畢業(yè)論文紅外線光發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、紅外線光發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘要紅外技術(shù)在科學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)展使用到了各行各業(yè)。隨著多媒體技術(shù)和通訊技術(shù)的不斷發(fā)展，多媒體娛樂、信息高速公路等不斷對信息數(shù)據(jù)的存儲和傳輸提出 了更高的要求。應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，現(xiàn)在社會對即時傳輸也就有了更高的要求。 本設(shè)計(jì)利用射機(jī)將接入的音頻信號通過紅外光發(fā)射機(jī)產(chǎn)生微弱的電 信號，再通過放大器進(jìn)行放大驅(qū)動發(fā)射端工作，最終變?yōu)榧t外光信 號傳輸給紅外接收機(jī)除此外，本次設(shè)計(jì)針對紅外發(fā)射要求頻率高這 一特點(diǎn)做出相應(yīng)的改良，在發(fā)射端電路中運(yùn)用三級放大，對初始化 的電流信號進(jìn)行放大，以便于其驅(qū)動發(fā)射端的兩個發(fā)射頭工作。該 課題主要目的就是設(shè)計(jì)一個紅外光發(fā)射機(jī)，能鍛煉制板和焊接等基本

2、技能。紅 外技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)品種類繁多，主要有紅外傳感器、紅外通信、紅外熱像、紅外光 譜儀等。本設(shè)計(jì)主要運(yùn)用紅外通信技術(shù)來完成本次設(shè)計(jì)。紅外光發(fā)射機(jī)的通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)相對比較簡單，它主要就是對信號經(jīng)過三級放大來傳輸 給接收端，其最大的優(yōu)點(diǎn)就是進(jìn)行無線傳輸。關(guān)鍵詞：紅外技術(shù)，光發(fā)射機(jī)，EDA仿真技術(shù)1 緒論1.1選題背景及目的紅外發(fā)射機(jī)是實(shí)現(xiàn)紅外通信的關(guān)鍵器件，紅外光發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì)可以對光發(fā)射 機(jī)的組成部分、采用的元器件和應(yīng)用到的科技技術(shù)深入理解，進(jìn)而為實(shí)際應(yīng)用奠 定基礎(chǔ)。紅外線屬于一種電磁射線，他的特性就等同于無線電或X射線。1672年，牛頓使用了可以分光切帶有棱角的鏡子吧太陽光分解成為7種顏色的單色。1

3、800年，在英國物理學(xué)家F.W.郝胥爾從熱的觀點(diǎn)來研究各種光色的時候，偶爾 發(fā)現(xiàn)在光帶紅光外的一個溫度計(jì)比其他光的顏色的溫度都要高，這個高溫區(qū)總是衛(wèi)浴光帶的最邊緣處紅光外邊。 經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，于是他宣布：因?yàn)榭偸俏挥诩t光 的外側(cè)，所以叫紅外線，又稱紅外光輻射。這種紅外線具有熱效應(yīng)：生物體中的 偶極子和自由電荷在電磁場的作用下， 就按照電磁場的方向排列的趨勢， 在這個 排列的過程中，引發(fā)了分子和院子沒有規(guī)則的運(yùn)動， 就加劇而產(chǎn)生了熱。當(dāng)紅外 輻射到達(dá)一定額度的時候，超過了這個生物體的散熱能力，它就會使被照射的物 體局部溫度升高，這就是紅外線的熱效應(yīng)。紅外線的最大特點(diǎn)就是普遍存在于大 自然之中。紅外

4、線色彩是多彩多姿的，紅外線的最長波長是最短波長的10倍。 紅外線在短距離、室內(nèi)應(yīng)用中有著非常大的優(yōu)勢。 紅外通信成本低速度快，而且 帶寬幾乎不受限制。因?yàn)橐驗(yàn)檩d波的波長短，能夠有效的避免多徑衰減，所以紅 外鏈路組網(wǎng)簡單。紅外技術(shù)在科學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)得到了充分的認(rèn)可發(fā)展使用到了各行各業(yè)，在紅外成像、紅外傳感和紅外通信等軍用和民用領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，具有體積小、損耗低、功能強(qiáng)、準(zhǔn)確率高、速度快等優(yōu)點(diǎn)。紅外通信技術(shù)發(fā)展的早期，存在有幾種 不同的通信標(biāo)準(zhǔn)，不同標(biāo)準(zhǔn)之間的通信設(shè)備并不能進(jìn)行紅外通信，為了統(tǒng)一紅外通信標(biāo)準(zhǔn)，于1993年，一些廠商成立了紅外線數(shù)據(jù)協(xié)會（IrDA，infrared data assoc

