音频信号光纤传输实验
音频信号光纤传输实验
摘要: 实验通过对LED-传输光纤组件的电光特性的测量得出了在合适的偏置电流下其具有线性。验证了硅光电二极管可以把传输光纤出射端输出的信号转变成与之成正比的光电流。Abstracf The experimental transmission through the LED-fiber components of the electro-optical properties Measuring obtained at the right bias current with its linear. Verification of the silicon photodiode fiber can transmit a radio-signal output into with the current proportional to the light. 一.前言: 1.实验的历史地位: 光纤自20世纪60年代问世以来其在远距离信息传输方面的应用得到了突飞猛进的发展以光纤作为信息传输介质的“光纤通信”技术是世界新技术革命的重要标志也是未来信息社会各种信息网的主要传输工具。随着光纤通信技术的发展一个以微电子技术激光技术计算机技术呵现代通信技术为基础的超高速宽带信息网将使远程教育.远程医疗.电子商务.智能居住小区越来越普及.光纤通信以其诸多优点将成为现代通信的主流未来信息社会的一项基础技术和主要手段. 2.实验目的了解音频信号光纤传输系统的结构熟悉半导体电光/光电器件的基本性能及主要特性的测试方法了解音频信号光纤传输系统的调试技能3.待解决的几个主要问题: 声音是一种低频信号你可能有这样的经历当你说话的声音较低时只有你旁边的人可以听见你的声音要让声音传的远些你必须大声喊。这说明了低频信号的传播受周围环境的影响很大传播的范围有限。为了解决上述的问题在通信技术中一般是使用一个高频信号作为载波利用被传
输的信号如音频信号对载波进行调制。当信号到达传输地点时需要对信号进行解调也就是将高频载波滤掉最终得到被传输的音频信号。随着通信容量的增加和信息传递速度的加快上述传播过程的缺陷也暴露了出来主要为以下几点1信号间的干扰2 对接手端和发射端阻抗匹配要求较高3 传播速度受到一定的限制。专家们一致认为解决上述问题的关键是利用光作为信号的载体也就是所说的光纤通信。本实验的目的就是去了解光纤传输系统的结构以及半导体电光/光电器件的基本性能及主要特性的测试方法。二. 实验介绍1.实验原理⑴通信基本原理通信简单点说就是信息的传输。比如打电话就是将我们的声音传输到很远的地方这就是一种通信。下面就是通信系统组成示意图。⑵光纤通信所谓光纤通信就是用激光做载波光纤为传输媒质的信号传输。下图所示为直接光强调制光纤传输系统的结构原理方块图。它主要包括光信号发送器传输光纤光信号接收器三部分组成。但是要确保接收到的信号与我们发送的信号一样要求传输过程中的各种变换都必须是线性变换。因此只有在各部分共有的线性工作频率范围内的信号才能通过传输系统而不失真。对于语音信号频谱在300—3400 范围内由于光导纤维对光信号具有很宽的频带故在音频范围内整个系统的频带宽度主要决定于发送端调制放大电路和接收端功放电路的幅频特性。发光二极管LED的电光特性LED的P-I 特性曲线光纤通信系统中使用的LED的光功率是经称为尾纤的光导纤维输出出纤光功率与LED驱动电流的关系称为电光特性。为了避免和减少非线性失真使用时应先给LED一个适当的偏置电流I其
值等于这一特性曲线线性部分中点对应的电流值而调制信号的峰峰值应位于电光特性的直线范围内。⑶光信号的发送光信号发送器的原理图被传音频信号由以IC1为主要元件构成的音频放大电路放大后经电容器藕合到BG1基极对LED的工作电流进行调制从而使LED发送出光强随音频信号变化的光信号并经光导纤维把这一信号传至接收端。对于高频信号电容可看作短路对于低频信号电容可看作开路且电容越大允许通过的最低频率就越低。只要选得足够小只允许高频信号通过选得足够大较低频率的信号也可通过但仍有截止频率则在要求带宽的中频范围内的阻抗很大它所在支路可视为开路而的阻抗很小它可视为短路。
1IC4C3ReR3I1BGLED2R1W2WbR4R1R1C2C1I3CmAccVoVUU在此情况下根据运放电路的特性计算出放大电路的闭环增益为C3的大小决定了高频端的截止频率f2而C2的值决定着低频端的截止频率f1。故该电路中的R1R2R3C2和C3是决定音频放大电路增益和带宽的几个重要参数。4.光信号的接收光电检测器件SPD 响应度描述光电检测器光电转换能力的一种物理量。定义为其中I为光电检测器的平均输出电流P为光电检测器的平均输入功率。光信号接收器原理图光信号的接收主要是利用硅光电二极管SPD把传输光纤出射端输出的光信号的光功率转变为与之成正比的光电流I0 然后经I / V 转换电路再把光电流转换成电压V0输出。V0和I0之间有以下关系以IC3 为主要元件构成的是一个集成音频功放电路只要调节外接的电位器Wnf就可改变功放电路的电压增益功放电路中电容Cnf
的大小决定着该电路的下限截止频率。2.实验设计思想: 音频信号的光纤传输系统主要包括光信号发送器传输光纤以及光信号接收器。三个部分。光信号发送器由半导体发光二极管Light Emitted Diode 简称LED以及由它的调制、驱动电路组成光信号接收器包括了发光二极管的电流/电压I/V转换电路和功放电路。组成该系统时光源LED的发光中心波长必须在传输光纤呈现低损耗的、或附近光电检测器件的峰值响应波长也应与此接近。本实验采用发光中心波长为0.85 的半导体发光二极管作光源峰值响应波长为0.8—0.9.85 的硅光电二极管Silica Photo Diode 简称SPD作光电检测元件。在传播过程中为了避免或减小波形失真要求载波的频率宽度能覆盖被传信号的频率范围。由于光导纤维对光信号具有很宽的频带完全可以将频谱在300—3400 范围的音频信号覆盖。整个系统的频带宽度即可传信号的频率宽度主要决定于发送端调制放大电路和接收端功放电路的幅频特性。光信号发送器光信号发送器由信号放大电路和LED的驱动电路组成。放大后的信号进入右侧的信号发送系统。LED的正常工作需要有一定的正向偏压一般是在1.2-1.4V之间光功率与LED驱动电流的关系称为电光特性。由NPN三极管构成的LED的驱动电路就是给LED提供正常工作所需的正向偏压。本实验仪LED最大允许工作电流为50mA把偏置电流选为LED最大允许工作电流的一半可使LED获得无截止畸变幅度最大的调制有利于信号的远距离传送。光信号接收器光信号接收器由光电转换器和集成音频功放电路组成。光电转换器是由峰值响应波长与发送端LED的发光中心波长很接近
的硅光电二极管SPD和运算放大器组成。硅光电二极管的任务是把传输光纤出射端输出光信号的光功率转变为与之成正比的光电流I0然后经运算放大器组成的I / V 转换电路把光电流转换成电压V0输出然后经功放电路放大后还原成音频信号播放。三.实验仪器本实验使用的是四川大学物理系研制的YOF—A型音频信号光纤传输技术实验仪包括1.光纤2.双踪示波器功率计、音频信号发送器和音频信号接收器3.音频信号发生器四.实验内容本实验包括了以下几部分内容1 光信号发送器特性的研究1LED—传输光纤组件电光特性的测定2 LED 偏置电流与无截止畸变最大调制幅度关系的测定 3 光信号发送器调制放大电路幅频特性的测定 2. 光信号接收器特性
