1、北石油大學(xué)程設(shè)計(jì)光電檢測(cè)技術(shù)光纖傳輸語音電路設(shè)計(jì)電子科學(xué)學(xué)院專業(yè)班級(jí)學(xué)生姓名學(xué)生學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師2015年3月13日東北石油大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書纖網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行速率達(dá)到了每秒2.5GB。從帶寬看，很大的優(yōu)勢(shì)是：光纖具有較大的課程光電檢測(cè)技術(shù)題目光纖傳輸語音電路設(shè)計(jì)專業(yè)電子科學(xué)與技術(shù)姓名學(xué)號(hào)主要內(nèi)容:應(yīng)用集成電路、光敏二極管、三極管，設(shè)計(jì)光電發(fā)射與接收電路，光纖傳輸語音信號(hào) 的功能。基本要求:1)設(shè)計(jì)光纖傳輸語音信號(hào)的框圖。2)設(shè)計(jì)光信號(hào)發(fā)射電路及光信號(hào)接收電路。3)傳輸距離200米左右。4)調(diào)試安裝。5)完成課程設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告。主要參考資料: 1)李芳健編著.光纖通信相關(guān)技術(shù)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,20

2、10.11.2)雷御堂編著，光電信息技術(shù)M.北京：電子工業(yè)出版社.2006.4.3)黃繼昌等編著.檢測(cè)專用集成電路及應(yīng)用M.北京：人民郵電出版社，2006.10.完成期限 2015.3.9-2015.3.13 指導(dǎo)教師 專業(yè)負(fù)責(zé)人2015年3月6日第 1 章 概述1.1 選題背景光電檢測(cè)技術(shù)是一種非接觸測(cè)量的高新技術(shù)。 它主要利用電子技術(shù)對(duì)光學(xué)信號(hào)進(jìn)行檢 測(cè)，并進(jìn)一步傳遞、儲(chǔ)存、控制、計(jì)算和顯示。光電檢測(cè)技術(shù)通過光學(xué)系統(tǒng)把待檢測(cè)的非 電量信息變換成為便于接受的光學(xué)信息，然后用光電探測(cè)器件將光學(xué)信息量變換成電量， 并進(jìn)一步經(jīng)過電路放大、處理，以達(dá)到電信號(hào)輸出的目的。然后采用電子學(xué)、信息論、計(jì) 算

3、機(jī)及物理學(xué)等方法分析噪聲產(chǎn)生的原因和規(guī)律， 以便于進(jìn)行相應(yīng)的電路改進(jìn)， 更好地研 究被噪聲淹沒的微弱有用信號(hào)的特點(diǎn)與相關(guān)性， 從而了解非電量的狀態(tài)。 微弱信號(hào)檢測(cè)的 目的是從強(qiáng)噪聲中提取有用信號(hào)，同時(shí)提高檢測(cè)系統(tǒng)輸出信號(hào)的信噪比。光纖傳輸，即以光線為介質(zhì)進(jìn)行傳輸。光纖，不僅可用來傳輸模擬信號(hào)和數(shù)字Mbps如果在不使用信號(hào)，而且可以滿足視頻傳輸?shù)男枨蟆Ｆ鋽?shù)據(jù)傳輸率能達(dá)幾千中繼器的情況下，傳輸范圍能達(dá)到6-8km。1.2 發(fā)展前景光纖通信技術(shù)應(yīng)用迅速增長(zhǎng)， 自 1977 年光纖系統(tǒng)首次商用安裝以來， 電話公司就開始使用光纖鏈路替代舊的銅線系統(tǒng)。今天的許多電話公司，在他們的系統(tǒng)中全 面使用光纖作為干

4、線結(jié)構(gòu)和作為城市電話系統(tǒng)之間的長(zhǎng)距離連接。提供商已開始用 光纖 / 銅軸混合線路進(jìn)行試驗(yàn)。這種混合線路允許在領(lǐng)域之間集成光纖和同軸電纜， 這種被稱為節(jié)點(diǎn)的位置，提供將光脈沖轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的光接收機(jī)，然后信號(hào)再經(jīng)過同軸電纜被傳送到各個(gè)家庭。近年來，作為一種通信信號(hào)傳輸?shù)那‘?dāng)手段，光纖穩(wěn) 步替代銅線是顯而易見的，這些光纜在本地電話系統(tǒng)之間跨越很長(zhǎng)的距離并為許多 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)提供干線連接。光纖是一種采用玻璃作為波導(dǎo)， 以光的形式將信息從一端傳送到另一端的技術(shù)。今天的低損耗玻璃光纖相對(duì)于早期發(fā)展的傳輸介質(zhì)，幾乎不受帶寬限制并具有獨(dú)一 無二的優(yōu)勢(shì)， 點(diǎn)到點(diǎn)的光學(xué)傳輸系統(tǒng)由三個(gè)基本部分構(gòu)成： 產(chǎn)生光信號(hào)的光發(fā)送