5、iation。IrDA是目前紅外無線通信的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，你可以使用它與打印機(jī)、 傳真機(jī)、modem其它計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信。紅外技術(shù)最先是被使用于紅外探測器，它是紅外技術(shù)的先導(dǎo)。1800年，F(xiàn) W-赫歇爾發(fā)現(xiàn)紅外輻射時使用的是水銀溫度計(jì)， 這是最原始的熱敏型紅外探測 器。1830年以后，相繼研制出溫差電偶的熱敏探測器、測輻射熱計(jì)等。在1940年以前，研制成的紅外探測器主要是熱敏型探測器 o 19世紀(jì)，科學(xué)家們用熱敏 型紅外探測器，認(rèn)識了紅外輻射的特性及其規(guī)律， 證明了紅外線與可見光具有相 同的物理性質(zhì)，遵守相同的規(guī)律。它們都是電磁波之一，具有波動性，其傳播速 度都是光速、波長是它們的特征參數(shù)并可以測量。

6、20世紀(jì)初，測量了大量的有機(jī)物質(zhì)和無機(jī)物質(zhì)的吸收、發(fā)射和反射光譜，證明了紅外技術(shù)在物質(zhì)分析中的價 值3 o 30年代，首次出現(xiàn)紅外光譜帶，以后，它發(fā)展成在物質(zhì)分析中不可缺少的 儀器。40年代初，光電型紅外探測器問世，以硫化鉛紅外探測器為代表的這類 探測器，其性能優(yōu)良、結(jié)構(gòu)牢靠。50年代，半導(dǎo)體物理學(xué)的迅速發(fā)展，使光電 型紅外探測器得到新的推動。 到60年初期，對于13、35和813微米三個 重要的大氣窗口都有了性能優(yōu)良的紅外探測器。在同一時期內(nèi)，固體物理、光學(xué)、電子學(xué)、精密機(jī)械和微型致冷器等方面的發(fā)展，使紅外技術(shù)在軍、民兩用方面都 得到了廣泛的應(yīng)用。在紅外技術(shù)的發(fā)展中，60年代激光的出現(xiàn)極大地

7、影響了紅外技術(shù)的發(fā)展， 很多重要的激光器件都在紅外波段，其相干性便于移用電子技術(shù)中的外差接收技 術(shù)，使雷達(dá)和通信都可以在紅外波段實(shí)現(xiàn)， 并可獲得更高的分辨率和更大的信息 容量4。在此之前，紅外技術(shù)僅僅能探測非相干紅外輻射，外差接收技術(shù)用于紅 外探測，使探測性能比功率探測高好幾個數(shù)量級。另外，由于這類應(yīng)用的需要， 促使出現(xiàn)新的探測器件和新的輻射傳輸方式，推動紅外技術(shù)向更先進(jìn)的方向發(fā) 展。紅外線光發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)相對簡單，它可以提升我們自身的動手能 力和鞏固知識。該系統(tǒng)要求技術(shù)指標(biāo)相對簡單并且具備紅外通信的所涉及的主要 技術(shù)，因此該系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有可行性。1.2國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r紅外光通信已經(jīng)漸漸的

8、替代了傳統(tǒng)線纜通信，被用來進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳 輸，因?yàn)榧t外光通信技術(shù)具有短距離、小角度、傳輸速率高等特點(diǎn)紅外線是現(xiàn)在 在世界范圍都是被大家普遍運(yùn)用的一種無線連接的技術(shù)，由于紅外線的波長較 短，對障礙物的衍射共能比較差，所以紅外線傳輸技術(shù)更適合應(yīng)用在短距離無線 通信的情況。紅外線通信技術(shù)通過數(shù)據(jù)電脈沖的方式和紅外光脈沖之間的方式相 互轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)無線的數(shù)據(jù)收發(fā)，主要采用了點(diǎn)對點(diǎn)的的運(yùn)行模式。功能較為單一， 擴(kuò)展性差。但是由于成本低，營運(yùn)方便，已被全世界大多數(shù)的軟件和硬件的生產(chǎn) 公司支持和采用。目前，紅外技術(shù)被廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，在美、英、法、德、 日、以色列等發(fā)達(dá)國家的軍隊(duì)中，紅外熱像儀已配置在陸、