的研究1 硅光电二极管特性及响应度的测定 2 光信号的检测3 光电信号的放大3.原始数据表格⑴LED传输光纤组件电光特性的测量I偏mA 0 4 8 12 16 20 光功率PuW 0 1.3 3.8 7.5 12.0 17.1 ⑵硅光电二极管特性及响应度的测试Rf23.8kΩ I偏mA 0 4 8 12 16 20 VomV 7.2 9.5 21.8 49.3 88.2 135.1 ⑶LED偏执电流与无截止畸变最大调制幅度关系的测定:f1KHz测量中如mA表指针在原设定的偏执电流附近摆动尽管波形畸变不明显但说明输出已失真此时应减小信号的调制幅度. I偏mA 0 4 8 12 16 20 电压峰值mA 峰-峰值12.5 56 110 170 250 280 ⑷光信号发送器调制放大电路幅频特性的测定:I偏15mAVi10mv时FkHz 0.1 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 VimV 10 10 10 10 10 10 10 10 VomV 300 300 300 300 290 290 290 287 FkHz 4 4.5 5 7 9 12 16 20 VimV 10 10 10 9 8 7.5 6 5.8 VomV 280 275 265 235 210 180 140
110 ⑸光信号的检测:I偏15mAVi10mV FkHz 0.1 0.85 1 1.5 2 2.5 3 3.5 发送器VomV 300 300 300 290 290 280 280 265 接收器VomV 65 65 68 70 70 70 68 68 FkHz 4 4.5 5 7 9 12 16 20 发送器VomV 250 250 240 210 190 150 120 100 接收器VomV 65 65 60 55 50 40 30 20 五.数据处理: ⑴LED电光特性曲线I偏mA051015202505101520PuWImAI偏mA 文字描述: 由图像可以看出在4mA到19mA之间成线性关系⑵I—P特性曲线I 0.302521 0.39916 0.915966 2.071429 3.705882
5.676471 光功率PuW 0 1.3 3.8 7.5 12 17.1 光功率
PuW0246810121416180246IPuW光功率PuW
RΔI/ΔP0.915966-0.39916/ 3.8-1.3 0.206722 ⑶LED偏置电流与无截止畸变最大调制幅度的关系曲线Vmax-I偏0501001502002503000510152025ImAVmA电压峰值mA峰-峰值⑷放大倍数随频率变化的关系曲线: FkHz 0.1 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 G 30 30 30 30 29 29 29 28.7 FkHz 4 4.5 5 7 9 12 16 20 G 28 27.5 26.5
26.11111 26.25 24 23.33333 18.96552
FkHz0510152025010203040GFFkHz 可以看出在大于运放的截止频
率和饱和频率之间运放放大倍数最大随着频率的增加运放的放大功能减弱。⑸发送器VomV 接收器VomV曲线0501001502002503003500510152025fKHzVmV发送器VomV接收器VomV 由图像可以看出来电势随着频率的增大而变小。5.实验中常见问题的分析1发送器W1和W2在实验前开机之前和实验后都要逆时针旋转到最小防止开机就有较大的电流损坏LED 2LED上的直流
偏置电流要小于20mA否则会烧坏LED 3调节音频信号发生器输出的正弦信号的幅度使其峰—峰值小于等于20mV实验过程中保持
Vi≤20mV峰—峰值4实验过程中如果出现截止或饱和削波失真说明调制信号幅度过大要适当减小调制信号幅度保证不失真5当调制幅度过强时毫安表指示会在原来设定的偏置电流的附近左右摆动要减小调制信号幅度。1 线路连接没有问题示波器、信号发生器均工作正常但屏幕上没有信号或者只有干扰信号。2测量中偏流调不到要求的20mA。这种情况大多是由于输入信号太大造成输出波形失真从而导致该现象发生。测量出的信号转换功率太低只有10几个μW。正常情况下输出功率应能达到20至30几个μW。如果数值较低一种情况可能是光纤离光源的距离较远造成的光纤距透镜太远教师可以将接口处打开调整这一距离也可以请实验室人员处理。另一种情况也可能是LED被烧坏。六、实验结论1.实验通过对LED-传输光纤组件的电光特性的测量得出了在合适的偏置电流下其具有线性。验证了硅光电二极管可以把传输光纤出射端输出的信号转变成与之成正比的光电流。2. 拓展实验内容光纤中的传播时间和速度由于光在透光介质中的传播速度反比于介质的折射率 C Kn-1 因此可以断定光在光纤中的传播速度小于光在空气中的传播速度C0 ≈ 3×108m/s.本实验通过测量一串光脉冲信号在一个特定长度光纤中的传播时间来求出光在光纤中的传播速度从而算出光纤的平均折射率。我们在光纤的输入端输入一连串稳定的光脉冲信号并在光纤的输出端接收这些信号由于光纤的长度引起一个脉冲信号的时间延迟T1 T1 L/C1 其
中C1为光在光纤中的速度L为光纤长度如果我们测出了T1则C1 L/T1 再由C1/C0 n0 /n1 求出光纤的平均折射率n1C0/C1n0 其中C1为光在光纤中的速度C0为光在空气中的速度n0为空气的折射率七、参考文献《大学物理实验教程》北京邮电大学出版社北京邮电大学物理实验中心编北京邮电大学物理实验中心
https://www.360docs.net/doc/a25188885.html,/jpjs/szdw.htm 清华大学物理实验中心
http://166.111.27.130/ 八、物理实验课程小结1.学习课程的收获: 学习了《大学物理实验》这一课程后使我受益匪浅。从基础知识到所学内容的综合应用以及独立研究都获得了很大的提高。在物理实验课程的学习过程中老师认真讲解实验所用到的基础理论知识并严格按照数据测量、误差分析、数据处理、实验结果分析的步骤要求我们。是我们练就了一套系统的、扎实的实验方法的基本功。最值得一提的是这一课程采用了多形式、多元化的考试模式。采取课题小论文、设计实验、自主学习实验、创新训练实验、总结报告相结合理论与实际操作相结合.我个人对那些结合课本知识自主设计的小实验比较感兴趣这类实验大大提高了我们独立学习的能力和自主创新的能力并培养了我们的科研兴趣。2.对物理实验课程的意见或建议⑴在平时多开放物理实验室可以让大家在课余时间也可以进行实验如课上完不成的选做内容以及同学们设想的各种创新实验⑵开展创新大赛同一种实验谁能设计出更好的方案奖获奖 3.自己对课程的希望希望在实验中心的网站上能放一些关于实验的视频使我们在实验前就能对
实验有一个直观的了解不至于在实验室对仪器过于生疏不了解怎样使用.
音频信号光纤通信.
