第三专题-激光语音通信系统讲课PPT

激光语音通信系统激光语音通信电路组成麦克风前置放大（同向放大电路）混音电路（加法电路）三角波产生PWM调制激光器驱动（恒流源电路）光电信号前置放大（两级反向放大电路）整形电路PWM解调（低通滤波电路）音频驱动（功率放大电路）发射部分主要包括：接收部分主要包括：第一部分激光语音通信发射部分电路1、麦克风前置放大（同相放大电路）Kf=uo/ui=1+R2/R11特点：高输入阻抗，易受干扰，共模误差大uo/ui=1+R2/R11=1011、对信号进行直流偏置，抬升到正电压范围2、同向放大器构成麦克风的前置放大3、低通滤波电路滤掉信号中的高频噪声第一部分激光语音通信发射部分电路1、麦克风前置放大（同相放大电路）uo/ui=1+R2/R11=1011、对信号进行直流偏置，抬升到正电压范围2、同向放大器构成麦克风的前置放大3、低通滤波电路滤掉信号中的高频噪声第一部分激光语音通信发射部分电路2、滤波电路滤波器：是一种能使有用频率信号通过而同时抑制或衰减无用频率信号的电子装置。无源和有源滤波器)(Itv)(Otv滤波电路分母中S的最高幂次称为滤波电路的阶次。分类二.传递函数定义)()()(iosVsVsA时js)(je)j()j(AA)()j(A幅频响应相频响应分类•高通滤波（HPF）•低通滤波（LPF）•带阻滤波（BEF）•带通滤波（BPF）•全通滤波（APF）低通滤波上限频率高通滤波下限频率带通滤波中心频率带阻滤波中心频率全通滤波RCR一阶RC低通滤波器(无源)iUoURCc1j1Rj1UUioRCj11cj11CCcjjT11)(传递函数2)(11)(cjT幅频特性2)(11)(cjTioUU010.707c截止频率此电路的缺点：1、带负载能力差。2、无放大作用。3、特性不理想，边沿不陡。幅频特性、幅频特性曲线iUoURCR1体积小、重量轻、利于集成。2具有放大作用，且增益可调。3利于制成高阶滤波电路。4稳定性高。5但不适用于高频情况。6工作时必须直流电源。7不适用于高压或大电流情况。有源滤波器特点：n01)(sAsA2传递函数：2c0)(1)j(AA幅频相应为1电路：1f01RRARC1c特征角频率电压跟随器同相放大器RC一阶低通滤波注意：一阶有源滤波电路通带外衰减速率慢，与理想情况相差较远。一般用在对滤波要求不高的场合。一阶有源滤波电路1电路2传递函数)()()(iosVsVsA2FF)()-(31sCRsCRAAVV（二阶）vICRfRC–+vPR1放大电路同相比例vAARvO1fFVoR/R1AA通带增益RC1c特征角频率F31VAQ品质因数注意：3-AVF0，AVF3时滤波电路才能稳定工作二阶有源滤波电路第一部分激光语音通信发射部分电路2、有源二阶低通滤波电路有源的优点：不用电感、体积小、重量轻。运放的开环电压增益和输入阻抗高，输出阻抗低，构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用最常见的二阶滤波器结构：Sallen-Key结构。当通带增益为1时，Sallen-Key低通滤波器的电路形式如下二阶滤波R9和C7，R8和C11截止频率、品质因数。一般取R1=R2，C1=C2，毕竟容易买到的电容值要比电阻值少的多。第一部分基础电路2、有源二阶低通滤波电路二阶滤波器仿真第一部分激光语音通信发射部分电路3、加法器电路（双声道混音为单声道）通过加法器将双声道混音为单声道，并将信号反向偏置几种常见的非正弦波矩形波三角波锯齿波尖顶波阶梯波vIvO-+A+VCC-VEEVREF单门限电压比较器vOVOHVOLvIOVREF特点：虚短不成立，可用虚断运放处于开环状态当vivREF时,vo=+voH当vivREF时,vo=-vol门限电压vREFvIOT234ttvOVOHOVOLVREF输入为正负对称的正弦波时，输出波形如图所示。