9、空、海軍等各個軍種 中，例如海灣戰(zhàn)爭中平均每個美國士兵配備 1.7具紅外熱像儀5。與發(fā)達(dá)國家相 比，目前我國軍隊(duì)中紅外熱像儀的應(yīng)用相對較少，其市場需求量相當(dāng)巨大。當(dāng)然紅外技術(shù)也在遙感、交通、醫(yī)學(xué)、石化、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、電力、安全監(jiān)控與防范和 科學(xué)研究等民用領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，根據(jù)美國Maxtech In ternatio nal發(fā)布的紅外市場報告，2006年全球民用紅外熱像儀的銷售額為 16.3億美元。近年來，全球民 用紅外熱像儀市場需求年均增長率已超過了15%，預(yù)計(jì)2010年全球民用紅外熱像儀市場供給將達(dá)到28億美元。全球民用紅外熱像儀市場的供給和需求趨勢， 由于紅外技術(shù)具有很高的軍用和民用價值，近年

10、來國外主要廠家紛紛在核心器件及系統(tǒng)產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中加大投入和研發(fā)力度。1.3課題研究思路及方法簡介紅外通信其實(shí)顧名思義它就是利用紅外技術(shù)實(shí)現(xiàn)兩點(diǎn)之間的近距離保密通 信和信息轉(zhuǎn)發(fā)。它一般由紅外發(fā)射和接收系統(tǒng)兩部分組成。 紅外通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 是光通信系統(tǒng)的一個重要分支，紅外通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路和目前世界上所采用的 骨干通信網(wǎng)的光纖通信系統(tǒng)有相同之處， 唯一比較重要的差別就是它們二者所采 用的傳輸媒質(zhì)不同，一個是大氣，一個則是光纖。在短距離傳輸?shù)臈l件下，紅外 通信屬于無線通信，避免了連線和接口等不必要的設(shè)施， 所以比較方便。語音和音樂等所產(chǎn)生的電信號，一般不直接進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，而是經(jīng)過放大后對發(fā)射機(jī)

11、 的高頻震蕩進(jìn)行調(diào)制，然后將此攜帶有低頻信號的高頻已調(diào)制信號，通過大氣傳 輸出去。這次的設(shè)計(jì)采用了紅外技術(shù)從而最終實(shí)現(xiàn)紅外音頻通信。具體研究方法如下：首先要在紅外發(fā)射機(jī)直接引入音頻信號， 在發(fā)射端產(chǎn)生微弱電流信號，經(jīng) 發(fā)射電路放大，驅(qū)動紅外發(fā)射頭工作，紅外發(fā)射頭將放大后的電流信號轉(zhuǎn)化為紅 外光信號，通過空氣傳播，接收端此時的紅外接收頭收到紅外光信號， 并轉(zhuǎn)化為 微弱電流信號，經(jīng)接收電路進(jìn)行音頻放大后，最終還原為音頻信號，經(jīng)喇叭傳輸， 在接收端可以清晰聽到聲音。2紅外技術(shù)簡介2.1紅外線的發(fā)現(xiàn)紅外通信技術(shù)，顧名思義就是利用紅外線進(jìn)行通信傳輸技術(shù)。所以，要了解它還得從紅外線講起。人的眼睛能看到的可

12、見光，若按波長排列，依次（從長到 短）為紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫，如圖1所示。由圖可見，比紅光波長還長 的光叫紅外線。紅外線是波長介乎微波與可見光之間的電磁波，波長在0.75微米（卩m）至1毫米之間，在光譜上位于紅色光外側(cè)。 紅外線具有很強(qiáng)的熱效應(yīng)， 易于被物體吸收，通常被作為熱源。另外，它的透過云霧能力比可見光強(qiáng)， 在通 訊、探測、醫(yī)療、軍事等方面有廣泛的用途，俗稱紅外光。公元1666年，牛頓發(fā)現(xiàn)光譜并測量出3900埃7600埃（400nm700nm）是可見光的波長。1800 年4月24日，英國倫敦皇家學(xué)會（ROYAL SOCIETY）的威廉赫歇爾發(fā)表太 陽光在可見光譜的紅光之外還有一種不

