【正文】 I紅外線(xiàn)音頻信號(hào)傳輸系統(tǒng)研究畢業(yè)論文目 錄目 錄 ..................................................................I緒 論 ....................................................................1第一章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案和工作原理 ............................................2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 ...................................................2 頻率調(diào)制紅外線(xiàn)通信的基本原理 .......................................2第二章 發(fā)射系統(tǒng) ..........................................................5 頻率調(diào)制 ...........................................................5 基本驅(qū)動(dòng)方式 .......................................................9 紅外發(fā)光二極管 ....................................................11 發(fā)射電路 ..........................................................16第三章 接收系統(tǒng) .........................................................18 光敏二極管 ........................................................18 專(zhuān)用集成電路前置放大器 ............................................21 頻率解調(diào)器 ........................................................25 接收電路 ..........................................................29第四章 系統(tǒng)的調(diào)試與應(yīng)用 .................................................31結(jié) 論 ................................................................32致 謝 ................................................................33參考文獻(xiàn) ................................................................34 1 緒 論語(yǔ)言和音樂(lè)等所產(chǎn)生的電信號(hào)與其它低頻電信號(hào)一樣，一般不能直接作遠(yuǎn)距離傳輸。被傳送的低頻信號(hào)（如語(yǔ)言、音樂(lè)）經(jīng)過(guò)放大后去對(duì)發(fā)射機(jī)中高頻振蕩進(jìn)行調(diào)制，使高頻振蕩的頻率隨低頻信號(hào)而改變。然后將此攜帶有低頻信號(hào)的已調(diào)高頻振蕩經(jīng)功率放大到實(shí)際需要的功率，通過(guò)一定的媒介向周?chē)臻g輻射。在接收端，利用接收元件（如天線(xiàn)、紅外接收管等等）將接收到的微弱電磁波或紅外光變?yōu)橐颜{(diào)波電流，經(jīng)高頻放大器選擇出所需要接收的信號(hào)，并同時(shí)放大信號(hào)。放大后的高頻已調(diào)信號(hào)與本振頻率相混頻，變?yōu)轭l率較低且固定的中頻已調(diào)信號(hào)，經(jīng)中頻放大器放大后，由鑒頻器檢出原來(lái)的調(diào)制信號(hào)，再經(jīng)低頻放大級(jí)放大去推動(dòng)終端設(shè)備（如耳機(jī)、揚(yáng)聲器） 。紅外線(xiàn)受人們青睞的原因是它的穿透能力強(qiáng)，容易繞過(guò)霧、塵埃等，還可以定向發(fā)射。正因?yàn)榧t外線(xiàn)具有如此優(yōu)點(diǎn)，僅在軍事上紅外線(xiàn)就有很多用途，如：夜視機(jī)器、紅外照相、紅外雷達(dá)等。此外，紅外線(xiàn)被廣泛的應(yīng)用于自動(dòng)控制、通信、家用電器等領(lǐng)域。如普遍應(yīng)用于彩電、錄像機(jī)以及空調(diào)等的紅外遙控，用紅外遙控器在幾米到幾十米遠(yuǎn)距離的直視范圍內(nèi)任何位置，都可以任意地實(shí)現(xiàn)各種家用的遙控。紅外線(xiàn)通信，通常又叫紅外光通信，是利用紅外線(xiàn)來(lái)傳送信息的一種通信方式。紅外線(xiàn)通信分為以光纜為傳輸介質(zhì)的有線(xiàn)通信和用無(wú)線(xiàn)電波來(lái)傳輸?shù)臒o(wú)線(xiàn)光通信。紅外線(xiàn)通信所傳輸?shù)膬?nèi)容是多樣的，可以是音頻信號(hào)，也可以是視頻信號(hào)；可以是模擬信號(hào)，也可以是數(shù)字信號(hào) [1]。本文將要介紹的是紅外線(xiàn)通信的一種應(yīng)用形式——利用紅外線(xiàn)來(lái)傳送音頻信號(hào)，這是一種紅外線(xiàn)無(wú)線(xiàn)光通信電路。目前這種方式主要用于室內(nèi)，如構(gòu)成無(wú)繩電話(huà)及無(wú)繩耳機(jī)系統(tǒng)等。紅外線(xiàn)的傳輸距離雖然不遠(yuǎn)，但應(yīng)用于辦公室和家庭已綽綽有余。由于可免去布線(xiàn)的麻煩，故它具有有線(xiàn)光通信無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。本文設(shè)計(jì)的是紅外線(xiàn)立體耳機(jī)系統(tǒng)，紅外線(xiàn)耳機(jī)是 70 年代末在國(guó)外發(fā)展起來(lái)的產(chǎn)品，近幾年國(guó)內(nèi)也有研制和生產(chǎn)紅外線(xiàn)耳機(jī)的報(bào)道。它是利用紅外線(xiàn)技術(shù)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)傳送的新型音響輔助設(shè)備。