北大普通物理综合实验课件26音频信号光纤传输技术实验

实验名称：音频信号光纤传输技术实验实验目标：了解音频信号光纤传输试验仪的结构和工作原理熟悉半导体电光/光电转换器件的基本性能及其主要特性的测试方法学习分析音频信号集成运放电路的基本方法整体上感受实验设备的性能，研究实验内容，尝试编排一个适合文科学生的选修实验科目实验仪器：YOF-B型音频信号光纤传输技术实验仪DF1027B低频函数信号发生器双踪示波器数字万用表小型便携式收录机外接小音箱信号线﹑导线若干实验原理：Part1系统组成Part2LED驱动及调制电路：Part3光电二极管的伏安特性及其测定方法Part4SPD特性系统组成+_信号源bRLED光纤SPDfR功放电路EW2BG1LED驱动及调制电路mAW1C1R1(1K)C2(4.7)fR4(1K)IC1R3(30K)R2(30K)C3(2000pf)C4RbELEDBG1W2Re信号源光纤UoUi光电二极管的伏安特性及其测定方法VVSPDIC1UoCW1-12V光纤ARf(W2)光电SPD的特性光电二极管即使在无偏压工作状况下也会有反向电流通过。入照光功率一定时：反向偏压情况下，在很大范围内光电流与偏压和负载电阻几乎无关，故在可视为恒流源。在无偏压工作状态下，光电二极管的光电流随负载电阻变化比较大。SPD短路电流和入照光功率的关系称为光电二极管的光电特性，在I—P坐标系中体现为斜率：把r定义为光电二极管的响应度，它是表征光电二极管光电转换效率的一个重要参数。本实验是用硅光电二极管，响应度R的典型值在0.25~0.5(μA/μW)/IPrμA/μW实验主要内容：LED—传输光纤组件电光特性的测定测定光电二极管的反向伏安特性曲线光信号发送器调制放大电路幅频特性的测定LED偏置电流与无截止畸变最大调制幅度关系的测定光信号的接收实验1.LED—传输光纤组件电光特性的测定电流表mAW1C1R1(1K)C2(4.7)fR4(1K)IC1R3(30K)R2(30K)C3(2000pf)C4RbELEDBG1W2Re信号源光纤UoUi数字光功率指示计W1W2Led插孔Power调制输入Spd插孔调零Po-Id01020304050607005101520253035404550Id(mA)Po(uA)2．测定光电二极管的反向伏安特性曲线电压表直流毫伏表W1W2音箱插孔Spd反向指示毫伏表输入PowerVVSPDIC1UoCW1-12V光纤ARf(W2)Uo/mV：U反偏/V01234567I0时-0.02-0.02-0.02-0.02-0.02-0.02-0.02-0.02I1时37.437.537.537.537.637.637.637.6I2时70.270.670.871.171.371.571.771.8I3时110.2110.6110.8111.0111.1111.2111.3111.3I4时141.9142.2142.6143.0143.0143.3143.5143.7I5时176.6177.3177.8178.2178.5178.8179.1179.4Po/uW013.926.940.453.867.3Id/mA01220303950U反偏/V01234567I0时0.000.000.000.000.000.000.000.00I1时3.683.693.693.693.703.703.703.70I2时6.926.966.987.007.027.047.067.07I3时10.8610.9010.9210.9410.9510.9610.9710.97I4时13.9814.0114.0514.0914.0914.1214.1414.16I5时17.4017.4717.5217.5617.5917.6217.6517.67各种情况下的反向伏安曲线Io-U反偏0.002.004.006.008.0010.0012.0014.0016.0018.0020.0001234567U反偏(V)Io(uA)IoI1I2I3I4I51几乎为直线根据测量数据描出SPD光电特性曲线，即偏置电压为0的情况下，Io随Po变化的曲线Po/uW013.926.940.453.867.3Io/uA0.003.686.9210.8613.9817.40Io-Poy=0.2609xR2=0.99930246810121416182001020304050607080Po(uW)Io(uV)3．光信号发送器调制放大电路幅频特性的测定mAW1C1R1(1K)C2(4.7)fR4(1K)IC1R3(30K)R2(30K)C3(2000pf)C4RbELEDBG1W2Re信号源光纤UoUiF/HzUo/mVA1044422.21248024145002516520261853626.82054427.22254827.42555427.73056828.44057628.86059029.58059229.69059629.810059629.81506003020060030F/HzUo/mVA2506003030060430.240060430.250060430.270060430.280060430.2100060530.25110060530.25120060230.1140060030150060030200059229.6300058429.2400057228.6500055527.75F/HzUo/mVA600054427.2700052426.2800051225.6900048824.41000046823.41100044822.412000440221300042421.21400041220.615000400201600038819.41800036818.41900035217.62000033816.92500031415.7A-f051015202530351.E+001.E+011.E+021.E+031.E+041.E+05f(Hz)A4.LED偏置电流与无截止畸变最大调制幅度关系的测定在调制幅度小于LED的偏置电流并在LED的电光特性线性范围的时候，不仅没有截止削波失真发生，而且流过LED的平均电流也等于原来设定的偏置电流，故发送器前面板毫安表保持不变。当调制幅度过大时，就会超过LED电光特性线性段或出现截止削波失真，使LED的平均驱动电流不等于原来设定的偏置电流。在这种情况下，毫安表指示要随调制幅度增加而变化。因此，可以根据毫安表有无变化判断在信号传输过程中调制信号幅度是否过大，也可以判断是否有截止削波失真。用低频函数信号发生器作信号源（频率为1KHz的正弦波），SPD接到接收器前面板上对应插孔，并把双踪示波器的CH2接到接收器I—U变换电路的输出端，然后在LED偏置电流为5mA﹑15mA﹑25mA的各种情况下，调节W1，测量无截止畸变的最大调制幅度。偏置电流Id测量无截止畸变的最大调制幅度UmId5mA15mA25mAUm6mV10mV20mV5．音频信号的传输实验+_信号源bRLED光纤SPDfR功放电路EW2BG1把发送器的调制端接入便携式收录机的音频信号，连接功率放大电路，并接上小音箱，实验整个音频信号光纤传输系统的音响效果。实验时，适当调节发送器的LED偏置电流﹑调制输入信号幅度，考察传输系统的听觉效果并用示波器监测发送器的调制输入信号和接收器输出端信号（即功放电路的输入端）的波形变化。对于发送器：W1对音量可以起调节作用W2过小的时候，音质严重失真，毫安表随声音信号变化有大幅抖动。对于接收器：W1和W2的变化声音音质关系不明显。归结为电路特性及电子元件的参数特征。W2可以起到音量调节的作用。1.设计光功率计fUoRIW设计与改造由于实验得到了SPD光电特性，即Po－Io的关系因此可以把Po和Uo的关系联系起来。由于Po－Io在大部分范围内线性程度比较好，因此可以用标准功率计标定Rf使Uo显示的数值和标准功率计相等，这样就可以当做一个不是十分精确的功率计。当然这当中会有非线性的影响，但是在大部分数据区域是可行的这个Rf的标定值经测量为3.83KΩ，误差可以控制在±0.2关于文科实验的改进由于文科同学的物理功底比理科差，所以减少了几个数据测量大的步骤，更侧重于基本物理原理的认识理解取消了反向伏安特性的步骤，只测量SPD的光电曲线取消了放大电路幅频曲线的测定增加了波形比较的步骤把无截止畸变改为定性观察实验优化了一些实验步骤加了光功率计设计作为选作步骤参考文献：《纤维光学（原理及实验研究）》朱世国四川大学出版社1992仪器设备的附送说明书