第三專題-激光語(yǔ)音通信系統(tǒng)講課ppt

1、激光語(yǔ)音通信系統(tǒng),激光語(yǔ)音通信電路組成,麥克風(fēng)前置放大（同向放大電路）混音電路（加法電路）三角波產(chǎn)生PWM調(diào)制激光器驅(qū)動(dòng)（恒流源電路）光電信號(hào)前置放大（兩級(jí)反向放大電路）整形電路PWM解調(diào)（低通濾波電路）音頻驅(qū)動(dòng)（功率放大電路）,發(fā)射部分主要包括：,接收部分主要包括：,第一部分激光語(yǔ)音通信發(fā)射部分電路,,1、麥克風(fēng)前置放大（同相放大電路） Kf= uo / ui = 1+R2/ R11特點(diǎn)：

2、高輸入阻抗，易受干擾，共模誤差大,uo / ui = 1+R2 / R11 = 101,1、對(duì)信號(hào)進(jìn)行直流偏置，抬升到正電壓范圍2、同向放大器構(gòu)成麥克風(fēng)的前置放大3、低通濾波電路濾掉信號(hào)中的高頻噪聲,第一部分激光語(yǔ)音通信發(fā)射部分電路,,1、麥克風(fēng)前置放大（同相放大電路）,uo / ui = 1+R2 / R11= 101,1、對(duì)信號(hào)進(jìn)行直流偏置，抬升到正電壓范圍2、同向放大器構(gòu)成麥克風(fēng)的前置放大3、低通濾波電路濾掉信號(hào)中的高頻噪

3、聲,第一部分激光語(yǔ)音通信發(fā)射部分電路,,一.濾波電路基本概念,1 濾波器：是一種能使有用頻率信號(hào)通過(guò)而同時(shí)抑制　　或衰減無(wú)用頻率信號(hào)的電子裝置。,有源濾波器：由有源器件構(gòu)成的濾波器。,1 體積小、重量輕、利于集成。,2 具有放大作用，且增益可調(diào)。,3 利于制成高階濾波電路。,4 穩(wěn)定性高。,5 但不適用于高頻情況。,6 工作時(shí)必須直流電源。,7 不適用于高壓或大電流情況。,2　有源濾波器特點(diǎn)：,分母中S的最高冪次稱為濾波電路的階次。,

4、二.傳遞函數(shù)定義,幅頻響應(yīng),相頻響應(yīng),三.分類,高通濾波（HPF）,低通濾波（LPF）,帶阻濾波（BEF）,帶通濾波（BPF）,全通濾波（APF）,低通濾波,上限頻率,高通濾波,下限頻率,帶通濾波,中心頻率,帶阻濾波,中心頻率,全通濾波,一階RC低通濾波器(無(wú)源),,,幅頻特性、幅頻特性曲線,2傳遞函數(shù)：,幅頻相應(yīng)為,1電路：,特征角頻率,,,電壓跟隨器,,,同相放大器,,注意：一階有源濾波電路通帶外衰減速率慢，與理想情況相差較遠(yuǎn)。一

5、般用在對(duì)濾波要求不高的場(chǎng)合。,一階有源濾波電路,1?電路,2?傳遞函數(shù),（二階）,,通帶增益,特征角頻率,品質(zhì)因數(shù),注意：　3-AVF >0 ，AVF<3時(shí)濾波電路才能穩(wěn)定工作,二階有源濾波電路,第一部分激光語(yǔ)音通信發(fā)射部分電路,2、有源二階低通濾波電路 有源的優(yōu)點(diǎn)：不用電感、體積小、重量輕。運(yùn)放的開環(huán)電壓增益和輸入阻抗高，輸出阻抗低，構(gòu)成有源濾波電路后還具有一定的電壓放大和緩沖作用 最常見的

