【正文】 為迅速。 光源發(fā)射的光通過(guò)光學(xué)器件耦合到傳導(dǎo)光纖中，經(jīng)過(guò)傳導(dǎo)光纖進(jìn)入調(diào)制區(qū)，外界的被測(cè)參數(shù)作用在經(jīng)過(guò)調(diào)制區(qū)的光信號(hào)，并使其光學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，例如使光的強(qiáng)度、頻率、偏振態(tài)、波長(zhǎng)等發(fā)生變化成為被調(diào)制的信號(hào)光，再經(jīng)過(guò)傳導(dǎo)光纖送入光電探測(cè) 器，并從中獲得需要的被測(cè)參數(shù)的電信號(hào)。 圖 2－ 1 光纖傳感器的原理 10 光纖的結(jié)構(gòu) 光纖是光纖傳感器的重要組成部分，光纖由纖芯、包層和緩沖涂敷層、套層四個(gè)部分組成。包層即包裹纖芯的外圍部分，和纖芯具有不同的折射率（包層的折射率小于纖芯的折射率），纖芯和包層之間擁有良好的光學(xué)界面。光纖的最外層為套層，一般是由塑料管做成，與緩沖涂敷層作用一樣都是起保護(hù) 作用的，不同顏色的塑料管還可以用來(lái)區(qū)分光纖的種類(lèi)。 光纖按其傳輸模式分為單模光纖和多模光纖。一般的纖芯的直徑只有傳輸光波波長(zhǎng)幾倍的光纖是單模光纖。兩者的斷面結(jié)構(gòu)有明顯的不同。 光纖的傳導(dǎo)原理 光的全反 射理論是光在光纖中傳導(dǎo)應(yīng)用的主要原理。如果要使光完全的約束在纖芯內(nèi)傳導(dǎo)，則應(yīng)該使光線在纖芯－包層的光學(xué)界面上的入射角 β大于等于臨界角β 0，即： ??????????120 ar c s in nn?? （ 1－ 1） 相對(duì)于臨界角 α 0，反映的是光 纖聚光能力的大小，被稱(chēng)為孔徑角。如果光纖彎曲，但只要滿足全反射條件，光就仍然可以繼續(xù)傳導(dǎo)下去，直到終端。 前者多數(shù) 使用 單 模光纖，后者常使用 多 模光纖 。在這類(lèi)傳感器中，光纖不僅起傳光的作用，同時(shí)利用光纖在外界因素 (彎曲、相變 )的作用下，使其某些光學(xué)特性發(fā)生變化，對(duì)輸入的光產(chǎn)生某種調(diào)制作用，使在光纖內(nèi)傳輸?shù)墓獾? 圖 2－ 3 功能 型光纖傳感器 強(qiáng)度、相位、偏振態(tài)等特性發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)傳和感的功能。 基于這樣的原理做成的光纖流量計(jì)有光纖 渦輪流量計(jì)、光纖渦街流量計(jì)等。傳感器中的光纖是不連續(xù)的 ,其間有中斷，中斷的部分要接上其他介質(zhì)的敏感元件。光纖在傳感器中僅起傳光作用。傳光介質(zhì)是光纖，所以用通信光纖甚至普通的多模光纖就能滿足要求?；谶@樣的原理在光纖流量計(jì)的應(yīng)用如光柵光纖流量計(jì)。光通量調(diào)制不論在原理上還是結(jié)構(gòu)上都是比較簡(jiǎn)單的，是目前光纖傳感器中應(yīng)用最多的一種調(diào)制。 微彎損耗 —— 當(dāng)光纖發(fā)生彎曲到一定程度使光線入射角小于臨界角時(shí)，射到纖芯與包層界面上 的光有一部分將穿過(guò)界面射進(jìn)包層造成傳輸損耗。其中，直流電源和相應(yīng)的偏置電路用來(lái)為晶體三極管提供靜態(tài)工作點(diǎn)，以保證晶體三極管工作在放大區(qū)。 輸入信號(hào)源一般是將非電量變?yōu)殡娏康膿Q能器， 如各種傳感器，將聲音變換為電 信號(hào)的話筒，將圖像變換為電信號(hào)的攝像管等。 圖 31（ b）是最簡(jiǎn)單的共發(fā)射極組態(tài)放大器的電路原理圖。 