简易无线光通信系统设计详述(DOC)
光纤通信系统的设计及实现
光纤通信系统的设计及实现光纤通信系统的设计首先涉及到光纤的选择。
光纤通信系统通常使用单模光纤或多模光纤。
单模光纤适用于长距离传输，具有较低的传输损耗和较高的带宽。
多模光纤适用于短距离传输，可以传输多个光信号，但带宽较窄。
根据实际需求，选择适当的光纤类型。
光纤通信系统的设计还包括网络拓扑的确定。
常见的网络拓扑结构有星型、环形、网状等。
星型拓扑结构是将所有光缆连接到一个中心节点，适用于小规模网络。
环形拓扑结构是将所有光缆连接成一个环状，适用于较大规模的网络。
网状拓扑结构是将多个中心节点相互连接，适用于大规模网络。
根据需要选择适当的网络拓扑结构。
光纤通信系统的实现需要光纤传输设备和光纤调制解调器。
光纤传输设备包括光纤收发器和光纤交换机。
光纤收发器用于将电信号转换为光信号，并通过光纤传输。
光纤交换机用于将光信号从一个光纤传输到另一个光纤。
光纤调制解调器用于调制和解调光信号，实现光纤通信的编码和解码。
光纤通信系统的实现还需要光纤的安装和连接。
安装光纤时需要避免光纤的弯曲和拉伸，以免影响光信号的传输质量。
光纤的连接可以使用光纤连接器和光纤配线架。
光纤连接器用于将光纤连接到光纤设备，光纤配线架用于将多个光纤连接在一起，并提供光纤的整理和管理。
光纤通信系统的实现也需要光纤的保护和维护。
光纤通信系统可能会受到突发事件的影响，如地震、火灾等。
因此，需要在系统设计中考虑到光纤的冗余和备份，以及与其他系统的互联互通。
此外，光纤通信系统需要定期检测和维护，保持光信号的传输质量和系统的稳定性。
总之，光纤通信系统的设计及实现需要考虑多个因素，包括光纤的选择、网络拓扑结构、光纤传输设备和光纤调制解调器的选择，光纤的安装和连接，以及光纤的保护和维护。
通过合理的设计和实施，光纤通信系统可以提供高速、低损耗和大带宽的通信服务。
光纤通信系统的设计及实现
光纤通信系统的设计及实现光纤通信技术是一种较为先进的数据传输技术，其具有高速、稳定和可靠等诸多优点，被广泛应用于互联网、电视广播、电话和数据中心等领域。
本文将从光纤通信系统的设计和实现两个方面详细讨论光纤通信技术的基本原理、系统组成、参数选择和应用实例等相关内容。
一、光纤通信系统的基本原理光纤通信系统是基于光信号传输的一种通信方式，其基本原理是利用光的折射、反射和衍射等特性将光信号进行传输。
在光纤通信系统中，光源产生的信号被送至光纤中，并通过光纤进行光信号传播。
光信号到达光纤的末端后，再由光探测器将光信号转换为电信号送至接收端。
光纤通信系统中的光信号可以是LED或激光二极管等光源产生的单色光或多色光，其波长范围在600nm~1550nm之间。
光纤主要由芯层、包层和绝缘层等三部分构成。
其中，芯层的折射率高于包层，光信号在芯层中传输时会发生反射折射等现象，从而实现信号的传输。
光信号在传输过程中会产生各种损耗，如弯曲损耗、空气折射损耗、微弯损耗等，因此需要对光纤的长度、弯曲度、材料和参数等进行选择和设计。
二、光纤通信系统的系统组成光纤通信系统的主要组成部分包括光源、光纤、光探测器、前端调制电路、解调电路和转换电路等。
其中，光源产生的信号被送至光纤中，通过光纤传输至光探测器，并由后端电路进行处理与分析。
1. 光源光源是光纤通信系统中的核心组成部分，其产生的光信号的质量和稳定性直接影响到整个通信系统的性能和可靠性。
现代光纤通信系统中的光源主要有LED和激光二极管两种。
（1）LED光源：LED光源是一种常见的光源类型，其优点在于价格低廉、发光效率高、驱动电流小、寿命长等。
但是，LED光源的光强度低、色散大、光谱比较宽，因此仅适用于传输距离较短、带宽较窄的光纤通信系统。
（2）激光二极管光源：激光二极管光源由于其高发射功率、高光强度、小线宽、高调制速度等优点。
因此，其适用范围更广，可应用于带宽较宽、传输距离较远的光纤通信系统中。
光通信系统设计
摘要LED作为冷光源和节能光源，正在不断发展和普及。
所以利用这个新的光源来通信，也变成了目前研究的热门课题之一。