13、可見的延伸光譜，具有熱效應(yīng)。他所使用的方法很簡單，用一支溫度計(jì)測量經(jīng)過棱鏡分光后的各色光線溫度，由紫到紅， 發(fā)現(xiàn)溫度逐漸增加，可是當(dāng)溫度計(jì)放到紅光以外的部份， 溫度仍持續(xù)上升，因而 斷定有紅外線的存在。2.2紅外線的劃分紅外線按其波長不同可劃分為三種，即：近紅外線、中紅外線和遠(yuǎn)紅外線。 其劃分的范圍大致如下：近紅外線，波長為 (0.75-1)(2.5-3)卩m之間；中紅 外線，波長為(2.5-3)(25-40)卩m之間；遠(yuǎn)紅外線，波長為(25-40)1000卩m 之間。而在我們的周邊，紅外線無處不在，除非絕對零度(-273.15 C),因?yàn)?所有高于絕對零度的任何物體都可以產(chǎn)生紅外線。其中，波

14、長為8-14卩m的遠(yuǎn)紅外線是生物生存必不可少的因素。而這段遠(yuǎn)紅外線也有一個單獨(dú)的名字，叫“生 命光波9。2.3紅外線和紅外通信的的特點(diǎn)紅外線的特點(diǎn)是不干擾其他電器設(shè)備工作，也不會影響周邊環(huán)境。電路調(diào)試 簡單，若對發(fā)射信號進(jìn)行編碼，可實(shí)現(xiàn)多路紅外遙控功能。利用紅外線進(jìn)行通信 具有以下特點(diǎn)： 紅外線是人體肉眼不可見的光線，保密性強(qiáng)，選用它作為信息載體，裝置工作時不存在視覺污染，對人體沒有傷害。 傳播范圍不受限制，不存在頻率干擾問題，與無線電波方式相比，不必就頻 率資源向有關(guān)部門進(jìn)行申請和登記，易于實(shí)施。 具有良好的指向性，當(dāng)傳送設(shè)備和紅外接收端口排成直線，角度不超過15度得時候，紅外裝置運(yùn)行效果最

15、好。 由于紅外線波長較長所以其穿透能力較弱，不能穿過人體和和物體，在進(jìn)行 傳輸時不能阻斷光路。 目前產(chǎn)生和接受紅外線的技術(shù)已經(jīng)比較成熟，元器件體積小，成本低。 紅外線由于其傳輸介質(zhì)是大氣，所以其再傳播時的衰減系數(shù)較小， 可以保證 信號的有效傳送。 紅外通信系統(tǒng)有著制作簡單，易于產(chǎn)生和調(diào)制的優(yōu)勢。紅外線的以上特點(diǎn)決定了它適用于教室、會議室等場所。同時紅外線傳播主要采取的是直線傳播，所以有物體位于發(fā)射端和接收端之間時，傳輸就會受到影響。當(dāng)然，它可以通過墻壁反射來進(jìn)行傳輸，但是對于音頻通信來說，這種方式會有一定的延遲，而導(dǎo)致聲音效果不佳10。3 EDA圖像仿真EDA是電子設(shè)計(jì)自動化(Electron

16、ic Design Automation)的縮寫。EDA技術(shù) 其實(shí)都是用電腦為工具，使用者用電腦來做電路仿真用的。用硬件描述語言HDL(Hardware Description Language完成設(shè)計(jì)文件，然后由電腦自己自主的完成點(diǎn)子電路的邏輯編譯、邏輯簡化、邏輯分割、邏輯綜合(布局以及布線)，以及邏輯優(yōu)化和仿真測試，一直到實(shí)現(xiàn)既定的電子路線系統(tǒng)功能。【3】使用EDA可以進(jìn) 行的范圍非常的廣闊。在通信、機(jī)械、電子、醫(yī)學(xué)、軍事等各個領(lǐng)域，都有EDA 的使用空間。現(xiàn)在EDA這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在各種大型公司，科研教學(xué)部門廣泛的在 使用。3.1 EDA技術(shù)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)一般情況的時候，使用EDA技術(shù)是進(jìn)行電子系