音频信号光纤传输实验 实验目的 1.了解音频信号光纤传输的方法、结构及选配各主要部件的原则。 2.熟悉半导体电光/光电器件的基本性能及其主要特性的测试方法。 3.学习分析音频信号集成运放电路的基本方法。 4.训练音频信号光纤传输系统的调试技术。 实验仪器 YOF-A音频信号光纤传输技术实验仪、光功率计、多波段收音机、音箱 实验原理 一、系统的组成 图1示出了一音频信号光纤传输系统的结构原理图，它由半导体发光二极管LED及其调制、驱动电路组成的光信号发送部分、传输光纤部分和由硅光电池、前置电路和功放电路组成的光信号接收三个部分组成。 图1 光纤传输系统原理图 塑料光纤很柔软，而且可以弯曲，加工很方便。在光信息处理技术、光学计量、短距离数据传输等方面已获得较好的应用。本系统中，我们采用的传输光纤是进口低损耗多模塑料光纤，它的纤维直径是lmm，芯径为990μm，包层厚度为5μm。半导体发光二极管是采用发光亮度很高的可见红色光发光二极管作为光源，光电转换采用高灵敏的硅光电池作为转换元件，整个传输过程一目了然。 为了避免或减少谐波失真，要求整个传输系统的频带宽度要能复盖被传信号的频谱范围，对于语音信号，其频谱在300--3400Hz的范围内。由于光导纤维对光信号具有很宽的频带，故在音频范围内，整个系统的频带宽度主要决定于发送端调制放大电路和接收端功放电路的幅频特性。
二、半导体发光二极管(LED)的结构及工作原理 光纤通讯系统中对光源器件在发光波长、电光功率、工作寿命、光谱宽度和调制性能等许多方面均有特殊要求。所以不是随便哪种光源器件都能胜任光纤通讯任务，目前在以上各个方面都能较好满足要求的光源器件主要有半导体发光二极管(LED)和半导体激光器(LD)。光纤传输系统中常用的半导体发光二极管是一个如图2所示的N-p-P三层结构的半导体器件，中间层通常是由直接带隙的GaAs(砷化镓)p型半导体材料组成，称有源层，其带隙宽度较窄，两侧分别由AlGaAs的N型和P型半导体材料组成，与有源层相比，它们都具有较宽的带隙。具有不同带隙宽度的两种半导体单晶之间的结构称为异质结，在图2中，有源层与左侧的N层之间形成的是P-N异质结，而与右侧P层之间形成的是p-P异质结，敌这种结构又称N-p-P双异质结构，简称DH结构。当给这种结构加上正向偏压时，就能使N层向有源层注入导电电子，这些导电电子一旦进入有源层后，因受到右边p-P异质结的阻挡作用不能再进入右侧的P层，它们只能被限制在有源层内与空穴复合，导电电子在有源层与空穴复合的过程中，其中有不少电子要释放出能量满足以下关系的光子： (1) 其中h是普朗克常数，是光波的频率，E 1是有源层内导电电子的能量，E 2 是导电电子与空穴复合后处于价键束缚状态时的能量。两者的差值Eg与DH结构中各层材料及其组份的选取等多种因素有关，制做LED时只要这些材料的选取和组份的控制适当，就可使得LED的发光中心波长与传输光纤的低损耗波长一致。所以为了减少损耗，LED发光波长应与传输光纤的低损耗波长一致，在实际通讯系统中，LED发出的光介于可见光的边远区域。 图2 半导体发光二极管的结构及工作原理 光纤通讯系统中使用的半导体发光二极管的光功率为光导纤维的尾纤输出功率，出纤光功率与LED驱动电流的关系称LED的电光特性，为了避免和减少非线性失真，使用时应先给LED一个适当的偏置电流I，其修正等于这一特性曲线线性部分中点对应的电流值，而调制信号的峰一峰值应位于电光特性的直线范围内。对于非线性失真要求不高的情况，也可把偏置电流选为LED最大允许工作电
音频技术实验报告
实验编号：四川师大《声音媒体技术》实验报告 2017年11月5日计算机科学学院级班实验名称：声音信号的编辑处理 姓名：学号：指导老师：实验成绩: 实验录音系统的连接和使用 一．实验目的及要求 （1）掌握录音系统的连接方法； （2）熟悉录音系统相应设备的功能，并熟练使用； （3）掌握录音系统功率匹配、阻抗匹配的原理； 二．实验内容 （1）利用阻抗匹配、功率匹配原理，实现录音系统连接； （2）熟练掌握阻抗匹配、功率匹配实现录音系统连接的工作原理； （3）熟悉录音系统各类设备的操作使用； 三．实验主要流程、步骤（该部分如不够填写，请另加附页） 1.利用阻抗匹配、功率匹配原理，实现录音系统连接。 （1）老师介绍调音台的各输入与输出端子的功能，以及其控制按钮的名称和作用。 （2）用转换头将电容式话筒连接到调音台，电容式话筒的插头插在1和2路录音孔中，（遵循阻抗匹配原理，一定要注意传输线的特性阻抗与所接负载阻抗的大小相等且相位相同，即传输线的输入端或输出端处于阻抗匹配状态）； （3）再把监听耳机的插头插在监听插口。 （4）把调音台的输出端用连接线与电脑的主机连接，给电脑传送音频信号，（遵循阻抗匹配原理，电脑的功率要和传输线的输出功率匹配）； （5）最后连接电源线 （6）MONITOR是总监听音量旋钮，调节该通路在监听线路中的音量大小。.通过调节HIGH、MIDDLE、LOW三段均衡器旋钮来调节声音大小打开电脑进行调试，测试录音能否正常工作。 2.熟练掌握阻抗匹配、功率匹配实现录音系统连接的工作原理。 （1）阻抗匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗相适配，得到最大功率输出的一种工作状态，阻抗匹配则传输功率大，内阻等于负载时，输出功率最大，此时阻抗匹配。 （2）设备输出功率要与负载阻抗一致。 3.熟悉录音系统各类设备的操作使用。 （1）POWER ON是调音台开关，当 ON 的一边被按下时，调音台便接通电源； （2）MIC是麦克风输入接口，LINE是高电平输入接口，MONITOR是监听输出接口； （3）电容式话筒的敏感度及其高，在录制声音史应该对准说话的人； （4）在调音台每一路输入通道上都有一组均衡旋钮，HIGH是高频，MID是中频，LOW是低频，高中低频率旋钮向左（顺时针）旋时，对应的频段就会得到提升，反之衰减。 四.实验结果的分析与评价（该部分如不够填写，请另加附页 1.阻抗匹配的方法有两种，一种是改变阻抗力，另一种是调整传输线的长度。 2.调音台可对输入的不同电平不同阻抗的音源信号进行放大、衰减、动态调整等，用附 带的均衡器对信号各频段进行处理，调整各通道信号的混合比例后，对各通道进行分配并送至各个接收端，控制现场扩声信号及录制信号。 3.调音台的输入信号大体上分为低阻话筒信号输入和高阻线路信号输入两种。 4.调音台输入插口基本可以分为3种：TRS，XLR，RCA。
信号光纤传输技术实验.
