【正文】 二 、鎖相環(huán)構(gòu)成頻率調(diào)制器采用鎖相環(huán)路實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)制，在紅外線通信中應(yīng)用很廣。它具有中心頻率穩(wěn)定度高，調(diào)制指數(shù)大等特點(diǎn)。頻率調(diào)制是將音頻信號(hào)加在壓控振蕩器的控制輸入端，利用壓控振蕩器的中心頻率跟蹤輸入信號(hào)的變化而實(shí)現(xiàn)。在壓控振蕩器的輸出端得到的便是調(diào)頻信號(hào) [4]。TTL 音頻鎖相環(huán) LM567 是美國國家半導(dǎo)體公司（NSC）產(chǎn)品。7 圖 23 LM567 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 23 是 LM567 的內(nèi)部框圖，它由相位比較器、壓控振蕩器、正交相位檢波器、邏輯輸出放大器等幾部分構(gòu)成。圖 24 是作選頻時(shí)的電路。LM567 的第 5 腳和 6 腳外接定時(shí)電阻和電容決定鎖相環(huán)內(nèi)部壓控振蕩器的中心頻率。第 2 腳對(duì)地接電容 C2為相位比較器輸出的低通濾波器。第 2 腳所接電容 C2對(duì)鎖相環(huán)的捕捉帶寬 BW 有影響。C 2及壓控振蕩器中心頻率越大，捕捉帶寬 BW 越窄。因此，在輸入信號(hào)幅度及壓控振蕩器頻率已確定的情況下，可通過改變低通濾波電容 C2來擴(kuò)展或收縮捕捉帶寬。第一腳對(duì)地接一電容 C1為正交相位檢波器的輸出濾波，其外部功能作如下描述： 第 3 腳為信號(hào)輸入端，要求輸入信號(hào)的幅度大于 25mV，最佳值為 200mV 左右。8圖 24 LM567 選頻電路當(dāng) LM567 的輸入信號(hào)的頻率落在其內(nèi)部壓控振蕩器中心頻率 f0附近時(shí)，邏輯輸出端 8 腳將由原高電平變?yōu)榈碗娖?，輸出一個(gè)負(fù)脈沖?？梢姡?LM567 的 8腳輸出，不僅可以實(shí)現(xiàn)選頻，而且還有脈沖形成功能，用 8 腳輸出的負(fù)脈沖去觸發(fā)記憶電路，最終便可實(shí)現(xiàn)某種功能的控制。LM567 作為選頻電路，具有電路簡單、功能多、體積小等優(yōu)點(diǎn)。LM567 作為選頻電路時(shí)的結(jié)構(gòu)如圖 24 所示。改變 RP 可非常方便地改變選頻頻率。由于 8 腳為集電極開路輸出，故實(shí)際應(yīng)用時(shí)，其 8 腳應(yīng)接一上拉電阻 R1至電源正極 VDD。如果在 LM567 的 2 腳（實(shí)際上是內(nèi)部壓控振蕩器的控制端）加入音頻信號(hào)，則它將使壓控振蕩器的 5 腳輸出受 2 腳信號(hào)調(diào)制的調(diào)頻信號(hào)。利用這一功能可以實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的頻率調(diào)制。應(yīng)當(dāng)說明，調(diào)制信號(hào)的中心頻率 f0是由 5 腳和 6 腳的外接阻容元件確定的。如果在 3 腳輸入一用音頻信號(hào)調(diào)制的調(diào)頻信號(hào)，且調(diào)頻信號(hào)的中心頻率 f0與 LM567 內(nèi)部壓控振蕩器中心頻率 f0相同時(shí)，第 2 腳將輸出調(diào)制信號(hào)的解調(diào)信號(hào)。 對(duì)信號(hào)的頻率調(diào)制與解調(diào)，在紅外光通信電路中有著廣泛的應(yīng)用。頻率調(diào)制與解調(diào)電路如圖 25(a)、(b)所示。LM567 的主要參數(shù)如下：（1）電源電壓 ~9V， （2）靜態(tài)工作電流8mA， （3）最高工作頻率 500kHz， （4）8 腳最大吸收電流 100mA。9 圖 25 LM567 頻率調(diào)制與解調(diào)電路 基本驅(qū)動(dòng)方式紅外發(fā)光二極管是一種電流驅(qū)動(dòng)器件。基本的驅(qū)動(dòng)方式有恒定直流電流驅(qū)動(dòng)、脈動(dòng)直流電流驅(qū)動(dòng)和交流電流驅(qū)動(dòng)三種 [5]。