LED光传输技术就是利用常见的LED等室内照明设备，发出肉眼感觉不到的高速明暗闪烁的通信信号，以无线通信的方式来传输数据。
采用无线光通信最大的特点就是它的波长范围大，可以将可见光讯号用不同的波长来进行信号的传输。
可见光还有无电磁辐射、易保密等特点，尤其搭借了照明平台，所以不需要采用另外的传输介质，采用广播方式，受体的数量即容量受到的制约小，但是其缺点是不易实现双向的通信。
这次毕业设计的主要内容是尝试设计并制作一个LED通信试验系统，通过对频率的调制，发出特定的编码信号，接收方利用光电敏感器件接收调制光，解调后还原成数据信号。
最后，本次毕业设计完成了基本功能的LED发射管、接收管的发射和接收工作，并且尝试将其时分复用和频分复用。
在发送端添加了温度传感器和超声波测距传感器，数码管显示，在接收端用1602液晶屏幕显示出来。
两者的对比，反应出通信的正确性。
本设计是基于两个89C51单片机，利用红外led发射装置和HS0038接收装置设计的简单慢速通信。
目标是熟悉单片机的编程思路和学习通信的基本原理。
基本的慢速光通信在传感器与单片机之间的通信上有着广泛的应用。
关键词：LED;调解;解调;频分复用;时分复用IAbstractAs a cold light and energy-saving light source, LED is rapidly developing and being popularization. So using this new light source to communicate has become a hot research topic nowadays. The technology of LED light transmission is to using common LED indoor lamps. Communication signal of high speed light by the naked eye can not feel the flashing, in a way of wireless communication to transmit data. The most special characteristic of light communication is that the light wavelength range is very long, and visible light can be signal transmission in different wavelength. Visible light and no electromagnetic radiation, such as confidentiality, especially a borrowed lighting platform, so do not need to use the transmission medium, the broadcast, the number that is restricted by receptor capacity is small, it is not easy to achieve two-way communication.The main purpose of this paper is to try to design a LED communication system, through the modulation of the frequency coding signal, the photoelectric sensitive device receives the light modulation, demodulation back into the data signal. Finally, the graduation design, completed the basic function of the LED launch tube, receiving tube emission and reception work, and try to time