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1、1TKGT1 型音频信号光纤传输仪的仪器评价报告班级：10 级机本 1 班 姓 名：唐 伟 学号：201010111122仪器编号：20021603 同组人员：吴政良前言：光纤：一种由玻璃、塑料和晶体等对某个波长范围透明的材料制造的能传输光的纤维，频带宽、线径细、重量轻是其主要的三大特点。随着 Internet 网络时代的到来，人们对通讯的带宽、速度的要求不断提高，光纤通讯具有宽频带、高速、不受电磁干扰影响等一系列优点，正在得到不断发展。音频信号光纤传输实验就是让学生们熟悉了解信号光纤传输的基本原理。TKGT1 型音频信号光纤传输仪在整个音频信号光纤传输技术实验中起着决定性作用，整套实验设计符
2、合实验理论要求，能使同学们能在充分的准备下完成整个实验，但是由于实验过程过于复杂，致使很多同学真正自主、按时完成整个实验有一定的难度，进一步简化实验仪器、实验操作步骤，是我对 TKGT1 型音频信号光纤传输仪以及整套实验仪器和操作步骤的部分建议。一、 仪器的设计评价设计目标：通信的质量效果：目前，光纤通信已经成为继长波通信、短波通信、电缆通信、微波通信和卫星通信后，现代通信的主流，信息社会中信息传输和交换的主要手段；只所以会出现这样的情况，和光纤的各方面优势离不开：通信容量大、传输距离远；一根光纤的潜在带宽可达 20THz。采用这样的带宽，只需一秒钟左右，即可将人类古今中外全部文字资料传送完毕
3、。目前 400Gbit/s 系统已经投入商业使用。光纤的损耗极低，在光波长为 1.55m 附近，石英光纤损耗可低于0.2dB/km，这比目前任何传输媒质的损耗都低。因此，无中继传输距离可达几十、甚至上百公里；信号干扰小、保密性能好；抗电磁干扰、传输质量佳,电通信不能解决各种电磁干扰问题，唯有光纤通信不受各种电磁干扰；光纤尺寸小、重量轻，便于铺设和运输；材料来源丰富,环2境保护好，有利于节约有色金属铜无辐射，难于窃听,因为光纤传输的光波不能跑出光纤以外；光缆适应性强，寿命长；质地脆，机械强度差；光纤的切断和接续需要一定的工具、设备和技术；分路、耦合不灵活；光纤光缆的弯曲半径不能过小（20cm）
4、；有供电困难问题。光纤通信的工作原理：系统的组成：一个完整的光纤通信系统包括三部分：光信号发送端、传输光信号的传输介质（即光纤）以及光信号接收端。如图（一）：图（一）光信号发送端的工作原理：系统采用的发光二极管的驱动和调制电路如图（二）所示，信号调制采用光强度调制的方法，发送光强度调节电位器用以调节流过 LED 的静态驱动电流，从而相应改变发光二极管的发射光功率，设定的静态驱动电流调节范围为 020 毫安，对应面板光发送强度驱动显示值 02000 单位，当驱动电流较小时发光二极管的发光功率与驱动电流基本上呈线性关系，音频信号经电容、电阻网络及运放跟随隔离后耦合到另一运放的负输入端，与发光二极管
5、的静态驱动电流相迭加使发光二极管发送随音频信号变化的光信号，如图（三）所示，并经光纤耦合器将这一光信号耦合到传输光纤。3图（二）图（三）光信号接收端的工作原理光信号接收端的工作原理图如图（四）所示，传输光纤把从发送端发出的光信号通过光纤耦合器将光信号耦合到光电转换器件光电二极管，光电二极管把光信号转变为与之成正比的电流信号，光电二极管使用时应反偏压，经运放的电流电压转换把光电流信号转换成与之成正比的电压信号，电压信号中包含的音频信号经电容电阻耦合到音频功率放大器驱动喇叭发声。光电二极管的频响一般较高，系统的高频响应主要取决于运放等的响应频率。图（四） 4光纤的通信过程：a、光信号的发送（示意图
6、）1、内音频触发：按下按钮，启动内置语音片信号产生器，此时当如数选择开关打向“内”时，语音信号迭加到静态的 LED 驱动电流上。2、音频幅度：用于调节语音信号的强度。3、光发送强度：用于调节 LED 静态驱动电流，调节范围为 020mA，对应光发送强度显示为 02000。通过仪器产生的音频，通过光电耦合器耦合到光电转换器件光电二极管，光电二极管把光信号转变为与之正比的电流信号，经光纤传输到示波器，从而可以定型描述幅频特性以及定量测定光强于幅值之间的关系。图（五）5光纤传输的的调节方法：b、光信号的接收(示意图):图（六）1光纤传输系统静态电光/光电传输特性测定分别打开光发送端电源和光接收端电源
7、，面板上两个三位半数字表头分别显示发送光驱动强度和接收光强度。调节发送光强度电位器，每隔 200 单位（相当于改变发光管驱动电流 2mA）分别记录发送光驱动强度数据与接收光强度数据，在方格纸上绘制静态电光/光电传输特性曲线。2光纤传输系统频响的测定将输入选择开关打向外，在音频输入接口上从信号发生器输入正弦波，将双踪示波器的通道 1 和通道 2 分别接到输入正弦信号和发送端音频信号输出端，保持输入信号的幅度不变，调节信号发生器频率，记录信号变化时输出端信号幅度的变化，分别测定系统的低频和高频截止频率。3LED 偏置电流与无失真最大信号调制幅度关系测定将从信号发生器输入的正弦波频率设定在 1kHz
