《光纖通信與數(shù)字傳輸》課件-25光發(fā)送機(jī)的調(diào)制與控制電路

光纖通信與數(shù)字傳輸?shù)诙逯v：光發(fā)送機(jī)的調(diào)制與控制電路

2025/5/191/12五、光發(fā)射機(jī)中的調(diào)制與功率控制電路光發(fā)射機(jī)中的控制電路包括自動(dòng)功率控制(APC)和自動(dòng)溫度控制(ATC)。他們又常與調(diào)制電路(或稱驅(qū)動(dòng)電路)組合在一起。常見(jiàn)的光發(fā)射機(jī)中的驅(qū)動(dòng)與自動(dòng)功率控制電路有：（1）共發(fā)射極LED驅(qū)動(dòng)電路圖7所示為由三極管組成的共發(fā)射極驅(qū)動(dòng)電路，這種驅(qū)動(dòng)電路主要用于以LED作為光源的數(shù)字光發(fā)射機(jī)。適用于10Mbit/s以下的低速率系統(tǒng)。

圖7共發(fā)射極驅(qū)動(dòng)電路2025/5/192/12五、調(diào)制電路及自動(dòng)功率控制圖8

射極耦合LD驅(qū)動(dòng)電路圖（2）射極耦合跟隨器LD驅(qū)動(dòng)電路圖8是射極耦合跟隨器LD驅(qū)動(dòng)電路，適合于LD系統(tǒng)使用。這種電路為恒流源，電流噪聲小，缺點(diǎn)是動(dòng)態(tài)范圍小，功耗較大。圖中V1和V2工作于開關(guān)狀態(tài)，與電流源一起形成電流開關(guān)。V2的基極加上固定的參考電壓VB，V1的基極加上輸入調(diào)制信號(hào)Uin，當(dāng)Uin>VB時(shí)，V1導(dǎo)通，電流通過(guò)R-V1-電流源回路，當(dāng)Uin<VB時(shí)，V2導(dǎo)通，電流通過(guò)LD-V2-電流源回路。這兩個(gè)三極管通過(guò)的電流大小相同,只是隨Uin的邏輯電平變化而輪流分別通過(guò)，形成一個(gè)電流開關(guān)。當(dāng)V2導(dǎo)通時(shí)，電流通過(guò)LD發(fā)出和輸入電信號(hào)波形相似的光脈沖信號(hào)。由于V1、V2都工作在非飽和狀態(tài)和非深截止?fàn)顟B(tài)，因此開關(guān)轉(zhuǎn)換時(shí)間短，可實(shí)現(xiàn)高速調(diào)制。VB2025/5/193/12五、調(diào)制電路及自動(dòng)功率控制圖9

反饋穩(wěn)定LD驅(qū)動(dòng)電路（3）反饋穩(wěn)定LD驅(qū)動(dòng)電路圖9是利用反饋電流使輸出光功率穩(wěn)定的LD驅(qū)動(dòng)電路，其控制過(guò)程如下：2025/5/194/12五、調(diào)制電路及自動(dòng)功率控制（4）帶自動(dòng)功率控制的LD驅(qū)動(dòng)電路更加完善的帶自動(dòng)功率控制（APC）的電路如圖10所示圖10APC電路原理2025/5/195/12（4）帶自動(dòng)功率控制的LD驅(qū)動(dòng)電路原理激光器輸出光功率與溫度變化和器件老化密切相關(guān)，保持激光器輸出光功率穩(wěn)定，可采用光反饋來(lái)自動(dòng)調(diào)整偏置電流圖10所示為激光器背向光反饋?zhàn)詣?dòng)功率控制(APC)電路。從LD背向輸出的光功率，經(jīng)PD檢測(cè)器檢測(cè)，運(yùn)算放大器A1放大后送到比較器A3的反相輸入端。同時(shí)，輸入信號(hào)參考電壓和直流參考電壓經(jīng)A2比較放大后，送到A3的同相輸入端。A3和V3組成直流恒流源調(diào)節(jié)LD的偏流Ib，使輸出光功率穩(wěn)定。調(diào)節(jié)直流參考電壓，能改變偏流Ib的大小，其中信號(hào)參考電壓是防止控制電路在無(wú)輸入信號(hào)或長(zhǎng)連“0”時(shí)，使偏流自動(dòng)上升。