vIvO-+A+VCC-VEE过零比较器:VREF=0VvIOT234ttvOVOHOVOL输入为正负对称的正弦波时，输出为方波。电压传输特性vOVOHVOLvIO++viuovi0+VZ-VZ用稳压管稳定输出电压voVZvovi0+VOH-VOL++vovi忽略了VD另：限幅电路——使输出电压稳定++RCuoA2-R3R4UzA1-uo1R2R100uo1t＋UZ－UZuotUT-UT积分电路可将方波变为三角波，所以只要将矩形波电路的输出（方波）作为积分电路的输入，在积分电路的输出端就可以得到三角波电压输出。三角波发生器此电路要求前后电路的时间常数配合好，不能让积分器饱和。dtuRCu0101周期与频率ZTURRU21dtuRCu0101dtURCZ1正向积分起始值为-UT，终了值为+UT，积分时间T/200uo1t＋UZ－UZuotUT-UTTT2T1RCRRf124214RRCRT2/03d1TZTtUCRUTZTUTCRUU23将比较器LM311产生的方波电路经积分器（NE5532）后生成三角波并放大，为调制提供信号4、三角波产生电路第一部分激光语音通信发射部分电路第一部分激光语音通信发射部分电路5、音频调制电路（PWM）采用一个三角波形发生器和比较器来生成一个脉宽调制(PWM)波形第一部分激光语音通信发射部分电路PWM经过低通滤波器将产生一个遵循以下函数的输出电压：VO=δ∗VPWM(1)其中，VO是已平均输出电压，δ是PWM波形的占空比，而VPWM是其振幅。例如，一个占空比为75%的5V，PWM波形将在低通滤波时产生一个3.75V的输出电压。。5、音频调制电路（PWM）第一部分激光语音通信发射部分电路5、音频调制电路（PWM）利用电压比较器的特性把音频信号调制成PWM波，驱动激光器第一部分激光语音通信发射部分电路6、激光器驱动电路（恒流源电路）NE5532和三极管组成恒流源电路，通过调节电阻R24，调节激光器的电流。R29是限流电阻，防止电流过大烧坏激光器激光器常用的激光波段有830-860nm、980-1060nm和1550-1600nm，都是良好的大气窗口。因此选用850nm的激光二极管，在红外波段可以减少干扰。激光语音通信发射部分仿真图前置放大电路三角波发生电路激光语音通信发射部分仿真图PWM调制电路激光语音通信发射板电路原理图激光语音通信发射部分实物图光电信号前置放大整形电路PWM解调音频驱动第二部分激光语音通信接收部分电路第二部分激光语音通信接收部分电路光电二极管PIN光电二极管响应频率高，可高达10GHZ，响应速度快，供电电压低，工作十分稳定。雪崩二极管(APD)灵敏度高，响应快，但雪崩二极管需要上百伏的工作电压，而且性能和入射光功率有关，当入射光功率大时，增益引起的噪声大，带来电流失真。第二部分激光语音通信接收部分电路1、PIN光电二极管前置放大（两级反相放大电路）K1=uo/ui=–R1/R8=20K2=uo/ui=–R6/R9=50NE5552组成两级反相放大器，第一级放大倍数20倍，第二级放大50倍。总放大倍数放大1000倍2、整形电路第二部分激光语音通信接收部分电路调制后的光信号不一定是正规的方波，下降沿和上升沿会变形，不完全是90°，经比较器LM311整形成方波信号3、解调电路：四阶低通滤波（参考模电课本）解调电路幅频特性仿真图第二部分激光语音通信接收部分电路4、音频驱动TDA2822电压：1.8-15V电流：1A第二部分激光语音通信接收部分电路接成单声道功放R29输入偏置电阻，讲解调后的电压分压，从而调节音量激光语音通信接收板仿真激光语音通信接收板电路原理图激光语音通信接收板实物