【正文】 （）?硅材料的禁帶寬度 EG=，對(duì)應(yīng)的 λ 0=，即只有波長(zhǎng)小于 的光才能有顯著的光敏作用。 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 18圖 32 PN 結(jié)的光電效應(yīng)不同的半導(dǎo)體材料對(duì)不同波長(zhǎng)的入射光的響應(yīng)是不同的。光生電流基本上與入射光強(qiáng)成正比。若入射光子的能量大于或等于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，那么價(jià)帶中的電子可以吸收光子的能量而跳到導(dǎo)帶上去，結(jié)果在導(dǎo)帶與價(jià)帶之間就產(chǎn)生了電子——空穴對(duì)，見(jiàn)圖 32。由于是少數(shù)載流子導(dǎo)電，因此反向電流很小，一般小于 1μA。圖 31 是一個(gè)加有反向電壓（N 區(qū)接正電源，P 區(qū)接負(fù)電源）的 PN 結(jié)和它的能帶圖。這就是半導(dǎo)體的光電效應(yīng)。 圖 215 電源電路 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 17第三章 接收系統(tǒng) 光敏二極管 結(jié)構(gòu)原理我們知道，在半導(dǎo)體中只有導(dǎo)帶中的電子和價(jià)帶中的空穴才能起導(dǎo)電作用。L 聲道的頻率調(diào)制與發(fā)射電路和 R 聲道完全相同，只是鎖相環(huán) LM5672 的中心頻率設(shè)定在 250kHz [9]。調(diào)頻信號(hào)經(jīng) VT4驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)光二極管 VD2~VD6發(fā)出紅外調(diào)頻信號(hào)。如果輸入信號(hào)過(guò)強(qiáng)，將會(huì)引起過(guò)度偏離，導(dǎo)致接收機(jī)的失真；如果輸入信號(hào)過(guò)弱，頻偏過(guò)小，導(dǎo)致接收機(jī)信號(hào)噪聲過(guò)大，甚至無(wú)法接受。中心頻率由 LM5671 的外接阻容元件 R11和 C9確定。另外，經(jīng) VT1放大后的信號(hào)由 VT2進(jìn)一步放大后，再經(jīng) VDC 6構(gòu)成的半波整流電路整流，在結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管 VT3的柵極產(chǎn)生負(fù)壓，信號(hào)愈強(qiáng)，負(fù)壓愈大，VT 3的漏源電阻 RDS愈大，VT1射極負(fù)反饋電阻愈大，VT 1的電壓增益減少，使輸出電壓降低，從而使輸出電壓穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，以免產(chǎn)生調(diào)制失真。C1和 R3組成預(yù)加重電路，將音頻信號(hào)的高頻成份進(jìn)行提升。電路的上下兩部分是對(duì)稱(chēng)的，我們以上面部分電路為例，說(shuō)明此電路的工作原理?，F(xiàn)在，紅外發(fā)光二極管的響應(yīng)時(shí)間一般為 106~107s，最高工作頻率為幾十 MHz。反向漏電流 IR是指管子未被反向擊穿時(shí)反向電流的大小，希望它越小越好。峰值波長(zhǎng) λ p是指紅外發(fā)光二極管所發(fā)出近紅外光中，光強(qiáng)最大值所對(duì)應(yīng)的發(fā)光波長(zhǎng)。光功率 P0是指輸入到發(fā)光二極管的電功率轉(zhuǎn)化為光輸出功率的那一部分。因?yàn)殡娏魍ㄟ^(guò) PN 結(jié)要消耗一定的功而引起管子發(fā)熱，若管子長(zhǎng)期超過(guò) IF運(yùn)行，會(huì)因?yàn)闊岫鵁龎?。這是紅外光的一種重要特性，利用這一特性，不僅可以方便控制，且可以構(gòu)成反射式紅外光電控制器。采用多只發(fā)光管并列安裝的方法，可以改善發(fā)射光線的指向特性。 時(shí)的發(fā)射光強(qiáng)為 0186。平頭封裝的管子指向角度大些，在偏離 0186。 位置上，發(fā)射光強(qiáng)只有 0186。 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 14圖 213 紅外發(fā)光二極管的指向特性由圖可見(jiàn)，球面透鏡封裝的管子指向角度較小，在偏離直線發(fā)射中心線（0186。指向特性紅外發(fā)光二極管的指向特性是指它的發(fā)射光強(qiáng)與幾何角度的關(guān)系，是由封裝透鏡的形狀及管芯與頂端的位置決定的。由于紅外發(fā)光二極管的是非相干光，因此發(fā)圖 212 紅外發(fā)光二極管的輻射光譜光光譜有一定寬度，峰值波長(zhǎng) λ p為 ~。當(dāng)用于簡(jiǎn)單的紅外通信時(shí)，紅外發(fā)光二極管工作在幅度調(diào)制狀態(tài)（模擬調(diào)制） ，只要將工作電流限制在線性區(qū)就可以了。當(dāng)工作電流 IF較大時(shí)，曲線產(chǎn)生了彎曲，P 0與 IF不再成線性關(guān)系，出現(xiàn)了非線性區(qū)。 輸出特性紅外發(fā)光二極管的輸出特性曲線，就是其輸出光功率 P0與正向工作電流 IF之間的關(guān)系曲線，如圖 211 所示。在使用時(shí)應(yīng)注意驅(qū)動(dòng)電源電壓的數(shù)值應(yīng)大于紅外發(fā)光二極管的正向電壓降 UF ，否則不能克服死區(qū)電壓（內(nèi)電場(chǎng)）產(chǎn)生正向電流 IF [8]。由圖可見(jiàn)，紅外發(fā)光二極管的正向壓降 UF與材料及正向電流有關(guān)，砷化鎵紅外發(fā)光二極管的 UF在 1~2V 之間。隨著發(fā)光功率的提高，相應(yīng)的管子的體積也增大[7]。另外，紅外發(fā)光二極管除頂面發(fā)光型，還有側(cè)面發(fā)光型。紅外發(fā)光二極管一般采用環(huán)氧樹(shù)脂、玻璃、塑料等透明材料封裝，除白色透明材料封裝外，還可以見(jiàn)到用藍(lán)色透明材料封裝的發(fā)光二極管。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。發(fā)光二極管發(fā)出的光波波長(zhǎng)與所用材料禁帶寬度 EG有關(guān)。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(lái)進(jìn)行的。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(lái)從外加電場(chǎng)吸收的能量以光子的形式釋放，從而發(fā)出光來(lái)。