division multiplexing and frequency division multiplexing. The temperature sensor and the ultrasonic ranging sensor is added in the transmitter, the digital tube display, the receiver with 1602 LCD screen display. The contrast of the two, reflect the correctness of communication.The design is based on two MCUs, simple slow communication using infrared LED emission device and HS0038 receiver design. The target is the basic principle of the programming ideas and learning communication with single-chip microcomputer. Slow light communication basic is widely used in communication between sensor and MCU.Keywords: LED; mediation; demodulation; frequency; division;II目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1光通信发展的简要回顾 (1)1.2课题的意义和发展趋势 (1)1.3课题的主要任务和预期目标 (2)第2章总体方案设计 (3)2.1设计思路 (3)2.2系统设计方案 (3)2.2基本光通信原理的介绍和通信方式的设计 (3)2.2.1基本光通信方式的介绍 (3)2.2.2复用技术的介绍 (5)2.2.3通信方式的选择 (6)2.2.4码原理设计 (8)第3章光通信硬件电路的设计 (9)3.1单片机的选择和单片机的工作原理介绍 (10)3.1.1单片机的选择 (10)3.1.2单片机89C51介绍 (10)3.1.3单片机89c51最小系统 (10)3.2发射端的设计 (11)3.2.1发射管的选择 (11)3.2.2红外LED的原理 (11)3.2.3红外LED的设计 (11)3.2.4传感器的设计 (12)3.2.5发射端整体的设计 (12)3.3接收端的设计 (13)3.3.1接收端的选择： (13)3.3.2 HS0038的介绍(引用器件产品说明书部分) (13)3.3.3红外接收装置HS0038的设计 (15)3.3.4接收电路整体的设计 (16)3.4温度传感器ds18b20的介绍和使用（部分引用说明书） (16)3.5超声波传感器的介绍和使用（部分应用说明书） (19)3.6定时器的分时复用 (20)第4章光通信系统软件设计 (21)4.1发射端的程序设计 (21)4.1.1发送端主程序的流程图 (21)4.1.2发射端具体发射过程详解 (22)4.2接收端的程序设计 (25)4.2.1接收端主程序流程图 (25)4.2.2接收端具体接收过程详解 (26)第5章：完成效果和实验结果分析 (27)5.1效果图 (27)5.2结果分析 (28)第6章结论 (29)参考文献 (30)致谢 (31)附录： (32)附录1 整体电路图 (32)附录2 具体程序 (34)第1章绪论1.1光通信发展的简要回顾2000年，日本的Tanaka等人开始对室内LED光通信系统进行理论上的研究，提出了LED光照为朗伯模型的假设，以及对LED光通信系统进行了多次仿真，发现影响系统性能的主要是多径效应。
《2024年短距离无线光通信若干关键技术的研究》范文
《短距离无线光通信若干关键技术的研究》篇一一、引言随着信息技术的快速发展，无线光通信（Free-Space Optical Communication，简称FSOC）作为一项新型通信技术，已经逐渐引起了广泛关注。