一、恒定直流電流驅(qū)動(dòng)方式 圖 26 紅外發(fā)光二極管的恒定直流電流驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路及驅(qū)動(dòng)原理如圖 26(a)、(b)所示。 在圖 26(a)中，U 為驅(qū)動(dòng)電壓，R 為限流電阻，驅(qū)動(dòng)電流 IF=UUF/R，式中 UF是紅外發(fā)光二極管的正向壓降。由于是直流電流驅(qū)動(dòng)，其驅(qū)動(dòng)電流也就是正向平均工作電流。因此，實(shí)際工作電流不要超過器件參數(shù)給出的正向工作電流數(shù)值。由于是恒定直流驅(qū)動(dòng)，紅外發(fā)光二極管發(fā)出的也是光強(qiáng)恒定的紅外光，如圖 2106(b)所示。這種驅(qū)動(dòng)方式常用于簡單紅外光控電路。二、脈沖直流電流驅(qū)動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)電路及驅(qū)動(dòng)原理如圖 27(a)、(b)所示。在圖 27(a)中，驅(qū)動(dòng)電壓 U 為脈沖電壓，所以發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)電流也為脈沖電流。紅外光的有效傳送距離正比于驅(qū)動(dòng)峰值功率，而峰值功率又與所加驅(qū)動(dòng)峰值電流成正比，所以，為了提高紅外光的傳送距離，應(yīng)加大驅(qū)動(dòng)峰值電流。紅外發(fā)光二極管參數(shù)中給出的工作電流是指平均工作電流。當(dāng)用脈沖電流驅(qū)動(dòng)時(shí)，其驅(qū)動(dòng)電流的平均值只要不超過參數(shù)給出的工作電流即可。因此，可在保持脈沖電流周期 T0不變的情況下，減小脈沖電流的上平頂寬度 Td來減小平均工作電流，而采用減小限流電阻 R 的方法，提高峰值工作電流。這樣，就可在保持平均工作電流不變的情況下，提高峰值工作電流。紅外發(fā)光二極管直流平均工作電流 IF與峰值工作電流 IP之間有下列關(guān)系式： IP=IF （）d0T式中，T 0/Td為脈沖電流的空度比?？梢姡斩缺容^大，允許的峰值電流也越大。例如：紅外遙控中常用的小功率紅外發(fā)光二極管的參數(shù)中，I F=100mA，若驅(qū)動(dòng)脈沖電流的空度比 T0/Td=25，則峰值驅(qū)動(dòng)電流 IP=100 =500mA，達(dá) IF的 5 倍。25圖 27(b)用圖示法畫出脈沖直流電流驅(qū)動(dòng)的原理，可見，在脈沖驅(qū)動(dòng)電流的驅(qū)動(dòng)下，紅外發(fā)光二極管發(fā)出是同頻率的脈動(dòng)紅外光。為了減小發(fā)射器電源消耗，延長紅外發(fā)光二極管使用壽命以及提高遙控發(fā)射距離，在紅外遙控發(fā)射器中，紅外發(fā)光管一般都采用脈沖直流電流驅(qū)動(dòng)方式。圖 27 紅外發(fā)光二極管的脈沖直流電流驅(qū)動(dòng)那么，遙控電路中脈沖驅(qū)動(dòng)電流的空度比取多大合適，是否越大越好呢？這個(gè)問題在設(shè)計(jì)電路時(shí)是要注意到的。由于受紅外發(fā)光二極管響應(yīng)時(shí)間 tw的限制，脈沖電流11的上平頂寬度 Td不能太窄，否則，紅外發(fā)光管來不及響應(yīng)，脈沖電流就消失了。實(shí)際電路中，T d應(yīng)大于 tw 一定數(shù)值，可取 Td ≥10t w =10107=1（μs） 。然后再根據(jù)T0/Td計(jì)算出空度比。這里 T0是驅(qū)動(dòng)脈沖電流的周期，為發(fā)射頻率的倒數(shù)。采用脈沖直流驅(qū)動(dòng)還有一個(gè)好處，就是提高了紅外遙控系統(tǒng)的抗干擾性能。由于發(fā)射管發(fā)出的是脈動(dòng)紅外光，且具有特定變化頻率，而日光、燈光等光線均不是脈動(dòng)紅外光，因此可以通過接收器中的一些電路使它們與紅外脈沖分離開，將日光、燈光等雜散光干擾濾掉。這樣就保證了紅外遙控系統(tǒng)在日光、燈光等光線下能可靠工作。