图所示为直接光强调制光纤传输系统的结构原理方块图。它主要包括光信号发送器传输光纤光信号接收器三部分组成。但是要确保接收到的信号与我们发送的信号一样要求传输过程中的各种变换都必须是线性变换。因此只有在各部分共有的线性工作频率范围内的信号才能通过传输系统而不失真。对于语音信号频谱在300—3400 范围内由于光导纤维对光信号具有很宽的频带故在音频范围内整个系统的频带宽度主要决定于发送端调制放大电路和接收端功放电路的幅频特性。发光二极管LED的电光特性LED的P-I 特性曲线光纤通信系统中使用的LED的光功率是经称为尾纤的光导纤维输出出纤光功率与LED驱动电流的关系称为电光特性。为了避免和减少非线性失真使用时应先给LED一个适当的偏置电流I其

值等于这一特性曲线线性部分中点对应的电流值而调制信号的峰峰值应位于电光特性的直线范围内。⑶光信号的发送光信号发送器的原理图被传音频信号由以IC1为主要元件构成的音频放大电路放大后经电容器藕合到BG1基极对LED的工作电流进行调制从而使LED发送出光强随音频信号变化的光信号并经光导纤维把这一信号传至接收端。对于高频信号电容可看作短路对于低频信号电容可看作开路且电容越大允许通过的最低频率就越低。只要选得足够小只允许高频信号通过选得足够大较低频率的信号也可通过但仍有截止频率则在要求带宽的中频范围内的阻抗很大它所在支路可视为开路而的阻抗很小它可视为短路。

1IC4C3ReR3I1BGLED2R1W2WbR4R1R1C2C1I3CmAccVoVUU在此情况下根据运放电路的特性计算出放大电路的闭环增益为C3的大小决定了高频端的截止频率f2而C2的值决定着低频端的截止频率f1。故该电路中的R1R2R3C2和C3是决定音频放大电路增益和带宽的几个重要参数。4.光信号的接收光电检测器件SPD 响应度描述光电检测器光电转换能力的一种物理量。定义为其中I为光电检测器的平均输出电流P为光电检测器的平均输入功率。光信号接收器原理图光信号的接收主要是利用硅光电二极管SPD把传输光纤出射端输出的光信号的光功率转变为与之成正比的光电流I0 然后经I / V 转换电路再把光电流转换成电压V0输出。V0和I0之间有以下关系以IC3 为主要元件构成的是一个集成音频功放电路只要调节外接的电位器Wnf就可改变功放电路的电压增益功放电路中电容Cnf

的大小决定着该电路的下限截止频率。2.实验设计思想: 音频信号的光纤传输系统主要包括光信号发送器传输光纤以及光信号接收器。三个部分。光信号发送器由半导体发光二极管Light Emitted Diode 简称LED以及由它的调制、驱动电路组成光信号接收器包括了发光二极管的电流/电压I/V转换电路和功放电路。组成该系统时光源LED的发光中心波长必须在传输光纤呈现低损耗的、或附近光电检测器件的峰值响应波长也应与此接近。本实验采用发光中心波长为0.85 的半导体发光二极管作光源峰值响应波长为0.8—0.9.85 的硅光电二极管Silica Photo Diode 简称SPD作光电检测元件。在传播过程中为了避免或减小波形失真要求载波的频率宽度能覆盖被传信号的频率范围。由于光导纤维对光信号具有很宽的频带完全可以将频谱在300—3400 范围的音频信号覆盖。整个系统的频带宽度即可传信号的频率宽度主要决定于发送端调制放大电路和接收端功放电路的幅频特性。光信号发送器光信号发送器由信号放大电路和LED的驱动电路组成。放大后的信号进入右侧的信号发送系统。LED的正常工作需要有一定的正向偏压一般是在1.2-1.4V之间光功率与LED驱动电流的关系称为电光特性。由NPN三极管构成的LED的驱动电路就是给LED提供正常工作所需的正向偏压。本实验仪LED最大允许工作电流为50mA把偏置电流选为LED最大允许工作电流的一半可使LED获得无截止畸变幅度最大的调制有利于信号的远距离传送。光信号接收器光信号接收器由光电转换器和集成音频功放电路组成。光电转换器是由峰值响应波长与发送端LED的发光中心波长很接近