红外传输实验Word文档下载推荐.docx
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可以预想，随着红外技术的进一步发展，低成本与高性能的新装备系统必将打开更广阔的市场，并因信息的资本化深入和信息资源整合需要而获得更高经济效益。
所以，我们来研究红外技术是十分有必要的。
本次实验我将通过以下几部分来对红外传输进行研究：
．直流信号调频发射、接收；
．数字信号调频发射、接收；
．红外发射管光强特性曲线；
．红外接收管电流特性曲线；
．信号的调频、调幅。
一．实验原理
1.红外线发射和接收器件结构原理
红外线传输是以红外光作为传输媒体来传输信号的，使用的红外发光二极管和红外接受管是只有一个PN结的半导体器件，它与普通发光二极管（如：
红、绿、黄发光二极管）结构原理与制作工艺基本相同，只是所用的材料不同。
制造红外线发光二极管材料有砷化镓、砷铝化镓等，其中应用最多的是砷化镓。
在一块砷化镓半导体中，采用半导体掺杂工艺使其一部分为P型半导体；
另一部分为N型半导体。
在P型和N型半导体交界面就形成半导体PN结。
P区多数载流子为空穴，少数载流子为电子；
N区多数载流子为电子，少数载流子为空穴，并且具有一定的内电场，其能带结构如图1a所示。
当给这个PN结加上正向电压时（P区接正电压，N区接负电压），在外加电压的作用下，内电场被抵消。
这样，N区的多数载流子（电子）在外电场的作用下注入P区，同时，P区的多数载流子（空穴）在外电场的作用下注入N区。
实际上，外加正向电压作用就是加强了多数载流子的扩散运动。
这些注入P区的电子和注入N区的空穴，对于注人区来讲都是非平衡少数载流子。
这些非平衡少数载流子不断与注入区的多数载流子复合，将原来从外加电场吸收的能量以光子的形式释放，从而发出光来。
这种发光过程叫辐射复合。
这与导带中的电子到价带上与空穴复合一样，要释放出一定的能量，这种能量的释放是以发光的形式来进行的。
这就是PN结发光的基本原理。
如图1所示。
图1PN结注入发光能带图
2.红外发射调制电路
从各种编码电路（包括频率编码与脉冲编码）输出的编码信号，一般频率较低，不便直接发射，抗干扰能力也较差。
与无线遥控系统类似，也要将编码信号“装"
到频率较高的载频信号上，再由红外线发射驱动电路，驱动红外发光二极管向外发射红外遥控信号。
将指令编码信号“装"
到载波上的过程称为调制。
对于频率编码的红外传输系统，由于其编码信号的频率可以设计的较高（一般为几kHz～几十kHz），也可不用调制电路，当然，接收电路中的解调电路也可省去。
在红外传输系统中，无论是频率编码还是脉冲编码信号，大多为矩形波的脉冲信号，对于这类信号的调制，采用的是两种特殊的调制方式。
一种是幅度键控方式，另一种是频率键控方式。
这两种键控调制一般由数字电路实现，因此它具有调制变换速度快，调整测试方便，体积小，电路简单，可靠性高等优点。
3.幅度键控调制（ASK）
图2是幅度键控调制的示意图。
由图可见，当编码脉冲为高电平“1”时，载波信号输出；
当编码脉冲为低电平“0”时，载波信号不输出。
已调信号为断续的等幅高频信号。
图2幅度键控调制的示意图
调制电路中，载波信号的频率f2要远大于调制信号（编码信号）的频率f1。
在红外遥控系统中，一般f2要为f1的几倍至几十倍。
4.频率键控调制（FSK）
与幅度键控相似，频率键控是通过调制信号的“1”和“0”两个状态，来控制载频振荡器的频率，而载频信号的幅度不变，如图3所示。
图3频率键控调制示意图
当调制信号为高电平“1”时，调制电路输出的频率为f1的等幅信号；
当调制信号为低电平“0”时，调制电路输出频率为．f2的等幅信号。
频率键控又称移频键控。
实验仪器：
多功能万用表，XD-JD-II仪器箱，示波器，导线若干，电源