在各种无线通信方式中，短距离无线光通信因其传输速度快、容量大、安全性高等优点，逐渐成为现代通信技术的研究热点。
本文旨在深入探讨短距离无线光通信中的若干关键技术，包括系统架构、调制技术、信号处理和安全性等，为短距离无线光通信的实际应用提供理论依据。
二、短距离无线光通信系统架构短距离无线光通信系统架构主要包括发送端、接收端和信道三部分。
发送端通过激光二极管等光源将信息编码为光信号，并通过光学天线发送出去。
接收端则通过光学天线接收光信号，并将其解码为原始信息。
在信道传输过程中，需要考虑到大气湍流、光照强度变化等多种因素的影响。
针对这些因素，研究出了一系列新型的传输技术，如自适应调制技术、信道编码技术等，以提高系统的稳定性和可靠性。
三、调制技术调制技术是短距离无线光通信中的关键技术之一。
常见的调制方式包括强度调制、相位调制、频率调制等。
在强度调制中，通过改变激光二极管输出的光强来传输信息；相位调制则通过改变光波的相位进行信息传输；频率调制则是通过改变光波的频率进行信息传输。
这些调制方式各有优缺点，需要根据实际应用场景进行选择。
此外，为了进一步提高系统的性能，研究出了一些新型的调制技术，如正交频分复用（OFDM）等。
四、信号处理技术信号处理是短距离无线光通信中不可或缺的一环。
在接收端接收到光信号后，需要进行一系列的信号处理才能恢复出原始信息。
常见的信号处理技术包括滤波、放大、同步和均衡等。
滤波和放大可以去除噪声和干扰，提高信号的信噪比；同步则是为了保证接收端能够正确地接收到发送端的信息；均衡则是为了克服信道失真对信号的影响。
此外，针对不同的调制方式和信道特性，还需要研究出更加有效的信号处理算法和技术。
光通信系统设计与性能分析
光通信系统设计与性能分析随着信息通信技术的发展，光通信系统作为一种高速、大容量、长距离传输的通信方式，已经成为现代通信网络中最主要的传输方式之一。
光通信系统的设计和性能分析是为了确保该系统的可靠性、可扩展性和高效性，从而满足日益增长的数据传输需求。
本文将介绍光通信系统的设计原则、主要组成部分以及如何进行性能分析。
一、光通信系统设计原则在设计光通信系统时，需要考虑以下几个原则：1. 带宽和距离需求：光通信系统主要用于传输高速、大容量的数据，因此需要考虑通信链路的带宽需求以及传输距离的限制。
2. 传输介质选择：光通信系统可以使用光纤作为传输介质，光纤具有低损耗、宽带宽以及抗电磁干扰等优点，因此是最常用的传输介质之一。
3. 光路设计：在光通信系统中，需要设计光路以确保信号的有效传输。
光路设计包括选择适当的光源、光纤连接、光放大器等。
4. 光接收和检测技术：在接收端，需要使用适当的光接收和检测技术来获取传输的光信号，并将其转换为电信号进行解码和处理。
5. 网络拓扑设计：对于大规模的光通信系统，需要设计合适的网络拓扑结构以实现高效的数据传输和管理。
二、光通信系统主要组成部分光通信系统主要由以下几个组成部分构成：1. 光源：光源是光通信系统中产生光信号的设备，常用的光源包括激光二极管和光纤光源。
2. 光纤：光纤作为传输介质，负责将光信号从发送端传输到接收端。
选择合适的光纤类型和长度对光通信系统的性能起着重要作用。
3. 光放大器：由于光信号在光纤传输过程中会有损耗，因此需要使用光放大器来补偿信号强度的降低。
4. 光接收和检测器：光接收和检测器用于将光信号转换为电信号，以便后续的解码和处理。
5. 光开关和交换机：光开关和交换机用于连接不同的光通信链路，实现数据的传输和路由。
6. 网络管理系统：光通信系统需要一个有效的网络管理系统来监控和管理整个光通信网络，确保其稳定运行。
三、光通信系统性能分析光通信系统的性能分析是为了评估系统的质量和可靠性，从而优化系统的设计和运行。
光学通讯系统的设计与实现
光学通讯系统的设计与实现一、引言随着互联网技术的发展，光通信系统已成为现代通信网络中的关键组成部分。
光通信系统通过在光纤上传输光信号实现信息传输，通信带宽大、传输距离远、抗干扰性强、安全性高等优点使得其逐渐取代了传统的电信号传输方式。
