音頻信號傳輸技術(shù)實驗

音頻信號光纖傳輸技術(shù)實驗

音頻信號傳輸技術(shù)實驗共17頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!實驗?zāi)康?．熟悉半導(dǎo)體電光/光電器件的基本性能及主要特性的測試方法2．了解音頻信號光纖傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及選配各主要部件的原則3．學(xué)習(xí)分析集成運放電路的基本方法4．訓(xùn)練音頻信號光纖傳輸系統(tǒng)的調(diào)試技術(shù)音頻信號傳輸技術(shù)實驗共17頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!實驗儀器YOF—B型音頻信號光纖傳輸技術(shù)實驗儀（由四川大學(xué)物理系研制）；音頻信號發(fā)生器；示波器；數(shù)字萬用表音頻信號傳輸技術(shù)實驗共17頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!實驗原理一．系統(tǒng)的組成

音頻信號傳輸技術(shù)實驗共17頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!光纖傳至光電二極管SPD再復(fù)原成原始音頻電流信號，經(jīng)由IC2構(gòu)成的I—V變換電路轉(zhuǎn)換成電壓信號，最后通過功率放大電路輸出聲音功率信號，推動揚聲器發(fā)出聲音。這樣就完成了音頻信號通過光纖的傳輸過程。二、光導(dǎo)纖維的結(jié)構(gòu)及傳光原理音頻信號傳輸技術(shù)實驗共17頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!三、半導(dǎo)體發(fā)光二極管的驅(qū)動、調(diào)制電路本實驗采用半導(dǎo)體發(fā)光二極管LED作光源器件.音頻信號光纖傳輸系統(tǒng)發(fā)送端LED的驅(qū)動和調(diào)制電路如圖（3）示，以BG1為主構(gòu)成的電路是LED的驅(qū)動電路，調(diào)節(jié)這一電路中的W2可使LED的偏置電流在0—20mA的范圍內(nèi)變化。被傳音頻信號由IC1為主構(gòu)成的音頻放大電路放大后經(jīng)電容器C4耦合到BG1基極，對LED的工作電流進(jìn)行調(diào)制，從而使LED發(fā)送出光強(qiáng)隨音頻信號變化的光信號，并經(jīng)光導(dǎo)纖維把這一信號傳至接收端。半導(dǎo)體發(fā)光二極管輸出的光功率與其驅(qū)動電流的關(guān)系稱LED的電光特性，如圖4所示。為了使傳輸系統(tǒng)的發(fā)送端能夠產(chǎn)生一個無非線性失真、而峰—峰值又最大的光信號，使用LED時應(yīng)先給它一個適當(dāng)?shù)钠秒娏?，其值等于這一特性曲線線性部分中點對應(yīng)的電流值，而調(diào)制電流的峰—峰值應(yīng)盡可能大地處于這一電光特性的線性范圍內(nèi)。音頻信號傳輸技術(shù)實驗共17頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!四．半導(dǎo)體光電二極管的工作原理及特性半導(dǎo)體光電二極管SPD與普通的半導(dǎo)體二極管一樣，都具體一個p-n結(jié),光電二極管在外形結(jié)構(gòu)方面有它自身的特點，這主要表現(xiàn)在光電二極管的管殼上有一個能讓光射入其光敏區(qū)的窗口、此外，與普通二極管不同，它經(jīng)常工作在反向偏置電壓狀態(tài)（如圖5a所示）或無偏壓狀態(tài)（如圖5b所示）。圖5光電二極管的結(jié)構(gòu)及工作方式音頻信號傳輸技術(shù)實驗共17頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!實驗內(nèi)容一.LED—傳輸光纖組件電光特性的測定測量前首先將兩端帶電流插頭的電纜線一頭插入光纖繞線盤上的電流插孔，另一端插入發(fā)送器前面板上的“LED”插孔，并將光電探頭插入光纖繞線盤上引出傳輸光纖輸出端的同軸插孔中，SPD的兩條出線接至儀器前面板光功率指示器的相應(yīng)插孔內(nèi)，在以后實驗過程中注意保持光電探頭的這一位置不變。測量時調(diào)節(jié)W2使毫安表指示從零開始（此時光功率計的讀數(shù)應(yīng)為零，若不為零記下讀數(shù)，并在以后的各次測量中以此為零點扣除）,逐漸增加LED的驅(qū)動電流，每增加2mA讀取一次光功率計示值，直到20mA為止。根據(jù)測量結(jié)果描繪LED—傳輸光纖組件的電光特性曲線，并確定出其線性度較好的線段。音頻信號傳輸技術(shù)實驗共17頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!圖7光電二極管反向伏安特性的測定音頻信號傳輸技術(shù)實驗共17頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!三.音頻放大器頻帶特性音頻放大器的頻帶寬度決定了所傳音頻信號保證不失真、且有良好放大作用的頻率范圍。具體測試時，應(yīng)將音頻放大器的輸入斷與雙蹤示波器的一個通道和低頻信號發(fā)生器相連，輸出端和示波器的另一通道相連。將音頻輸入信號保持在20HZ—20KHZ之間，幅度保持10mv不變，改變頻率f從10—20KHZ，測出對應(yīng)的放大器輸出信號峰峰值Uout值。作出Uout—lgf曲線，求出帶寬Δf。四．語言信號的傳輸實驗整個音頻信號光纖傳輸系統(tǒng)的音響效果。實驗時把示波器和數(shù)字毫伏表接至接收器I—V變換電路的輸出端，適當(dāng)調(diào)節(jié)發(fā)送器的LED偏置電流和調(diào)制輸入信號幅度，使傳輸系統(tǒng)達(dá)到無非線性失真、光信號幅度為最大的最佳聽覺效果。音頻信號傳輸技術(shù)實驗共17頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!圖（1）給出了一個音頻信號直接光強(qiáng)調(diào)制光纖傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖，它主要包括由LED及其調(diào)制、驅(qū)動電路組成的光信號發(fā)送器、傳輸光纖和由光電轉(zhuǎn)換、I—V變換及功放電路組成的光信號接收器三個部分。光源器件LED的發(fā)光中心波長必須在傳輸光纖呈現(xiàn)低損耗的0.85μｍ、1.3μｍ或1.5μｍ附近，本實驗采用中心波長0.85μｍ附近的GaAs半導(dǎo)體發(fā)光二極管作光源、峰值響應(yīng)波長為0.8～0.9μｍ的硅光二極管（SPD）作光電檢測元件。為了避免或減少諧波失真，要求整個傳輸系統(tǒng)的頻帶寬度能夠覆蓋被傳信號的頻譜范圍，對于語音信號，其頻譜在300～3400Hz的范圍內(nèi)。由于光導(dǎo)纖維對光信號具有很寬的頻帶，故在音頻范圍內(nèi)，整個系統(tǒng)的頻帶寬度主要決定于發(fā)送端調(diào)制放大電路和接收端功放電路的幅頻特性。此電路的工作原理如下：音頻信號經(jīng)IC1放大電路傳到LED調(diào)制電路。W2調(diào)節(jié)發(fā)光管LED工作（偏置）電流，音頻電流調(diào)制此工作電流，并經(jīng)LED轉(zhuǎn)換成音頻調(diào)制的光信號，經(jīng)音頻信號傳輸技術(shù)實驗共17頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!圖2所示為階躍型多模光纖的結(jié)構(gòu)和導(dǎo)光原理。它由纖芯和包層兩部分組成，芯子的半徑為a，折射率為n1，包層的外徑為b，折射率為n2，且n1>n2。假設(shè)光纖端面與其軸線垂直，當(dāng)一光線射到光纖入射端面時，入射面包含了光纖的軸線，則這條射線在光纖內(nèi)就會按子午射線的方式傳播。根據(jù)smell定律及圖（2）所示的幾何關(guān)系有：