5、機(jī)、 攜帶光信號(hào)的光纜和接收光信號(hào)的光接收機(jī)。光纖傳輸設(shè)備傳輸方式可簡(jiǎn)單的分成： 多模光纖傳輸設(shè)備和單模光纖傳輸設(shè)備。1.54MHz 的速率，光光纜傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)與發(fā)展形成了它的幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。相對(duì)于銅線每秒信息容量，這意味這能夠使用尺寸很小的電纜，將來就不用更新或者增強(qiáng)傳輸光纜 中信號(hào)。傳輸過程是由發(fā)光二極管LED或注入型激光二極管ILD發(fā)出光信號(hào)沿光媒體傳播，在 另一端則有PIN或APD光電二極管作為檢波器接收信號(hào)。對(duì)光載波的調(diào)制為移幅鍵控法， 又稱亮度調(diào)制(Intensity Modulation )。典型的做法是在給定的頻率下，以光的出現(xiàn)和 消失來表示兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)字。發(fā)光二極管LED和注入型激光

6、二極管ILD的信號(hào)都可以用這 種方法調(diào)制，PIN和ILD檢波器直接響應(yīng)亮度調(diào)制。第2章光纖傳輸語音設(shè)計(jì)原理2.1光電檢測(cè)電路整體設(shè)計(jì)此電路可以通過1mm塑料光纜傳送語音。發(fā)射器電路板（KIT26 T）上有一個(gè)話筒和調(diào) 制LED發(fā)光的線路。LED裝在塑料殼中以便于連接F0光纜進(jìn)行發(fā)送。在接收器（KIT26 R） 板上有光電接收器、揚(yáng)聲器及用于將檢測(cè)到的光信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)、 放大并且轉(zhuǎn)換為聲波的 電路。語音信號(hào)以光波形式在光纜內(nèi)傳輸、 不受任何電場(chǎng)和磁場(chǎng)的影響。傳輸距離遠(yuǎn)， 抗 干擾能力強(qiáng)。每個(gè)電路板需要一個(gè) 9V電池，但連續(xù)使用時(shí)建議使用整流電源。裝置中安裝有4.3m直徑1mm勺塑料光纜。此線路能

7、很好地傳送信號(hào)通過183m光纜。注意：這里使用的塑料光纜不是1卩m的玻璃光纜，使用玻璃光纜可以在更遠(yuǎn)的距離 （約32km）內(nèi)通信。而塑料光纜實(shí)驗(yàn)應(yīng)用十分方便，而且在電子噪聲環(huán)境中進(jìn)行短距離通信有 明顯的抗干擾效果。此電路組裝在單面印制線路。2.2工作電路框圖設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求做出如圖2.1的電路框圖MIC聲電聲電光11r轉(zhuǎn)1r轉(zhuǎn)輸換換入揚(yáng) 聲 輸 出光 纜 傳 輸電電光光聲V=流電接轉(zhuǎn)放轉(zhuǎn)收換大換器圖2.1工作電路框圖音頻信號(hào)最初是聲波，由發(fā)送器的電子麥克風(fēng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。 此信號(hào)由LM358組成的 音頻放大器放大，并且借助于一個(gè)單獨(dú)的晶體管控制 LED的端電壓，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信 號(hào)。光信號(hào)

8、送入塑料光纜。在光纜的另一端， 光信號(hào)照射到接收器的光電管上。 光電管再 將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。此信號(hào)被放大并送人揚(yáng)聲器轉(zhuǎn)換為聲波。2.3 元器件的選擇2.3.1 LM358 集成電路LM358集成電路IC內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用， 也適用于雙電源工作模式， 在推薦的工作條件下，電流與電電 壓 無 關(guān)它的使用范圍包括傳感放大器、 直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)算 放大器的場(chǎng)合。LM358的封裝形式有塑封8引線雙列直插式、貼片式和圓形金屬殼封裝等。2.3.2 晶體三極管在該制作時(shí)用了一個(gè)很重要的光電器件晶體三極管。 晶