音频信号光纤传输技术实验 预习要求 通过预习应理解以下几个问题： 1．音频信号光纤传输系统由那几个部分组成、主要器件（LED 、SPD 和光纤）的工作原理； 2．LED 调制、驱动电路工作原理 3．LED 偏置电流和调制信号的幅度应如何选择、； 4．测量SPD 光电流的I-V 变换电路的工作原理。 实验目的 1．熟悉半导体电光/光电器件基本性能及主要特性的测试方法； 2．了解音频信号光纤传输系统的结构及各主要部件的选配原则； 3．掌握半导体电光和光电器件在模拟信号光纤传输系统中的应用技术； 4．学习音频信号光纤传输系统的调试技术。 实验原理 一．系统的组成 音频信号光纤传输系统的原理图如图8-1-1所示。它主要包括由LED （光源）及其调制、驱动电路组成的光信号发送器、传输光纤和由光—电转换、I —V 变换及功放电路组成的光信号接收器三个部分。光源器件LED 的发光中心波长必须在传输光纤呈现低损耗的0.85μｍ、1.3μｍ或1.5μｍ附近。本实验采用中心波长0.85μｍ的GaAs 半导体发光二极管作光源、峰值响应波长为0.8～0.9μｍ的硅光二极管SPD 作光电检测元件。为了避免或减少谐波失真，要求整个传输系统的频带
宽度能够覆盖被传信号的频谱范围。对于音频信号，其频谱在20Hz ～20KHz 的范围内。光导纤维对光信号具有很宽的频带，故在音频范围内，整个系统的频带宽度主要决定于发送端调制放大电路和接收端功放电路的频率特性。 二、光纤的结构及传光原理 衡量光纤信道性能好坏有两个重要指标：一是看它传输信息的距离有多远，二是看它单位时间内携带信息的容量有多大。前者决定于光纤的损耗特性，后者决定于光纤的频率特性。目前光纤的损耗容易做到每公里零点几dB 水平。光纤的损耗与工作波长有关，所以在工作波长的选用上，应尽量选用低损耗的工作波长。光纤通讯最早是用短波长0.85μｍ，近来发展到能用1.3～1.55μｍ范围的波长，在这一波长范围内光纤不仅损耗低，而且“色散”也小。 光纤的频率特性主要决定于光纤的模式性质。光纤按其模式性质通常可以分成单模光纤和多模光纤。无论单模或多模光纤，其结构均由纤芯和包层两部分组成。纤芯的折射率较包层折射率大。对于单模光纤，纤芯直径只有5～10μｍ，在一定条件下，只允许一种电磁场形态的光波在纤芯内传播。多模光纤的纤芯直径为50μｍ或62.5μｍ，允许多种电磁场形态的光波传播。以上两种光纤的包层直径均为125μｍ。按其折射率沿光纤截面的径向分布状况又分成阶跃型和渐变型两种光纤，对于阶跃型光纤，在纤芯和包层中折射率均为常图8-1-1 音频信号光纤传输系统原理图 数，但纤芯折射率n 1略大于包层折射率n 2。所以对于阶跃型多模光纤，可用几何光学的全反射理论解释它的导光原理。在渐变型光纤中，纤芯折射率随离开光纤轴线距离的增加而逐渐减小，直到在纤芯—包层界面处减到某一值后，在包层
音频功率放大器实验报告
一、实验目的 1）了解音频功率放大器的电路组成，多级放大器级联的特点与性能； 2）学会通过综合运用所学知识，设计符合要求的电路，分析并解决设计过程中遇到的问题，掌握设计的基本过程与分析方法； 3）学会使用Multisim、Pspice等软件对电路进行仿真测试，学会Altium Designer使用进行PCB制版，最后焊接做成实物，学会对实际功放的测试调试方法，达到理想的效果。 4）培养设计开发过程中分析处理问题的能力、团队合作的能力。 二、实验要求 1）设计要求 设计并制作一个音频功率放大电路（电路形式不限），负载为扬声器，阻抗8Ω。要求直流稳压电源供电，多级电压、功率放大，所设计的电路满足以下基本指标： （1）频带宽度50Hz～20kHz，输出波形基本不失真； （2）电路输出功率大于8W； （3）输入阻抗：≥10kΩ； （4）放大倍数：≥40dB； （5）具有音调控制功能：低音100Hz处有±12dB的调节范围，高音10kHz 处有±12dB的调节范围； （6）所设计的电路具有一定的抗干扰能力； （7）具有合适频响宽度、保真度要好、动态特性好。 发挥部分： （1）增加电路输出短路保护功能； （2）尽量提高放大器效率； （3）尽量降低放大器电源电压； （4）采用交流220V，50Hz电源供电。 2）实物要求 正确理解有关要求，完成系统设计，具体要求如下： （1）画出电路原理图； （2）确定元器件及元件参数； （3）进行电路模拟仿真； （4）SCH文件生成与打印输出；
（5）PCB文件生成与打印输出； （6）PCB版图制作与焊接； （7）电路调试及参数测量。 三、实验内容与原理 音频功率放大器是一种应用广泛、实用性强的电子音响设备，它主要应用于对弱音频信号的放大以及音频信号的传输增强和处理。按其构成可分为前置放大级、音调控制级和功率放大级三部分，如图1所示。 v 图1 音频功率放大器的组成框图 1）前置放大级 音频功率放大器的作用是将声音源输入的信号进行放大，然后输出驱动扬声器。声音源的种类有多种，如传声器（话筒）、电唱机、录音机（放音磁头）、CD 唱机及线路传输等，这些声音源的输出信号的电压差别很大，从零点几毫伏到几百毫伏。一般功率放大器的输入灵敏度是一定的，这些不同的声音源信号如果直接输入到功率放大器中的话，对于输入过低的信号，功率放大器输出功率不足，不能充分发挥功放的作用；假如输入信号的幅值过大，功率放大器的输出信号将严重过载失真，这样将失去了音频放大的意义。所以一个实用的音频功率放大系统必须设置前置放大器，以便使放大器适应不同的输入信号，或放大，或衰减，或进行阻抗变换，使其与功率放大器的输入灵敏度相匹配。另外在各种声音源中，除了信号的幅度差别外，它们的频率特性有的也不同，如电唱机输出信号和磁带放音的输出信号频率特性曲线呈上翘形，即低音被衰减，高音被提升。对于这样的输入信号，在进行功率放大器之前，需要进行频率补偿，使其频率特性曲线恢复到接近平坦的状态，即加入频率均衡网络放大器。 对于话筒和线路输入信号，一般只需将输入信号进行放大和衰减，不需要进行频率均衡。前置放大器的主要功能一是使话筒的输出阻抗与前置放大器的输入阻抗相匹配；二是使前置放大器的输出电压幅度与功率放大器的输入灵敏度相匹配。由于话筒输出信号非常微弱，一般只有100μV~几毫伏，所以前置放大器输入级的噪声对整个放大器的信噪比影响很大。前置放大器的输入级首先采用低噪声电路，对于由晶体管组成的分立元件组成的前置放大器，首先要选择低噪声的晶体管，另外还要设置合适的静态工作点。由于场效应管的噪声系数一般比晶体管小，而且它几乎与静态工作点无关，在要求高输入阻抗的前置放大器的情况下，
光纤通信optisystem实验
光纤通信大作业 1.选择一个你认为合适的方案 供选方案：NRZ、RZ调制格式，直接调制或者外调制，APD管或者PIN管，low pass rectangular filter或者low pass gauss filter。请选择你认为实际中可实现的通信性能最好的一组方案。并给出相应的理由。 答：选择NRZ调制格式，直接调制，APD管，low pass gauss filter。选择这个方案的理由是：为了使得整个系统得到最好的信噪比，并且保证系统误码率在可接受的范围内。具体理由分析如下： 选择NRZ调制格式，因为经NRZ调制的光信号具有紧凑的频谱特性，调制和调解结构简单，在10G和一部分40G系统中得到广泛应用，一直被作为中短距离光纤通信系统中的主要调制格式，通过色散管理和终端可调色散补偿技术，NRZ调制格式在终端传输距离普通光纤获得良好的光传输性能。 选择直接调制，因为直接强度调制是用信号直接调制激光器的驱动电流，使其输出功率随信号变化.这种方式设备相对简单，研究较早，现已成熟并商品化.外调制则常用于要求较高的通信系统。 选择APD管，因为由书上的P264页的图8.3可知，PIN管接收灵敏度适用于低数据速率光纤通信，当系统通信数据速率为10G时，PIN灵敏度管不适于应用，我们优选ADP管。 选择low pass gauss filter（低通高斯响应滤波器），因为low pass rectangular filter（低通矩形响应滤波器）是理想的低通滤波器的模型，在幅频特性曲线上呈现矩形。在现实中，如此理想的特性是无法实现的，所有的设计只不过是力图逼近矩形滤波器的特性而已。而low pass gauss filter（低通高斯响应滤波器）采用时域法测量有效带宽，具有直观、简便的优点，而采用时域法能够显著缩短有效带宽测量时间。 实验过程： 本次实验中，由NRZ调制格式、直接调制、APD管和low pass gauss filter构成的光纤通信系统。 1）.根据实验要求，连接实验电路。同时为了实时地观察系统的运行状态，必须在系统外围增加监测及显示装置，将系统运行结果显示出来，便于观察和分析。因此，在系统中加入了Eye Diagram Analyzer、BER Analyzer、Optical Time Domain Visualizer、Optical Power Meter、Optical Spectrum Analyzer、Oscilloscope Visualizer。通过这些监测及显示器件，可以较为直观地观察到入纤光功率、调制前后的光信号频谱与时域波形、解调后的信号波形、信号眼图及误码率等系统的运行状态和运行结果。整个光纤通信系统的架构如下图示：
