红外传输实验报告

红外传输实验研究

张廷蓉

（电子信息学院电子信息工程专业1142052076）摘要:了解红外线发射和接收器件原理和红外线数字与模拟信号传输过程，以及红外线发射和接收器件物理特性。探究音乐信号调频发射、接收，数字信号调频发射，接收，直流信号调频发射，接收，音乐信号调幅发射，接收，红外发射管加可变的直流压，测出其伏安特性曲线和其电流特性。了解红外传输的特点及应用。

Abstract:TO understand the infrared transmitting and receiving device principles and infrared digital and analog signal transmission process, as well as infrared transmitting and receiving device physical characteristics. Explore the music signal FM transmitter, receiver, digital signal FM transmitter and receiver, the DC signal FM transmitter and receiver AM launch of the music signal, the receiver, infrared emission control plus a variable DC pressure, measure the volt-ampere characteristic curve and its current characteristics . Learn the characteristics and applications of infrared transmission

关键词：红外传输红外线发射接收信号频率调频调幅

Key words:infrared transmission infrared ray transmit receive signal frequency frequency modulation

amplitude modulation

目前红外传输技术和蓝牙技术（一种短距离传输技术标准）是广为应用的两种短距离传输技术，在手提电脑、PDA 、手机、数码相机等IT 产品中，都广泛设计有红外线通讯接口。

一．实验原理

1. 红外线发射和接收器件结构原理

红外线传输是以红外光作为传输媒体来传输信号的，使用的红外发光二极管和红外接受管是只有一个PN 结的半导体器件，它与普通发光二极管(如：红、绿、黄发光二极管)结构原理与制作工艺基本相同，只是所用的材料不同。制造红外线发光二极管材料有砷化镓、砷铝化镓等，其中应用最多的是砷化镓。

在一块砷化镓半导体中，采用半导体掺杂工艺使其一部分为P 型半导体；另一部分为N 型半导体。在P 型和N 型半导体交界面就形成半导体PN 结。P 区多数载流子为空穴，少数载流子为电子；N 区多数载流子为电子，少数载流子为空穴，并且具有一定的内电场，其能带结构如图1a 所示。

当给这个PN 结加上正向电压时(P 区接正电压，N 区接负电压)，在外加电压的作用下，内电场被抵消。这样，N 区的多数载流子(电子)在外电场的作用下注入P 区，同时，P 区的多数载流子(空穴)在外电场的作用下注入N 区。如图1b 所示。

图4.3 PN 结注入发光能带图

实际上，外加正向电压作用就是加强了多数载流子的扩散运动。这些注入P 区的电子和注入N 区的空穴，对于注人区来讲都是非平衡少数载流子。这些非平衡少数载流子不断与注入区的多数载流子复合，将原来从外加电场吸收的能量以光子的形式释放，从而发出光来。这种发光过程叫辐射复合。这与导带中的电子到价带上与空穴复合一样，要释放出一定的能量，这种能量的释放是以发光的形式来进行的。这就是PN 结发光的基本原理。

发光二极管发出的光波波长与所用材料禁带宽度EG 有关。发光波长λ与半导体材料的禁带宽度EG 之间的关系为：

()m E G

μλ24.1=

砷化镓材料的禁带宽度EG≈1.43eV，所以砷化镓红外发光二极管的发光波长λ≈0.89μm，为不可见的近红外光。用砷化镓材料制成的红外发光二极管的发光效率较高，可达3％，如果输入100mW的电功率，可获得3mW的红外光输出。另外，采用半导体制作工艺，还可以在一定范围内控制器件的发光波长。

图1(c)是红外发光二极管的电路符号。

2 .红外发射调制电路

从各种编码电路(包括频率编码与脉冲编码)输出的编码信号，一般频率较低，不便直接发射，抗干扰能力也较差。与无线遥控系统类似，也要将编码信号“装"到频率较高的载频信号上，再由红外线发射驱动电路，驱动红外发光二极管向外发射红外遥控信号。将指令编码信号“装"到载波上的过程称为调制。

对于频率编码的红外传输系统，由于其编码信号的频率可以设计的较高(一般为几kHz～几十kHz)，也可不用调制电路，当然，接收电路中的解调电路也可省去。

在红外传输系统中，无论是频率编码还是脉冲编码信号，大多为矩形波的脉冲信号，对于这类信号的调制，采用的是两种特殊的调制方式。一种是幅度键控方式，另一种是频率键控方式。这两种键控调制一般由数字电路实现，因此它具有调制变换速度快，调整测试方便，体积小，电路简单，可靠性高等优点。

3.幅度键控调制(ASK)

图2是幅度键控调制的示意图。由图可见，当编码脉冲为高电平“1”时，载波信号输出；当编码脉冲为低电平“0”时，载波信号不输出。已调信号为断续的等幅高频信号。

图2幅度键控调制的示意图

调制电路中，载波信号的频率f2要远大于调制信号(编码信号)的频率f1。在红外遥控系统中，一般f2要为f1的几倍至几十倍。

图3是几种常用的键控幅度调制电路。图中，V i为编码信号输入，即调制信号输入，V o 为已调信号输出。调制电路中均包含载频振荡器。