语音传输光发射光接收电路设计滕超实习报告

西安邮电学院

课 程 设 计 报 告 书

系部名称 学生姓名 专业名称 班 级 时

间

电子与信息工程

滕超

电子科学与技术 科技0505（48）

2008年5月19日至2008年5月30 日

：：：：：一、设计题目：

语音传输光发射/光接收电路设计 二、设计要求

1. 用三极管9018作为LED发射电路的偏置和放大器件； 2. 用硅光电池作为接收电路的信号采集器件；

3. 用运算放大器LM741对硅光电池所采集的信号进行放大； 4. 用MIC作为语音信号源，最后用耳机将语音信号输出； 三、分析设计 1.

硅光电池

光电池是利用光生伏特效应把光直接转变成电能的光电器件。由于它可把太阳能直接转变为电能，因此又称为太阳能电池。它有较大面积的PN结，当光照射在PN结上时，在结的两端出现电动势。故光电池是有源元件。

硅光是在一块N型硅片上用扩散的办法掺入一些P型杂质(如硼)形成PN结。当光照到PN结区时，如果光子能量足够大，将在结区附近激发出电子-空穴对，在N区聚积负电荷，P区聚积正电荷，这样N区和P区之间出现电位差。若将PN结两端用导线连起来，电路中有电流流过，电流的方向由P区流经外电路至N区。若将外电路断开，就可测出光生电动势。

光照特性：

开路电压曲线：光生电动势与照度之间的特性曲线，当照度为2000lx

时趋向饱和。

短路电流曲线：光电流与照度之间的特性曲线

2. 发光二极管

发光二极管的伏安特性与普通二极管相似，但随材料禁带宽度的不同，开启（点燃）电压略有差异。图为砷磷化镓发光二极管的伏安曲线，红色约为1.7V开启，绿色约为2.2V。

注意，图上的横坐标正负值刻度比例不同。一般而言，发光二极管的反向击穿电压大于5V，为了安全起见，使用时反向电压应在5V以下。

3. 运算放大器LM741：

集成运算放大器简称“运放”，它实质上是一种高增益的直接耦合放大器，当运放工作在

线性区时，具有“虚断”和“虚短”两个特性，通过不同的电路组合，可实现模拟信号的加、减、积分、微分、对数，指数运算，这些运算电路是构成一些复杂运算的基础及其它各种应用基本单元。

4．发射电路：

在设计中，将光发射电路分为两个部分。第一级为信号偏置电路，可以提供稳定合适的静态工作点，用三极管加偏压电阻实现。第二部分为共集电极三极管放大电路。共集电极放大电路具有输入电阻高、输出电阻低、电压放大倍数接近于1、输出电压与输入电压同相的特点，输出电压能够在较大的范围内跟随输入电压作线性变化，又称为射极跟随器。一、二级之间通过耦合电容级联。语音信号源用1khz、

VP?P=1V

的正弦交流信号来代替进行仿真。

使用器件：

100k——3个、400k——1个、100?——2个、1.2k——1个 50k——1个、10?f——2个、BJT9018——2个、LED——1个

5．接收电路：

发射电路的设计采用运放ML741对光电池采集的信号进行放大。集成运算放大器LM741具有很高开环电压放大倍数、高输入阻抗、低输出阻抗的特性。可以工作在线性和非线性两种状态。线性工作状态必须引入负反馈。反相输入运算电路无共模电压的影响，但输入阻抗低，同相输入运算电路的输入阻抗高，但存在共模信号的影响。当运放工作于开环或正反馈的工作状态时，运放工作在非线性区。主要用于电压比较和波形产生电路。在设计中采用通向输入的方法进行放大处理。电阻R3可以调整运放对电压信号的放大。率在硅光电池的使用是采用方向电压，保证硅光电池的正常工作。同样使用语音信号源用1khz、VP?P=1V的正弦交流信号来代替进行仿真。

使用器件：

10k——2个、100k——1个、5.1k——1个、1k——1个

四、实验调试

为了确保实验过程中对硬件不会造成不必要的浪费，在电路搭建之前，我组成员事先对各个模块进行了电路仿真。但是在搭建仿真电路的时候，还是遇到了一些问题。

发射部分：

第一次的设计思路是：因为LED的工作电流是50~150mA，所以一开始的设计思路是给MIC的输出电流加一个直流偏置，使LED工作在线性工作区域内。由于没有现成LED模拟信号驱动电路，所以一开始希望可以从LED数字信号驱动电路改装，试验了5个电路但是没有成功，而且测得波形始终为数字信号的波形。经过思考和总结发现：各种电路获得的只是电压偏置，电流并未偏置，而且MIC的输出电流始终为正值，无需偏置。后来决定参考老师的意见通过共射放大电路直接搭建。通过十余次调试终于得到失真度很小的完成电路。

接收部分：

由于开始没有借鉴过任何人的经验，我们直接从书上理论中套用，认为接收电路的放大部分应该由预放大和主放大两部分组成。于是我们设计了二级放大方案，并模拟成功。但是在老师检验时被告知可以通过功率放大器直接完成放大。所以更改方案，由老师提供的数据为参考，但由于器件的限制，没能获得预期的放大（只获得了6倍的放大，而老师提供的运放电路是可以获得200放大的），所以最后声音信号的输出时还依靠了音响设备功放的放大。