1. 晶體管 V 2. 直流電源 UCC 3. 基極偏流電阻 Rb 4. 集電極電阻 Rc 5. 耦合電容 C C2 圖 31 放大電路基本組成與共發(fā)射極基本放大電路 14 （ a）放大電路基本組成框圖；（ b）電路原理圖 放大電路工作原理 在圖 31(b)所示基本放放大電路中，我們只要適當(dāng)選取 R b、 Rc 和 UCC 的值，三極管就能夠工作在放大區(qū)。 1. 無(wú)輸入信號(hào)時(shí)放大器的工作情況 ： 在圖 31(b)所示的基本放大電路中， 在接通直流電源 UCC 后，當(dāng) ui=0 時(shí) , 由于基極偏流電阻 Rb 的作用，晶體管基極就有正向偏流 IB流過(guò)，由于晶體管的電流 放大作用，那么集電極電流 IC=βIB ，集電極電流在集電極電阻 Rc 上形成的壓降為 UC=ICRc。 當(dāng) ui=0 時(shí)，放大電路處于靜態(tài)或叫處于直流工作狀態(tài)， 這時(shí)的基極電流 IB、集電極電流 IC和集電極發(fā)射極電壓 UCE 用 IB 、 ICQ、 UCEQ 表示。這些電壓和電流值都是在無(wú)信號(hào)輸入時(shí)的數(shù)值，所以叫靜態(tài)電壓和靜態(tài)電流。 基極電流 iB 由兩部分組成 , 一個(gè)是固定不變的靜態(tài)基極電流 IB；一個(gè)是作正弦變化的交流基極電流 ib。 15 圖 32 放大器的工作情況 （ a） 輸入特性曲線和 ui 的波形；（ b）基極電流的波形； （ c） 集電極電流的波 形 ；（ d） Re上壓降的波形；（ e）管壓降的波形 同樣， iC 也由兩部分組成：一個(gè)是固定不變的靜態(tài)集電極電流 IC；一個(gè)是作正弦變化的交流集電極電流 ic。因?yàn)?uRc=iCRc ， 所以它要隨 iC變化，如圖 32（ d）所示。把它單獨(dú)畫(huà)出，如圖 32(e)所示。 16 如果負(fù)載電阻 RL 通過(guò)耦合電容 C2 接到晶體管的集電極 發(fā)射極之間，則由于電容 C2 的隔直作用，負(fù)載電阻 RL 上就不會(huì)出現(xiàn) 直流電壓。如果電容 C2 的容量足夠大，則對(duì)交流信號(hào)的容抗很小，忽略其上的壓降，則管壓降的交流成分就是負(fù)載上的輸出電壓，因此有 uo=uce 把輸出電壓 uo 和輸入信號(hào)電壓 ui 進(jìn)行對(duì)比，我們可以得到如下結(jié)論： (1) 輸出電壓的波形和輸入信號(hào)電壓的波形相同， 只是輸出電壓幅度比輸入電壓大。 通過(guò)以上分析可知 , 放大電路工作原理實(shí)質(zhì)是用微弱的信號(hào)電壓 ui 通過(guò)三極管的控制作用去控制三極 管集電極電流 iC， iC在 RL 上形成壓降作為輸出電壓。因此三極管的輸出功率實(shí)際上是利用三極管的控制作用，直流電能轉(zhuǎn)化成交流電能的功率。 各種小信號(hào)放大器都可以用圖 33 所示的組成框圖表示，圖中 Us 代表輸入信號(hào)電壓源的等效電動(dòng)勢(shì)， Rs代表內(nèi)阻。 Ui 和 Ii分別為放大器輸入信號(hào)電壓和電流的有效值， RL 為負(fù)載電阻， Uo 和 Io分別為放大器輸出信號(hào)電壓和電流的有效值。 1. 輸入、 輸出電阻 17 圖 33 小信號(hào)放大器的組成框圖 對(duì)于輸入信號(hào)源， 可把放大器當(dāng)作它的負(fù)載，用 ri表示， 稱(chēng)為放大器的輸入電阻。 圖中 Ui 是將 RL 移去， Us 或者 Is 在放大器輸出端產(chǎn)生的開(kāi)路電壓。 ro 是等效電流源或電壓源的內(nèi)阻，也就是放大器的輸出電阻。