簡(jiǎn)易無(wú)線光通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)詳述

1、1.1 簡(jiǎn)易無(wú)線光通信系統(tǒng)光通信分為有線光通信和無(wú)線光通信兩種。光通信的主要方式是有線光通信即光纖通信，它已成為廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)的主要傳輸方式之一。無(wú)線光通信又被稱(chēng)為自由空間光通信(FSO，F(xiàn)ree Space Optical communication)。近年來(lái)，隨著“最后一公里”對(duì)高帶寬、低成本接入技術(shù)的迫切需求，F(xiàn)SO在視距傳輸、寬帶接入中有了新的發(fā)展機(jī)遇，同時(shí)由于光通信器件制造技術(shù)的飛速發(fā)展，無(wú)線光通信設(shè)備的制造成本大幅下降，F(xiàn)SO得到越來(lái)越多的應(yīng)用。本小節(jié)介紹用紅外光進(jìn)行語(yǔ)音信號(hào)無(wú)線傳輸?shù)暮?jiǎn)單系統(tǒng)，這種簡(jiǎn)單的、實(shí)驗(yàn)性的無(wú)線光通信系統(tǒng)是真實(shí)無(wú)線光通信系統(tǒng)的簡(jiǎn)化，其組成如圖1-1所示。圖1

2、-1 簡(jiǎn)易的光無(wú)線語(yǔ)音傳輸系統(tǒng)在一個(gè)系統(tǒng)項(xiàng)目開(kāi)始設(shè)計(jì)時(shí)，要確定實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的方法原理，并根據(jù)項(xiàng)目要求確定系統(tǒng)的需求并發(fā)展出一個(gè)針對(duì)這些需求的計(jì)劃，即確定系統(tǒng)包括的組成部分、各部分的性能指標(biāo)以及它們與系統(tǒng)性能之間的關(guān)系。然后根據(jù)各個(gè)組成部分的指標(biāo)進(jìn)行單元電路設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)簡(jiǎn)易的光無(wú)線語(yǔ)音傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)、制作與調(diào)試，目的是：1）了解分析設(shè)計(jì)的系統(tǒng)需求并發(fā)展出解決方案的過(guò)程，2）學(xué)習(xí)單元電路的設(shè)計(jì)、測(cè)試與調(diào)整的方法，特別是模擬電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試。1.1.1 系統(tǒng)功能要求及基本解決思路一、系統(tǒng)功能要求1、基本要求（1）設(shè)計(jì)制作一個(gè)可以傳送語(yǔ)音信號(hào)的無(wú)線光通信設(shè)備；（2）語(yǔ)音信號(hào)頻率范圍：300Hz3400H

3、z；（3）通信距離不小于10m；（4）發(fā)送端用駐極體話(huà)筒拾取語(yǔ)音；（5）接收端輸出到喇叭的最大功率0.5W。2、擴(kuò)展要求（1）減小環(huán)境光對(duì)通信的影響；（2）拓展通信距離（不小于100m）；（3）收發(fā)兩端均采用單電源供電。二、系統(tǒng)組成及基本解決思路1、系統(tǒng)組成簡(jiǎn)易的光無(wú)線語(yǔ)音傳輸系統(tǒng)包括發(fā)射機(jī)系統(tǒng)與接收機(jī)系統(tǒng)兩個(gè)部分組成，如圖1-1所示。系統(tǒng)所用的基本技術(shù)是光電轉(zhuǎn)換。光發(fā)射機(jī)中的光源受到電信號(hào)的調(diào)制，通過(guò)作為天線的發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)，將光信號(hào)通過(guò)大氣信道傳送到接收機(jī)的望遠(yuǎn)鏡；接收機(jī)望遠(yuǎn)鏡收集接收到光信號(hào)并將它聚焦在光電檢測(cè)器上，光電檢測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。發(fā)射機(jī)部分由光發(fā)射端機(jī)、光源器件和發(fā)射端光

4、學(xué)天線組成。光發(fā)射端機(jī)通過(guò)調(diào)制器將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合驅(qū)動(dòng)光源器件的電流信號(hào)并用來(lái)驅(qū)動(dòng)光源器件，對(duì)光源器件進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制，完成電/光變換的功能，光源器件發(fā)出的光由光學(xué)裝置匯聚后經(jīng)一定長(zhǎng)度的空間傳輸送達(dá)接收端。接收機(jī)部分由接收端光學(xué)天線、光探測(cè)器件和光接收端機(jī)組成。光信號(hào)經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)匯聚后，由光電檢測(cè)器對(duì)輸入的光信號(hào)進(jìn)行檢波，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)放大恢復(fù)等電處理過(guò)程，以彌補(bǔ)傳輸過(guò)程中帶來(lái)的信號(hào)損傷（如損耗、波形畸變），最后輸出和原始輸入信號(hào)相一致的電信號(hào)，從而完成整個(gè)接收過(guò)程。2、基本解決思路在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，解決思路是與系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求相適應(yīng)的。對(duì)于所要設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易光無(wú)線語(yǔ)音傳輸系統(tǒng)各個(gè)組成

5、部分的考慮如下。 圖17-2 紅外發(fā)光二極管與硅光敏二極管光源器件與光探測(cè)器的選擇：由于要求的通信距離較短，所傳送的信號(hào)頻率范圍也很窄，所以可以選擇用于普通電視遙控器的940nm紅外LED作為光源器件，同時(shí)也選擇普通的硅光敏二極管作為光探測(cè)器。圖1-2是紅外LED和硅光敏二極管的照片。圖17-3 切割LED的方法光學(xué)系統(tǒng)：對(duì)于近距離通信的基本要求，收發(fā)兩端都不需要光學(xué)透鏡。但是對(duì)于擴(kuò)展要求，由于通信距離較遠(yuǎn)，在發(fā)端的LED和收端的光敏二極管前都應(yīng)該加上凸透鏡。特別是發(fā)端，用于遙控器的紅外LED指向性很寬，射出光的強(qiáng)度隨距離增加衰減得極快。為了提高透鏡的聚光效果，按圖1-3所示的方法，把LED的

6、前端去掉并用磨石仔細(xì)磨平磨光。光發(fā)射端機(jī)：光發(fā)射端機(jī)電路的任務(wù)是對(duì)要傳送的信號(hào)進(jìn)行處理，通過(guò)調(diào)制器產(chǎn)生適合驅(qū)動(dòng)光源器件的電流信號(hào)并用來(lái)驅(qū)動(dòng)光源器件。對(duì)于基本要求，可以將放大了的語(yǔ)音信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)LED的電流，對(duì)LED發(fā)出的光進(jìn)行直接光強(qiáng)度調(diào)制。然而采用這種方式，難以去除環(huán)境光以及其它干擾的影響。所以，對(duì)于擴(kuò)展要求，為了獲得更大的通信距離，把要傳送的語(yǔ)音信號(hào)通過(guò)FM的方式調(diào)制在50kHZ信號(hào)上，再用調(diào)頻信號(hào)去調(diào)制光的強(qiáng)度。光接收端機(jī)：如果發(fā)端采用放大了的語(yǔ)音信號(hào)對(duì)LED直接進(jìn)行光強(qiáng)度控制，在接收端就可以直接將光敏二極管輸出的光電流轉(zhuǎn)換為電壓，放大以后去推動(dòng)喇叭發(fā)聲。如果采用了調(diào)頻方式，那么接