本文将从光通信系统的设计与实现两个方面对光学通讯系统进行详细的介绍。
二、光学通讯系统设计1. 系统传输速率的确定光通信系统的速率是指每秒可以传送多少个二进制数字（即每秒传输的比特数）。
系统传输速率的高低将直接影响到信号传输的质量和距离。
在确定系统的传输速率时，需要考虑到传输距离、光源功率、光纤的损耗以及接收器对信号的灵敏度等参数。
通常情况下，传输速率越高，所需要的信号光功率就越大，同时光纤的损耗也会加大，这就意味着，需要更加优秀的解调器对信号进行解调。
2. 光源的选择在光通信系统中，光源是系统中最为核心的模块之一。
通常情况下，光通信系统中所使用的光源具有发光强度稳定、调制速度快以及占用带宽宽等特点。
已经广泛应用于通信网络中的光源主要有激光二极管（LD）、半导体激光器和气体放电激光器等。
3. 光纤的选择当我们确定了光源时，接下来就是选择合适的光纤。
光纤的主要作用是传送光信号，内部包含一根细长的光波导。
在选择光纤时，需要考虑到纤芯直径、传输距离、损耗等参数。
同时，还需要确定光纤的类型。
目前广泛应用于通信网络中的光纤主要有光缆、大气光纤和混合光纤等。
4. 光学收发模块的设计光通信系统的光学收发模块是实现光信仪器互转的核心部件。
光学收发模块中包含一个光电转换器、前置放大器、解调器和后置放大器。
当一个光信号经过光源发射后，被光纤传送到接收端时，光信号就会被光电转换器转化为电信号，然后通过前置放大器放大信号的幅度，最终被解调器转化为数字信号。
而后置放大器则负责将解调器输出的事实信号放大，以便驱动下一级电装置。
三、光学通讯系统实现1. 硬件的选择在光通信系统的实现过程中，硬件是最为核心的部分之一。
光通信系统的设计与优化
光通信系统的设计与优化随着信息技术的发展，人们对通信的需求越来越高，而无线通信技术的频谱资源受到了极大的限制。
相比之下，光通信技术具有宽带、高速等优势，成为了通信领域的一个重要研究方向。
本文将从光通信系统的设计与优化两个方面，分别探讨现代光通信技术的应用。
一、光通信系统的设计1. 光纤传输基础光通信主要以光纤传输为基础，光纤的基本构造为包覆纤芯的折射率变化率较小的包层。
光纤的传输效果受多种因素影响，主要包括光损耗、色散、非线性效应等。
为了提高光纤传输效率，需要选择合适的光纤类型、设计合理的光缆布局、进行适当的补偿等。
2. 光发射机和光接收机光发射机主要包括光源、驱动电路等部分，是光信号的产生和传输源。
常见的光源有激光器、LED等，其中激光器具有功率大、速率高、频谱宽等优势，成为了光通信领域的主流光源。
光接收机主要由光探测器和信号放大器等组成，是光信号的接收、解调和放大的重要部分。
光探测器可以根据光的强度、偏振、相位等信息对光信号进行检测和反馈。
3. 光纤通信系统的构成光纤通信系统主要由光发射机、光纤、光接收机等组成，其中光纤被视为是光通信系统的“骨架”。
为了提高光纤传输效率，需要选择合适的光纤类型、设计合理的光缆布局、进行适当的补偿等。
同时，针对不同的应用场景，还需要进行光模块、电路板、光连接器等的选择和设计等工作。
二、光通信系统的优化1. 光通信系统的性能参数光通信系统的性能主要包括速率、距离、功率和抗干扰等指标。
系统的速率和距离是其最重要的特征，主要取决于光发射机、光接收机和光解调器等部分的性能。
为了保证光通信系统的高速率和远距离传输能力，需要对系统进行适当的调整和优化。
2. 光纤传输系统的信号处理光纤传输会产生因色散和非线性效应等原因而引起的信号衰减等问题。
为了提高光纤传输的稳定性和信号质量，需要利用信号处理技术进行优化处理。
其中，色散补偿技术、光波长分复用技术和光到电转换技术等技术被广泛应用于光通信系统的优化中。
光纤通信系统设计与实现
光纤通信系统设计与实现一、光纤通信系统概述光纤通信作为目前通信系统中最主要的一种通信方式，给人们带来了高速、高带宽、长距离传输等优势。
光纤通信系统是由波分复用模块、光纤传输模块、解复用模块和光接收模块等模块构成的。
二、光纤通信系统设计（一）光纤通信系统节点设计1. 激光发射器模块：光纤通信系统节点中最重要的组成部分，可以将电信号转换为光信号。