因此假如在放大器輸出端外加信號(hào)電壓 U， 計(jì)算出由 U 產(chǎn)生的電流 I，則 ro=U/I, 如圖 34（ c）。如在放大器內(nèi)部有電抗元件， ro， ri應(yīng)為復(fù)數(shù)值。有電壓增益、電流增益、功率增益等。 即 圖 34 放大 器的輸入電阻和輸出電阻 因?yàn)? ,又 ,所以 。負(fù)載能否得到這么大的功率，取決于負(fù)載是否與信號(hào)源內(nèi)阻匹配。 3. 頻率失真 因放大電路一般含有電抗元件，所以對(duì)于不同頻率的輸入信號(hào) , 放大器具有不同的放大 能力。即 上式中， A(ω) 是增益的幅值， φA(ω) 是增益的相角， 都是頻率的函數(shù)。 相角隨 ω 變化的特性稱(chēng)為放大器的相頻特性，其相應(yīng)的曲線稱(chēng)為相頻特性曲線。這種波形失真稱(chēng)為放大器的頻率失真。 整形電路 整形電路原理 整形電路是有低通濾波器和整形器組成，其原理： 如圖 35 所示 它將 輸入正弦波的同步信號(hào)進(jìn)行低通濾波排除高頻干擾后轉(zhuǎn)換為方波信號(hào)。 圖 36 脈沖形成電路原理 圖 37 脈沖形成電路工作波形 獲取矩形脈沖的途徑 有很多，例如： 1 利用各種形式的多諧振蕩電路直接產(chǎn)生所需要的矩形脈沖； 2 對(duì)已有的信號(hào)進(jìn)行整形，即通過(guò)各種整形電路把已有的周期性變化波形變換為所要求的矩形脈沖。 這里重點(diǎn)使用 集成 555 定時(shí)器 555 定時(shí)器是一種用途極為廣泛的單片集成電路，只要外接少量電阻、電容等元件就可以構(gòu)成各種不同用途的脈沖電路。 555 定時(shí)器有 TTL 集成定時(shí)器和 CMOS 集成定時(shí)器，其邏輯功能及外部引線排列完全一樣。 CC7555 定時(shí)器電路具有靜態(tài)電流較小 (80UA 左右 )，輸入阻抗極高 (輸入電流僅為 0． 1UA 左右 )，電源電壓范圍較寬 (在 3— 18V 內(nèi)均正常工作 )等特點(diǎn)。 本 文 以 CMOS 集 成定時(shí)器為例進(jìn)行介紹。電路由電阻分壓器、電壓比較器、基本 Rs觸發(fā)器、 MOS 管開(kāi)關(guān)和輸出緩沖級(jí)等幾個(gè)基本單元組成。比較器 c1 的基準(zhǔn)電壓為 Vref1=(2／3)VDD，比較器 C：的基準(zhǔn)電壓為 VREF2=(1／ 3)Vnn。 圖 38 CC7555 定時(shí)器原理圖 圖 39 CC75555 定時(shí)器管腳圖 由于此定時(shí)器的輸人端是由 3 個(gè) 5 kn 的電阻分壓組成，故名 555 定時(shí)器。比較器 c1 的反相輸入端接基準(zhǔn)電壓Vref1，同相輸入端 (6)也稱(chēng)高觸發(fā)端，接輸入電壓，因此 C1是同相比較器。在高觸發(fā)端 (6)和低觸發(fā)端 (2)的輸入電壓作用下，電壓比較器 C C2的輸出電壓的數(shù)字，不是接近 +yD。它們是基本 RS觸發(fā)器的輸入信號(hào)。只 是外部直接復(fù)位端，因只信號(hào)直接作用于輸出端，所以當(dāng)月二 0 時(shí)，無(wú)論 TH、 TR為何值， RS觸發(fā)器的 Q 端及定時(shí)器的輸出端均為 0，放電管 T 導(dǎo)通。 2 個(gè)非門(mén)組成的 2級(jí)反相器，構(gòu)成輸出緩沖級(jí)，用于提高輸出電流的驅(qū)動(dòng) 21 能力，一般可驅(qū)動(dòng) 2 個(gè) TTL，電路。 (2)工作原理 定時(shí)器的工作狀態(tài)取決于比較器 C C2，比較器的輸出控制著 RS觸發(fā)器和放電管 T 的狀態(tài)。當(dāng)高觸發(fā)端 TH的電壓高于