光发射与光接收电路设计.doc
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1、一、设计题目数字信号发生和数字光发射/光接收电路设计二、设计要求本设计要求对数字光信号进行发射和接收两部分的设计。要求发射电路能达到一定的信噪比,并要求发射信号有较高的消光比(大于50%)。整个电路工作在2MHz的频率左右,要求系统有较好的幅频响应。三、分析设计 工作原理:数字信号0、1,对应的电信号为高电平和低电平,可通过LED将电信号转换成光信号,将信号发出,数字信号体现在光强度的强弱变化上,完成数字光信号的发射。接收端可用PIN将光信号转换成电信号,由于转换成的电信号幅度较小,所以接收端应该做成一个放大电路,将有用的电信号提取放大,完成光信号的接收。数字信号的产生可由信号发生器产生,即可
2、产生0、1数字信号。接受端检测信号用示波器显示。 模块分解: 1.发射电路:(其中R3代替LED) 2.接收电路:(V1为模拟PIN,R5上的信号输出,为最终观察信号) 功能设计: 发射电路通过信号源输入数字信号,信号到达LED,通过LED完成电光转换,把数字电信号转换为光信号,而光的强弱分别表示数字信号的1、0;接受电路通过PIN将发射电路产生的光信号接受,并且将其转换为数字电信号,随后经过接受电路的放大部分将有用的数字信号提取放大,并在示波器上显示出来。其中数字信号频率要求在2M左右。 元件参数: 1.信号发生器; 2.示波器; 3.直流电源; 4.面包版; 5.三极管(9018 2只);
3、 6.电阻若干; 7.电容若干; 8.导线若干; 9.LED; 10.PIN。四、实验调试1、光信号发射电路部分: 图1为数字光信号的发射电路。从图中可知,信号源用的是峰峰值为1V频率为2MHz的矩形波。电阻R5为三极管的b极加偏置,使三极管工作在合适的区域内。R6代替LED进行仿真实验,R3分直流入地,使得R6上的直流分量不要太高,从而达到较好的消光比。电容C2要求相当小用以滤除电路中的高频成分。这个电路仿真下来的波形如图2所示图中绿色波形为输出信号,红色波形是参考的输入信号。由图2可以看出信号幅度和频率基本没什么变化,消光比大约在50%左右。由图又可以看出经过LED的直流电流约为110mV
4、左右,符合要求。 图1图22、 光信号接收电路部分接收部分同样用三极管搭建电路,如图3所示。由于PIN的输出信号相当弱,所以我们用一个5mV的电压源代替,信号仍然近似为2MHz的矩形波。电容C1、C4用以隔直流。C2引高频信号入地,降低电路中的噪声影响。电阻R1、R4提供偏置,这里,偏置使三极管工作在截止区,这样有利于对数字信号的放大和接收。这个电路的仿真结果如图4所示。同样,绿色波形为输出。由图可以看出输出有反相,这是因为电路是共发射集的。标尺测出数据显示在输入为5mV的时候,信号被放大了50多倍。在实际操作中,这个增益并不是恒定的。因为电路工作在截止区,使得电路在小信号输入时增益较高,大信
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- 发射 接收 电路设计
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