7、收機(jī)應(yīng)該對(duì)光敏二極管的輸出信號(hào)放大后進(jìn)行FM解調(diào)，然后對(duì)解調(diào)以后的信號(hào)濾波和放大。為了更好地濾除干擾，在FM解調(diào)以前需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波處理。通過(guò)上述討論，對(duì)于簡(jiǎn)易的光無(wú)線語(yǔ)音傳輸系統(tǒng)的基本要求和擴(kuò)展要求，就有兩種不同的實(shí)現(xiàn)方案：第一種采用很簡(jiǎn)單的直接光強(qiáng)調(diào)制方式進(jìn)行通信，另一種采用相對(duì)簡(jiǎn)單的調(diào)頻無(wú)線光通信方式。有了解決方案，接下來(lái)必須確定系統(tǒng)需求的各個(gè)組成部分及其性能指標(biāo)，然后再進(jìn)行單元電路設(shè)計(jì)。下面分別討論這兩種實(shí)現(xiàn)方案的設(shè)計(jì)過(guò)程，在討論中盡可能采用本書(shū)前面介紹過(guò)的基本電路完成設(shè)計(jì)。1.1.2 簡(jiǎn)單的語(yǔ)音無(wú)線光通信系統(tǒng)一、光發(fā)射端機(jī)對(duì)于所要設(shè)計(jì)的這種簡(jiǎn)單的語(yǔ)音無(wú)線光通信系統(tǒng)，發(fā)射端機(jī)的任務(wù)是

8、將駐極體話(huà)筒拾取的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行放大，然后直接通過(guò)調(diào)制器驅(qū)動(dòng)光源器件發(fā)光。所以，要根據(jù)選定的光源器件和駐極體話(huà)筒的要求進(jìn)行發(fā)射端機(jī)設(shè)計(jì)。要設(shè)計(jì)的發(fā)射端機(jī)如圖1-4所示。 圖1-4采用直接強(qiáng)度調(diào)制的光發(fā)射端機(jī)框圖1、半導(dǎo)體光源器件 圖17-5 半導(dǎo)體光源的P-I特性常用的半導(dǎo)體光源器件是半導(dǎo)體激光器，即激光二極管（LD）。半導(dǎo)體激光器非常適合于作高速、長(zhǎng)距離光纖通信系統(tǒng)的光源；在真實(shí)的自由空間光通信系統(tǒng)中，也采用半導(dǎo)體激光器作光源。對(duì)于要設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單的、實(shí)驗(yàn)性的語(yǔ)音無(wú)線光通信系統(tǒng)，因?yàn)橐蟮膫鬏斔俾实?、通信距離也較短，所以選擇了用于遙控器的紅外LED作為光源器件，其發(fā)出的紅外光波長(zhǎng)一般為940nm，

9、正向壓降約1.4V，允許的最大連續(xù)正向電流IMAX一般為50mA，有些管子要更大些。用于遙控器的紅外LED指向性很寬，所以不需要特別對(duì)準(zhǔn)。用于光通信中的半導(dǎo)體光源器件，其最重要的特性是輸出光的功率與電流的關(guān)系，即所謂的P-I特性。LD和LED的P-I特性如圖1-5所示，曲線分為A、B兩段，在驅(qū)動(dòng)電流I大于閾值電流Ith的B段直線性較好。驅(qū)動(dòng)光源器件的平均電流不可超過(guò)允許的最大連續(xù)正向電流IMAX。2、駐極體話(huà)筒駐極體電容式話(huà)筒具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、電聲性能好、價(jià)格低廉的特點(diǎn)，廣泛用于盒式錄音機(jī)、無(wú)線話(huà)筒及聲控等電路中。因其殼內(nèi)設(shè)置有一個(gè)作為阻抗轉(zhuǎn)換器的場(chǎng)效應(yīng)管，故駐極體話(huà)筒在工作時(shí)需要直流工作

10、電壓。駐極體話(huà)筒的引出端以?xún)蓚€(gè)腳的居多，也有三個(gè)腳的。圖1-6是兩腳駐極體話(huà)筒的照片和使用方法。 （a）話(huà)筒照片（b）使用方法圖1-6 駐極體話(huà)筒使用駐極體話(huà)筒時(shí)，接線方法參見(jiàn)圖1-6（b），要注意其引腳的極性。駐極體話(huà)筒的工作電流IDS一般在0.15mA0.5mA之間。駐極體話(huà)筒的工作電壓UDS可以在1.5V6V之間選擇。如果UDS小于1V，其內(nèi)部FET可能進(jìn)入電阻區(qū)，不能對(duì)信號(hào)進(jìn)行有效放大，從而使話(huà)筒靈敏度降低。UDS也不要大于10V，以防損壞話(huà)筒。3、確定電路參數(shù)紅外發(fā)射LED選用日本電氣公司（NEC）的SE303A或者臺(tái)灣億光電子（Everlight）的IR333C。由圖1-5可以看出

11、，在LED的P-I特性B段光功率的增量與驅(qū)動(dòng)電流的增量成正比，只要為L(zhǎng)ED選擇一個(gè)合適的靜態(tài)工作點(diǎn)電流，就可以在一定范圍內(nèi)通過(guò)電流的變化線性地控制光源器件輸出光功率的變化。為了使語(yǔ)音信號(hào)盡可能不失真地通過(guò)光進(jìn)行傳輸，就要求信號(hào)線性地控制光源器件輸出的光功率。所以，光源調(diào)制器的功能是將信號(hào)電壓轉(zhuǎn)換成適合驅(qū)動(dòng)LED的電流并用來(lái)驅(qū)動(dòng)LED。光源調(diào)制器的參數(shù)確定為：靜態(tài)輸出電流大約20mA，在振幅為10V的信號(hào)電壓控制下輸出電流交流分量的振幅大約16mA。駐極體話(huà)筒的輸出信號(hào)的幅度一般為數(shù)mV，為了使光源調(diào)制器的輸入信號(hào)幅度為數(shù)V，話(huà)筒放大器的總增益應(yīng)大于60dB。4、光源調(diào)制器電路通過(guò)運(yùn)算放大器可以