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)。這樣，N 區(qū)的多數(shù)載流子（電子）在外電場(chǎng)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(chǎng)的作用下注入 N 區(qū)。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(chǎng)，其能帶結(jié)構(gòu)如圖 29(a)所示。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。 紅外發(fā)光二極管 結(jié)構(gòu)原理 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 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。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。這種驅(qū)動(dòng)方式主要應(yīng)用在近距離簡(jiǎn)單紅外光通信電路中，如簡(jiǎn)單紅外線耳機(jī)等。由以上可見(jiàn)，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(zhǎng)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。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(guò)接收器中的一些電路使它們與紅外脈沖分離開(kāi)，將日光、燈光等雜散光干擾濾掉。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)。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） 。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(wèn)題在設(shè)計(jì)電路時(shí)是要注意到的。25圖 27(b)用圖示法畫(huà)出脈沖直流電流驅(qū)動(dòng)的原理，可見(jiàn)，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?？梢?jiàn)，空度比較大，允許的峰值電流也越大。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。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(guò)參數(shù)給出的工作電流即可。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。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。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 2 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 96(b)所示。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。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。 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 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。頻率調(diào)制與解調(diào)電路如圖 25(a)、(b)所示。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)。利用這一功能可以實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的頻率調(diào)制。由于 8 腳為集電極開(kāi)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。LM567 作為選頻電路時(shí)的結(jié)構(gòu)如圖 24 所示?？梢?jiàn)，利用 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。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。C 2及壓控振蕩器中心頻率越大，捕捉帶寬 BW 越窄。第 2 腳對(duì)地接電容 C2為相位比較器輸出的低通濾波器。圖 24 是作選頻時(shí)的電路。TTL 音頻鎖相環(huán) LM567 是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司（NSC）產(chǎn)品。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)。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。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。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。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?？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。電路如圖 21 所示。下面介紹幾種在紅外線通信中常用的頻率調(diào)制器。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。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。 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 4第二章 發(fā)射系統(tǒng) 頻率調(diào)制 在頻率調(diào)制紅外線通信系統(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]。這就意味著距離可以延伸。最后由功率放大器推出發(fā)聲器件。前置放大器將紅外接收二極管收到的調(diào)頻紅外線脈沖進(jìn)行足夠的放大，然后進(jìn)行限幅。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 14 音頻