17、統(tǒng)設(shè)計(jì)的最后目標(biāo)，都是用來完成專用電路集成 ASIC(Application Specific Integrated Circuit)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，ASIC將是最終的物理平臺，采集容納了使用者通過EDA技術(shù)將電子應(yīng)用系統(tǒng)中的既定功能還有技術(shù)基表具體實(shí)現(xiàn)的一個硬件的實(shí)體。3.2硬件的描述語言 VHDL硬件的寫入語言HDL是EDA技術(shù)非常重要的組成部分，常見的就有一下這幾種：VHDL、Verilong HDL、System C。其中 VHDL、Verilog 在現(xiàn)在 EDA 常用的電子電路制圖設(shè)計(jì)中，使用的最多 。VHDL的英文全稱是VHSIC(Very High Speed In tegrate

18、d Circuit)Hardware Descripti on Lan guage于 1983 年由美國國 防部(DOD)發(fā)起創(chuàng)建。從此，VHDL成為硬件描述語言界的標(biāo)準(zhǔn)之一。3.3基于VHDL的自上到下設(shè)計(jì)的方法應(yīng)用VHDL進(jìn)行自上而下的設(shè)計(jì)，就是說在使用 VHDL創(chuàng)建模型在全部的 綜合級別上對設(shè)計(jì)圖上硬件的設(shè)計(jì)進(jìn)行說明、建模還有仿真測試。正因?yàn)檫@樣， 在設(shè)計(jì)的時候，要根據(jù)EDA仿真出來的結(jié)果不斷地進(jìn)行設(shè)計(jì)修改、優(yōu)化和不斷 升級，可以非常及時的對模型進(jìn)行修改，更正在設(shè)計(jì)中所犯下的錯誤，提高設(shè)計(jì)目標(biāo)的工作速率，是其展現(xiàn)的能力最大化。在這一系列過程中，用自上而下的方法設(shè)計(jì)，使他以后每一步的設(shè)計(jì)都

19、是基于上一步的設(shè)計(jì)來進(jìn)行。即時發(fā)現(xiàn)在這幾種有問題或是需要修改，也不影響整體的設(shè)計(jì)成果。自上而下的設(shè)計(jì)包括以下的幾個階段：圖1VHDL的自上到下設(shè)計(jì)的方法將電路系統(tǒng)以一定的表達(dá)方式輸入計(jì)算機(jī)，是在EDA軟件平臺上對FPGA/CPLD開發(fā)的最初步驟。一般情況下，在使用 EDA軟件工具的設(shè)計(jì)輸入 的時候大概可以分為兩種種類：1圖形輸入2.HDL文本輸入。自頂向下的設(shè)計(jì)流程按照以下步驟進(jìn)行：（1）提出設(shè)計(jì)說明書，（2）建立 VHDL模型（3）VHDL行為仿真（4） VHDL-RTL級建模（5）前端功能仿真（6） 邏輯綜合（7）測試向量生成（8）功能仿真（9）綜合結(jié)構(gòu)（10）門及時序仿真（11）軟件測試

20、。4紅外光發(fā)射機(jī)系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架及思路紅外光發(fā)射機(jī)屬于一種無線光通信電路。 目前，這種通信方式主要應(yīng)用于室 內(nèi)，如構(gòu)成無繩電話及無繩耳機(jī)系統(tǒng)等。 紅外線的傳輸距離雖然不遠(yuǎn)，但應(yīng)用于 辦公室和家庭已綽綽有余。由于可免去布線的麻煩，故它具有有線光通信無法比 擬的優(yōu)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)為紅外光發(fā)射器，即：通過紅外線傳送音頻信號，它具有結(jié)構(gòu)簡單、 易于制作、無干擾、低噪聲等優(yōu)點(diǎn)。本方案設(shè)計(jì)框圖如下：線踣接收刊輻調(diào)制4差分98動屮=紅外脈沖輸圖2紅外光發(fā)射器框圖該系統(tǒng)發(fā)射端和接收端均接入 5V穩(wěn)壓電源，音頻信號經(jīng)過發(fā)射電路時產(chǎn)生 電流很微弱，所以發(fā)射端采用三級放大電路，但是過大的發(fā)射功率會燒壞其中部

