1、音频信号的光纤传输光纤通讯具有宽频带、高速和不受电磁干扰等一系列优点，正在通讯领域得到不断的应用和发展。音频信号光纤传输实验能让我们了解光纤传输系统的基本结构及相应的原理，从而对现代光纤通讯技术有一个初步的认识。【实验目的】（1） 掌握音频信号光纤传输系统的基本结构和相应的原理。（2） 了解光纤选用的原则。（3） 利用音频信号对光纤的传输特性进行测定。【实验原理】1.光信号发送端的工作原理图 1 是光信号发送端的电路原理图，发送端电路的作用是使发光二极管产生随音频信号变化的光信号。音频的来源有两种选择。一是仪器本身带的内音频产生电路产生的音频信号。把输入音频选择开关置“内” ，再按内音频触发按
2、钮即可将内音频信号送至后续的电路；二是利用外音频接口连接至外部信号发生器。调节外信号发生器产生音频信号，使输入音频选择开关置“外”，音频信号就可以送至后续的电路。+VCC外音频接口 输入音频选择 跟随器 放大器 LED外 C+VCC内 W1 W2内音频触发按钮 音频幅度调节 光发送强度调节 图 1 光信号发送端电路原理图内音频产生电路 光发送强度显示电容 C 的作用是隔离直流；电位器W1 的作用是对音频的幅度进行调节；跟随器的作用是对前面电路的各种干扰进行隔离，并把音频信号耦合到另一运放的负输入端；放大器的作用是对音频信号进行放大，然后再送至三极管的基极。W2 是光发送强度调节电位器，它的作用
3、是调节发光二极管（LED）的静态驱动电流，从而改变发光二极管的发射光强度。TKGT-1 型光纤音频信号传输实验仪的静态驱动电流的调节器范围是 020 毫安，对应面板光发送强度显示值的 02000 单位，每改变静态驱动电流1 毫安相当于发光强度改变 100 单位。由于这发光强度 调制后的光信号强度 时间时间音频调制信号静态驱动电流图 2 音频信号调制二极管的发光强度种对应关系，三极管发射极的电流能反映二极管的发光强度，这是因为发射极的电流大约等于集电极的电流（即发光二极管的静态驱动电流） 。这样通过电路取出发射极电流并前面所说的关系加以换算就是二极管的发光强度。如图 2 所示，静态驱动电流较小时
4、它与二极管的发光强度呈线性关系。当音频信号加到三极管的基极时，集电极电流（二极管的驱动电流）随着音频信号的变化而变化，所以二极管的发光强度也随音信号的变化而变化。2光纤和光耦合光纤是利用全反射的原理，把受光范围的光线限制在纤芯传播的一种介质波导。如图 3 所示，光纤由纤芯和包层构成。为了满足全反射的要求，纤芯的折射率（n2）应大于包层的折射率（n1） ；受光范围（2 max）可由全反射的原理计算得出；在非受光范围的光线由于不满足全反射的要求，其能量将会迅速衰减而消失。光纤的选择，应根据具体的问题而定，不能一概而论。在音频信号光纤传输系统中，光发送端采用的是中心发光波长为 0.84m 高亮度发光
5、二极管（ LED） ，所以就应采用在 0.84m处有较好透过率和较大数值孔径（NA=sin max）的石英光纤。要使发光二极管发出的光能在光纤中传播，中间还必需加一个耦合器，如图 4 所示。这里，光纤耦合器 1 的作用是使二极管发出的光能会聚在光纤的受光范围内；由于光纤纤芯的直径一般只有几微米几百微米，因此从光纤出来的光不能直接照射到光电二极管，中间应加一个光耦合器 2，如图 4 右边所示。3 光信号接收端的工作原理非受光范围 1n1受光范围2 max n2 折射率光线 1 纤芯包层 n1光线 2 1图 3 光纤的结构LED 光耦合器 1 光纤 光耦合器 2 光电二极管（PHOTO）图 4 光
6、耦合VEE光电二极管（PHOTO）R 音频输出 扬声器运放 + - LM386 + -音量调节 功率放大图 5 光信号接收端的电路原理图光接收强度显示图 5 是光信号接收端的工作原理图。光纤中的光强信号经耦合器 2 耦合到光电二极管，光电二极管把光信号转换成与之成正比的电流信号。光电二极管在使用时应反偏压，经运放的电流/ 电压转换后变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阻电容耦合到音频功率放大器驱动喇叭发声。【实验仪器】1 TKGT-1 型光纤音频信号实验仪（仪器面板见图 6）图 6 TKGT-1 型光纤音频信号实验仪面板图2 信号发生器3 示波器【实验的内容】连线：把信号发生
7、器“电压输出”连至 TKGT-1 型光纤音频信号实验仪的“音频输入”接口，示波器的 CH1 通道连至“音频输出”接口，打开各自的电源开关。1 从 200 起调节光发送强度电位器，每隔 200 单位（200-2000）分别记录发送光强度数据和接收光强度数据。在写报告时要求用坐标纸画出拟合直线。2 音频选择开关置“外” ， “音频幅度”调到最大。发送光的强度调为 500（相当发光二极管驱动电流 5mA） 、1000 个单位。调节信号发生器，使其发出频率为 1000Hz 的正弦波信号。在信号发生器上从零开始调节正弦波的幅度，同时观察示波器上的波形直到出现失真为止，记录此时信号发器上的电压值（最大调制幅度/最大不失真电压） 。3 从信号发生器上分别发出方波和三角波，改变信号的频率并在示波器上观察波形（无数据记录） 。4 将音频输入选择置“内” ，调节发送光强度电位器改变发光二极管（LED）的偏置电流（发送光的 100 个单位相当于 1 毫安的偏置电流） ，按下内音频触发按钮，听喇叭发出的音乐并考察当发光二极管（LED）的偏置电流小于多少时，音频传输信号会产生明显的失真（无数据记录） 。发送光强三位数码显示 光纤 接收光强三位数码显示音频选择开关 内音频角发按钮 音频输出接口音频输入接口 外 内 示波器接口 光发送强度调节 音频幅度调节 音量调节 POWER1 0 0 0 4 7