两部分最后耦合时，为了减少外界噪声的影响，我们用黑纸遮住了LED和硅光电池。最终输出的声音信号没有出现大的失真或噪声现象。

五、设计结果 静态工作点： 第一级：Ib?16.591μ第二级：Ib?17.530μ

A Ic?3.528mA Vce?4.412V A Ic?13.454mA Vce?6.302V

发射端波形仿真结果：

接收端波形仿真：

六、体会：

1、一开始我们抓住MIC工作时输出电流很小，为了保证LED工作在线性区域内就必须对MIC的输出电流加一个直流偏置，所以为了找到一个能给MIC提供偏流的电路耗费了很多时间进行设计和仿真，但最终未能实现。这种情况下，我们决定先将一个共射电路投入实践，并在面包板上接出了发射模块，经过测试发现MIC能正常工作，这时我们才知道我们忽略了MIC的电流输出为正值而无需直流偏置。从这个问题的发现和解决中，我知道实践的重要性，所谓“实践是检验真理的唯一标准”，所以不管理论有多好都需要实践来检验，只有在实践中才能发现问题并解决问题。

2、为获得较好的实验效果，我们竭力寻找符合我们需要的参数值的器件，由于实验室器件数量和种类有限，我们大部分都没找着。但我们并不气馁，为了解决这一问题，我们利用已学的电路知识想出了许多行之有效的方法。例如，将2个1.5的电阻串联成所需的3欧电阻，对于没有的电容我们就用相近的或能获得相同实验结果的代替等等。从这个问题的解决中，我懂得了怎样利用已有的资源来获得最优化的实验效果而不是一味地抱怨条件的限制，这对于解决以后工作中的实际问题非常有帮助。

3、本实验采用分模块设计的思路：先将一个模块设计好并完成对其的测试发现没有问题，再投入下一个模块的设计及测试工作，依此类推，最终完成整个电路的设计。这种是一种优秀的设计思路，它能节省工作时间，提高工作效率，充分发挥团队合作的优势。比如我们组还继续细分：一部分人负责发射模块，一部负责接收模块，这样首先完成的还可以帮助未完成的，大大缩短了工作时间，有效地提高了工作效率。

在老师和同学的帮助下，我顺利地通过了此次实习，并且受益匪浅，理论和实践能力都得到了一定的提高。

七、附录 1．

康华光：《电子技术基础》（模拟部分 第四版），高等教育出版

社，1999年6月。 2．

赵远：《光电信号检测原理与技术》，科学技术出版社，2002

年7月。 3．

《LM741DATASHEET》，WWW.NATIONAL.COM，MAY 1998

西安邮电学院 电信 系 课程设计 过程考核表

学生姓名 承担任务实验室（单位） 实施时间 滕超 光纤通信实验室 班级/学号 所在部门 科技0550/48 电信系 2008年 5 月19 日 — 2008 年5 月30 日 第一周 设计分析并且仿真 具体内容 第二周 搭电路并且调试 …… 指导教师（师傅）姓名 陆蓉 学习态度 指导教师（师傅） 学习纪律 对学生的评价 实践能力 □ 很强 □ 一般 □ 较差 指导教师（师傅）签字 年 月 日

□ 全勤 □ 偶尔缺勤 □ 经常缺勤 职务或职称 讲师 指导教师（师傅）对学生专业知识或社会实践能力等情况的意见 □ 认真 □ 一般 □ 不认真 西安邮电学院 电信 系 课程设计 成绩鉴定表

学生姓名 进行时间 滕超 班级/学号 科技0505/48 2008年 5 月19 日 — 2008年5 月30 日 与教学任务计划结合程度（10分） 学习内容（20分） 与专业培养结合程度（6分） 其它（4分） 接受单位评价 成绩鉴定 （20分） 实践能力（10分） 学习态度（6分） 学习纪律（4分） 报告内容与实践过程紧密结合（15分） 报告鉴定 （60分） 报告内容与教学计划内容紧密结合（15分） 报告质量(主题、结构、观点、逻辑、资料、字数 30分) 评阅教师姓名 陆蓉 职称 讲师 成绩 评语 评阅教师签字 年 月 日

西安邮电学院 电信 系 课程设计 成绩鉴定表

学生姓名 进行时间 滕超 班级/学号 科技0505/48 2008年 5 月19 日 — 2008年5 月30 日 与教学任务计划结合程度（10分） 学习内容（20分） 与专业培养结合程度（6分） 其它（4分） 接受单位评价 成绩鉴定 （20分） 实践能力（10分） 学习态度（6分） 学习纪律（4分） 报告内容与实践过程紧密结合（15分） 报告鉴定 （60分） 报告内容与教学计划内容紧密结合（15分） 报告质量(主题、结构、观点、逻辑、资料、字数 30分) 评阅教师姓名 陆蓉 职称 讲师 成绩 评语 评阅教师签字 年 月 日

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/lhe3.html