12、設(shè)計(jì)出把電壓轉(zhuǎn)換成電流的電路，參考電路如圖1-7所示，這是一個(gè)反饋深度很深的電流串聯(lián)負(fù)反饋電路。采樣電阻RS對(duì)輸出電流采樣，因負(fù)反饋深度很深，故RS上的電壓等于輸入電壓為uA，驅(qū)動(dòng)LED的輸出電流（1-1）圖1-7 電流輸出電路為了給LED提供合適的靜態(tài)工作點(diǎn)電流IO，需要為電路輸入一個(gè)合適的直流電壓UA。同時(shí)，為了使語(yǔ)音信號(hào)控制驅(qū)動(dòng)LED的電流iO在其靜態(tài)值IO的基礎(chǔ)上變化，語(yǔ)音信號(hào)就應(yīng)該控制uA在其靜態(tài)值UA的基礎(chǔ)上變化線性地變化。為此，進(jìn)一步改變電路如圖1-8所示，就得到了光源調(diào)制器的完整電路。圖1-8光源調(diào)制器的完整電路R1和R2對(duì)正電源電壓V+分壓，通過(guò)電壓跟隨器使uA的直流分量（1

13、-2）流過(guò)LED的靜態(tài)偏置電流（1-3）電容C1起隔直流作用，輸入信號(hào)為ui時(shí)，uA的直流分量UA與靜態(tài)值相同，而uA的交流分量ua受輸入信號(hào)ui控制（即，由ui放大得到ua）。（1-4）所以，驅(qū)動(dòng)LED的電流iO受輸入信號(hào)ui控制在靜態(tài)值IO的基礎(chǔ)上線性變化，變化量（1-5）5、話(huà)筒放大器電路兩腳駐極體話(huà)筒的使用方法如圖1-6（b）所示，其電路如圖1-9所示。圖中的電容C是話(huà)筒輸出信號(hào)的耦合電容（隔直流電容）。電阻R是話(huà)筒的直流偏置電阻，即話(huà)筒內(nèi)部場(chǎng)效應(yīng)管的外部負(fù)載電阻。R的大小不但決定話(huà)筒的靜態(tài)工作點(diǎn)，也影響話(huà)筒的靈敏度。 （a）電路（b）交流等效（戴維南）圖1-9 駐極體話(huà)筒電路根據(jù)靈敏

14、度的不同，駐極體話(huà)筒的輸出信號(hào)umic的幅度為數(shù)mV到數(shù)十mV，需要放大。從放大器的角度看，話(huà)筒可以被等效成戴維南等效電路或諾頓等效電路，如圖1-9（b）所示，圖中的Rmic是話(huà)筒的輸出電阻，廠家一般標(biāo)定為2.2k，但實(shí)際上與偏置有關(guān)?？梢允褂眠\(yùn)放構(gòu)成同相放大器或反相放大器作為話(huà)筒放大器，參見(jiàn)第X章。由反相比例放大器構(gòu)成的話(huà)筒放大器如圖1-10所示（請(qǐng)與圖1-8中的電路比較）。圖1-10 使用反相放大器的話(huà)筒放大器也可以由晶體管構(gòu)成話(huà)筒放大器，常見(jiàn)的電路如圖1-11所示。 （a）電路一（b）電路二圖1-11 晶體管話(huà)筒放大器電路一是最常用的單管放大器，參見(jiàn)第X章。因?yàn)殡娐芬恢械腞e會(huì)分走一部分

15、直流電壓，如果使用的電源電壓較低，可以采用電路二。電路二中的Rf是反饋電阻，目的是穩(wěn)定工作點(diǎn)。Rf既引入了直流負(fù)反饋又引入了交流負(fù)反饋，所以Rf和Rc對(duì)工作點(diǎn)和增益都有影響。實(shí)踐中常通過(guò)Rf調(diào)節(jié)工作點(diǎn)，通過(guò)Rc調(diào)節(jié)增益。6、簡(jiǎn)單光發(fā)射端機(jī)的參考設(shè)計(jì)圖1-12是光發(fā)射端機(jī)的完整電路，通過(guò)三芯插座J3接入12V電源，兩芯插座J1、J2分別接駐極體話(huà)筒和紅外發(fā)射LED。圖1-12 直接光強(qiáng)調(diào)制的發(fā)射端機(jī)電路圖驅(qū)動(dòng)LED的三極管選用江蘇長(zhǎng)江電子的8050SS，其值一般在200左右（在集電極電流IC=800mA時(shí)，最小為40），極限參數(shù)PCM=1W，ICM=1.5A，V(BR)CEO=40V。運(yùn)算放大器

16、選用德州儀器（TI）的TL082雙運(yùn)放。在電路中，運(yùn)放U1A的同相輸入端通過(guò)R8接地（這一點(diǎn)與圖1-8中R1、R2對(duì)V+分壓不同），靜態(tài)時(shí)TP1點(diǎn)的直流電壓等于0V，故Q2發(fā)射極的直流電壓為0V，即：靜態(tài)時(shí)輸出電流的取樣電阻R9兩端的直流電壓為12V。為了使靜態(tài)時(shí)驅(qū)動(dòng)LED的直流電流大約等于20mA，R9的阻值被選擇為620，這樣，流過(guò)LED的直流電流在輸入信號(hào)的作用下，TP1點(diǎn)的電壓就會(huì)在靜態(tài)值的基礎(chǔ)上變化，如果TP1點(diǎn)的電壓從0V變化到10V，流過(guò)LED的電流TP1點(diǎn)的電壓變化到+10V，則流過(guò)LED的電流取樣電阻R9同時(shí)也是限流電阻，即使Q2完全飽和，流過(guò)LED的電流最大也不會(huì)超過(guò)40m

17、A。如果要使LED的靜態(tài)電流為10mA，最大電流不超過(guò)20mA，可以把R9改為1.2k。正電源電壓為12V。如果駐極體話(huà)筒的工作電流是0.5mA，為了使話(huà)筒的工作電壓在1V以上，則話(huà)筒的直流偏置電阻不能大于22 k。如果話(huà)筒的工作電流是0.15mA，為了使話(huà)筒的工作電壓小于10V，則話(huà)筒的直流偏置電阻不能小于13.3k。話(huà)筒直流偏置電阻的實(shí)際取值約為18k，包括R1和R13，其中R1既是話(huà)筒直流偏置的一部分也是交流負(fù)載的一部分，而R13與C7起退耦作用，目的是防止后級(jí)的信號(hào)通過(guò)電源串回前級(jí)。話(huà)筒放大器分為兩級(jí)，第一級(jí)是晶體管Q1構(gòu)成的單管放大器，第二級(jí)是U1A構(gòu)成的反相比例電路。對(duì)于第一級(jí)的小