实验一音频信号光纤传输技术实验
音频信号光纤传输技术实验 [目的要求] 1.熟悉半导体电光/光电器件的基本性能。 2.了解音频信号光纤传输的结构。 3.学习分析集成运放电路的基本方法。 4.了解音频信号在光纤通信的基本结构和原理 [仪器设备] 1.ZY120FCom13BG3型光纤通信原理实验箱。 2.20MHz双踪模拟示波器。 3.FC/PC-FC/PC 单模光跳线 4.数字万用表。 5.850nm光发端机和光收端机 6.连接导线 7.电话机 [实验原理] 一．半导体发光二极管结构、工作原理、特性及驱动、调制电路光纤通讯系统中，对光源器件在发光波长、电光效率、工作寿命、光谱宽度和调制性能等许多方面均有特殊要求。所以不是随便哪种光源器件都能胜任光纤通讯任务，目前在以上各个方面都能较好满足要求的光源器件主要有半导体发光二极管（LED）、半导体激光二极管（LD），本实验采用LED作光源器件。 图 1 半导体发光二极管及工作原理 光纤传输系统中常用的半导体发光二极管是一个如图所示的N-P-P三层结构的半导体器件，中间层通常是由GaAs（砷化镓）p型半导体材料组成，称有源层，其带隙宽度较窄，两侧分别由GaAlAs的N型和P型半导体材料组成，与有源层相比，它们都具有较宽的带隙。具有不同带隙宽度的两种半导体单晶之间的结构称为异结。在图（1）中，有源层与左侧的N层之间形成的是p-N 异质结，而与右侧P层之间形成的是p-P异质结，故这种结构又称N-p-P双异质结构。当给这种结构加上正向偏压时，就能使N层向有源层注入导电电子，这些导电电子一旦进入有源层后，因受到右边p-P异质结的阻挡作用不能再进入右侧的P层，它们只能被限制在有源层与空穴复合，导电电子在有源层与空穴复合的过程中，其中有不少电子要释放出能量满足以下关系的光子：
光纤通信optisystem实验
光纤通信大作业 1、选择一个您认为合适的方案 供选方案:NRZ、RZ调制格式,直接调制或者外调制,APD管或者PIN管,low pass rectangular filter或者low pass gauss filter。请选择您认为实际中可实现的通信性能最好的一组方案。并给出相应的理由。 答:选择NRZ调制格式,直接调制,APD管,low pass gauss filter。选择这个方案的理由就是:为了使得整个系统得到最好的信噪比,并且保证系统误码率在可接受的范围内。具体理由分析如下: 选择NRZ调制格式,因为经NRZ调制的光信号具有紧凑的频谱特性,调制与调解结构简单,在10G与一部分40G系统中得到广泛应用,一直被作为中短距离光纤通信系统中的主要调制格式,通过色散管理与终端可调色散补偿技术,NRZ调制格式在终端传输距离普通光纤获得良好的光传输性能。 选择直接调制,因为直接强度调制就是用信号直接调制激光器的驱动电流,使其输出功率随信号变化、这种方式设备相对简单,研究较早,现已成熟并商品化、外调制则常用于要求较高的通信系统。 选择APD管,因为由书上的P264页的图8、3可知,PIN管接收灵敏度适用于低数据速率光纤通信,当系统通信数据速率为10G时,PIN灵敏度管不适于应用,我们优选ADP管。 选择low pass gauss filter(低通高斯响应滤波器),因为low pass rectangular filter(低通矩形响应滤波器)就是理想的低通滤波器的模型,在幅频特性曲线上呈现矩形。在现实中,如此理想的特性就是无法实现的,所有的设计只不过就是力图逼近矩形滤波器的特性而已。而low pass gauss filter(低通高斯响应滤波器)采用时域法测量有效带宽,具有直观、简便的优点,而采用时域法能够显著缩短有效带宽测量时间。 实验过程: 本次实验中,由NRZ调制格式、直接调制、APD管与low pass gauss filter构成的光纤通信系统。 1)、根据实验要求,连接实验电路。同时为了实时地观察系统的运行状态,必须在系统外围增加监测及显示装置,将系统运行结果显示出来,便于观察与分析。因此,在系统中加入了Eye Diagram Analyzer、BER Analyzer、Optical Time Domain Visualizer、Optical Power Meter、Optical Spectrum Analyzer、Oscilloscope Visualizer。通过这些监测及显示器件,可以较为直观地观察到入纤光功率、调制前后的光信号频谱与时域波形、解调后的信号波形、信号眼图及误码率等系统的运行状态与运行结果。整个光纤通信系统的架构如下图示: 完整的光纤通信系统
音频信号的光纤传输+实验报告
音频信号光纤传输实验 摘要: 实验通过对LED-传输光纤组件的电光特性的测量，得出了在合适的偏置电流下，其具有线性。验证了硅光电二极管可以把传输光纤出射端输出的信号转变成与之成正比的光电流。 Abstracf The experimental transmission through the LED-fiber components of the electro-optical properties Measuring obtained at the right bias current, with its linear. Verification of the silicon photodiode fiber can transmit a radio-signal output into with the current proportional to the light. 一.前言: 1.实验的历史地位: 光纤自20世纪60年代问世以来，其在远距离信息传输方面的应用得到了突飞猛进的发展，以光纤作为信息传输介质的“光纤通信”技术，是世界新技术革命的重要标志，也是未来信息社会各种信息网的主要传输工具。随着光纤通信技术的发展,一个以微电子技术,激光技术,计算机技术呵现代通信技术为基础的超高速宽带信息网将使远程教育.远程医疗.电子商务.智能居住小区越来越普及.光纤通信以其诸多优点将成为现代通信的主流,未来信息社会的一项基础技术和主要手段. 2.实验目的 了解音频信号光纤传输系统的结构 熟悉半导体电光/光电器件的基本性能及主要特性的测试方法 了解音频信号光纤传输系统的调试技能 3.待解决的几个主要问题: 声音是一种低频信号，你可能有这样的经历，当你说话的声音较低时，只有你旁边的人可以听见你的声音，要让声音传的远些你必须大声喊。这说明了低频信号的传播受周围环境的影响很大，传播的范围有限。为了解决上述的问题，在通信技术中一般是使用一个高频信号作为载波利用被传输的信号（如音频信号）对载波进行调制。当信号到达传输地点时需要对信号进行解调，也就是将高频载波滤掉，最终得到被传输的音频信号。随着通信容量的增加和信息传递速度的加快，上述传播过程的缺陷也暴露了出来，主要为以下几点： 1信号间的干扰； 2 对接手端和发射端阻抗匹配要求较高； 3 传播速度受到一定的限制。 专家们一致认为解决上述问题的关键是利用光作为信号的载体，也就是所说的光纤通信。本实验的目的就是去了解光纤传输系统的结构，以及半导体电光/光电器件的基本性能及主要特性的测试方法。 二. 实验介绍 1.实验原理