6、二階濾波器結(jié)構(gòu)：Sallen-Key 結(jié)構(gòu)。當(dāng)通帶增益為1時(shí)，Sallen-Key 低通濾波器的電路形式如下,二階濾波R9和C7，R8和C11,截止頻率、品質(zhì)因數(shù)。一般取R1=R2，C1=C2，畢竟容易買到的電容值要比電阻值少的多。我們可以計(jì)算一下，設(shè)C1=C2=C，則：二階有源壓控低通濾波器的傳遞函數(shù)為：,第一部分基礎(chǔ)電路,2、有源二階低通濾波電路,二階濾波器仿真,第一部分激光語(yǔ)音通信發(fā)射部分電路,3、加法器電路（雙聲道混音為單聲道

7、）,通過(guò)加法器將雙聲道混音為單聲道，并將信號(hào)反向偏置,8.2 電壓比較器,,電壓比較器是對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行鑒幅與比較的電路，是組成非正弦波發(fā)生電路的基本單元電路，在測(cè)量和控制中有著相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。本節(jié)主要講述各種電壓比較器的特點(diǎn)和電壓傳輸特性，同時(shí)闡明其組成特點(diǎn)和分析方法。,8.2.1概述,一、電壓比較器的電壓傳輸特性,uo與uI的關(guān)系曲線稱為電壓傳輸特性,uo發(fā)生躍變時(shí)的輸入電壓稱為閾值電壓或轉(zhuǎn)折電壓，記作UT,三要素：1、確定輸出電壓的

8、高、低電平UOH和UOL ; 2、求閾值電壓UT ; 3、 uI 經(jīng)過(guò)UT 時(shí)uO躍變的方向。,電壓比較器,,將一個(gè)模擬電壓信號(hào)與一參考電壓相比較，輸出一定的高低電平。,運(yùn)放組成的電路處于非線性狀態(tài)，輸出高低電平,功能：,特性：,運(yùn)放工作在非線性區(qū)的條件：電路中開環(huán)工作或引入正反饋！,,1. 單門限電壓比較器,,9.8.1 比較器,特點(diǎn)：,虛短不成立，可用虛斷,運(yùn)放處于開環(huán)狀態(tài),當(dāng)vi > vREF時(shí) ,

9、 vo = +voH,當(dāng)vi < vREF時(shí) , vo = -vol,9.8 非正弦信號(hào)產(chǎn)生電路,門限電壓vREF,,輸入為正負(fù)對(duì)稱的正弦波時(shí)，輸出波形如圖所示。,,1. 單門限電壓比較器,過(guò)零比較器:VREF=0V,,輸入為正負(fù)對(duì)稱的正弦波時(shí)，輸出為方波。,電壓傳輸特性,,用穩(wěn)壓管穩(wěn)定輸出電壓,忽略了VD,另：限幅電路——使輸出電壓穩(wěn)定,8.3 非正弦波發(fā)生電路,,幾種常見的非正弦波,矩形波,三角波,鋸齒波,尖頂波,階梯波,

10、本節(jié)主要講述模擬電路中常用的矩形波、三角波、鋸齒波三種非正弦波發(fā)生電路的組成、工作原理、波形分析和主要參數(shù)的計(jì)算。,,,將比較器LM311產(chǎn)生的方波電路經(jīng)積分器（NE5532）后生成三角波并放大，為調(diào)制提供信號(hào),4、三角波產(chǎn)生電路,第一部分激光語(yǔ)音通信發(fā)射部分電路,三角波發(fā)生器實(shí)用電路一般采用三角波 -方波發(fā)生電路，可以同時(shí)獲得三角波信號(hào)和方波信號(hào)。,工作原理：,A1為同相滯回比較器， 輸入三角波，輸出方波。A2為