18、信號(hào)放大器，晶體管靜態(tài)工作點(diǎn)電流ICQ可以選12mA。如果ICQ取為1.8mA，晶體管發(fā)射極電阻R4取為2.2k，則發(fā)射極的靜態(tài)電壓VEQ約4V，基極的靜態(tài)電壓VBQ就應(yīng)該是4.7V左右，為此，R2和R3分別選為30k和47k。為了使靜態(tài)工作點(diǎn)位于直流負(fù)載線的中點(diǎn)附近，晶體管的工作點(diǎn)電壓VCEQ和集電極直流負(fù)載電阻上的直流電壓應(yīng)接近（即都為4V左右），故集電極的直流負(fù)載電阻R5取為2k。R5是微調(diào)電位器，可以調(diào)節(jié)輸出給下一級(jí)的信號(hào)大小。R5與R6共同構(gòu)成了晶體管集電極的交流負(fù)載，由于R6比R5大了很多，即使R5的中心抽頭調(diào)到最下端，交流負(fù)載也接近于直流負(fù)載，所以靜態(tài)工作點(diǎn)也在交流負(fù)載線的中點(diǎn)附

19、近。晶體管放大器的電壓放大倍數(shù)（忽略rbb的影響）U1A構(gòu)成的反相比例電路的電壓放大倍數(shù)所以整個(gè)話(huà)筒放大器的總電壓放大倍數(shù)為1250，符合設(shè)計(jì)要求。電路中加強(qiáng)了退耦。R10和C4、R11和C5防止Q2的輸出（輸出電流較大）通過(guò)電源耦合到運(yùn)放。R12和C6、R13和C7起類(lèi)似的作用，其目的都是防止后級(jí)的信號(hào)通過(guò)電源耦合回前級(jí)。C8和C9對(duì)電源退耦。二、光接收端機(jī)對(duì)于采用直接強(qiáng)度調(diào)制的簡(jiǎn)單無(wú)線光通信系統(tǒng)，接收端機(jī)的任務(wù)是：通過(guò)作為光探測(cè)器的光敏二極管接收來(lái)自發(fā)射端的光信號(hào)，根據(jù)光強(qiáng)的變化盡可能不失真的恢復(fù)出原始的語(yǔ)音信號(hào)，然后放大到一定的功率去推動(dòng)喇叭發(fā)聲。要設(shè)計(jì)的接收端機(jī)如圖1-13所示。圖1-

20、13 簡(jiǎn)單的光接收端機(jī)框圖1、光敏二極管及電流-電壓變換電路光敏二極管也叫光電二極管（Photo Diode，PD），由半導(dǎo)體PN結(jié)構(gòu)成（分為平面型、PIN型和雪崩型），是利用光電效應(yīng)中的光生伏特效應(yīng)工作的光傳感器。當(dāng)光敏二極管受到光照時(shí)，由于光量子的作用，半導(dǎo)體內(nèi)部會(huì)激發(fā)產(chǎn)生大量的自由電子-空穴對(duì)。這時(shí)，如果結(jié)兩端是開(kāi)路的，會(huì)產(chǎn)生電壓，此電壓叫做開(kāi)路電壓；如果結(jié)兩端是短路的，會(huì)產(chǎn)生電流，此電流叫做短路電流。光敏二極管不只輸出光電流，在光通量為零時(shí)反偏的光敏二極管任然有很小的電流流過(guò)，這個(gè)電流叫做光敏二極管的暗電流。反偏越大暗電流越大。光敏二極管的特點(diǎn)是： 入射光的能量與輸出電流之間的線性良好

21、； 響應(yīng)速度快； 輸出的分散性?。?輸出電流的大小隨溫度的變化小。雖然光敏二極管在光照下既可以輸出電壓又可以輸出電流，但是其開(kāi)路電壓的線性和溫度特性都較差，所以光敏二極管一般使用的是零偏或反偏條件下的輸出電流。圖1-14是在不同強(qiáng)度光照時(shí)光敏二極管的電壓電流關(guān)系以及負(fù)載特性。圖1-14 光敏二極管的負(fù)載特性為了將光敏二極管輸出的電流轉(zhuǎn)換為電壓，需要電流-電壓變換電路。最簡(jiǎn)單的情況是使用電阻作為負(fù)載把光敏二極管輸出的電流IS轉(zhuǎn)換為電壓，如圖1-15（a）所示。 （a）僅使用負(fù)載電阻（b）使用電阻并增加反偏圖1-15 使用電阻的電流-電壓變換電路在負(fù)載電阻為RL時(shí)，輸出電壓（1-6）這種電路的優(yōu)點(diǎn)

22、是簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是動(dòng)態(tài)范圍小。這是因?yàn)樵诠怆娏鱅S的作用下，光敏二極管的偏置會(huì)變?yōu)檎漭敵鲭娏髋c輸出電壓線性變差，當(dāng)正偏到一定程度時(shí)其輸出電壓就不能正確反映光照的情況了。如果需要大的輸出電壓與寬的動(dòng)態(tài)范圍，可以采用對(duì)光敏二極管施加反向偏置的辦法來(lái)解決，如圖1-15（b）所示。施加反向偏置的另一個(gè)好處是可以減小PN結(jié)的電容，從而可以提高光敏二極管的響應(yīng)速度。圖1-16給出的是使用運(yùn)算放大器的電流-電壓變換電路，這種電路采用了反饋深度很深的電壓并聯(lián)負(fù)反饋，也稱(chēng)為互阻放大器。因負(fù)反饋深度很深，故輸入電阻為零（運(yùn)算放大器反相輸入端的電壓為零），流過(guò)反饋電阻Rf電流等于輸入電流IS，輸出電壓（1-7）這

23、種電路中反饋電阻Rf的阻值一般都選取得很大，所以如果運(yùn)算放大器和光敏二極管的分布電容也比較大，電路就容易自激振蕩。為避免這種情況的發(fā)生，在Rf上并聯(lián)一個(gè)消振電容Cf。 （a）互阻放大器（b）光伏模式（c）光導(dǎo)模式圖1-16 使用運(yùn)算放大器的電流-電壓變換電路根據(jù)偏置的不同，光敏二極管的工作模式分為光伏模式和光導(dǎo)模式。如果光敏二極管在零偏狀態(tài)下工作，其輸出電流IS是通過(guò)光伏效應(yīng)產(chǎn)生的，故這種工作模式稱(chēng)為光伏模式。光伏模式工作的光敏二極管電路如圖1-16（b）所示，因?yàn)殡娐分羞\(yùn)放的輸入電壓為零，所以光敏二極管處于零偏狀態(tài)。在光伏模式下，光敏二極管的輸出電流與光通量的關(guān)系呈現(xiàn)非常好的線性。對(duì)于反偏的