数字信号光纤通信技术实验报告
数字信号光纤通信技术实验的报告 预习要求 通过预习应理解以下几个问题： 1．数字信号光纤传输系统的基本结构及工作过程； 2．衡量数字通信系统有那两个指标？； 3．数字通信系统中误码是怎样产生的？； 4．为什么高速传输系统总是与宽带信道对应？； 5．引起光纤中码元加宽有那些因素？； 6．本实验系统数字信号光-电/电-光转换电路的工作原理； 7．为什么在数字信号通信系统中要对被传的数据进行编码和解码？； 8．时钟提取电路的工作原理。 目的要求 1.了解数字信号光纤通信技术的基本原理 2.掌握数字信号光纤通信技术实验系统的检测及调试技术 实验原理 一、数字信号光纤通信的基本原理 数字信号光纤通信的基本原理如图8-2-1示（图中仅画出一个方向的信道）。工作的基本过程如下：语音信号经模/数转换成8位二进制数码送至信号发送电路，加上起始位（低电平）和终止位（高电平）后,在发时钟TxC的作用下以串行方式从数据发送电路输出。此时输出的数码称为数据码，其码元结构是随机的。为了克服这些随机数据码出现长0或长1码元时,使接收端数字信号的时钟信息下降给时钟提取带来的困难，在对数据码进行电/光转换之前还需按一定规则进行编码，使传送至接收端的数字信号中的长1或长0码元个数在规定数目内。由编码电路输出的信号称为线路码信号。线路码数字信号在接收端经过光/电转换后形成的数字电信号一方面送到解码电路进行解码,与此同时也被送至一个高Q值的RLC谐振选频电路进行时钟提取. RLC谐振选频电路的谐振频率设计在线路码的时钟频率处。由时钟提取电路输出的时钟信号作为收时钟RxC,其作用有两个：1.为解码电路对接收端的线路码进行解码时提供时钟信号；2.为数字信号接收电路对由解码电路输出的再生数据码进行码值判别时提供时钟信号。接收端收到的最终数字信号，经过数/模转换恢复成原来的语音信号。 图8-2-1 数字信号光纤通信系统的结构框图 在单极性不归零码的数字信号表示中,用高电平表示1码元，低电平表示0码元。码元持续时间（亦称码元宽度）与发时钟TxC的周期相同。为了增大通信系统的传输容量，就要求提高收、发时钟的频率。发时钟频率愈高码元宽度愈窄。 由于光纤信道的带宽有限,数字信号经过光纤信道传输到接收端后，其码元宽度要加宽。加宽程度由光纤信道的频率特性和传输距离决定。单模光纤频带宽，多模光纤频带窄。因为按光波导理论[1]分析:光纤是一种圆柱形介质波导，光在其中传播时实际上是一群满足麦克斯韦方程和纤芯—包层界面处边界条件的电磁波，每个这样的电磁波称为一个模式。光纤中允许存在的模式的数量与纤芯半径和数字孔径有关。纤芯半径和数字孔径愈大，光纤中参与光信号传输的模式也愈多，这种光纤称为多模光纤（芯径50或62.5μm）。多模光纤中每个模式沿光纤轴线方向的传播速度都不相同。因此，在光纤信道的输入端同时激励起多个模式时，每个模式携带的光功率到达光纤信道终点的时间也不一样，从而引起了数字信号码元的加宽。码元加
音频分析仪agilent_hp_8903b
HP 8903B Audio Analyzer HP 8903E Distortion Analyzer 20 Hz to 100 kHz The Versatile Choice for Technical Specifications Audio Analysis
2 provides a scaled output of the input signal. In SINAD and distortion modes, the fundamental is removed. frequency response and swept distortion automatically . control detector response: rms,average (rms calibrated), and quasi-peak responses are available . the user to lock the notch filter at any measured input frequency . This is useful when measuring very noisy signals in distortion and SINAD modes.SINAD mode provides easier reading when measuring noisy .signals. rms or average (rms calibrated)detector response . Quasi-peak detector response available via HP-IB programming.HP 8903B Audio Analyzer Special function 47 switches source OUTPUT IMPEDANCE- (50 or 600 ohms) to 0.6 mV to 6 V open circuit,20 Hz to 100 kHz.HP 8903E Distortion Analyzer RA TIO key permits display in dB or percent relative to an entered LOG/LIN key allows results to be displayed in linear or log units.Low-noise input amplifier provides allows testing of bridged amplifiers and other devices with floating outputs. Maximum input voltage is a full 300 volts,differential or applied to either the high or low input RA TIO key permits display in dB or percent relative to an entered LOG/LIN key allows results to be displayed in linear or log units. Log mode Low-noise input amplifier provides superior analyzer maximum input voltage of 300 volts differentially or applied from the high input to ground, and 30 volts applied from the low input to ground. measurement flexibility to the HP 8903B and HP 8903E. Both instruments have two slots which can be filled with any combination of six optional filters. HP-IB Not just IEEE-488, but the hardware, documentation and support that delivers the shortest path to a measurement system. measurement flexibility to the HP 8903B and HP 8903E. Both instruments have two slots which can be filled with any combination of six optional filters.