21、 分器件。因此，我們在電路中加入可調(diào)電阻，以便控制發(fā)射功率。4.2電路原理該電路設(shè)計(jì)是根據(jù)光纖通信中光發(fā)射機(jī)原理而制定，不同的就是光纖通信系統(tǒng)是通過“光纖”為介質(zhì)而進(jìn)行傳輸?shù)?，而本系統(tǒng)的傳輸介質(zhì)則為“大氣”，不 受無線電波的干擾，但室內(nèi)光線也會對它有一定的影響。紅外光發(fā)射機(jī)發(fā)射系統(tǒng)，如圖3所示圖3紅外光發(fā)射機(jī)原理圖圖3為紅外光發(fā)射電路，我們將外界的音頻信號通過迷你話筒直接傳入發(fā)射電路，此時發(fā)射電路將其轉(zhuǎn)化為微弱電流信號，經(jīng)過三級管BC547、9012和運(yùn)算放大器LM386放大后驅(qū)動紅外發(fā)射管工作。由于紅外發(fā)射管的發(fā)射強(qiáng)度和電 流成正比，所以發(fā)射頭VD1和VD2所發(fā)出的紅外光便受到音頻信號的調(diào)制

22、（直接調(diào)制）。由于本系統(tǒng)為音頻通信系統(tǒng)，所以必然存在失真的問題，所以在發(fā)射 端電路中應(yīng)加入偏置電阻和濾波電容，以便調(diào)節(jié)它的發(fā)射功率同時抑制失真。 該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)物如圖4所示：圖4紅外音頻通信系統(tǒng)實(shí)物參照圖4.3主要元器件4.3.1發(fā)射端所用元器件及其參數(shù)該系統(tǒng)設(shè)計(jì)中發(fā)射端主要用到以下元器件，如表1所示:表1發(fā)射系統(tǒng)所需元器件列表元器件名稱規(guī)格數(shù)量電阻10K1電阻100K2電阻1K1電阻1001可調(diào)電阻10K三極管BC547(NPN)三極管9012( PNP)運(yùn)算放大器LM3861電容10uF2電容33uF1電容0.1 uF2紅外發(fā)射管 PH3032話筒SUN4530-SC1穩(wěn)壓電源220V 5

23、V 3A14.4LM386功能簡介LM386是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的音頻功率放大器 ，主要應(yīng)用于低電壓 消費(fèi)類產(chǎn)品。它是一種音頻集成功放，具有自身功耗低、電壓增益可調(diào)整、電源 電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真度低等很多優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于錄音機(jī)和 收音機(jī)之中11。其電源電壓4 12V(本設(shè)計(jì)采用5V電源)，音頻功率0.5W,所 以本設(shè)計(jì)中喇叭也采用0.5W的，以便使其正常工作。LM386是由NSC制造的， 它的電源電壓范圍非常寬，最高可使用到15V,消耗靜態(tài)電流為4mV當(dāng)電源電壓為12V時，在8歐姆的負(fù)載情況下，可提供幾百 mV的功率，它的典型輸入阻 抗為50K。同時其電壓增益也是可調(diào)的，通

24、過引腳之間加入電阻和旁路電容可使 其電壓增益在20200之間隨意調(diào)節(jié)，但是為了減少其外圍兀件，LM386內(nèi)置電 壓增益為20。在6V電源電壓下，它的靜態(tài)功耗僅為 24m，使得LM386特別適 用于電池供電的場合。下面我們以圖片形式介紹LM386的 一些典型應(yīng)用電路：TT T T 圖6放大增益=20電路圖7放大增益=200電路圖8低頻提升放大電路為反相輸入端，3 引腳1和8為電10 卩 F。LM386引腳如圖10所示，它具有8個引腳，其中引腳2 為同相輸入端；引腳5為輸出端；引腳6和4分別為電源和地; 壓增益設(shè)定端；使用時在引腳7和地之間接旁路電容，通常取増益輸入-輸入+接地圖9 LM386引腳

