1、課 程 設(shè) 計 報 告 書 一、設(shè)計題目：模擬光纖通信系統(tǒng)二、設(shè)計要求：運(yùn)用光纖通信以及模擬電路的知識實現(xiàn)模擬信號（要求頻率13MHZ）的光纖通信系統(tǒng)。信號發(fā)生器：產(chǎn)生2MHz的正弦模擬信號，要求其能直接連在發(fā)射電路上時，發(fā)射電路能把它發(fā)射出去。模擬光發(fā)射電路：信號的發(fā)射由發(fā)光二極管（LED）實現(xiàn)。LED是電流驅(qū)動的，要求交流電流：50-70(mA)之間，直流電流：50mA左右的模擬光發(fā)射電路。模擬光接收電路：光信號的接收由光電二極管（PIN）實現(xiàn)。設(shè)計的電路要求能夠穩(wěn)定準(zhǔn)確地發(fā)射并接收信號。三、分析設(shè)計：1、實驗原理我們設(shè)計的是模擬光纖通信系統(tǒng)。既然是通信系統(tǒng)，那就包括通信系統(tǒng)的所有的模塊，

2、如信源、調(diào)制、信道、解調(diào)、信宿五大模塊。對于光纖通信系統(tǒng)，又有其特殊性，是因為載波為光波。信源用信號發(fā)生器產(chǎn)生的電信號來代替，而調(diào)制是用光發(fā)射機(jī)把電信號調(diào)制到光頻上發(fā)射出去，信道是光纖，解調(diào)用光接收機(jī)來代替，信宿是信號的使用者，這里不考慮。光發(fā)射機(jī)的基本功能是將攜帶信息的電信號轉(zhuǎn)換成光信號，并將光信號送入光纖中。為了實現(xiàn)這一功能，發(fā)光射機(jī)要有適合的光源及其驅(qū)動電路以及一些使系統(tǒng)正常、可靠工作的輔助控制電路組成。我們是用電信號調(diào)制光的強(qiáng)度把信號發(fā)射出去的。光源要求其產(chǎn)生的光波能夠在光纖中低損耗低色散傳輸，并切其產(chǎn)生的光能夠盡可能的耦合在光纖中，且易于調(diào)制，工作可靠信高。可用半導(dǎo)體激光器（LD）和

3、發(fā)光二極管（LED）作為光源。這里用發(fā)光二極管（LED）作光源。但要特別注意：發(fā)光二極管（LED）的電壓不得高于+5V,同時要防止靜電！所以上光時要帶防止靜電的手鐲。發(fā)光二極管的PI特性：指的時輸出的光功率隨注入電流的變化關(guān)系。當(dāng)注入電流較小時，線性度非常好；但當(dāng)注入電流較大時，由于PN結(jié)的發(fā)熱，發(fā)光效率降低，出現(xiàn)了飽和現(xiàn)象。同樣的注入電流下，面發(fā)光二極管輸出功率比邊發(fā)光二極管大2.53倍。是因為邊發(fā)光二極管受到更多的吸收和界面復(fù)合的影響。在通常應(yīng)用條件下，發(fā)光二極管的工作電流為50150A，輸出功率為幾個毫瓦。溫度對發(fā)光二極管的PI特性也有影響，當(dāng)溫度升高時，同一電流下的發(fā)射功率要降低。但其

4、溫度特性相對較好，在實際應(yīng)用中，一般可以不加溫度控制。信道是光纖，以給出。光接收機(jī)的基本功能是將攜帶信息的光信號轉(zhuǎn)換成電信號，由光檢測電路，低噪聲前置放大，主放大電路等組成。要求其有足夠快的響應(yīng)度，盡可能低的噪聲，良好的線性關(guān)系，較小的體積和較長的工作壽命等。光檢測電路一般用光電二極管（PIN）實現(xiàn)光電信號轉(zhuǎn)換的，把PN結(jié)中間加入本征材料I,是因為其吸收系數(shù)很小，能形成很寬的耗盡層，提高光電轉(zhuǎn)換效率。低噪聲前置放大，主放大電路由自己設(shè)計了。2模塊分解： 1> 信號發(fā)生電路：這是一個f=2MHz的信號發(fā)生電路：電壓是10伏，電容C1=0.05uF,是把振蕩的電壓信號引到基極，再用三極管把它

5、放大，使之起振。C2=0.02uF C3=0.01uF L2=0.01uH C4=5pF和C1共同組成L C濾波電路，由于C4<<C3 C2,起主要作用。信號發(fā)生電路波形如下：波形可以看出產(chǎn)生的頻率為 f=2MHz.2> .光發(fā)射電路：8V電壓時：由于LED是電流驅(qū)動的，要求交流電流：50-70(mA)之間，直流電流：50mA左右，R1是輸入電阻 ，C1起到割直流用交流的作用，用兩個二極管主要為LED得到大的電流。波形如下：由上圖得知交流電壓U1=2.645V交流電流 I1=2.645V/28=94.46mA 直流電壓U2=2.067V直流電流 I2=2.067/28=73.