24、光敏二極管，它的輸出電流IS可以看作是在反偏電壓作用下產(chǎn)生的，是因?yàn)楣庹崭淖兞斯饷舳O管的導(dǎo)電情況，從而改變了其輸出電流，所以光敏二極管的反偏工作模式稱(chēng)為光導(dǎo)模式。光導(dǎo)模式工作的光敏二極管電路如圖1-16（c）所示，因?yàn)殡娐分羞\(yùn)放的輸入電壓為零，所以光敏二極管處于反偏狀態(tài)，且其反偏電壓始終等于V+。在光導(dǎo)模式下，光敏二極管響應(yīng)速度更高，但線性較光伏模式略差。2、輸出放大器對(duì)放大電路輸出級(jí)的基本要求是：輸出電阻低，最大不失真輸出電壓大。采用雙向跟隨的互補(bǔ)輸出電路就能滿(mǎn)足上述兩個(gè)要求?；パa(bǔ)輸出級(jí)的基本電路如圖1-1（a）所示。電路采用雙電源供電，T1和T2分別為NPN管和PNP管且其參數(shù)相同、特性

25、對(duì)稱(chēng)。在輸入電壓為零的靜態(tài)時(shí)，其輸出電壓為零。當(dāng)輸入電壓vI 0時(shí)，T1導(dǎo)通T2截止，正電源通過(guò)T1在vI控制下向負(fù)載RL提供輸出電壓，電路為射隨形式，輸出電壓vO vI；當(dāng)輸入電壓vI Uon時(shí)，輸出電壓vO才會(huì)隨輸入電壓vI變化。因此，在vI過(guò)零附近輸出電壓將產(chǎn)生失真，這種失真稱(chēng)為交越失真。 （a）基本電路（b）用二極管消除交越失真的電路圖1-1 互補(bǔ)輸出級(jí)可以利用二極管正向?qū)〞r(shí)的壓降來(lái)克服交越失真，電路如圖1-1（b）所示。正電源V+經(jīng)過(guò)Rb1、D1、D2和Rb2到負(fù)電源V形成了電流通路，所以，D1和D2正向?qū)ǎ瑢?dǎo)通壓降為UD，晶體管T1和T2的基極電壓分別為vB1 = vI + U

26、D和vB1 = vI UD。如果二極管和晶體管采用相同的材料，在靜態(tài)時(shí)T1和T2就處于微導(dǎo)通狀態(tài)；在vI變化時(shí)，由于二極管的動(dòng)態(tài)電阻很小，T1和T2發(fā)射極的輸出就跟隨vI變化。當(dāng)互補(bǔ)輸出級(jí)作為功率放大電路時(shí)，應(yīng)根據(jù)晶體管承受的最大管壓降、集電極最大電流和最大功耗來(lái)選擇晶體管。圖1-18 由運(yùn)算放大器和互補(bǔ)輸出級(jí)構(gòu)成的功率放大器互補(bǔ)輸出級(jí)可以用來(lái)擴(kuò)展運(yùn)算放大器的輸出電流。由運(yùn)算放大器和互補(bǔ)輸出級(jí)構(gòu)成的功率放大器如圖1-18所示，運(yùn)放用來(lái)放大電壓，互補(bǔ)輸出級(jí)用來(lái)放大電流。電路中采用了大環(huán)負(fù)反饋，即反饋沒(méi)有從運(yùn)放的輸出端引到運(yùn)放的反相輸入端，而是從整個(gè)電路的輸出端通過(guò)Rf引到運(yùn)放的反相輸入端。電路的

27、電壓放大倍數(shù)（1-8）3、簡(jiǎn)單光接收端機(jī)的參考設(shè)計(jì)圖1-19是光接收端機(jī)的完整電路，5V的電源通過(guò)三芯插座J3接入，兩芯插座J1接光敏二極管，兩芯插座J2接小喇叭。圖1-19 簡(jiǎn)單的光接收端機(jī)紅外接收光敏二極管選用NEC的PH302B或億光電子的PD333-3B，采用線性最好的光伏模式工作。運(yùn)放采用TL082。U1A和R1構(gòu)成了電流-電壓變換電路。應(yīng)根據(jù)所需的通信距離以及環(huán)境光的強(qiáng)弱選擇R1的阻值大小：要求通信距離大時(shí)，R1應(yīng)選擇高阻值，以使光電流轉(zhuǎn)換成電壓時(shí)增益大；當(dāng)環(huán)境光較強(qiáng)時(shí)，為防止電路的輸出飽和，應(yīng)限制R1的阻值不能太高。電路的負(fù)載是8的小喇叭，Rw用于調(diào)節(jié)喇叭音量。因?yàn)橐蟮淖畲筝敵?/p>

28、功率為0.5W，故電源選擇為5V，按輸出電壓的最大振幅等于VCC = 5V計(jì)算，晶體管集電極最大電流（1-9）輸出電壓的最大有效值（1-10）最大輸出功率（1-11）最大管耗（1-12）輸出管Q1和Q2可以選江蘇長(zhǎng)江電子的8050SS（NPN）和8550SS（PNP）。8050SS和8550SS的參數(shù)都是值一般在200左右（在集電極電流IC = 800mA時(shí)，最小為40），PCM = 1W，ICM = 1.5A，V(BR)CEO = 40V。因?yàn)槭苓\(yùn)放輸出幅度的限制、以及受晶體管的管壓降限制，電路實(shí)際的最大輸出電壓、電流和功率都小于前面計(jì)算的值。如果運(yùn)放U1B的輸出電壓振幅最大為3V時(shí)，則電路

29、輸出電壓振幅最大約為3V，輸出電流振幅最大為375mA，實(shí)際的輸出功率最大為0.56W。當(dāng)輸出電壓的瞬時(shí)值為3V時(shí)，若晶體管發(fā)射結(jié)壓降為0.75V，則要求Q1基極的瞬時(shí)電位為3.75V，即R4兩端的電壓為1.25V。此時(shí)，輸出電流的瞬時(shí)值為375mA，若晶體管的為60，則要求通過(guò)R4提供給Q1基極的電流為6.25mA。所以，R4的阻值不能大于200。電阻R4和R5的實(shí)際取值為180。因?yàn)殡娐分休敵黾?jí)的電流較大，為防止后級(jí)的信號(hào)通過(guò)電源耦合回前級(jí)，R6和C2、R7和C3對(duì)電源進(jìn)行退耦。三、測(cè)試與調(diào)整1、直流測(cè)試發(fā)射端機(jī)焊接制作完畢后，先不接話(huà)筒，將12V電源和LED分別連接到J3和J2（請(qǐng)注意極

30、性），用萬(wàn)用表測(cè)量電路中各點(diǎn)的直流工作點(diǎn)電壓。Q1基極直流電壓VB1大約為4.7V，發(fā)射極直流電壓VE1大約為4V，集電極直流電壓VC1大約為8V。運(yùn)放Q1A的輸出TP1點(diǎn)的直流電壓為0V，Q2基極直流電壓（即U1B輸出的直流電壓）VB2大約為0.7V，Q2發(fā)射極直流電壓VE2為0V，Q2集電極直流電壓VC2大約為10.6V。接收端機(jī)焊接制作完畢后，先不接光敏二極管和小喇叭，將5V電源連接J3（請(qǐng)注意極性），用萬(wàn)用表測(cè)量電路中各點(diǎn)的直流工作點(diǎn)電壓。U1A輸出的直流電壓為0V，U1B輸出的直流電壓大約為0V，Q1和Q2的基極直流電壓分別大約為+0.7V和0.7V，Q1和Q2發(fā)射極輸出的直流電壓為

