光功率計設(shè)計

1、專業(yè)課程設(shè)計報告一、設(shè)計題目：光功率計的制作二、設(shè)計要求：利用LD激光二極管作為光源，設(shè)計電路測其光功率值大小用數(shù)碼管顯示數(shù)值根據(jù)數(shù)碼管顯示數(shù)值，通過分析，計算光功率值分析實驗中存在誤差，盡量的克服和消除。記錄實驗數(shù)據(jù)，與LD激光二極管光功率真實值大小對照并分析誤書寫實習(xí)報告等三、分析設(shè)計1：光功率計設(shè)計分析過程：（a）LD激光二極管發(fā)出光信號通過光電接收器（PIN）轉(zhuǎn)化為電信號（電流）。其中光功率P與電流I存在如下關(guān)系:I=RP(R光電檢測器的響應(yīng)度，P為LD輸出光功率值)使用LD,由于光檢測器(PIN)形成的是小信號電流，所以必須設(shè)計放大電路對小信號進(jìn)行放大，以達(dá)到模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片所能正常工作

2、所需電壓幅值的要求.由于此實驗只用到+5v直流電壓，對于直流信號只需加電阻放大即可。把此電壓U的正負(fù)兩端分別與數(shù)碼管的31，30管腳相連，經(jīng)過ICL7107A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換，用數(shù)碼管將放大的電壓電信號顯示出來。當(dāng)光信號發(fā)生變化時，數(shù)碼管所顯示的數(shù)值隨放大電路參數(shù)的改變而成比例變化，即設(shè)計基本正確；數(shù)碼管所顯示的電壓值就是此時輸入的光功率值的代換值。即:P=U/(R1*R)其中R：光電檢測器響應(yīng)度2:光功率計的設(shè)計思想：測量光功率是光纖通信測量一個重要步驟，測量光功率有熱學(xué)法和光電法和其他的特殊方法。由于我們所學(xué)知識的限制，我們通過自己所熟悉的光電法來實現(xiàn)功率計的制作。光電法就是用光電檢測器檢測光

3、功率，設(shè)計中使用PIN光電二極管作為光電檢測器。實質(zhì)上是測量PIN在受光輻射后產(chǎn)生的微弱電流，根據(jù)光功率P與PIN生成電流I的關(guān)系式；I=RP此電流與入射到光敏面上的光功率成正比，R為光電檢測器的響應(yīng)度。檢測到的電流經(jīng)過I/V變換，波長矯正后，再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換模塊，把模擬的電信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號通過數(shù)碼管顯示出來。因此，光功率計實際上是光電檢測器PIN、I/V變換、A/D轉(zhuǎn)換電路、數(shù)字顯示電路這四個模塊的結(jié)合。3:設(shè)計圖形模塊：被測光_PINI-V波長選A-D數(shù)字變換擇變換顯示4所需器件：TOC o 1-5 h zLD激光二極管1個共陰極數(shù)碼管4個電路板1個直流穩(wěn)壓電源1個萬用表1個電容0.22

4、UF,0.47UF,100PF,0.1UF各1個電阻1M,100K,47K,24K,3個1K,2個7.5K,2個470ohm,2個24ohm,10ohm，240ohm,200ohm，1k,470ohm各1個導(dǎo)線若干鉗子，鑷子1把5：元件參數(shù)：PIN（型號:PDDM981）技術(shù)指標(biāo)：光敏面直徑：60um光譜響應(yīng)范圍：1.11.6um響應(yīng)度（波長=1.3um）：0.94A/W工作電壓：-5V暗電流(-5V)：=lnA結(jié)電容(-5V)：lpF上升時間：0.5ns下降時間：0.5ns工作溫度：-20+70攝氏度6：模塊設(shè)計：(1)放大電路模塊1：.直流放大電路：此圖為直流放大電路的截圖，通過調(diào)節(jié)R1的

5、值可以使電流轉(zhuǎn)化為電壓并放大到相應(yīng)的倍數(shù)。左側(cè)為小信號電流輸入端右側(cè)為放大電壓電壓輸出端模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，利用模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ICL7107將電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號直接驅(qū)動發(fā)光二極管LED數(shù)碼管顯示，具體電路圖如下：ICL7107A/D部分的電路圖13-5V622示咎26tnUMAN6710U-H&O-LN-U.l.n829.z&-oFdo.odr-OTmHTLTOWLmF1.o.:3001N-一工N-:32:33:34:36:3Z丄dooL,38UXOOLNO乏乏ooLL山toOILL.山0一工丄山ErJ.SH1EOSOzosoLoso顯示14圖2.ICL7107測試線路和典型應(yīng)用線蹤200mV滿量程