11、反相積分電路， 輸入方波，輸出三角波。,,,,,,,,,,,,,,,此電路要求前后電路的時(shí)間常數(shù)配合好，不能讓積分器飽和。,周期與頻率,正向積分起始值為-UT，終了值為+UT，積分時(shí)間T/2,,第一部分激光語(yǔ)音通信發(fā)射部分電路,5、音頻調(diào)制電路（PWM）,采用一個(gè)三角波形發(fā)生器和比較器來(lái)生成一個(gè)脈寬調(diào)制 (PWM) 波形,第一部分激光語(yǔ)音通信發(fā)射部分電路,PWM 經(jīng)過(guò)低通濾波器將產(chǎn)生一個(gè)遵循以下函數(shù)的輸出電壓：

12、 VO = δ ? VPWM (1)其中，VO是已平均輸出電壓，δ 是PWM 波形的占空比，而 VPWM是其振幅。 例如，一個(gè)占空比為 75% 的 5V，PWM 波形將在低通濾波時(shí)產(chǎn)生一個(gè) 3.75V 的輸出電壓。 。,5、音頻調(diào)制電路（PWM）,,第一部分激光語(yǔ)音通信發(fā)射部分電路,,5、音頻調(diào)制電路（PWM）,利用電壓比較器的特性把音頻信號(hào)調(diào)

13、制成PWM波，驅(qū)動(dòng)激光器,第一部分激光語(yǔ)音通信發(fā)射部分電路,6、激光器驅(qū)動(dòng)電路（恒流源電路）,NE5532和三極管組成恒流源電路，通過(guò)調(diào)節(jié)電阻R24，調(diào)節(jié)激光器的電流。R29是限流電阻，防止電流過(guò)大燒壞激光器,,激光器,,常用的激光波段有830-860nm、980-1060nm和1550-1600nm，都是良好的大氣窗口。因此選用850nm的激光二極管，在紅外波段可以減少干擾。,,激光語(yǔ)音通信發(fā)射部分仿真圖,,前置放大電路,三角波發(fā)生電

14、路,,激光語(yǔ)音通信發(fā)射部分仿真圖,,PWM調(diào)制電路,,激光語(yǔ)音通信發(fā)射板電路原理圖,,激光語(yǔ)音通信發(fā)射部分實(shí)物圖,,,光電信號(hào)前置放大整形電路PWM解調(diào)音頻驅(qū)動(dòng),第二部分激光語(yǔ)音通信接收部分電路,第二部分激光語(yǔ)音通信接收部分電路,光電二極管 PIN光電二極管 響應(yīng)頻率高，可高達(dá)10GHZ，響應(yīng)速度快，供電電壓低，工作十分穩(wěn)定。 雪崩二極管(APD) 靈敏度高，

15、響應(yīng)快，但雪崩二極管需要上百伏的工作電壓，而且性能和入射光功率有關(guān)，當(dāng)入射光功率大時(shí)，增益引起的噪聲大，帶來(lái)電流失真。,第二部分激光語(yǔ)音通信接收部分電路,1、PIN光電二極管前置放大（兩級(jí)反相放大電路） K1= uo / ui = –R1 / R8 =20 K2= uo / ui = –R6 / R9 =50,NE5552組成兩級(jí)反相放大器，第一級(jí)放大倍數(shù)20倍，第二級(jí)放大50倍?？偡糯蟊?/p>

16、數(shù)放大1000倍,2、整形電路,第二部分激光語(yǔ)音通信接收部分電路,調(diào)制后的光信號(hào)不一定是正規(guī)的方波，下降沿和上升沿會(huì)變形，不完全是90°，經(jīng)比較器LM311整形成方波信號(hào),3、解調(diào)電路：四階低通濾波（參考模電課本）,解調(diào)電路幅頻特性仿真圖,第二部分激光語(yǔ)音通信接收部分電路,4、音頻驅(qū)動(dòng),TDA2822電壓：1.8-15V電流：1A,第二部分激光語(yǔ)音通信接收部分電路,接成單聲道功放,R29輸入偏置電阻，將解調(diào)后的電壓分壓