电子电路实验报告.docx

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电子电路实验报告

北京邮电大学

模电综合实验

实

验

报

告

课题名称：

红外通信收发系统的设计与实现

姓名：

班级：

学号：

班内序号：

前言

红外通信属于无线通信领域，它以红外线为载体将信息从发射机传到接收机，从而实现遥控或信息传递的功能。

红外通讯技术不需要实体连线，简单易用且实现成本较低，因而广泛应用于小型移动设备互换数据和电器设备的控制中. 红外通讯技术多数情况下传输距离短、传输速率不高。

 红外数据传输，使用传输介质――红外线。

红外线是波长在750nm～1mm之间的电磁波，是人眼看不到的光线。

红外数据传输一般采用红外波段内的近红外线，波长在0.75～25um之间。

实验设计报告

一．实验目的：

1．掌握简单的红外光通信系统的组成及设计原理；

2．掌握通信电子系统方案设计、电路设计的方法；

3．熟悉电路仿真软件的使用；

4．掌握PCB设计电路装配和调试的方法；

二．实验原理：

设计思路和总体结构框图：

语音和音乐等所产生的电信号和其他低频电信号一样，一般不直接进行远距离传输，而是经过放大后对发射机的高频振荡进行调制，然后将此携带有低频信号的高频已调制信号，通过一定的媒介传输出去。

本次实验可利用语音信号模拟实现最基本的红外收发通信系统。

主要由音乐集成电路，红外光发射系统，红外光接收系统三个模块构成，由音乐集成电路发出电信号，通过发送系统转化为光信号发送，通过接收系统接受光信号并将其转化为电信号，再通过喇叭将其重新转化为语音信号，实现光通信的全过程。

本设计利用KD-9300芯片构成音乐集成电路，发出电信号，由于其较微弱，故可以经过一个简单的分压型小信号共射放大电路放大，保证静态电流Ic为20mA左右，再通过红外发射管发射，在红外管和集电结之间串联一个发光管以指示工作状态。

信号经接收管接收后，接受到的是电流信号，故需要经过一个电阻的压降将其转化为电压信号，再经过放大后输出，才能得到较高的输出功率，驱动扬声器发出合适的声音。

利用音频功率专用放大器LM386，可以得到50～200的增益，足以驱动喇叭得到所需功率。

总体设计电路结构框图为：

三．实验设计要求：

1.设计一个正弦波振荡器，f>1kHZ,Uopp>1V；

2.所设计的正弦波振荡器的输出信号作为红外光通信收发系统发射端的输入信号，在接收端可以接收到无明显失真的输入信号。

本实验采用音乐芯片替代正选波振荡电路给通信电路提供信号；

3.要求接受端LM386的增益设计大于200；

4.运用Protel软件对电路进行优化和仿真,调试电路元件参数；

5.利用protel制作简单的设计电路PCB版

6.用面包板和器件搭建电路并进行分部分调试；

7.对调试完的电路进行数据测试，记录测试数据；

四　各模块设计电路图：

1.音乐芯片电路：

音乐芯片电路的输出信号作为发送端的输入信号，在电路的实际连接中将该电路的喇叭替换为发送端的输入端。

2.发射端电路用PROTEl制图如下：

上图是一个共发射集放大电路，调整基极偏置Rb1和Rb2，当基极输入模拟信号时，晶体管集电极电流随模拟信号强度变化而变化，LED的输出光功率也随模拟信号而变化，将基极的电信号转化为光信号发射。

电路采用5V直流工作点，设计偏置电阻R1=2.7K，R2=2K。

发射端与信号源之间接一个隔值电容Cf=10uF,为了减小发射端信号的幅度，电容Cf和地之间接一个Rb=100欧的电阻。

实验要求ICQ要达到40mA-60mA左右，由R1和R2偏置计算可知射极所接的电阻为几十欧左右，实验中设计为Re1=20欧，Re2=52欧，并且在Re2上并联一个旁路电解电容Cef为100uF。

发送端电路中的各元件参数为：

R1=2.7KR2=2KCf=10uFRb=100Re1=20欧Re2=51欧Cef=100uFCcf=100uF

3.接收端电路：

用PROTEL电路图如下：

接收管将光信号转换成电信号。

用运放LM386实现红外接收放大电路，LM386的增益设计G=200。

运放LM386的管脚接法如下图所示，实验中3脚和4脚均接地，管脚8和管脚1之间接一个10uF的电容。

旁路7由一电阻和电容串联相接，管脚5接示波器，接收器的正极于反相输入端2相接，另一端和电路的电源相接。

五．各电路模块的调试和整机调试及所实现功能说明：

本实验电路大致分为三个部分：

音乐信号产生电路，发射端驱动电路，接收端功放电路。

三部分电路可看成相互独立的部分，功能有着明显的不同，并且相互之间并没有十分密切的联系。

系统调制原则：

根据电路原理先调制各单元电路，然后再整机调试。

（一）分模块调试

1.音乐信号产生电路：

按照电路图焊接并连接好芯片电路。

先直接将芯片电路与小喇叭连接，看其能否正常发声（注意直流电源为3V，过大会烧毁芯片和喇叭）。

发射部分和接收部分调试完成后，将芯片电路的信号输出接至前级输入端，小喇叭接至接收端的输出端，如果能听到清晰响亮的音乐声，则实验成功。

否则要仔细检查电路重新调节。

2.发射部分为红外管提供驱动电流，因此必须调试发射部分的静态工作点。

按照三极管放大电路的调试方法调试静态工作点，保证红外管得到足够的驱动。

然后进行交流调试，将信号发生器产生的正弦信号接入输入端，用示波器同时监测输入输出信号（输出信号取自发光管所在支路），保证输出信号不失真无干扰，记录输出波形和红外管中电流。