6、82mA 光功率計測的發(fā)射光功率：Po=34.4dB 電壓有點(diǎn)高。 改進(jìn)后5V電壓時：和電壓為8伏的原理一樣，就是把電壓降為5伏。改進(jìn)后5V電壓時波形：由上圖得知交流電壓U1=1.412V交流電流 I1=1.412V/22=64.18mA 直流電壓U2=1.441V直流電流 I2=1.441/26=55.42mA 符合設(shè)計要求。3>光接收電路：光檢測及前置放大電路、主放大電路：如上圖R2和PIN(仿真用LED替帶)組成檢測電路把光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，仿真?0mV的信號源替帶。由于放大十幾倍就夠了，前置放大電路和主放大電路一塊用兩級放大電路來做。光檢測及前置放大電路、主放大電路波形：由波形

7、知放大倍數(shù)為T=Uo/Ui=1.248V/120mV=10.4,達(dá)到了設(shè)計要求。3：功能設(shè)計：發(fā)射機(jī)的功能是通過驅(qū)動電路驅(qū)動發(fā)光二極管（LED）將模擬電信號加載到光波上把信號發(fā)射出去。前置放大模塊中的光電二極管（PIN）將接收到的光信號轉(zhuǎn)換成電信號，前置放大模塊實現(xiàn)降低信號噪聲和初步放大的功能，主放大模塊的功能是對電信號再次進(jìn)行放大。4：元件參數(shù)選擇：發(fā)光二極管（LED3M412）：波長 1.31um (T=293K) 輸出功率 50mA-25.7uw 100mA-68.5uw 150mA-100.7uw 光電二極管（PIN）：型號PDDM981 (T=293K) 光敏面直徑 60um 光譜響

8、應(yīng)范圍 1.11.6 um 響應(yīng)度（波長 1.3um） 0.92A/W 工作電壓 -5V電阻電容和三極管： 電容為幾個4.7uF 、100uF 三極管為 BJT 9018型四、實驗調(diào)試調(diào)試：首先不加電源檢查。對著仿真電路圖和實際電路板檢查連線是否正確；檢查電路板連接是否良好，電解電容的極性是否正確，電源供電包括極性、信號源連線是否正確等。其次調(diào)解靜態(tài)檢測與調(diào)試斷開信號源。把經(jīng)過準(zhǔn)確測量的電源接入電路，用萬用表電壓檔監(jiān)測電源電壓，發(fā)現(xiàn)無異常情況出現(xiàn)；接下來分別測量各關(guān)鍵點(diǎn)直流電壓，光發(fā)射電路二極管兩端的電壓大約為0.7V，放大電路輸入、輸出端直流電壓等是在正常工作狀態(tài)下。最后進(jìn)行動態(tài)檢測與調(diào)試。

9、動態(tài)調(diào)試是在靜態(tài)調(diào)試的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，調(diào)試的方法地在電路的輸入端加上所需的信號源，并循著信號的注射逐級檢測各有關(guān)點(diǎn)的性能指標(biāo)。分析：系統(tǒng)整體電路的構(gòu)建是由三個模塊構(gòu)成的。搭建電路過程中也是一個一個電路逐步調(diào)試，然后再將其組合起來。在光發(fā)射機(jī)遇到的主要問題是通過發(fā)光二極管的電信號出現(xiàn)失真。這個問題主要是通過改變?nèi)龢O管Q1、Q2的靜態(tài)工作點(diǎn)的位置以及發(fā)射極和集電極電阻的大小來達(dá)到要求的，由于三極管Q2的基極是一個放大了的電壓信號，所以其靜態(tài)工作點(diǎn)很難調(diào)解，這個問題經(jīng)過我們的努力得到了一定的解決。開始時工作電壓是8伏的，改進(jìn)后的工作電壓是5伏的，效果不錯。光接收機(jī)是把檢測到的光信號轉(zhuǎn)換成電信號進(jìn)行低噪

10、聲放大，由于我們開放性實驗做過放大器，這不是什么問題，設(shè)計時把10mV的電壓信號放大到1V左右，但是當(dāng)接8V電壓時檢測到的電壓信號是80mV，出現(xiàn)了失真問題，經(jīng)過調(diào)節(jié)參數(shù)也得到了很好的解決, 當(dāng)接5V電壓時檢測到的電壓信號不是很理想。最后一部分是設(shè)計一個信號發(fā)生器。設(shè)計出來了，擔(dān)插板子地時候沒有找到相應(yīng)的電容和電感，結(jié)果頻率沒達(dá)到要求，這是很大的遺憾 。五、設(shè)計結(jié)果設(shè)計的電路實現(xiàn)了模擬信號的光發(fā)射與光接收的功能。該電路的頻帶寬度為1MHz-3MHz，接收到的模擬信號與原信號相比放大了十幾倍，高頻時信號噪聲干擾較大。交流電流：8V時：94.46mA 5V時：64.18mA直流電流：8V時：73.82mA 5V時：55.4mA 發(fā)射光功率：8V時：34.4dB 5V時：17.4dB接收： 頻率 信宿1MHz-1.43Vp-p3MHz-0.98Vp-p 六、體會設(shè)計電路的過程中用軟件仿真比較容易，我們一天就做完了，特別是光發(fā)射機(jī)是我自己想出來的，感覺特別爽。但仿真的電路與連插板子有一些出入，主要是因為所找的電阻與所仿真的不太符合，很多電阻是我們并聯(lián)