8、，输入信号幅度调节电位器置于最大位置，然后在 LED 偏置电流为 5、10mA 两种情况下，调节信号源输出幅度，使其从零开始增加，同时在接收端信号输出处观察波形变化，直到波形出现截止现象时，记录下电压波形的峰-峰值，由此确定 LED 在不同偏置电流下光功率的最大调制幅度。4多种波形光纤传输实验分别将方波信号和三角波信号输入音频接口，改变输入频率，从接收端观察输出波形变化情况,在数字光纤传输系统中往往采用方波来传输数字信号。65音频信号光纤传输实验将输入选择打向内，调节发送光强度电位器改变发送端 LED 的静态偏置电流，按下内音频信号触发按钮，观察在接收端听到的语音片音乐声，考察当 LED 的静
9、态偏置电流小于多少时，音频传输信号产生明显失真，分析原因，并同时在示波器中分析观察语音信号波形变化情况。仪器设计的优劣1、仪器有完整的三部分组成，从发出、传输、接收，都有了非常好的设计，可以说，这个仪器充分的考虑了整个实验，是一个很完整的仪器。2、在仪器上有两个显示盘，能让实验者很明确的看见实验数据，实验者可以通过实验数据看出通信现在的，因此仪器也具备了展示通信现象的功能。,3、在仪器上有三个旋钮，可以很轻松的旋转，通过旋转可以调节发出信号的强弱，仪器上也有相应的显示来反应调节情况。二、仪器的质量评价1、测定光纤传输系统的静态电光/光电传输特绘制出了如下表格：发送光强接受光强对记录的数据观察可
10、以大致得出接受光强度约为发送光强度的 1/2，这说明当静态驱动电流较小时，发光二极管的发射光功率与静态驱动电流基本上呈线性关系。 （注：LED 的静态驱动电流为 020mA，面板“光发送强度”对应显示值为 02000 单位，当LED 的偏置电流过高时，将导致饱和失真，太低时，将导致截止失真）2、 测定管线传输系统的幅频特性通过双综示波器观察可得出，在调节信号发生器频率（2020000Hz）时，可以看出只有在适当频率时，系统的输出电压幅度不随频率的升高或降低而减小，从观测结果可以得出本实验仪在 413Hz 范围内可以有效的传递信号。也就是说，传输系统对于高7频信号和低频信号有强烈的衰减作用。3，
11、测定发光二极管偏置电流与无截止失真最大调制幅度的关系将“音频幅度”置于最大位置，调节“发送光强度”在发光二极管偏置电流分别为 2mA、5mA、10mA 和 18mA。将信号发生器 1kHz 正弦信号输入实验仪，使信号的电压值从零开始逐渐增加，观察接收端的输出信号电压波形，直到出现“截止失真”现象为止，记下此时输入信号电压值，可以绘制出如下表格：偏置电流（mA）失真电压（V）系统的幅频特性：对实现教学目标的评价：实验中，这个仪器实现了最初的功能，也就是说，这个仪器能实现仪器的设计目标，通过实验也验证了这个必然性。三、实验的总体评价总体评价：TKGT1 型光纤音频信号传输实验仪主要指标及参数：1、
12、光发送模块的 LED 静态驱动电流调节范围：020，对应光强2000；2、光接受模块显示健太光接受强度，范围：02000，电压范围：020mV；3、可测信号频率范围：20Hz20kHz。该仪器由以下几部分组成：8（1） 光信号的调制和发送；（2） 传送光信号的光纤；（3） 光纤耦合器；（4） 光信号的检测与解调；在实验的过程中，TKGT 1 型光纤音频信号传输实验仪较好的实现了教学目的，完成了教学目标。实验中出现的问题：1、LED 偏置电流如何影响信号传输质量：LED 的静态驱动电流为 020mA，因为发光二极管 LED 是非线性元件，因此偏置电流太高或太低都对信号传输质量有影响，太高会导致饱
13、和失真，太低会导致截止失真。所以合适的偏置电流是保证信号传输质量的关键之一。这时发光二极管的发射光功率与驱动电流基本呈线性关系。2、实验中引起光信号衰减的环节：光传输过程中的各个节点都可能出现衰减，包括：光发射机、光接续点、光放大器、光分路器以及光接收机，光纤接头有污物或者划伤也会造成非常大的衰减。3、光传输系统中的光源与探测器选择：输系统是为了将更大的数据量传输到更远的距离，在光纤传输中，光源决定了传输距离，在光谱中的不同光源的衰减度也不相同，其中，位于光传输第二窗口中的 1310nm 和 1550nm，为目前光传输通道中光衰减最小的 2 种波长的光源，其中 1310NM每公里衰减在 0.4-0.45dB，1500nm 在 0.2-0.25dB，这也是目前光纤通信中最常用的光源；探测器也称光接收器件，其最重要的指标为接收灵敏度，接收灵敏度配合光源功率，就可以算出某波长的激光在单模光纤内的传输距离；一般为 1310 光源，配合 1310 探测器，1550 光源配合 1550 探测器，也可以用 1550 探测器接收 1310 光源，但是 1310 探测器无法检测 1550 光源。改进：实验中应该尽量使用新的光纤，因为光纤会随着使用的频繁而损耗的更多，这会很大的影响实验结果，这个实验中，光纤做着至关重要的角色，因此对于光纤的选择需要慎重。