31、0V。如果將光敏二極管用屏蔽線或雙絞線連接到J1，這時(shí)U1A輸出的直流電壓會(huì)隨環(huán)境光強(qiáng)弱的變化而變化，如果在環(huán)境光的作用下U1A輸出的直流電壓低于2.5V或高于+2.5V時(shí)，就應(yīng)該減小R1的阻值。2、收發(fā)聯(lián)調(diào)發(fā)射端機(jī)的直流測(cè)試如果如果沒(méi)有問(wèn)題，將話(huà)筒用屏蔽線或雙絞線連接到J1。嘴巴距離話(huà)筒大約1015cm，大聲說(shuō)話(huà)，用示波器觀測(cè)TP1點(diǎn)的波形，調(diào)節(jié)微調(diào)電位器R5，使波形的峰峰值為幾伏到十幾伏。若波形幅度太小，可加大R7的阻值；若波形的峰峰值接近20V并出現(xiàn)了削底或削頂?shù)氖д鏁r(shí)，則需要減小R7的阻值。如果沒(méi)有示波器，可以利用接收端機(jī)通過(guò)有線的方式對(duì)發(fā)射端機(jī)進(jìn)行調(diào)整。按圖1-20的方式用屏蔽線或雙

32、絞線將發(fā)射端機(jī)與接收端機(jī)連接起來(lái)，圖中的R為阻值為33k的外接電阻。在有線連接的情況下，嘴巴距離話(huà)筒大約1015cm，大聲說(shuō)話(huà)，調(diào)節(jié)微調(diào)電位器R5，使小喇叭的聲音在不失真（即感覺(jué)不到所謂的“破聲”現(xiàn)象）的基礎(chǔ)上盡可能大。這時(shí)，接收端輸出給喇叭的信號(hào)電壓峰峰值小于并接近于6V，因?yàn)榻邮斩穗娐分蠷3是外接電阻R的三倍，所以此時(shí)從發(fā)射端R5中心抽頭得到的信號(hào)電壓峰峰值應(yīng)該小于并接近于2V，即發(fā)射端TP1處信號(hào)電壓的峰峰值小于并接近于20V。測(cè)試時(shí)要注意，發(fā)端的話(huà)筒和收端的喇叭的距離不能太近，否則會(huì)發(fā)生嘯叫現(xiàn)象。測(cè)試完成后去掉連接收發(fā)兩端的連線。發(fā)射端調(diào)節(jié)完成以后，就可以進(jìn)行語(yǔ)音的無(wú)線紅外光通信了。使

33、接收端與發(fā)射端有一定的距離，把話(huà)筒用屏蔽線或雙絞線連接到發(fā)射端的J1插座，把光敏二極管通過(guò)屏蔽線或雙絞線連接到接收端的J1插座并與發(fā)射端的LED對(duì)準(zhǔn)，嘴巴在距離話(huà)筒大約1015cm處說(shuō)話(huà)，調(diào)節(jié)接收電路中的電位器Rw，正常情況下就可以聽(tīng)到小喇叭發(fā)出聲音。外接電阻不接光敏二極管接5V電源接話(huà)筒接喇叭雙絞線接12V電源圖1-20 收發(fā)兩端有線連接如果小喇叭的聲音始終很小，說(shuō)明接收端離發(fā)射端的距離太遠(yuǎn)或者接收電路中的R1阻值太低；如果小喇叭發(fā)出的聲音有“破聲”現(xiàn)象，說(shuō)明接收端離發(fā)射端的距離太近或者接收電路中的R1阻值太高。由語(yǔ)音信號(hào)直接對(duì)光強(qiáng)進(jìn)行調(diào)制的這種簡(jiǎn)單的光通信系統(tǒng)可以進(jìn)行語(yǔ)音傳輸，但有明顯的缺

34、點(diǎn)：通信距離小，傳輸質(zhì)量受環(huán)境光的影響大；而且改變距離會(huì)大大改變接收到的光的強(qiáng)度。所以必須根據(jù)所需的通信距離來(lái)確定接收機(jī)的靈敏度或發(fā)射機(jī)的發(fā)射強(qiáng)度。1.1.3 能進(jìn)行長(zhǎng)距離通訊的FM無(wú)線光通信機(jī)一、調(diào)頻的概念1、調(diào)制與解調(diào)在通信中為了更有利于信號(hào)的傳送，并且使頻譜資源得到充分利用，需要通過(guò)調(diào)制過(guò)程將信號(hào)的頻譜搬移到較高的頻率范圍。所謂調(diào)制是指：用需要傳送的低頻原始信號(hào)控制高頻信號(hào)的某些參數(shù)、使原始信號(hào)搭載在高頻信號(hào)上的過(guò)程。需要傳送的低頻原始信號(hào)稱(chēng)為調(diào)制信號(hào)，被調(diào)制的高頻信號(hào)稱(chēng)為載波信號(hào)，調(diào)制以后的高頻信號(hào)稱(chēng)為已調(diào)（波）信號(hào)。調(diào)制的種類(lèi)很多，按調(diào)制信號(hào)的形式可分為模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制；按所控制的

35、載波參數(shù)可分為幅度調(diào)制（AM）、頻率調(diào)制（FM）和相位調(diào)制（PM）等等。從已調(diào)信號(hào)中恢復(fù)出原調(diào)制信號(hào)的過(guò)程稱(chēng)為解調(diào)。解調(diào)是調(diào)制的逆過(guò)程，調(diào)制方式不同，解調(diào)方法也不一樣。2、頻率調(diào)制頻率調(diào)制（FM）是載波的瞬時(shí)頻率受調(diào)制信號(hào)的瞬時(shí)值控制而變化的調(diào)制，簡(jiǎn)稱(chēng)調(diào)頻。頻率調(diào)制以及與之密切相關(guān)的相位調(diào)制（PM）統(tǒng)稱(chēng)為角度調(diào)制。頻率調(diào)制的已調(diào)信號(hào)稱(chēng)為調(diào)頻（波）信號(hào)。理想的頻率調(diào)制是：調(diào)頻信號(hào)uFM(t)的瞬時(shí)頻率f的變化量與調(diào)制信號(hào)瞬時(shí)值uS(t)成線性關(guān)系，而uFM(t)的振幅UC不變。設(shè)載波頻率為fC，調(diào)制信號(hào)為uS(t)，則調(diào)頻信號(hào)的瞬時(shí)頻率（1-13）瞬時(shí)相位（1-14）則調(diào)頻信號(hào)為（1-15）當(dāng)調(diào)