該電路在10℃~50℃溫度范圍內(nèi)功率不穩(wěn)定度可小于5%。2025/5/196/12六、溫度特性及自動(dòng)溫度控制1．激光器的溫度特性溫度對(duì)激光器輸出光功率的影響主要通過(guò)閾值電流Ith和外微分量子效率ηd產(chǎn)生，如圖11（a）和（b）所示。當(dāng)溫度升高，閾值電流增加，外微分量子效率減小，輸出光脈沖幅度下降。圖11

溫度引起的光功率輸出的變化2025/5/197/12六、溫度特性及自動(dòng)溫度控制1．激光器的溫度特性溫度對(duì)輸出光脈沖的另一個(gè)影響是“結(jié)發(fā)熱效應(yīng)”。即使環(huán)境溫度不變，由于調(diào)制電流的作用，引起激光器結(jié)區(qū)溫度的變化，因而使輸出光脈沖的形狀發(fā)生變化，這種效應(yīng)稱為“結(jié)發(fā)熱效應(yīng)”。如圖12所示“結(jié)發(fā)熱效應(yīng)”將引起調(diào)制失真。圖12

結(jié)發(fā)熱效應(yīng)2025/5/198/12六、溫度特性及自動(dòng)溫度控制2．光源的自動(dòng)溫度控制（ATC）

（1）溫度控制裝置的組成溫度控制裝置由致冷器、熱敏電阻和控制電路組成，圖13示出了溫度控制裝置的方框圖。制冷器的冷端和激光器的熱層(貼在激光器上的一塊金屬散熱器)相接觸；熱敏電阻作為傳感器探測(cè)激光器結(jié)區(qū)溫度傳給控制電路，通過(guò)控制電路改變制冷量;微型制冷器大多采用半導(dǎo)體材料的帕爾貼效應(yīng)制成的半導(dǎo)體制冷器。圖13自動(dòng)溫度控制原理方框圖帕爾貼效應(yīng)：是當(dāng)直流電流通過(guò)P型和N型半導(dǎo)體組成的電偶時(shí)，可以使一端吸熱而使另一端放熱的一種現(xiàn)象。2025/5/199/12六、溫度特性及自動(dòng)溫度控制

（2）自動(dòng)溫度控制（ATC）原理圖14示出ATC電路原理圖?？刂七^(guò)程可以表示如下：圖14ATC電路原理2025/5/1910/12六、溫度特性及自動(dòng)溫度控制

由R1、R2、R3和熱敏電阻RT組成“換能”電橋，通過(guò)電橋把溫度的變化轉(zhuǎn)換為電量的變化。運(yùn)算放大器A的差動(dòng)輸入端跨接在電橋的對(duì)端，用以改變?nèi)龢O管V的基極電流。在設(shè)定溫度時(shí)（如20℃），調(diào)節(jié)R3使電橋平衡，A、B兩點(diǎn)沒(méi)有電位差，傳輸?shù)竭\(yùn)算放大器A的信號(hào)為零，流過(guò)制冷器TEC的電流也為零。當(dāng)環(huán)境溫度升高，LD的管芯和熱沉溫度也升高，使具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻減小，電橋失去平衡。這時(shí)B點(diǎn)電位低于A點(diǎn)電位，A的輸出電壓將升高，V的基極電流增大，I(TEC)也增大，制冷端溫度降低，熱沉和管芯溫度也降低，因而保持溫度恒定。2025/5/1911/12六、溫度特性及自動(dòng)溫度控制注：溫度控制只能控制溫度變化引起的輸