音频光通信系统的设计与仿真

音频光通信系统的设计与仿真••指导教师：XX•答辩人：XX•班级：XX•学号：XX光通信系统的简介光通信是一种以光波为传媒的通信方式。光波和无线电波同属电磁波，其光波的频率比无线电波的频率要高，波长比无线电波的波长要短。因此，它具有传输的频带宽、通信的容量大和抗电磁干扰能力强等优点。光波按传输媒介的不同，可分为有线光通信和无线光通信。无线光通信又称自由空间光通信，是光通信的一种，也叫大气光通信。无线光通信是一种无需光纤进行通信的方式，是现代光纤通信技术的补充和扩展。无线光通信具有以下的特点和优势：1、频带宽，速率高，容量大2、架设方式灵活便捷3、适用于任何通信协议4、频谱资源极为丰富5、传输波密性较好6、小型化光发射机的设计•在光通信系统中，光发射机的作用是完成电信号向光信号的转换，把要传递的信息以光的形式发送出去。电路图如下图所示：•发射电路的原理图•发射电路分为两个部分：由运算放大器U1构成的反相比例放大器和由运算放大器U2构成的恒流源电路。设输入信号幅度为U1in，U1的6脚输出电压为U1out。则有：U1out=-U1inR2/R1。•由U2构成的压控恒流电路用来驱动红外发光二极管，或者称此电路为V-I变换电路，设流过R6的电流为Iout，U2的3脚点电位为U2in,根据运算放大器的“虚短”、“虚断”原理有：Iout=U2in/R6。1211/RRUUinout1211/RRUUinout发射电路选用的是±5V的电源，因为OPA656是双电源集成运算放大器。信号经过R1进入集成运算放大器OPA656增强信号的幅度，OPA656采用R2支路作为负反馈来调节信号。电路中的RP1所在支路为红外发光二极管提供一个启动电压，保证红外发光二级管发射管得正向下降电压约在1.7V。这样就使其一直处在稳定而连续的发光状态，经过与R3支路信号的叠加，一起进入集成运算放大器OPA357，经过合成后，由R6的支路进入红外发光二极管，使其发光产生强弱的变化，发出红外光信号。发射电路通过R2与R1的比值来实现信号的放大，增加输入信号的振幅，其放大倍数为A1=R2/R1，通过R3和R6来控制电路中电流的大小，实现信号的良好传输。接收电路部分主要的工作就是实现光电转换的过程，通过红外发光二极管接收管对发射管发出的光信号进行接收，信号进入集成运算放大器OPA357被进行放大处理，其放大的效果就是要达到不比原始输入信号的幅度小就可以。电路图如下所示：光接收机的设计接收电路的原理图接收电路选用的是±5V的电源，因为此部分电路中的集成运算放大器OPA357采用的是单电源。这一部分电路先由接收发光二极管接收发射电路传输过来的红外光信号，经过负反馈集成运算放大器OPA357处理信号之后，经过图3.1中R8的支路传输到外接放大电路。电容C原则上是其滤波作用，是为了防止有噪声信号的干扰运算放大器OPA357的正常工作，如果实际电路中噪声信号的干扰可以忽略不计的话，在实际搭建电路的时候，可以根据电路的实际需要，再选择是否接入此电容。系统的仿真最佳仿真电路图•在输入信号频率为20Hz，振幅为200mV时，发射端输入信号与输出信号的振幅大小基本一致，信号没有失真。如下所示：输入信号频率为20Hz，振幅为200mV•在输入信号频率为20KHz，振幅为200mV时，发射端输入信号与输出信号的振幅大小基本一致，信号没有失真。如下所示：输入信号频率为20KHz，振幅为200mV•通过模拟仿真，调节发射电路和接收电路的各个器件之后，最终得出了效果最佳的电路图。总结•本课题所设计的系统中包括发射机和接收机两部分，主要是针对音频信号的频率是否在传输过程中发生改变这一问题来进行实验的，信号只要在发射电路和接受电路间能不失真的传输就可以。结束