它可以使你不必用零亂而麻煩的電線(xiàn)，就能獲得高音質(zhì)放音。2第一章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案和工作原理 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案一、技術(shù)指標(biāo)： 傳輸距離：5 米≤距離≤10 米 采用光源：半導(dǎo)體激光器或紅外發(fā)光管 信號(hào)頻率范圍：40HZ~5KHZ二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案圖 11，12 分別為發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的設(shè)計(jì)框圖。放射電路由 AGC 放大器、頻率調(diào)制器、驅(qū)動(dòng)電路及紅外線(xiàn)發(fā)射電路組成。接收電路由前置放大、選頻電路、頻率解調(diào)電路、功放電路及耳機(jī)組成。 圖 11 發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)框圖 圖 12 接收機(jī)設(shè)計(jì)框圖 頻率調(diào)制紅外線(xiàn)通信的基本原理圖 13 為頻率調(diào)制紅外線(xiàn)通信的原理框圖。圖 13（a）為發(fā)射機(jī)原理圖。在這種調(diào)制方式下，音頻信號(hào)首先對(duì)某一適當(dāng)頻率的副載波進(jìn)行頻率調(diào)制，再用這個(gè)被調(diào)制頻率的信號(hào)對(duì)光源進(jìn)行調(diào)制。3 圖 13 頻率調(diào)制紅外線(xiàn)通信的原理框圖在頻率調(diào)制中，輸出光信號(hào)的幅度不變，而輸出光信號(hào)的頻率隨著輸入音頻信號(hào)的幅度而變化，即輸出光信號(hào)為調(diào)制光脈沖。調(diào)頻原理如圖 14 所示。圖 14 音頻信號(hào)的調(diào)頻在頻率調(diào)制紅外線(xiàn)通信中，調(diào)制脈沖對(duì)光源的調(diào)制為脈沖調(diào)制，其調(diào)制原理如圖15。4 圖 15 光源的脈沖調(diào)制在這種調(diào)制方式中，作用于紅外發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)電流為脈沖電流，故輸出的光信號(hào)為光脈沖，而頻率在不斷變化。放大與壓縮電路的作用是控制加到頻率調(diào)制電路音頻信號(hào)的幅度，以免產(chǎn)生調(diào)制失真 [2]。圖 13（b）為接收機(jī)原理圖。前置放大器將紅外接收二極管收到的調(diào)頻紅外線(xiàn)脈沖進(jìn)行足夠的放大，然后進(jìn)行限幅。限幅后的調(diào)頻信號(hào)送頻率解調(diào)電路，將音頻信號(hào)解出。最后由功率放大器推出發(fā)聲器件。在頻率調(diào)制紅外線(xiàn)通信電路中，所傳送的紅外線(xiàn)信號(hào)幅度不變，不會(huì)受外界光的干擾，因此，這種通信方式較幅度調(diào)制通信方式有較高的信噪比。這就意味著距離可以延伸。在頻率調(diào)制紅外線(xiàn)通信中，頻率調(diào)制與解調(diào)電路的中心頻率一般為幾十 kHz~幾百kHz。5第二章 發(fā)射系統(tǒng) 頻率調(diào)制 在頻率調(diào)制紅外線(xiàn)通信系統(tǒng)中，頻率調(diào)制與解調(diào)器便是這種通信系統(tǒng)的關(guān)鍵電路 [3]。一、 頻率調(diào)制器頻率調(diào)制器實(shí)際上是一種壓控振蕩器，它的振蕩頻率隨輸入的控制電壓（即音頻信號(hào)）的大小而變化，即將所要傳輸?shù)囊纛l信號(hào)反映在壓控振蕩器的頻率變化上。而這種頻率的變化是以某一中心頻率（即載波頻率）為基準(zhǔn)的。這就要求載波頻率有一定的穩(wěn)定度。否則，會(huì)造成通信信號(hào)的嚴(yán)重失真，甚至使通信無(wú)法進(jìn)行。另外，還要求頻率調(diào)制器的頻率偏移應(yīng)與音頻信號(hào)的大小成正比，即線(xiàn)性調(diào)頻。下面介紹幾種在紅外線(xiàn)通信中常用的頻率調(diào)制器。555 時(shí)基電路構(gòu)成頻率調(diào)制器VC時(shí)基電路 555 的控制端（即第 5 腳）電位的變化，將使 555 中上、下兩比較器的閾值電平發(fā)生變化，如果令 555 時(shí)基電路構(gòu)成方波振蕩器，其 VC端不懸空，而是輸入一音頻信號(hào)，這就構(gòu)成了頻率調(diào)制器。電路如圖 21 所示。與通常的多諧振蕩器一樣，電源通過(guò) RA和 RP 對(duì) C 充電，C 上的電位逐漸上升，當(dāng)上升到 VC值時(shí)，電容開(kāi)始放電，當(dāng)電容放電到 1/2VC時(shí)中，輸出狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，電容開(kāi)始充電周而復(fù)始，形成振蕩?？梢?jiàn)，電容 C 的充放電時(shí)間是與控制電壓 VC有關(guān)的，從而實(shí)現(xiàn)了 VC對(duì)振蕩頻率的調(diào)制。輸入信號(hào)為零時(shí)的載波中心頻率可由 RP 來(lái)調(diào)整。改變 RP 也就改變了時(shí)基電路555 的 VC的靜態(tài)電壓，從而就可以改變振蕩頻率。當(dāng)然也可以通過(guò)改變 RA或 C 的數(shù)值來(lái)改變中心頻率。采用 555 時(shí)基電路構(gòu)成的頻率調(diào)制器，電路比較簡(jiǎn)單，若用 NE55LM555 等 TTL型時(shí)基電路，還可直接驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)光器件。6圖 21 555 電路構(gòu)成頻率調(diào)制器 CMOS 門(mén)電路構(gòu)成頻率調(diào)制器由 CMOS 非門(mén)可非常方便地構(gòu)成一個(gè)簡(jiǎn)單的頻率調(diào)制器，如圖 22 所示。圖 22 CMOS 非門(mén)構(gòu)成頻率調(diào)制器在 R2兩端并上一個(gè) N 溝道 MOS 管，音頻信號(hào)加在它的柵極上，當(dāng)音頻信號(hào)變化時(shí)，MOS 管的溝道電阻也隨之變化，從而使振蕩頻率隨輸入音頻信號(hào)而變化。從而實(shí)現(xiàn)調(diào)制。