二．实验步骤：
1.直流信号调频发射、接收过程。
直流源为0.5V～3.6V可调的直流信号，通过V/F变换，转换为500Hz～3.6KHz的频率信号再调频发射出去。
接收端解调后再经过F/V转换，把频率信号还原为0.5V～3.6V的直流信号。
在这里，可以用万用表测量直流源的直流电平和接收到的直流电平是否一致。
解调频率为37KHz。
（1）按图4连接电路图
图4直流信号调频信号发射、接收电路图
（2）打开电源，分别用万用表测试输入与输出数据，用示波器测试输出频率，电路实物连线见图5
图5：
直流信号调频发射、接收实物图
记录数据如下表1：
表1：
输入电压和输出电压
输入电压/V
0.515
1.000
1.500
2.002
2.504
3.000
3.500
3.621
输出电压/V
0.513
1.008
1.519
2.030
2.542
3.043
3.562
3.690
（3）测试距离如输出波形之间的关系
当改变发射盒与接收盒之间的距离（光强）时，经放大后输出波形也会随之改变，经F/V转换后的输出电压量不随之改变；
而当改变输入电压时，经放大后输出波形也不随之改变，发射盒与接收盒之间的距离和经放大后输出波形之间的关系如下表2所示。
部分波形如图6所示。
图6部分波形
表2光强与输出波形的关系
两盒之间的距离（光强）/cm
输出波的电压（mv）
输出波的周期（us）
输出波的频率（KHZ）
45
125
46.40
21.55
40
156
35
203
30
284
25
418
20
700
15
1430
10
3250
（4）实验结论：
由表1可以看出，在误差允许的范围下，输出电压与输入电压时一致的，从表2可以得出的结论是：
当改变两个盒子之间的距离（光强）时，波形也会随之改变，其中周期和频率不随之改变，波的振幅（电压）随光强的改变而改变，具体变化为距离变近（光强增加）时，振幅（电压）变大，距离变近（光强变小）时，振幅（电压）变小。
2、调频数字信号发射、接收
这里载波信号仍要调为37KHz，接收端才能解调接收。
当发射端与接收端的数据地址相同时，接收灯呈现规律性闪烁，并接收到与发射端相同的数据，这时改变发射数据，接收端的数据也随之变化；
当地址不同时，接收灯不亮。
具体操作：
先调节发射的地址码（A2～A0）、接收的地址码（A2～A0）与载波频率电位器使接收端的灯出现规律的闪烁状态（该状态为频率对其状态），改变发射端数据（D2～D0），观测接收端数据的变化是否跟发射端一致。
改变两端的地址，再观测两端的数据变化。
（1）按图7接电路图
图7数字信号调频发射、接收
（2）打开电源，调节频率为37KHZ,记录数据（表中“0”、“1”分别表示试验箱上的灯的“闪烁”与“不闪烁”），当灯可以闪烁时才表示可以正常接收数据。
数据见下表3
表3发射地址、接收地址与能否成功接收
发射地地址
接收地址
A0A1A2
A0A1A2
000
001
010
011
100
101
110
1
0
011
111
（3）在可以正常接收的情况下，改变发射数据，观察接收数据的变化。
（4）实验数据分析：
在调节的时候发现一旦载波频率过大（我这次做的那个试验箱是超过
50KHZ后）灯就不再闪烁了，可能频率过小也会出现这种情况吧，但是我做的那个实验箱频率调到最小仍可以正常显示。
从表中可以看出，只有当发射地址与接收地址一致是，才能正常接收数据否则无法正常接收数据。
在正常接收数据的前提下，接收到的数据与发射的数据一致。
3.测量红外发射管电流特性曲线与光强特性曲线
直接给红外发射管加可变的直流压，通过三位数显表直接显示红外发射管的电压和电流，可测出其伏－安特性曲线；
红外接收管就可以通过数显表测出其电流特性。
（1）按图8连接好电路，
图8红外发射管电流特性与光强特性曲线电路图