36、制信號(hào)為單音信號(hào)時(shí)，調(diào)頻信號(hào)的瞬時(shí)頻率為（1-16）此時(shí)的單音調(diào)頻信號(hào)為（1-1a）（1-1b）（1-1c）式中的f是調(diào)頻信號(hào)的瞬時(shí)頻率f與中心頻率fC之間的最大偏移量，稱(chēng)為最大瞬時(shí)頻率偏移，簡(jiǎn)稱(chēng)頻偏。mf是最大瞬時(shí)頻偏f與調(diào)制信號(hào)頻率fS之比，定義為調(diào)頻信號(hào)的調(diào)制指數(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)調(diào)制度。圖1-21是單音調(diào)頻信號(hào)的波形。載波：頻率調(diào)制信號(hào)：頻率調(diào)頻波：幅度不變，頻率變化圖1-21 單音信號(hào)調(diào)頻一般干擾總是與信號(hào)相疊加，改變信號(hào)的幅值，對(duì)信號(hào)的瞬時(shí)頻率影響較小，所以調(diào)頻信號(hào)的抗干擾性很好。3、調(diào)頻波的帶寬由于調(diào)頻信號(hào)uFM(t)非線性地依賴(lài)于調(diào)制信號(hào)uS(t)，這使得調(diào)頻信號(hào)的分析很困難。在估計(jì)調(diào)頻信

37、號(hào)的帶寬時(shí)，會(huì)以單音調(diào)頻信號(hào)為基礎(chǔ)。即使是單音調(diào)頻信號(hào)也較復(fù)雜，其頻譜的譜線數(shù)取決于調(diào)頻指數(shù)mf，帶寬等于離散的譜線數(shù)乘以由調(diào)制信號(hào)頻率fS所確定的譜線的頻率間隔。一般來(lái)說(shuō)，隨著mf的增加，譜線數(shù)和帶寬都將增加；但是，如果mf是因?yàn)檎{(diào)制信號(hào)頻率下降而增加的，調(diào)頻信號(hào)的帶寬不見(jiàn)得會(huì)變大。對(duì)于較復(fù)雜的調(diào)制信號(hào)，調(diào)頻信號(hào)的帶寬可以用所謂的“卡森”方法估計(jì)：若調(diào)制信號(hào)的最高頻率為fSmax，調(diào)頻信號(hào)的最大瞬時(shí)頻偏為f，則調(diào)頻信號(hào)的帶寬1-184、調(diào)頻的實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)最簡(jiǎn)單的方法是采用壓控振蕩器（VCO）。所謂壓控振蕩器就是由輸入電壓控制振蕩頻率的振蕩器。圖17-22 采用VCO直接調(diào)頻如圖1-22所

38、示，把調(diào)制信號(hào)直接加到VCO的電壓控制輸入端，當(dāng)調(diào)制信號(hào)為零時(shí)，振蕩器輸出的中心頻率f0即為載波頻率fC；當(dāng)有調(diào)制信號(hào)時(shí)，振蕩器輸出信號(hào)的瞬時(shí)頻率將會(huì)在調(diào)制信號(hào)的控制下變化，這樣就得到了調(diào)頻波信號(hào)。這種由調(diào)制信號(hào)直接控制壓控振蕩器振蕩頻率的調(diào)頻方法稱(chēng)為直接調(diào)頻。二、鎖相環(huán)簡(jiǎn)介鎖相技術(shù)是被控振蕩器輸出相位受外來(lái)信號(hào)相位控制，使之隨外來(lái)信號(hào)相位同步變化的技術(shù)。鎖相技術(shù)是通信技術(shù)中最重要的技術(shù)之一。1、鎖相環(huán)的基本組成鎖相環(huán)（phase Locked Loop，PLL）實(shí)質(zhì)上是一個(gè)相位差自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，由鑒相器PD、環(huán)路濾波器LPF和壓控振蕩器VCO組成，如圖1-23所示。圖1-23 鎖相環(huán)的基本組成

39、鑒相器又稱(chēng)為相位比較器，用來(lái)鑒別輸入信號(hào)ui(t)與輸出信號(hào)uo(t)之間的相位差，輸出誤差電壓ue(t)。ue(t)中的噪聲和干擾成分被低通性質(zhì)的環(huán)路濾波器濾除，形成壓控振蕩器（VCO）的控制電壓uc(t)。uc(t)作用于壓控振蕩器的結(jié)果是把它的輸出振蕩頻率fo拉向環(huán)路輸入信號(hào)頻率fi，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為頻率牽引。如果輸入信號(hào)頻率fi與VCO的中心振蕩頻率之間的頻差在一定范圍內(nèi)，VCO的振蕩頻率fo最終將會(huì)等于輸入信號(hào)的頻率fi，這時(shí)，輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間的相位差將不再變化，環(huán)路被鎖定。鎖相環(huán)能夠進(jìn)入鎖定狀態(tài)的頻率范圍稱(chēng)為鎖相環(huán)的捕捉帶。鎖相環(huán)一旦進(jìn)入鎖定狀態(tài)，VCO的輸出信號(hào)uo(t)與環(huán)路

40、的輸入信號(hào)（參考信號(hào)）ui(t)就保持一個(gè)固定的穩(wěn)態(tài)相位差，而不存在頻率差；若輸入信號(hào)的頻率fi和相位i在一定范圍變化，鎖相環(huán)能使壓控振蕩器輸出信號(hào)的頻率fo和相位o不斷地跟蹤輸入信號(hào)的頻率fi和相位i變化并保持同步。鎖相環(huán)能夠跟蹤輸入信號(hào)頻率變化并保持鎖定的頻率范圍稱(chēng)為鎖相環(huán)的跟蹤帶。由于鎖相環(huán)在鎖定狀態(tài)不但可以使輸出信號(hào)的頻率與輸入信號(hào)（參考信號(hào)）的頻率嚴(yán)格相等，而且還具有頻率的跟蹤同步特性，所以鎖相環(huán)技術(shù)在通信、雷達(dá)、導(dǎo)航、自動(dòng)控制、空間技術(shù)、廣播電視、原子能和激光技術(shù)等許多領(lǐng)域中都有著廣泛的應(yīng)用。2、鎖相環(huán)在調(diào)頻（或調(diào)相）信號(hào)解調(diào)中的應(yīng)用利用鎖相環(huán)具有頻率跟蹤的特性可以對(duì)調(diào)頻（或調(diào)相）