3.接收部分主要的功能是放大功率，所以必须进行增益调节。

去掉红外接收管，加一个正弦小信号，调节10K的可变电阻改变接收端的增益，G=200，确保不是自激信号或干扰信号。

（二）整机调试

在各模块调试完成后进行整体调试。

接好各电路的直流偏置电源，用由信号发生器产生的单一频率（f≥1kHz）正弦小信号来测试。

将正弦小信号接到前级输入端，将光接收管朝向发光管的方向，用示波器监测后级输出端的信号，确保输出信号无失真无干扰且有足够的幅度，如果达不到此标准，则应仔细检查电路，重新调试。

必要时要分级重新重调，更改元件规格或更换元件。

直至达到标准为止。

主要测试数据为：

（1）发送端：

f=1250khzUR2=1.4VR2=51欧

ICQ=IEQ=UR2/R2=27mA

ICQ的测量方法：

用电压表测量射极电阻两端的电压，然后求出IEQ的值。

IEQ约等于ICQ。

（2）接收端：

LM386的增益测量：

Ui=20mVUo=4.5V

Au=Uo/Ui=225

LM386的增益测量方法：

将接收管与LM386连接的电路断开，用函数信号发生器产生的信号代替接收管接收到的信号，用毫伏表分别测出输入和输出信号的幅度，计算出LM386的增益。

小结：

通过三部分电路的配合，最终可以实现音乐信号的产生，红外信号的产生、发射、接收，和信号的显示功能。

而由于红外信号传输质量的好坏还与发射管，接受管的角度及距离有关，所以实验过程中要注意角度与距离的选取，避免因此影响正常实验结果。

六．实验结果

分别给音乐芯片电路，发送端和接收端加上正确的直流电源，将红外发送管和接收管相对，可听见接收端小喇叭清晰地放出音乐芯片的音乐，增加发送端和接收端的距离并保持红外管的相对，当达到四米左右音乐出现失真，此时达到该设计电路的最远红外传输距离。

七．故障及问题分析

1.发射二极管的信号有失真。

静态工作点设置不符合要求，调节偏置电阻阻值改变静态工作点位置，同时减小输入端所加正弦信号的幅度。

2.接收端增益达不到实验设计要求

调节10k可变电阻进行增益调节，直至G=200，且接收到的信号无失真和干扰。

3.整体调试时，后级无信号或信号很微弱。

原因是前级电路对红外管的驱动能力不够，发光管发射功率不足。

提高驱动电流，使发光管发射功率增大。

调节前后两级的距离以及两红外管的角度。

八．实验总结：

本实验采用三部分，用音乐芯片的输出做信号源，用三级管和发射管连接作为发送端，接受端用接收管接受信号，并用运放LM386放大，用喇叭播放音乐信号。

总体上实现了信号的传输，由于第一次做这么接近实际的实验，很是有积极性，刚开始思路还不是很清晰，对各种元件尤其是运放的使用不是很清楚，对个电路模块的设计所要求的关键点掌握的不够充分，通过查阅资料和请教同学老师绝大部分问题都可以得到很好的解决，例如运放各管脚的接法和注意事项，大大增强了我的自学能力和自我解决问题的能力。

另外在搭电路过程中各元件的使用和布局都锻炼了我的动手动脑能力，体会到了工程实践的严谨和细致。

芯片的焊接是我增加了一定的焊接知识，对Protel软件的使用也大大拓宽了自己的知识。

总之，通过这个设计性实验在一定程度上提高了自己的各方面能力，锻炼了自己的意志，对以后的学习和工作将会是一笔宝贵的财富。

九．参考文献：

教材，网络搜索资料

附一：

[所用元器件及测试仪表清单]

（一）测试仪表：

1.函数信号发生器

2.示波器

3.直流稳压电源

4.万用表

5.面包板

（二）元器件列表：

1、80501

2、红外发送管3031

3、红外接收管3021

4、LM3861

5、可变电阻器（10k，100k）各1

6、电阻（2k）1

7、电阻（2.5k，）1

8、电阻（30，50）各1

9、电阻（10）2

10、电解电容（100u，33u，250u，10u）各1

11、电容（0.05u，0.01u）各2

10、喇叭1

12、kd93001

13、发光管1

14、按键开关1

附二.PCB板：

一：

发送端：

二．接收端：

附三.电路实图

音乐芯片和发送端：

接收端：