音频信号光纤通信剖析 - 图文

沈阳城市学院

物理实验报告

实验题目 音频信号光纤通信 姓 名 学 号 专业班级 实验室号 实验成绩 指导教师 李军 实验时间 2014年 月 日 物理实验室制

实验目的 1、了解音频信号光纤传输系统的结构 2、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 3、学习音频信号光纤传输系统的调试技 实验仪器 名称 音频信号光纤传输仪 数字示波器 波形发生器 请认真填写

FD-OFT-A UTD2102CEL UTG9020D 型号

实验原理（注意：原理图、测试公式） 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。上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 光纤结构: 分两层,内层为纤芯，外层称包层，芯的折射率略大于包层，利用光在内芯的折射或在芯与包层界面上的全反射实现光的传播。光波可通过全反射从光纤的一端传输到另一端。 LED的驱动及调制电路 音频信号光纤传输系统发送端LED的驱动和调制电路如图5示，以BGl为主组成的电路是LED的驱动电路，调节这一电路中的W2可使LED的偏置电流在0-60mA的范围内变化。被传音频信号经由数字解调电路或ICl组成的音频放大电路放大后再经电容器C耦合到BGl的基极，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。 图5 LED的驱动和调制电路 根据运放电路理论图5中音频放大电路的闭环增益为： (6) 其中Z2、Z1分别为放大器反馈阻抗和反相输入端的接地阻抗，只要C3选得足够小，C2选得足够大，则在要求带宽的中频范围内，C3的阻抗很大，它所在支路可视为开路，

而C2的阻抗很小，它可视为短路，在此情况下，放大电路的闭环增益。C3的大小决定着高频端的截止频率f2，而C2的值决定着低频端的截止频率f1。故该电路中的R2、R3，R4和C2，C3是决定音频放大电路增益和带宽的几个重要参数。 光信号接收器SPD是峰值响应波长与发送端LED光源发光中心波长很接近的硅光电池，SPD的任务是把经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I。然后经ICl组成的I-V转换电路，再把光电流转换成电压V。输出，V0与I0之间具有以下比例关系： (7) 以IC2(LA4112)为主构成的是一个音频功放电路，该电路的电阻元件(包括反馈电阻在内)均集成在芯片内部，只要调节外接的电位器W2，可改变功放电路的电压增益，从而可以改变功放电路的输出功率，功放电路中电容CNf的大小决定着该电路的下限截上频率。

实验内容及步骤 一、光信号发送端-LED的电光转换特性的测定 1.打开机器，按照数据调节不同的电流，测量光信号发送端-LED的电光的功率，并按照数据会出规律图形。 2.调节发送器前面板上的“偏流调节”旋钮，使LED的驱动电流ID<85mA的任一适当值，并观察光功率计的示值。 3.在保持LED驱动电流不变的情况下，适当调整传输光纤远端与光功率计探测器的耦合状态，使光功率计指示最大后保持这一最佳耦合状态不变。 4.然后调节“偏流调节”旋钮，使发送器前面板上的毫安表的示值(即LED的驱动电流ID)在0--85mA范围内变化，从零开始，每隔5 mA读取一次光功率计的示值P0，直到ID=85mA为止。 5.根据以上测量数据，以P0为纵坐标，ID为横坐标，便可在(P0，ID)坐标系中画出包括传输光纤与LED的连接损耗及传输光纤的传输损耗在内的LED——光纤组件的电光特性曲线。 二.光纤传输系统频响的测定 1.观察光电特性曲线。斜率不变段的电流的起始值和结尾值的中间值电流.在LED驱动电流输入电流中间值和调整波形发生器上频率为10HZ电压为2V。然后观察数字示波器变化。观察图形为

完整地正弦曲线。然后记录峰峰值。 2.然后改变波形发生器上频率的大小。记录个个峰峰值与表格。然后找出其中最大的峰峰值。 3.最大峰值乘以0.707.得到一个数字。然受利用上述数据以频率为横坐标。以峰峰值和最大峰峰值与0.707乘积为纵坐标画光纤传输系统频响的测定曲线。

实验数据记录（注意：单位、有效数字、列表） 1．光信号发送端-LED的电光转换特性的测定 ID/mA 0.0 P0/?W 0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 40.0 0.4 2.1 5.2 9.3 14.2 19.5 24.9 30.6 ID/mA 45.0 50.0 55.0 60.0 65.0 70.0 75.0 80.0 85.0 P0/?W 36.1 41.3 46.1 50.6 54.7 58.2 61.3 63.5 63.5 2．光纤传输系统频响的测定（输入电压U ＝ 1.5 V） f/Hz 10 172 20 302 25 350 30 388 40 456 60 512 80 544 90 552 100 150 200 560 576 580 Vpp/mV f/Hz 300 400 500 700 800 1000 1100 1200 1400 1500 2000 584 584 584 576 576 568 564 556 544 540 512 Vpp/mV f/Hz 2500 3000 4000 4500 5000 5500 6000 7000 8000 9000 10000 488 464 448 424 416 408 400 384 376 372 368 Vpp/mV 请认真填写

数据处理、误差分析和实验结论 1、 LED-传输光纤组件电光特性的测定：依LED偏置电流与光功率实验曲线，线性响应的偏置电流区间为（ 23.1，62.8 ）mA，取此区间中值I＝ 43.0 mA为最佳偏置电流。 2、 光纤传输系统频响的测定：由光纤系统幅频特性曲线得到， 低频截止频率f= 33.6 Hz 高频截止频率f=5293.7 Hz 光纤传输系统频响的带宽为：33.6Hz—5293.7Hz 3、

实验思考与建议 1、LED偏置电流是如何影响信号传输质量。 调制信号幅度太小时，指示LED偏置电流的毫安表读数与调制信号无关，当调制信号幅度加到某一程度后，毫安表读数将随调制信号的幅度增大 2 、本实验中光传输系统哪几个环节引起光信号的衰减？ 光信号的衰减主要是由于材料吸收引起的吸收损耗。光发射机、光接续点、光放大器、光分路器以及光接收机，也就是说在光传输的各个节点处都有可能引起光衰。 请在两周内完成，交教师批阅

附件：（实验曲线请附在本页）

1070LED光电特性曲线86050P（μW）640430202100022044066088010100ID（mA）

B C600光纤系统幅频特性曲线500U(mV)400300200100-100001000200030004000500060007000f(Hz)

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