由以上可見，采用脈沖直流電流驅(qū)動(dòng)有以下優(yōu)點(diǎn)：一是提高了作用距離；二是提高了抗干擾性能；三是降低了發(fā)射器電源消耗，延長了電池使用時(shí)間，這就可以選用較小容量的電池，從而減輕了發(fā)射器重量。三、交流電流驅(qū)動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)電路及原理如圖 28(a)、(b)所示。這種驅(qū)動(dòng)方式主要應(yīng)用在近距離簡單紅外光通信電路中，如簡單紅外線耳機(jī)等。在圖 28(a)中，為圖 28 紅外發(fā)光二極管的交流電流驅(qū)動(dòng)了使紅外發(fā)光二極管工作在輸出特性曲線的線性區(qū)，預(yù)先給它提供了一個(gè)偏置電流I0，I 0與輸出特性曲線的交點(diǎn) Q 為紅外發(fā)光管的工作點(diǎn)，如圖 28(b)所示。這樣，在交流驅(qū)動(dòng)電流的驅(qū)動(dòng)下，工作點(diǎn)就在輸出特性曲線上，上下移動(dòng)，發(fā)光管發(fā)出的紅外光的幅值和相位按驅(qū)動(dòng)電流的波形而變化。在這種驅(qū)動(dòng)方式下，要控制驅(qū)動(dòng)交流電流的大小，以免發(fā)光二極管進(jìn)入非線性區(qū)，產(chǎn)生非線性失真。 紅外發(fā)光二極管 結(jié)構(gòu)原理12 紅外發(fā)光二極管是只有一個(gè) PN 結(jié)的半導(dǎo)體器件，它與普通發(fā)光二極管（紅、綠、黃發(fā)光二極管）結(jié)構(gòu)原理與制作工藝基本相同，只是所用的材料不同。制造紅外發(fā)光二極管材料有砷化鎵、砷鋁化鎵等，其中應(yīng)用最多的是砷化鎵。在一塊砷化鎵半導(dǎo)體中，采用半導(dǎo)體摻雜工藝使其一部分為 P 型半導(dǎo)體；另一部分為 N 型半導(dǎo)體。在 P 型和 N 型半導(dǎo)體交界面就形成半導(dǎo)體 PN 結(jié)。P 區(qū)多數(shù)載流子為空穴，少數(shù)載流子為電子；N 區(qū)多數(shù)載流子為電子，少數(shù)載流子為空穴，并且具有一定的內(nèi)電場，其能帶結(jié)構(gòu)如圖 29(a)所示。當(dāng)給這個(gè) PN 結(jié)加上正向電壓時(shí)（P 區(qū)接正電壓，N 區(qū)接負(fù)電壓） ，圖 29 PN 結(jié)注入發(fā)光能帶圖在外加電壓的作用下，內(nèi)電場被抵消。這樣，N 區(qū)的多數(shù)載流子（電子）在外電場的作用下注入 P 區(qū)，同時(shí)，P 區(qū)的多數(shù)載流子（空穴）在外電場的作用下注入 N 區(qū)。如圖 29(b)所示。實(shí)際上，外加正向電壓作用就是加強(qiáng)了多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。這些注入 P 區(qū)的電子和注入 N 區(qū)的空穴，對(duì)于注入?yún)^(qū)來講都是非平衡少數(shù)載流子。這些非平衡少數(shù)載流子不斷與注入?yún)^(qū)的多數(shù)載流子復(fù)合，將原來從外加電場吸收的能量以光子的形式釋放，從而發(fā)出光來。這種發(fā)光過程叫輻射復(fù)合。這與導(dǎo)帶中的電子到價(jià)帶上與空穴復(fù)合一樣，要釋放出禁帶寬度 EG 大小的能量，這種能量的釋放是以發(fā)光的形式來進(jìn)行的。這就是 PN 結(jié)發(fā)光的基本原理 [6]。發(fā)光二極管發(fā)出的光波波長與所用材料禁帶寬度 EG有關(guān)。發(fā)光波長 λ 與半導(dǎo)體材料的禁帶寬度 EG之間的關(guān)系為： λ= m ?（）13砷化鎵材料的禁帶寬度 EG≈，所以砷化鎵紅外發(fā)光二極管的發(fā)光波長λ≈，為不可見的近紅外光。用砷化鎵材料制成的紅外發(fā)光二極管的發(fā)光效率較高，可達(dá)成 3%，如果輸入 100mW 的電功率，可獲得 3mW 的紅外光輸出。另外，采用半導(dǎo)體制作工藝，還可以在一定范圍內(nèi)控制器件的發(fā)光波長。紅外發(fā)光二極管一般采用環(huán)氧樹脂、玻璃、塑料等透明材料封裝，除