2. 光、电转换模块：把从光纤传输过来的光信号转换为电信号。
3. 解复用模块：将多路光信号解码生成多路原始数据流。
4. 光电检测模块：通过光电转换将光信号转换为电信号。
5. 光纤传输模块：快速而可靠地传输光信号的方式。
（二）光纤通信系统接口设计1. 光纤通信系统的接口设计分为三个层次：物理层、数据链路层和应用层。
物理层负责传输数字信息的物理特征；数据链路层负责进行错误的纠正；应用层则处理根据传输内容集成的应用。
2. 物理层接口设计：需要支持的接口有串行和并行，并且每个接口的传输距离都应该经过计算和校正。
3. 数据链路层接口设计：需要支持的接口有MAC层和IP层，并且每个层的接口速率和数据转换协议都需要进行计算和校正。
（三）光纤通信系统的接收电路设计1. 高速移相器的设计：建立高速信号的精确相位，保证时域和频域响应的匹配，并且最大限度地减小相邻频率干扰。
2. 自适应均衡器的设计：处理失真和干扰，保证信号平稳清晰。
同时，还需要设计恰当的均衡因子和滤波器。
3. 高速AD采样电路的设计：实现高速信号的精确采样，保证采样结果尽可能精确和真实。
三、光纤通信系统实现（一）计算和优化光纤通信系统的转换效率光纤通信系统的转换效率是一个重要的指标，通常通过增加带宽、调整精度和改进电路结构等方法进行优化。
（二）开发通信模块光纤通信系统的节点模块可以通过开发可编程电流源、放大器、相位移动器和自适应均衡器等组件来实现。
（三）实现接收电路接收电路可以通过开发自适应均衡器、相平衡器和高速AD采样电路等模块来实现，同时需要进行实验和测试，进一步优化电路结构和性能。
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1.1 简易无线光通信系统光通信分为有线光通信和无线光通信两种。
光通信的主要方式是有线光通信即光纤通信，它已成为广域网、城域网的主要传输方式之一。
无线光通信又被称为自由空间光通信(FSO，Free Space Optical communication)。
近年来，随着“最后一公里”对高带宽、低成本接入技术的迫切需求，FSO在视距传输、宽带接入中有了新的发展机遇，同时由于光通信器件制造技术的飞速发展，无线光通信设备的制造成本大幅下降，FSO得到越来越多的应用。
本小节介绍用红外光进行语音信号无线传输的简单系统，这种简单的、实验性的无线光通信系统是真实无线光通信系统的简化，其组成如图1-1所示。
图1-1 简易的光无线语音传输系统在一个系统项目开始设计时，要确定实现系统功能的方法原理，并根据项目要求确定系统的需求并发展出一个针对这些需求的计划，即确定系统包括的组成部分、各部分的性能指标以及它们与系统性能之间的关系。
然后根据各个组成部分的指标进行单元电路设计。
通过对简易的光无线语音传输系统设计、制作与调试，目的是：1）了解分析设计的系统需求并发展出解决方案的过程，2）学习单元电路的设计、测试与调整的方法，特别是模拟电路的设计与调试。
1.1.1 系统功能要求及基本解决思路一、系统功能要求1、基本要求（1）设计制作一个可以传送语音信号的无线光通信设备；（2）语音信号频率范围：300Hz～3400Hz；（3）通信距离不小于10m；（4）发送端用驻极体话筒拾取语音；（5）接收端输出到喇叭的最大功率0.5W。
2、扩展要求（1）减小环境光对通信的影响；（2）拓展通信距离（不小于100m）；（3）收发两端均采用单电源供电。
第 3 页共20 页2 二、 系统组成及基本解决思路1、系统组成简易的光无线语音传输系统包括发射机系统与接收机系统两个部分组成，如图1-1所示。
系统所用的基本技术是光电转换。
光发射机中的光源受到电信号的调制，通过作为天线的发射光学系统，将光信号通过大气信道传送到接收机的望远镜；接收机望远镜收集接收到光信号并将它聚焦在光电检测器上，光电检测器将光信号转换成电信号。
发射机部分由光发射端机、光源器件和发射端光学天线组成。
光发射端机通过调制器将输入信号转换成适合驱动光源器件的电流信号并用来驱动光源器件，对光源器件进行强度调制，完成电/光变换的功能，光源器件发出的光由光学装置汇聚后经一定长度的空间传输送达接收端。