25、圖LM386與通用型集成運(yùn)算放大電路一樣，它也是一個由差分放大電路、共射放大電路和OTL放大電路構(gòu)成的三級放大電路。 其內(nèi)部電路如圖11所示：圖10 LM386內(nèi)部原理圖電源輸出地第一級：差分放大電路。該電路中由 T1和T3、T2和T4分別構(gòu)成復(fù)合管， 作為差分放大電路的放大管；T5和T6組成鏡像電流源作為T1和T2的有源負(fù)載; T3和T4信號從管的基極輸入，從T2管的集電極輸出，為雙端輸入單端輸出差 分電路。使用鏡像電流源作為差分放大電路有源負(fù)載，可使單端輸出電路的增益近似等于雙端輸出電容的增益。第二級：共射放大電路。該電路由 T7作為放大管，恒流源作為有源負(fù)載， 以增大放大倍數(shù)。第三級：

26、OTL(Output transformerless )放大電路(無輸 出變壓器功率放 大電路)。該電路中由 T8和T9管復(fù)合成PNP型管，與NPN型管T10構(gòu)成準(zhǔn)互 補(bǔ)輸出級。二極管D1和D2為輸出級提供合適的偏置電壓，可以消除交越失真。其中引腳2為反相輸入端，引腳3為同相輸入端。電路由單電源供電，故為 OTL 電路。輸出端（引腳5）應(yīng)外接輸出電容后再接負(fù)載。電阻R7從輸出端連接到T2的發(fā)射極，形成反饋通路，并與 R5和R6構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)，從而引入了深度電 壓串聯(lián)負(fù)反饋，使整個電路具有穩(wěn)定的電壓增益12。4.5電路工作原理圖11紅外音頻發(fā)射系統(tǒng)原理圖這次設(shè)計(jì)中紅外音頻發(fā)射系統(tǒng)如圖12所示，音頻

27、信號經(jīng)過話筒引入發(fā)射端， 經(jīng)該系統(tǒng)中0.1uF電容耦合至三極管BC547進(jìn)行一級放大，被放大的電壓信號流 經(jīng)運(yùn)放LM386因?yàn)長M238本身帶有功率放大作用所以我們可以通過該電路中的 10K滑動變阻器對其放大倍數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以避免電流過大損壞電路，電壓信號經(jīng) 運(yùn)放后再通過隔直電容（33uF）流經(jīng)三極管9012,經(jīng)耦合電容隔直后會在 9012 三極管的基級加上一組和音頻信號相同變化規(guī)律的電流，再由9012的放大作用以驅(qū)動兩個紅外發(fā)射管 VD1和VD2工作，而VD1和VD2的發(fā)光強(qiáng)度受到音頻信號 強(qiáng)弱的直接調(diào)制，所以此時音頻信號會對其進(jìn)行大小同步調(diào)制并轉(zhuǎn)變?yōu)榧t外信號 發(fā)射出去。該電路中，為了提高兩個

28、紅外發(fā)射管的發(fā)射功率，我們選擇將發(fā)射管 VD1和VD2并聯(lián)，同時為了避免電流過大，應(yīng)該在發(fā)射端加入一個降流電阻。4.6系統(tǒng)調(diào)試及調(diào)試結(jié)果將發(fā)射系統(tǒng)和接受系統(tǒng)接入5V直流電源，確定其正常通電的情況下，在該 系統(tǒng)發(fā)射端的話筒處引入 MP3聲源，將接收端放于離發(fā)射端6米范圍內(nèi)，并將發(fā) 射管對準(zhǔn)接收管偏差不大于60度的情況下，均可清晰聽到聲音。經(jīng)測試該系統(tǒng) 在5V工作電壓下，傳輸距離不大于 6米的情況下測試成功。5設(shè)計(jì)過程中遇到的故障及問題分析本次設(shè)計(jì)過程中，在焊接萬用板時，由于電路較為復(fù)雜，為了使其變得美觀， 我省去了后面的連接短線，而是用焊錫焊接成為流線型的，使得萬用板看起來不 是很亂，但是在這個