9、體三極管的作用主要是電 流放大，他是電子電路的核心元件， 現(xiàn)在的大規(guī)模集成電路的基本組成部分也就是晶體三 極管。三極管基本機(jī)構(gòu)是在一塊半導(dǎo)體基片上制作兩個(gè)相距很近的PN結(jié)，兩個(gè)PN結(jié)把半導(dǎo) 體分成三部分，中間部分是基區(qū)，兩側(cè)部分是發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，排列方式有 PNF和NPN 兩種，從三個(gè)區(qū)引出相應(yīng)的電極，分別為基極 b發(fā)射極e和集電極C。發(fā)射區(qū)和基區(qū)之 間的PN結(jié)叫發(fā)射結(jié)，集電區(qū)和基區(qū)之間的 PN結(jié)叫集電極。基區(qū)很薄，而發(fā)射區(qū)較厚， 雜 質(zhì)濃度大，PNP型三極管發(fā)射區(qū)"發(fā)射"的是空穴，其移動(dòng)方向與電流方向一致，故發(fā)射極 箭頭向里；NPN型三極管發(fā)射區(qū)"發(fā)射"

10、;的是自由電子，其移動(dòng)方向與電流方向相反，故發(fā) 射極箭頭向外。發(fā)射極箭頭向外。發(fā)射極箭頭指向也是 PN結(jié)在正向電壓下的導(dǎo)通方向。硅晶體三極管和鍺晶體三極管都有 PNP型和NPN型兩種類型。2.3.3 光電檢測(cè)器光檢測(cè)器的主要功能是將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。它是現(xiàn)代光纖通信系統(tǒng)中的重要部 件。目前光纖通信系統(tǒng)中使用的光檢測(cè)器主要是移相開關(guān)二極管，即 PIN 二極管。 PIN 極管對(duì)低頻信號(hào)具有整流作用， 而對(duì)高頻信號(hào)， 卻只有阻抗作用。 阻抗值的大小決定于中間層。當(dāng)中間層為正偏時(shí)，因?yàn)橛休d流子注入中間層， 器件呈低阻； 而不中間層處于零偏 或反偏時(shí)，器件呈高阻。從而可以用于信息的檢測(cè)。光檢測(cè)器除了用

11、PIN二極管外，還可 用雪崩光電二極管，它們的工作原理大致相同。第3章 光電信號(hào)放大電路設(shè)計(jì)3.1根據(jù)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)給出發(fā)射器整體電路圖圖3.1發(fā)射器電路圖音頻信號(hào)最初是聲波，由發(fā)射器的電子麥克風(fēng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。 此信號(hào)由LM358組成的音頻放大器放大，并且借助于一個(gè)單獨(dú)的晶體管控制LED的端電壓將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信光電管再號(hào)。光信號(hào)送入塑料光纜。在光纜的另一端， 光信號(hào)照射到接收器的光電管上。將其轉(zhuǎn)換成為電信號(hào)。此信號(hào)被放大并送入揚(yáng)聲器轉(zhuǎn)換為聲波。3.2根據(jù)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)給出接射器整體電路圖圖3.2接收器電路圖如果不能工作，焊接質(zhì)量差是電路不工作的最常見的原因。首先在明亮的光線下仔細(xì) 檢查所有焊點(diǎn)，

12、其次查看所有元件（包括 IC和電解電容器）是否在PCE板的正確位置。最后，用萬用表檢查各器件的電壓。 再檢查是否正確地處理了光纜的端頭， 并且正確地插 入了發(fā)送器的LED和接收器中。第 4 章 安裝與調(diào)試4.1 元器件的選擇發(fā)射器元器件選擇：IC1選用LM358集成電路。VQ1選用晶體三極管。C1選用0.1尸 單體電容。VD選用IF-E96光電發(fā)射器（藍(lán)底粉紅點(diǎn)）。其他元器件如圖所示。接收器元器件選擇：VT選用IF-D93光電檢測(cè)器（黑底紅點(diǎn)）。C2 C3 CA C6均選用0.1卩F單體電容。其他元器件如圖所示。4.2 元器件的調(diào)試首先檢查元件，特別要確認(rèn)電阻的標(biāo)識(shí)正確。光纖（FO）發(fā)射器和檢