光纤音频信号传输技术实验
TKGT-1型音信号传输仪器 评 价 报 告 学院：工业制造学院 专业：测控技术与仪器 班级：2010级2班 报告人：邱兆芳 学号：201010114201
光纤音频信号传输技术实验 1．引言 随着Internet网络时代的到来，人们对数据通讯的带宽、速度的要求越来越高，光纤通讯具有频带宽、高速、不受电磁干扰影响等一系列优点，正在得到不断发展和应用。通过使用THKGT-1型光纤音频信号传输实验仪做音频信号光纤传输实验，让学生熟悉了解信号光纤传输的基本原理。同时学生可以了解光纤传输系统的基本结构及各部件选配原则，初步认识光发送器件LED的电光特性及使用方法，光检测器件光电二极管的光电特性及使用方法，基本的信号调制与解调方法，完成光纤通讯原理基本实验。 光纤即为光导纤维的简称。光纤通信是以光波为载波，以光导纤维为传输媒质的一种通信方式，由发送电端机将待传送的模拟信号转换成数字信号，再由发送光端机将电信号转换成相应的光信号，并将它送入光纤中传输至接收端。接收光端机将传来的光信号转换成相应的电信号并进行放大，然后通过接收电端机恢复成原来的模拟信号。 光纤广泛应用于各种工业控制、分布式数据采集等场合，特别适合电力系统自动化、交通控制等部门。 通过本实验的学习，在了解光导纤维的基本结构和光在其中传播规律的基础上，要建立起光导纤维的数值孔径、光纤色散、光纤损耗、集光本领等基本概念。 [实验目的] 1．学习音频信号光纤传输系统的基本结构及各部件选配原则。 2．熟悉光纤传输系统中电光/光电转换器件的基本性能。 3．训练如何在音频光纤传输系统中获得较好信号传输质量。 [实验仪器] THKGT-1型光纤音频信号传输实验仪，函数信号发生器，双踪示波器。 [实验原理] 光纤传输系统如图1所示，一般由三部分组成：光信号发送端；用于传送光信号的光纤；光信号接收端。光信号发送端的功能是将待传输的电信号经电光转换器件转换为光信号，目前，发送端电光转换器件一般采用发光二极管或半导体激光管。发光二极管的输出光功率较小，信号调制速率相对低，但价格便宜，其输出光功率与驱动电流在一定范围内基本上呈线性关系，比较适宜于短距离、低速、模拟信号的传输；激光二极管输出功率大，信号调制速率高，但价格较高，适宜于远距离、高速、数字信号的传输。光纤的功能是将发送端光信号以尽可能小的衰减和失真传送到光信号接收端，目前光纤一般采用在近红外波段0.84μm、1.31μm、1.55μm有良好透过率的多模或单模石英光纤。光信号接收端的功能是将光信号经光电转换器件还原为相应的电信号，光电转换器件一般采用半导体光电二极管或雪崩光电二极管。组成光纤传输系统光源的发光波长必须与传输光纤呈现低损耗窗口的波段、光电检测器件的峰值响应波段匹配。本实验发送端电光转换器件采用中心发光波长为0.84μm的高亮度近红外半导体发光二极管，传输光纤采用多模石英光纤，接收端光电转换器件采用峰值响应波长为0.8～0.9μm的硅光电二极管。下面对各部分作进一步介绍。
音频性能测试指引
音频性能测试用例 一、仪器设备： VA-2230音频分析仪；负载（4欧或8欧）；32欧耳机负载 二、准备工作： 2.1、对即将测试的机器升级最新软件，并确认喇叭和耳机均可以正常输出。 2.2、将测试用音频文件拷贝到机器中， 2.3、接线：左声道的两个红线分别接喇叭（或耳机）的左声道输出，其余两根黑线接 主板上的地。右声道的两个红线分别接喇叭（或耳机）的右声道输出的，其余两 根黑线接主板上的地。以上测试需保证喇叭和耳机均已连接标准的负载。 三、初始设置： 3.1、打开 VA-2230 音频分析仪，待仪器预热 15 分钟后进行以下测试 3.2、按 VA-2230 音频分析仪的←↑按钮或→↓按钮,选中 Input 将输入耦合阻抗设定为: 10KΩ, 耦合方式设定为: balance（即平衡模式）如下图： 注意：数字功放选择balance（即平衡模式），模拟功放选择unbalance（即非平衡模式）。 3.3、按 VA-2230 音频分析仪的←↑按钮或→↓按钮, 选中 SP,并将其设定为 Slow, 将 SS 设定为 1.5s； 四、各测试项测试方法及步骤： 3.1、最大输出功率 A、按 VA-2230 音频分析仪的←↑按钮或→↓按钮，将 HPF，PSO 设置为 OFF，LPF 设置为20KHz（模拟功放LPF要设置为OFF）。
B、播放机器中的《08-1KHz-0dB》音频文件，并将音量调到最大。按音频分析仪(中部上端)的AC-V按钮,音频分析仪屏幕左上方若出现ACV,表明已经选中，调节按钮选中UNIT 项，按钮F3 切换为V。此时屏幕上显示的为左右声道输出的有效值。最大输出功率必须满足总谐波失真的指标，如果总谐波失真超标，需将音量调小重新确 认最大输出幅值。总谐波失真测试方法见3.4。 注：屏幕左上方会显示Freq=1000Hz，或者频率很接近1000Hz。如果此处未显示出数字，说明设置有误。 C、输出功率=输出幅值 /负载阻抗。 D、标准：不要超过喇叭或耳机的额定功率
精编音频分析仪使用简易图解
精编音频分析仪使用简 易图解 公司内部编号：（GOOD-TMMT-MMUT-UUPTY-UUYY-DTTI-9018）
A P X测试简易手册 信号路径的设置 蓝牙播放器测试 1.在信号源路径中选择bluetooth. 2.点击settings 进行配对连接。 3.选择 A2DP Source HSP 4.点击Scan for devices 搜索被测产品 5.点击 pair 进行配对 6.连接 A2DP 协议 7.开始测试相关测试项目 蓝牙主机 (Audio Gateway)的测试 1.Input Configuraton 路径设置为 bluetooth 2.点击settings 进行配对连接。 3.选择 A2DP link ( Hand-free 或者headset) 4.点击Scan for devices 搜索被测产品
5.点击 pair 进行配对 6.连接 A2DP 协议 7.开始测试相关测试项目 功放测试 1.根据实际接线，设置信号源的输出信号方式 2.根据实际接线，设置分析仪的输入信号方式 DVD、CD的测试 1.信号源设为none 2.分析仪接口设置与实际接线方式一致。 选择测试项目根据测试需求增加项目 电平测试 1.设置信号源输出波形 2.设置信号源大小 3.设置信号源频率
4.打开信号源开关 5.读取测量值 失真测试1设置信号源输出波形， 2设置信号源大小 3设置信号源频率 4打开信号源开关 5按需求设置滤波器 6读取测量值 信噪比测试1设置信号源输出波形 2设置信号源大小 3设置信号源频率 4打开信号源开关 5按需求设置滤波器
音频信号光纤传输技术