29、過程中，我常常出現(xiàn)連焊的情況，如圖 14所示，一次又一 次的焊接完成之后卻發(fā)現(xiàn)整個系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)功能，后來經(jīng)過長時間的排查才發(fā)現(xiàn) 是因?yàn)樵诤附訒r出現(xiàn)了連焊，使得電路發(fā)生改變，甚至是短路。aD口7 F E口IfkfL*t口1- J J口口oflQ口口口 一 Engps -d 口 SS. 口口口DU口 QR a 口口 aa 口 口ad 口 口口nu口口U1 口 ml! 口 g 口 口 u fn I J Ln口U口 urju .- 口口口I口ryt I Qao口 一；口口*3一 -i H r* If 口 a,3s3 3 a口己芒 口二:;_門n3二-一 口口口口3二 rrnul 二 sancEIEla

30、r&$F ugots-cis 11 口口口口2口HDJa 口 口口口k iill LrBGGsnaaaBmalQIIDm?？赼qp口口口DO3CQ口口二 a fl r- 4 d！-Jaanrr 口 口口仃3口Ela亠口a3 9-aaJr CGL1* DF 口 2uanQ *Q口 !.: :- jJf口 1 I Jc QD 口口natlla口口 口口 aaDDQaDDQa 口opn 口 口口 LiLL口口 aQ_u 口u口口DQ口 句立口SE3D口口 aop圖12連焊面板再者就是在選材方便，初次做萬用板的時候我購買紅外接收管時，沒有注意 型號，后來等焊接好了萬用板之后發(fā)現(xiàn)不能實(shí)現(xiàn)該功能，花費(fèi)了我

31、很長時間也找 不出是哪一塊出錯，后來換了一種型號的接收管，系統(tǒng)功能便可以實(shí)現(xiàn)。還有焊 接三極管時，應(yīng)該注意其引腳，在整個焊接過程中因?yàn)闆]有注意三極管引腳位置， 幾次鑄成大錯。最后，本次設(shè)計(jì)的局限性就是傳輸距離較短，希望在以后的學(xué)習(xí)過程中能夠 通過自己學(xué)習(xí)的知識改變或者彌補(bǔ)這一缺憾。總結(jié)通過對本設(shè)計(jì)的完成，我的收獲很大，學(xué)會了運(yùn)用已經(jīng)學(xué)過的理論和生產(chǎn) 實(shí)際知識去分析和解決工程實(shí)際問題，同時對于設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題能積極的去思 考、解決。使我了解并掌握了音頻紅外通信原理， 了解了紅外發(fā)射機(jī)和紅外接收 機(jī)的功能及其工作原理，同時掌握了它的內(nèi)部元件 LM386的功能和內(nèi)部電路， 這是我完成本次設(shè)計(jì)必不可少

32、的因素。將自己設(shè)計(jì)的電路焊接在電路板上并完成 調(diào)試工作，使我更加熟練的掌握了在焊接方面的技術(shù)， 于此同時也提高了自己的 動手能力。此外，我還學(xué)會了用萬用表檢查電路的連接狀況和調(diào)試電路。此外，在完成本次設(shè)計(jì)說明書的過程中，我了解到了很多以前不知道的知 識，比如紅外通信的很多用途等等。比如：在機(jī)場和飯店等地點(diǎn)使用步行傳真機(jī) 和打印機(jī)，在這些地方利用紅外技術(shù)，掌上計(jì)算機(jī)用戶可以利用這些外設(shè)而勿需 電纜。銀行的ATM（柜員機(jī)）也可以采用紅外接口裝置。所以在本次設(shè)計(jì)的整個過程中我受益匪淺。 雖然，在本次設(shè)計(jì)中遇到很多困 難，但是通過努力和細(xì)心的排查，都能一一解決，這也使得我明白不管做什么都 要細(xì)心，否則再簡單的事都會做錯。致謝在本次設(shè)計(jì)的制作和撰寫論文的過程中，從選材、焊接、電路調(diào)試和撰寫論 文對我來說都是一次又一次的自我挑戰(zhàn)， 從拿到這個題目時，我很迷茫、彷徨不 知道該從哪下手。但是，在這一系列的過程中，李利平老師一直不斷的指導(dǎo)我， 對我的輔導(dǎo)甚