接收机部分由接收端光学天线、光探测器件和光接收端机组成。
光信号经光学系统汇聚后，由光电检测器对输入的光信号进行检波，将光信号转换成相应的电信号，再经过放大恢复等电处理过程，以弥补传输过程中带来的信号损伤（如损耗、波形畸变），最后输出和原始输入信号相一致的电信号，从而完成整个接收过程。
2、基本解决思路在进行系统设计时，解决思路是与系统设计要求相适应的。
对于所要设计的简易光无线语音传输系统各个组成部分的考虑如下。
光源器件与光探测器的选择：由于要求的通信距离较短，所传送的信号频率范围也很窄，所以可以选择用于普通电视遥控器的940nm红外LED 作为光源器件，同时也选择普通的硅光敏二极管作为光探测器。
图1-2是红外LED 和硅光敏二极管的照片。
光学系统：对于近距离通信的基本要求，收发两端都不需要光学透镜。
但是对于扩展要求，由于通信距离较远，在发端的LED 和收端的光敏二极管前都应该加上凸透镜。
特别是发端，用于遥控器的红外LED 指向性很宽，射出光的强度随距离增加衰减得极快。
为了提高透镜的聚光效果，按图1-3所示的方法，把LED 的前端去掉并用磨石仔细磨平磨光。
光发射端机：光发射端机电路的任务是对要传送的信号进行处理，通过调制器产生适合驱动光源器件的电流信号并用来驱动光源器件。
对于基本要求，可以将放大了的语音信号直接转换成驱动LED 的电流，对LED 发出的光进行直接光强度调制。
然而采用这种方式，难以去除环境光以及其它干扰的影响。
所以，对于扩展要求，为了获得更大的通信距离，把要传送的语音信号通过FM 的方式调制在50kHZ 信号上，再用调频信号去调制光的强度。
光接收端机：如果发端采用放大了的语音信号对LED 直接进行光强度控制，在接收端就可以直接将光敏二极管输出的光电流转换为电压，放大以后去推动喇叭发声。
如果采用了调频方式，那么接收机应该对光敏二极管的输出信号放大后进行FM 解调，然后对解调以后的信号滤波和放大。
为了更好地滤除干扰，在FM 解调以前需要对信号进行滤波处理。
图17-3 切割LED 的方法 图17-2 红外发光二极管与硅光敏二极管通过上述讨论，对于简易的光无线语音传输系统的基本要求和扩展要求，就有两种不同的实现方案：第一种采用很简单的直接光强调制方式进行通信，另一种采用相对简单的调频无线光通信方式。
有了解决方案，接下来必须确定系统需求的各个组成部分及其性能指标，然后再进行单元电路设计。
下面分别讨论这两种实现方案的设计过程，在讨论中尽可能采用本书前面介绍过的基本电路完成设计。
1.1.2 简单的语音无线光通信系统一、光发射端机对于所要设计的这种简单的语音无线光通信系统，发射端机的任务是将驻极体话筒拾取的语音信号进行放大，然后直接通过调制器驱动光源器件发光。
所以，要根据选定的光源器件和驻极体话筒的要求进行发射端机设计。
要设计的发射端机如图1-4所示。
光源器件图1-4采用直接强度调制的光发射端机框图1、半导体光源器件常用的半导体光源器件是半导体激光器，即激光二极管（LD）。
半导体激光器非常适合于作高速、长距离光纤通信系统的光源；在真实的自由空间光通信系统中，也采用半导体激光器作光源。
对于要设计的简单的、实验性的语音无线光通Array信系统，因为要求的传输速率低、通信距离也较短，所以选择了用于遥控器的红外LED作为光源器件，其发出的红外光波长一般为940nm，正向压降约1.4V，允许的最大连续正向电流I MAX一般为50mA，有些管子要更大些。
用于遥控器的红外LED指向性很宽，所以不需要特别对准。
用于光通信中的半导体光源器件，其最重要的特性是输出光的功率与电流的关系，即所谓的P-I特性。
LD和LED的P-I特性如图1-5所示，曲线分为A、B两段，在驱动电流I大于阈值电流I th的B段直线性较好。
驱动光源器件的平均电流不可超过允许的最大连续正向电流I MAX。
2、驻极体话筒驻极体电容式话筒具有体积小、结构简单、电声性能好、价格低廉的特点，广泛用于盒式录音机、无线话筒及声控等电路中。
因其壳内设置有一个作为阻抗转换器的场效应管，故驻极体话筒在工作时需要直流工作电压。