（2）打开电源，将两盒之间的距离调为20厘米（当距离太远而输入电压太小是将无法读到输出电流的数据）记录数据如下表4，并作出红外接收管电流随输入电压变化的曲线
见图9。
表4反射电压、电流与接收电流之间的关系
发射电压（V）
0.20
0.3
0.4
0.50
0.60
0.70
0.8
0.90
1.0
1.05
发射电流（mA）
12
13
15
17
19
21
22
25
28
30
接收电流（uA）
0.1
1.09
1.1
1.11
1.14
1.15
1.17
1.19
1.20
1.21
52
69
97
129
159
189
231
252
271
277
0.2
0.5
0.6
0.7
0.9
图9接收电流随发射电压变化曲线图（红线）
（1）将电压调为1.20V，此时发射电流为253mA,改变两盒之间的距离（即改变光强）接受电流随光强的变化如下表5，并作出光强与接收电流的特性曲线，如图10.
表5发射电流与光强之间的关系
两盒之间
距离（cm）
45.0
40.0
36,.8
27.2
25.0
24.6
23.0
20.3
20.0
19.5
接收电流
（uA）
17.5
17.0
16.5
15.2
14.9
14.5
14.2
14.0
13.7
13.5
13.2
1.2
1.3
1.4
1.7
1.8
1.9
2.0
2.1
2.2
2.3
2.4
12.7
12.5
12.3
12.0
11.9
11.7
11.6
11.5
11.4
11.2
11.1
2.6
2.7
2.8
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
10.9
10.7
10.5
9.7
9.5
9.2
9.0
8.7
4.0
4.2
4.5
5.6
6.1
6.4
7.0
7.4
图10接收电流与光强曲线图（蓝线）
4.的调频、调幅传输实验
（1）音乐信号调频发射、接收：
按图11连接好电路，开始观察，这里，调频解调的频率为37KHz，所以当调节电位器，把载波频率设定为37KHz时，听到的音乐信号效果最好。
音频信号的幅度也可通过电位器调整，声音可大可小。
另外，还可以调节接收盒与发射盒的距离来听声音效果。
图11音乐信号调频发射、接收接线图
（2）音乐信号调幅发射、接收：
按图12连接好电路，开始观察，由于调幅发射的功率小，所以要调整发射盒的距离，使接收盒与发射盒距离最近。
连接好接线，如图12，打开电源，即可听到音乐，再调节载波频率调节电位器，直至听到的音乐效果最好。
音频信号输出的幅度也可通过电位器调整，声音可大可小，接收端接收到的信号也随之变大变小。
图12音乐信号调幅发射、接收接线图
（2）实验结果分析：
在上述的
（1）、
（2）实验中，通过改变载波频率或者改变发射盒与接收盒之间的距离或两者同时改变都能改变音乐的效果。
四、实验总结
1、结论：
在这个实验中我们通过改变接收盒与发射盒之间的距离以及改变输入信号来改变输出信号，通过实验发现当两个盒之间的距离短时，输出的信号的强度就越强。
输入信号的强度强时输出的信号强度也随之变强。
2、参考文献：
（1）XD-JD-II红外传输实验仪[实验参考讲义]四川现代高校教仪研制中心
（2）大学物理实验/王植恒，何原，朱俊主编。
北京：
高等教育出版社，2008.12（2010重印）ISBN978-7-04-024872-2.
（3）大学物理学/下册，王磊，陈刚，聂娅。
高等教育出版社，2009.12（2010重印）ISBN：
987-7-04-028356-3.
（4）石碧，王双飞，郑庆康，肖作兵主编．轻化工程导论［M］．北京：
化学工业出版社，2010.7
（5）互联网查询
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