n0sinθi=n1sinθz(1)θz=π/2-αn0sinθi=n1cosα(2)其中n0是光纖入射端面左側(cè)介質(zhì)的折射率。通常，光纖端面處在空氣介質(zhì)中，故n0=1。由（2）式可知：如果所論光纖在光纖端面處的入射角θi較小,則它折射到光纖內(nèi)部后投射到芯子一包層界面處的入射角α有可能大于由芯子和包層材料的折射率n1和n2按下式?jīng)Q定的臨結(jié)角αc：αc=arcsin(n2/n1)(3)在此情形下光射線在芯子—包層界面處發(fā)生全內(nèi)反射。該射線所攜帶的光能就被局限在纖芯內(nèi)部而不外溢，滿足這一條件的射線稱為傳導(dǎo)射線。音頻信號傳輸技術(shù)實驗共17頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!圖3LED的驅(qū)動和調(diào)制電路圖4LED的正向伏安特性音頻信號傳輸技術(shù)實驗共17頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!半導(dǎo)體光電二極管SPD的反向伏安特性如圖6所示。圖6光電二極管的伏安特性曲線音頻信號傳輸技術(shù)實驗共17頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!二．光電二極管反向伏安特性曲線的測定測定光電二極管反向伏安特性的電路如圖(7)所示。由IC1為主構(gòu)成的電路是一個電流—電壓變換電路，它的作用是把流過光電二極管的光電流I轉(zhuǎn)換成由IC1輸出端C點的輸出電壓Vo，它與光電流成正比。整個測試電路的工作原理依據(jù)如下：由于IC1的反相輸入端具有很大的輸入阻抗，光電二極管受光照時產(chǎn)生的光電流幾乎全部流過Rf并在其上產(chǎn)生電壓降Vcb=RfI

。另外，又因IC1具有很高的開環(huán)電壓增益，反相輸入端具有與同相輸入端相同的地電位，故IC1的輸出電壓

Vo=IRf

（4）已知Rf后，就可根據(jù)上式由Vo計算出相應(yīng)的光電流I。

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在圖（7）中，為了使被測光電二極管能工作在不同的反向偏壓狀態(tài)下，設(shè)置了由W1組成的分壓電路。具體測量時首先把SPD的插頭接至接收器前面板左側(cè)SPD相應(yīng)的插孔中，然后根據(jù)LED的電光特征曲線在LED工作電流從0～20mA的變化范圍內(nèi)查出輸出光功率均分的5個工作點對應(yīng)的驅(qū)動電流值，為以后論述方便起見，對應(yīng)這5個電流值分別標(biāo)以i1，i2，i3，i4和i5.測量LED工作電流為i1～i5時所對應(yīng)的5種光照情況下光電二極管的反向伏安特性曲線。對于每條曲線,測量時，調(diào)節(jié)W1使被測二極管的反偏電壓逐漸增加，從0V開始，每增加1V用接收器前面板的數(shù)字毫伏表測量一次IC1輸出電壓Vo值，根據(jù)這一電壓值由（4）式即可算出相應(yīng)的光電流I。音頻信號傳輸技術(shù)實驗共17頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁![參考文獻(xiàn)][1]《纖維光學(xué)（原理及實驗研究）》朱世國、付克祥，四川大學(xué)出版社，1992。[2]《近代物理實驗技術(shù)》（1）呂斯驊，朱印康，高等教育出版社，1991年8月1.利用SPD、I—V變換電路和數(shù)字毫伏表，設(shè)計—光功率計。