6、)11；1731571256310111716123151671256a1020192217ia152-11623251314910111276a23百位十位分位千位i測試電壓輸入i39：391OOK3236W.H.(3)光模塊部分（1）光源LD激光二極管（2）光電接收模塊（PIN）,接受光源并使之變成小的電信號；注:光部分的兩個模塊由老師在檢測時直接加上無須自己再設(shè)計四、實驗調(diào)試結(jié)果：功率計的核心是對檢測電流經(jīng)轉(zhuǎn)化后電壓的放大，使之適合在A/D轉(zhuǎn)化器上轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號并放大.2.但是由于放大對直流來說僅用足值的電阻串聯(lián)可一并實現(xiàn)電流向電壓的轉(zhuǎn)化，和小信號的直接放大，因此在實際的設(shè)計過程中的光功

7、率計的決定性部分是轉(zhuǎn)化為模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的正確應(yīng)用和調(diào)試。調(diào)試過程及問題的解決（1）芯片ICL7107需要自己熟悉其模數(shù)轉(zhuǎn)化原理及各管腳的接入情況。（2）在直流電源上自制負(fù)電源接入26腳。（3）測試數(shù)碼管的共極情況（我們用共陰極的）。因為仿真用的數(shù)碼管是共陽極的，而提供的是共陰極的，所以最終我們接了反相器，雖然插板子很麻煩但結(jié)果顯示很清晰。（4）電路連接好之后為使36腳的基準(zhǔn)電壓為100mV,需要調(diào)試兩個滑動變阻器來實現(xiàn)。設(shè)計用的滑動變阻器，老師提供的沒有合適的，我們就自己試阻值讓結(jié)果更精確。比如，35、36管腳之間的1K的可變電阻，通過調(diào)試，我們最終確定用480ohm的電阻代替。（5）芯片的電源

8、地是21腳，模擬地是32腳，信號地是30腳，基準(zhǔn)地是35腳，四腳共地，1腳接正電源，其中正負(fù)電壓值輸入值在5V左右。37管腳在測試時接+5v,在正常顯示時接地。（6）在第三個數(shù)碼管上把小數(shù)點接地，但是在接地的時候發(fā)現(xiàn)，數(shù)碼管的顯示變暗，于是在小數(shù)點位接地前先過一個阻值適宜的電阻即可解決，我們自己用100歐姆的。（8）當(dāng)幅值超過200mv時，由于數(shù)碼管只能顯示199.9mV,所以此時僅有最高位顯示是1，其余都暗的。五、設(shè)計結(jié)果（1）檢測時在電路部分加上光源和光檢測器，通過直流放大部分，把轉(zhuǎn)化后的電壓加入A/D轉(zhuǎn)換器的測試電壓輸入點.（2）改變放大電路的參數(shù)（阻值），同時觀察成品光功率計對輸入端光

9、功率的檢測結(jié)果和數(shù)碼管顯示結(jié)果.（3）數(shù)據(jù)的紀(jì)錄（使用衰減器）：衰減（db）功率計示數(shù)（uw）實驗數(shù)據(jù)（uw）08.7310.90.57.99.716.598.21.55.897.225.226.52.54.475.534.145.13.53.754.543.223.94.52.843.5將光調(diào)小后，數(shù)碼管顯示隨即變小，顯示正確。數(shù)據(jù)分析：顯示結(jié)果與預(yù)期很接近。實現(xiàn)了通過光電轉(zhuǎn)化使光信號轉(zhuǎn)化為電流信號；并經(jīng)過放大電路把電流轉(zhuǎn)化為電壓并放大到AD轉(zhuǎn)化芯片的工作范圍；改變放大效果，顯示值跟隨放大值改變，設(shè)計比較精確很成功。六、實習(xí)心得體會：剛拿到題目時沒一點思路，也不明白光功率計的工作原理，馬上分

10、配工作，去圖書館和網(wǎng)上分別開始查資料，等搜集足夠的資料后進(jìn)行討論，理清了思路。弄懂芯片ICL7107各管腳的功能后設(shè)計好電路，開始插板子。設(shè)計電路時用的是共陽極，而提供共陰極所以插好板子示數(shù)剛好相反，為了容易讀數(shù)用74LS04做了反相。電路插好后開始測試，將37管腳加上+5V電壓，36腳的基準(zhǔn)電壓應(yīng)為100mV，可我們的誤差比較大，根據(jù)各管腳的功能我們開始調(diào)35、36之間的電阻，最終確定當(dāng)為480ohm時誤差最小。這一步是設(shè)計中最關(guān)鍵的一步。本次課程設(shè)計前期準(zhǔn)備比較麻煩，知識儲備必須很豐富，搜集資料過程比較艱難，設(shè)計過程在大家的共同努力下，積極請教老師，進(jìn)行的還比較順利，后期插板子也沒出什么大

11、問題，主要在于精確度的調(diào)制。光功率計的設(shè)計很成功，這次設(shè)計提高我的動手能力，豐富了我的知識儲備。七、附錄數(shù)字電壓表電路ICL7107ICL71077106pdf資料下載+5VLgLL寸LCMLLLa6g寸CMLdICL7107s&tfwKB+nN3904尋O1Ln41(1IH104TL431IN+Tookn100P20K200mVS入ICL7107安裝電壓表頭時的一些要點：按照測量=1999mV來說明。1辨認(rèn)引腳：芯片的第一腳，是正放芯片，面對型號字符，然后，在芯片的左下方為第一腳。也可以把芯片的缺口朝左放置，左下角也就是第一腳了。許多廠家會在第一腳旁邊打上一個小圓點作為標(biāo)記。知道了第一腳之后