音频信号光纤传输技术实验 实验目的 1．熟悉半导体电光/光电器件的基本性能及主要特性的测试方法 2．了解音频信号光纤传输系统的结构及选配各主要部件的原则 3．学习分析集成运放电路的基本方法 4．训练音频信号光纤传输系统的调试技术 实验仪器 YOF—B型音频信号光纤传输技术实验仪（由四川大学物理系研制）； 音频信号发生器； 示波器； 数字万用表 实验原理 一．系统的组成 图（1）给出了一个音频信号直接光强调制光纤传输系统的结构原理图，它主要包括由LED及其调制、驱动电 路组成的光信号发送器、传输光纤和由光电转换、I—V变换及功放电路组成的光信号接收器三个部分。光源器件L ED的发光中心波长必须在传输光纤呈现低损耗的0.85μｍ、1.3μｍ或1.5μｍ附近，本实验采用中心波长0.85μｍ附近的GaAs半导体发光二极管作光源、峰值响应波长为0.8～0.9μｍ的硅光二极管（SPD）作光电检测元件。为了避免或减少谐波失真，要求整个传输系统的频带宽度能够覆盖被传信号的频谱范围，对于语音信号，其频谱在300～3400Hz的范围内。由于光导纤维对光信号具有很宽的频带，故在音频范围内，整个系统的频带宽度主要决定于发送端调制放大电路和接收端功放电路的幅频特性。 此电路的工作原理如下： 音频信号经IC1放大电路传到LED调制电路。W2调节发光管LED工作（偏置）电流，音频电流调制此工作电流，并经LED转换成音频调制的光信号，经光纤传至光电二极管SPD 再复原成原始音频电流信号，经由IC2构成的I—V变换电路转换成电压信号，最后通过功率放大电路输出声音功率信号，推动扬声器发出声音。这样就完成了音频信号通过光纤的传输过程。 二、半导体发光二极管的驱动、调制电路
四路视频和音频信号的光纤传输系统设计
第３２卷 第１期华侨大学学报（自然科学版）Ｖｏｌ．３２ Ｎｏ．１ ２０１１年１月Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｕａｑｉａｏ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ）Ｊａｎ．２０１１ 文章编号： １０００－５０１３（２０１１）０１－００３５－０４ 四路视频和音频信号的光纤传输系统设计 林琳，王加贤，凌朝东 （华侨大学信息科学与工程学院，福建泉州３６２０２１） 摘要： 利用可编程式逻辑器件、并串转换器和串并转换器及光收发器，设计一个专用的数字光纤传输系统．将多路模拟基带信号的视频和音频进行数字化，形成高速数字流；然后，在现场可编程门阵列（ＦＰＧＡ）上对高速数字流进行时分复用，并通过并串转换器转换为串行数字流，送到光发射器；最后，通过光发射器发射耦合进入光纤传输．接收端则进行相反的操作，还原出原来的模拟基带信号．实验证明，系统工作性能稳定可靠，实时传输效果好． 关键词： 光纤传输；模／数转换；数／模转换；时分复用；视频信号；音频信号 中图分类号： ＴＮ ９１９．６＋４；ＴＮ ８１８文献标识码： Ａ 随着数字化技术的飞速发展，传统的模拟光传输技术已经不能满足人们对传输质量和传输容量的要求．传统的视频、音频信号是利用电缆传输的，传输抗干扰能力差，在传输和存储过程中会受到各种干扰和引入各种噪声，并且经多次传输后，会不断积累噪声［１］．相比较于传统的电缆传输，光纤传输数字信号具有损耗极低、中继距离长、频带极宽、传输容量很大和抗电磁干扰性能好等优点．本文将现场可编程门阵列（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ，ＦＰＧＡ）、数字技术和光纤传输技术相结合，研制一种基于光纤传输的无压缩四路数字视音频传输系统． １ 设计原理 数字光纤传输系统是基于时分复用技术，在一根光纤中实现四路视频、四路音频传输，其框图如图１所示． 图１ 数字光纤传输系统框图 Ｆｉｇ．１ Ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｄｉｇｉｔａｌ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒ ｔｒａｎｓｍｉｔ ｓｙｓｔｅｍ 在发送端，发送机将摄像机采集到的模拟视频信号经过视频放大、钳位、滤波、模／数（Ａ／Ｄ）转换成数字信号；同时，将麦克风采集到的音频信号经过放大、滤波、模／数转换为数字信号．在采样时钟的控 收稿日期： ２０１０－０５－１３ 通信作者： 王加贤（１９５５－），男，教授，主要从事激光技术与固体激光器件的研究．Ｅ－ｍａｉｌ：ｗａｎｇｊｘ＠ｈｑｕ．ｅｄｕ．ｃｎ． 基金项目： 福建省厦门市科技计划项目（３５０２Ｚ２００８００１０，３５０２Ｚ２００９３０３２）
音频信号光纤传输技术实验
音频信号光纤传输技术实验上课请带手机和耳机 [目的要求] 1．熟悉半导体电光/光电器件的基本性能及主要特性的测试方法2．了解音频信号光纤传输系统的结构及选配各主要部件的原则 3. 掌握半导体电光/光电器件在模拟信号光纤传输系统中的应用技术4．训练音频信号光纤传输系统的调试技术 [仪器设备] 1．OFE—A型光纤传输及光电技术综合实验仪一套；
[实验原理] 一、半导体发光二极管LED结构、工作原理、特性及驱动、调制电路 LED把电信号转为光信号。光纤通讯系统中对光源器件在发光波长、电光效率、工作寿命、光谱宽度和调制性能等许多方面均有特殊要求。所以不是随便哪种光源器件都能胜任光纤通讯任务，目前在以上各个方面都能较好满足要求的光源器件主要有半导体发光二极管（LED）和半导体激光二极管（LD），本实验采用LED作光源器件.光纤传输系统中常用的半导体发光二极管是一个如图（1）所示的N—p—P三层结构的半导体 器件，中间层通常是由GaAs（砷化镓）p型半导体材料组成,称有源S层，其带隙宽度较窄，两侧分别由GaAlAs的N型和P型半导体材料组成,与有源层相比，它们都具有较宽的带隙. 具有不同带隙宽度的两种半导体单晶之间的结构称为异质结. 在图（3）中，有源层与左侧的N层之间形成的是p—N异质结，而与右侧P层之间形成的是p—P异质结，故这种结构又称N—p—P双异质结构。当给这种结构加上正向偏压时，就能使N层向有源层注入导电电子，这些导电电子一旦进入有源层后，因受到右边p—P异质结的阻挡作用不能再进入右侧的P层，它们只能被限制在有源层与空穴符合，导电电子在有源层与空穴复合的过程中，其中有不少电子要释放出能量满足以下关系的光子： hυ=E 1—E 2 =E g 其中h是普郎克常数，υ是光波的频率，E 1是有源层内导电电子的能量，E 2 是 导电电子与空穴复合后处于价健束缚状态时的能量。 本实验采用的半导体发光二极管的正向伏安特性如图3所示，与普通的二极管相比，在正向电压大于1V以后，才开始导通，在正常使用情况下，正向压降为