驻极体话筒的引出端以两个脚的居多，也有三个脚的。
图1-6是两脚驻极体话筒的照片和使用方法。
第 3 页共20 页2 输出D S G驻极体场效应管RC 话筒底视图接地端D 端（a ）话筒照片 （b ）使用方法图1-6 驻极体话筒使用驻极体话筒时，接线方法参见图1-6（b ），要注意其引脚的极性。
驻极体话筒的工作电流I DS 一般在0.15mA ～0.5mA 之间。
驻极体话筒的工作电压U DS 可以在1.5V ～6V 之间选择。
如果U DS 小于1V ，其内部FET 可能进入电阻区，不能对信号进行有效放大，从而使话筒灵敏度降低。
U DS 也不要大于10V ，以防损坏话筒。
3、确定电路参数红外发射LED 选用日本电气公司（NEC ）的SE303A 或者台湾亿光电子（Everlight ）的IR333C 。
由图1-5可以看出，在LED 的P-I 特性B 段光功率的增量与驱动电流的增量成正比，只要为LED 选择一个合适的静态工作点电流，就可以在一定范围内通过电流的变化线性地控制光源器件输出光功率的变化。
为了使语音信号尽可能不失真地通过光进行传输，就要求信号线性地控制光源器件输出的光功率。
所以，光源调制器的功能是将信号电压转换成适合驱动LED 的电流并用来驱动LED 。
光源调制器的参数确定为：静态输出电流大约20mA ，在振幅为10V 的信号电压控制下输出电流交流分量的振幅大约16mA 。
驻极体话筒的输出信号的幅度一般为数mV ，为了使光源调制器的输入信号幅度为数V ，话筒放大器的总增益应大于60dB 。
4、光源调制器电路通过运算放大器可以设计出把电压转换成电流的电路，参考电路如图1-7所示，这是一个反馈深度很深的电流串联负反馈电路。
采样电阻R S 对输出电流采样，因负反馈深度很深，故R S 上的电压等于输入电压为u A ，驱动LED 的输出电流A O E S u i i R ≈= （1-1）第 3 页 共 20 页为了给LED 提供合适的静态工作点电流I O ，需要为电路输入一个合适的直流电压U A 。
同时，为了使语音信号控制驱动LED 的电流i O 在其静态值I O 的基础上变化，语音信号就应该控制u A 在其静态值U A 的基础上变化线性地变化。
为此，进一步改变电路如图1-8所示，就得到了光源调制器的完整电路。
u iR 1和R 2对正电源电压V+分压，通过电压跟随器使u A 的直流分量2A 12R U V R R +=⋅+ （1-2）流过LED 的静态偏置电流()A 2O S S 12U R I V R R R R +≈=⋅+ （1-3）电容C 1起隔直流作用，输入信号为u i 时，u A 的直流分量U A 与静态值相同，而u A 的交流分量u a 受输入信号u i 控制（即，由u i 放大得到u a ）。
f a i i R u u R =-⋅ （1-4）所以，驱动LED 的电流i O 受输入信号u i 控制在静态值I O 的基础上线性变化，变化量a f o i S i S u R i u R R R ≈=-⋅ （1-5）5、话筒放大器电路两脚驻极体话筒的使用方法如图1-6（b）所示，其电路如图1-9所示。
图中的电容C 是话筒输出信号的耦合电容（隔直流电容）。
电阻R是话筒的直流偏置电阻，即话筒内部场效应管的外部负载电阻。
R的大小不但决定话筒的静态工作点，也影响话筒的灵敏度。
+umic−（a）电路（b）交流等效（戴维南）图1-9 驻极体话筒电路根据灵敏度的不同，驻极体话筒的输出信号u mic的幅度为数mV到数十mV，需要放大。
从放大器的角度看，话筒可以被等效成戴维南等效电路或诺顿等效电路，如图1-9（b）所示，图中的R mic是话筒的输出电阻，厂家一般标定为2.2kΩ，但实际上与偏置有关。
可以使用运放构成同相放大器或反相放大器作为话筒放大器，参见第X章。
由反相比例放大器构成的话筒放大器如图1-10所示（请与图1-8中的电路比较）。
也可以由晶体管构成话筒放大器，常见的电路如图1-11所示。
图1-11 晶体管话筒放大器电路一是最常用的单管放大器，参见第X章。