12、，按照反時針方向去走，依次是第2至第40引腳。（1腳與40腳遙遙相對）。2牢記關(guān)鍵點的電壓：芯片第一腳是供電，正確電壓是DC5V。第36腳是基準(zhǔn)電壓，正確數(shù)值是100mV，第26引腳是負(fù)電源引腳，正確電壓數(shù)值是負(fù)的,在-3V至一5V都認(rèn)為正常，但是不能是正電壓，也不能是零電壓。芯片第31引腳是信號輸入引腳，可以輸入1999mV的電壓。在一開始，可以把它接地，造成“0”信號輸入，以方便測試。3注意芯片27,28,29弓I腳的元件數(shù)值，它們是022uF,47K,047uF阻容網(wǎng)絡(luò)，這三個元件屬于芯片工作的積分網(wǎng)絡(luò)，不能使用磁片電容。芯片的33和34腳接的104電容也不能使用磁片電容。4注意接地引腳

13、：芯片的電源地是21腳，模擬地是32腳，信號地是30腳,基準(zhǔn)地是35腳，通常使用情況下，這4個引腳都接地，在一些有特殊要求的應(yīng)用中（例如測量電阻或者比例測量），30腳或35腳就可能不接地而是按照需要接到其他電壓上。一一本文不討論特殊要求應(yīng)用。5負(fù)電壓產(chǎn)生電路：負(fù)電壓電源可以從電路外部直接使用7905等芯片來提供,但是這要求供電需要正負(fù)電源，通常采用簡單方法，利用一個+5V供電就可以解決問題。比較常用的方法是利用ICL7660或者NE555等電路來得到，這樣需要增加硬件成本。我們常用一只NPN三極管，兩只電阻，一個電感來進(jìn)行信號放大，把芯片38腳的振蕩信號串接一個20K-56K的電阻連接到三極管

14、“B”極，在三極管“C”極串接一個電阻（為了保護(hù)）和一個電感（提高交流放大倍數(shù)），在正常工作時，三極管的“C”極電壓為2.4V2.8V為最好。這樣，在三極管的“C”極有放大的交流信號，把這個信號通過2只4u7電容和2支1N4148二極管，構(gòu)成倍壓整流電路，可以得到負(fù)電壓供給ICL7107的26腳使用。這個電壓，最好是在-32V到一4.2V之間。6如果上面的所有連接和電壓數(shù)值都是正常的，也沒有“短路”或者“開路”故障,那么，電路就應(yīng)該可以正常工作了。利用一個電位器和指針萬用表的電阻X1檔，我們可以分別調(diào)整出50mV,100mV,190mV三種電壓來，把它們依次輸入到ICL7107的第31腳，數(shù)碼

15、管應(yīng)該對應(yīng)分別顯示50.0,100.0,190.0的數(shù)值，允許有2-3個字的誤差。如果差別太大，可以微調(diào)一下36腳的電壓。7.比例讀數(shù)：把31腳與36腳短路，就是把基準(zhǔn)電壓作為信號輸入到芯片的信號端，這時候，數(shù)碼管顯示的數(shù)值最好是1000,通常在99.7一100.3之間，越接近100.0越好。這個測試是看看芯片的比例讀數(shù)轉(zhuǎn)換情況，與基準(zhǔn)電壓具體是多少mV無關(guān)，也無法在外部進(jìn)行調(diào)整這個讀數(shù)。如果差的太多，就需要更換芯片了。8.ICL7107也經(jīng)常使用在1.999V量程，這時候，芯片27,28,29引腳的元件數(shù)值，更換為022uF,470K,0047uF阻容網(wǎng)絡(luò)，并且把36腳基準(zhǔn)調(diào)整到1.000V就可以使用在1.999V量程了。9.這種數(shù)字電壓表頭，被廣泛應(yīng)用在許多測量場合，它是進(jìn)行模擬一數(shù)字轉(zhuǎn)換的最基本，最簡單而又最低價位的一個方法，是作為數(shù)字化測量的一種最基本的技能。ICL7107是一塊應(yīng)用非常廣泛的集成電路。它包含31/2位數(shù)字A/D轉(zhuǎn)換器，可直接驅(qū)動LED數(shù)碼管，內(nèi)部設(shè)有參考電壓、獨立模擬開關(guān)、邏輯控制、顯示驅(qū)動、自動調(diào)零功能等。這里我們介紹一種她的典型應(yīng)用電路一數(shù)字電壓表的制作。其電路如附圖。制作時，數(shù)字顯示用的數(shù)碼管為共陽型，2K可調(diào)電