41、信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。無(wú)論輸入鎖相環(huán)路的信號(hào)ui(t)是已調(diào)制或未調(diào)制的，只要信號(hào)頻譜中包含有載波頻率成分，就可將環(huán)路設(shè)計(jì)成一個(gè)窄帶跟蹤濾波器，使VCO輸出信號(hào)uo(t)跟蹤輸入信號(hào)ui(t)載波成分的頻率與相位變化，這就是環(huán)路的載波跟蹤特性。載波跟蹤環(huán)常用于從已調(diào)波中提取（或復(fù)制）出載波。圖17-24 載波跟蹤環(huán)解調(diào)器當(dāng)環(huán)路鎖定在輸入信號(hào)ui(t)的載頻上時(shí)，鑒相器輸出的誤差信號(hào)ue(t)的變化就反映了輸入信號(hào)ui(t)相位變化的情況。因此，利用載波跟蹤環(huán)的窄帶特性，在鑒相器輸出端可以解調(diào)調(diào)頻（或調(diào)相）信號(hào)。如圖1-24所示，鑒相器輸出接輸出濾波器即可獲得解調(diào)信號(hào)輸出。載波跟蹤環(huán)用于調(diào)頻（或調(diào)相）信

42、號(hào)的解調(diào)時(shí)，適用于1弧度以下的調(diào)制，調(diào)制大于1弧度后，其鑒相器輸出的解調(diào)信號(hào)將會(huì)產(chǎn)生一些失真。載波跟蹤環(huán)解調(diào)器的主要優(yōu)點(diǎn)是解調(diào)門(mén)限低，但設(shè)計(jì)制作較復(fù)雜。圖17-25 調(diào)制跟蹤環(huán)解調(diào)器在寬帶調(diào)頻（或調(diào)相）信號(hào)的頻譜中，其載頻成分較弱，鎖相環(huán)路難以對(duì)載波進(jìn)行跟蹤，再加上寬帶調(diào)頻（或調(diào)相）信號(hào)的調(diào)制指數(shù)偏大，載波跟蹤環(huán)的解調(diào)會(huì)產(chǎn)生失真。如果讓環(huán)路有適當(dāng)寬度的低頻通帶，壓控振蕩器輸出信號(hào)的頻率與相位就能跟蹤輸入調(diào)頻（或調(diào)相）信號(hào)的變化，即得到輸入角度調(diào)制信號(hào)的復(fù)制品，這就是環(huán)路的調(diào)制跟蹤特性。利用調(diào)制跟蹤特性，可以制成角度調(diào)制信號(hào)的調(diào)制器與解調(diào)器。調(diào)制跟蹤環(huán)解調(diào)器如圖1-25所示，當(dāng)VCO的輸出uo(

43、t)跟蹤輸入信號(hào)ui(t)的頻率與相位變化成為輸入調(diào)頻（或調(diào)相）信號(hào)的復(fù)制品時(shí)，環(huán)路濾波器的輸出信號(hào)（即VCO 的輸入信號(hào)）uc(t)的變化就反映了輸入信號(hào)ui(t)頻率變化的情況。三、簡(jiǎn)單調(diào)頻無(wú)線光通信系統(tǒng)的參考設(shè)計(jì)采用調(diào)頻信號(hào)進(jìn)行通信可以增強(qiáng)抗干擾能力。下面給出簡(jiǎn)單調(diào)頻無(wú)線光通信系統(tǒng)的參考設(shè)計(jì)?？紤]到可能會(huì)在室外通過(guò)紅外光進(jìn)行語(yǔ)音信號(hào)的無(wú)線傳輸，在收、發(fā)兩端均采用了電池進(jìn)行供電，所以采用晶體管或可單電源工作的集成電路完成電路設(shè)計(jì)。圖17-26 調(diào)頻光通信發(fā)射端機(jī)框圖1、光發(fā)射端機(jī)調(diào)頻光通信的發(fā)射端機(jī)組成如圖1-26所示。話(huà)筒放大器對(duì)駐極體話(huà)筒拾取的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行放大，放大以后的信號(hào)控制FM調(diào)

44、制器的振蕩頻率產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)，再由調(diào)頻信號(hào)通過(guò)光源調(diào)制器驅(qū)動(dòng)LED發(fā)光。圖1-27是調(diào)頻光通信發(fā)射端機(jī)的參考設(shè)計(jì)電路圖，6V的直流電源通過(guò)兩芯插座J3接入，插座J1接話(huà)筒，J2接紅外LED。圖1-27 調(diào)頻光通信發(fā)射端機(jī)參考電路Q(chēng)1和Q2組成了電容耦合的兩級(jí)晶體管放大電路，為了限制調(diào)頻信號(hào)的帶寬，電容C3和C6把放大器的上限截止頻率限制在5kHz左右。FM調(diào)制器由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器構(gòu)成，其振蕩頻率主要由R10、R11、R12和C8確定，放大器輸出的語(yǔ)音信號(hào)電壓通過(guò)5腳對(duì)555輸出的頻率進(jìn)行FM調(diào)制。調(diào)節(jié)微調(diào)電位器R11可以使555振蕩的中心頻率為50kHz，調(diào)節(jié)微調(diào)電位器R4可以改變放

45、大器輸出信號(hào)的幅度，從而調(diào)節(jié)555輸出的FM信號(hào)的最大頻偏。由于FM信號(hào)是通過(guò)瞬時(shí)頻率而不是幅度來(lái)反映調(diào)制信號(hào)的，驅(qū)動(dòng)LED時(shí)并不要求LED輸出的光強(qiáng)與FM信號(hào)的幅度保持線性，所以由Q3構(gòu)成的光源調(diào)制器工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，在555定時(shí)器3腳輸出的FM信號(hào)控制下驅(qū)動(dòng)LED發(fā)光，R14是LED的限流電阻。2、光接收端機(jī)調(diào)頻光通信接收端機(jī)的組成如圖1-28所示。圖1-28 調(diào)頻光通信接收端機(jī)框圖來(lái)自發(fā)射端的光信號(hào)由光敏二極管接收并轉(zhuǎn)換為電壓號(hào)，經(jīng)過(guò)放大和濾波后，整形成方波，送鎖相環(huán)電路進(jìn)行FM解調(diào)，再通過(guò)低通濾波器濾除載波及其它高頻的干擾，由功放推動(dòng)喇叭發(fā)聲。參考設(shè)計(jì)的接收機(jī)采用9伏直流供電，整個(gè)電路分

46、為光信號(hào)放大器和FM解調(diào)器兩大部分組成。光信號(hào)放大器電路如圖1-29所示。圖1-29 光信號(hào)放大器電路圖光敏二極管PH302B將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)C1交流耦合到晶體管Q1和Q2構(gòu)成的放大電路。電阻R1和R41是光敏二極管的偏置電阻。為防止強(qiáng)光射入時(shí)二極管出現(xiàn)直流飽和，應(yīng)限制R1的阻值。在工作過(guò)程中，若R1上的直流電壓超過(guò)3V，就需要減小R1的阻值。Q1和Q2構(gòu)成的是電流-電壓變換放大器（互阻放大器），其中Q1為共射放大器， Q2是共集放大器（射隨器），R4引入了電壓并聯(lián)負(fù)反饋。利用R4可以改變放大器的增益，增大R4可以增大放大器的增益，但放大器的帶寬將相應(yīng)地減小。為了得到足夠的放大量和帶寬，Q1選擇了高頻晶體管