13、測(cè)器的外觀非 常相似， 檢測(cè)器安裝到接收板上，在黑色外殼上用紅色標(biāo)識(shí)；發(fā)射器安裝到發(fā)送板上， 在 藍(lán)色外殼上用粉紅點(diǎn)標(biāo)識(shí)。 因兩個(gè)板子的元件混裝在一起， 制作時(shí)要對(duì)照原理圖識(shí)別元件， 然后裝到板上。 通常首先安裝高度最低的元件（如電阻） 。電子話筒必須將引腳與連接負(fù) 極的金屬外殼相連（即電路的地或 0電平）。發(fā)送電路板德爾 MIC 上標(biāo)有 -'標(biāo)記。確 認(rèn)電解電容器以正確的方向插入。 為了得到最佳發(fā)送效果， 要保證光纜的端面垂直， 可以 用不同的平面角度來試驗(yàn)。你將發(fā)現(xiàn) LED 給出的信號(hào)相當(dāng)強(qiáng)，以至于最壞的切割方式， 也能在所提供的 4.3m 光纜上得到好的接收效果。但要在 183m

14、 以上距離的傳輸中得到好 的接收效果，光纜末端必須很好地處理。設(shè)備組裝好后將 9V 電源接到發(fā)送器上，此時(shí)在 LED 的塑料外殼上能見到紅色光線。如果看不到，可能是光電發(fā)送器和接收器弄混了。接收器連接電源后揚(yáng)聲器將發(fā)出噪聲。調(diào)小音量， 把發(fā)射器放在靠近收音機(jī)或電視機(jī)的房間， 確認(rèn)光纜沒有死環(huán)或扭結(jié)， 光纜不 能彎折得太厲害，曲率半徑要保持在 2cm以上。在接收端（FO光纜的末端）應(yīng)看到從發(fā)送器送來的紅色光線在接收器的前面閃動(dòng)。 能聽到另一個(gè)房間里由發(fā)送器拾取的聲音。 將 光纜壓入接收器，擰緊螺母，就能聽到非常清楚的聲音。第 5 章 總結(jié)本次光纖傳輸語音電路設(shè)計(jì)是一次綜合性很強(qiáng)的電路設(shè)計(jì)實(shí)踐，

15、學(xué)會(huì)了集成電路的設(shè) 計(jì)、光電檢測(cè)器的使用和晶體三極管的應(yīng)用原理。 本次設(shè)計(jì)的過程主要是經(jīng)過聲音接收裝 置、聲電轉(zhuǎn)換裝置和光纖傳輸將聲音進(jìn)行遠(yuǎn)程的傳輸。 通過這次的學(xué)習(xí)讓我學(xué)會(huì)了聲音傳 輸?shù)脑砗腿绾芜M(jìn)行自主網(wǎng)上和書籍中尋找需要的知識(shí)的技巧。 與此同時(shí)我學(xué)到了很多東 西，不僅有學(xué)習(xí)方面的，更學(xué)到了很多做人的道理， 對(duì)我來說受益非淺。這對(duì)我今后踏入 新的工作崗位是非常有益的。 除此以外， 我還學(xué)會(huì)了如何更好地與別人溝通， 如何更好地 去陳述自己的觀點(diǎn)， 如何說服別人認(rèn)同自己的觀點(diǎn)。 相信這些寶貴的經(jīng)驗(yàn)會(huì)成為我今后成 功的最重要的基石。 實(shí)習(xí)是每一個(gè)大學(xué)畢業(yè)生必須擁有的一段經(jīng)歷， 它使我們?cè)趯?shí)踐中了 解社會(huì)，讓我們學(xué)到了很多在課堂上根本就學(xué)不到的知識(shí)，也打開了視野，增長(zhǎng)了見識(shí)， 為今后的學(xué)習(xí)生活打下見識(shí)的基礎(chǔ)。1234參考文獻(xiàn)肖景和編著，集成運(yùn)算放大器應(yīng)用精粹 M. 北京：人民郵電出版社， 2006.11 陳振官等編著，光電子電路制作實(shí)例 M. 北京：國防工業(yè)出版社 2006.4. 黃繼昌等編著，檢測(cè)專用集成電路及應(yīng)用 M. 北京：人民郵電出版社， 2006.10. 閻石，數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) M. 北京: 高等教育出版社 2006.5張永林等編著,光電子技術(shù)M.高等教育出版社.2005.5課程名