光發(fā)射機(jī)

光發(fā)射機(jī)的寫法

光發(fā)射機(jī)介紹

光發(fā)射機(jī)的作用是將從復(fù)用設(shè)備送來(lái)的HDB3信碼變換成NRZ碼；接著將NRZ碼編為適合在光纜線路上傳輸?shù)拇a型；在進(jìn)行電/光轉(zhuǎn)換，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)并耦合進(jìn)光纖。

構(gòu)成

光發(fā)射機(jī)由輸入接口、光源、驅(qū)動(dòng)電路、監(jiān)控電路、控制電路等構(gòu)成，其核心是光源及驅(qū)動(dòng)電路。在數(shù)字通信中，輸入電路將輸入的信號(hào)（如PCM脈沖）進(jìn)行整形，變換成適于線路傳送的碼型后通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路光源，或者送到光調(diào)制器調(diào)制光源輸出的連續(xù)光波。為了穩(wěn)定輸出的平均光功率和工作溫度，通常要設(shè)置一個(gè)自動(dòng)的溫度控制及功率控制電路。

光源調(diào)制

我們都知道，信息的處理都是在電的領(lǐng)域內(nèi)完成的，在光纖通信中，我們必須把電信號(hào)轉(zhuǎn)變成光信號(hào)，這樣才能在光纖上傳播。在光纖通信系統(tǒng)中，信息由LED或LD發(fā)出的光波所攜帶，光波就是載波，把信息加載到光波上的過(guò)程就是調(diào)制。光調(diào)制器就是實(shí)現(xiàn)從電信號(hào)到光信號(hào)的轉(zhuǎn)換的器件。

調(diào)制方式通常分為兩大類，即模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制。

模擬調(diào)制又有兩類，一類是用模擬基帶信號(hào)直接對(duì)光源進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制（D－IM）；另一采用連續(xù)或脈沖的射頻（RF）波作為副載波，模擬基帶信號(hào)先對(duì)它的幅度、頻率或相位等進(jìn)行調(diào)制，再用該受調(diào)制的副載波去強(qiáng)度調(diào)制光源。模擬調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單，占有帶寬較窄，但它的抗干擾性能差，中繼時(shí)噪聲累積。

數(shù)字調(diào)制是光纖通信的主要調(diào)制方式，將模擬信號(hào)抽樣量化后，以二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)“1”或“0”對(duì)光載波進(jìn)行通斷調(diào)制，并進(jìn)行脈沖編碼（PCM）。數(shù)字調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)，中繼時(shí)噪聲及色散的影響不積累，因此可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離傳輸，它的缺點(diǎn)是需要較寬的頻帶，設(shè)備也復(fù)雜。

按調(diào)制方式與光源的關(guān)系來(lái)分，有直接調(diào)制和外調(diào)制兩種。前者指直接用電調(diào)制信號(hào)來(lái)控制半導(dǎo)體光源的振蕩參數(shù)（光強(qiáng)、頻率等），得到光頻的調(diào)幅波或調(diào)頻波，這種調(diào)制又稱內(nèi)調(diào)制；后者是讓光源輸出的幅度與頻率等恒定的光載波通過(guò)光調(diào)制器，光信號(hào)通過(guò)調(diào)制器實(shí)現(xiàn)對(duì)光載波的幅度、頻率及相位等進(jìn)行調(diào)制，光源直接調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單，但調(diào)制速率受到載流子壽命及高速率下的性能退化的限制（如頻率啁啾等）。外調(diào)制方式需要調(diào)制器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但可獲得優(yōu)良的調(diào)制性能，尤其適合于高速率下運(yùn)用。

按被調(diào)制光波的參數(shù)分：強(qiáng)度調(diào)制、相位調(diào)制、偏振調(diào)制等。

目前光纖通信中應(yīng)用最多的是光源的基帶直接強(qiáng)度調(diào)制、副載波強(qiáng)度調(diào)制及數(shù)字調(diào)制，高速率時(shí)采用外調(diào)制。

原理與故障分析

模擬光發(fā)射機(jī)按光波長(zhǎng)分為兩大類：1310nm光發(fā)和1550nm光發(fā)。由于1310nm光發(fā)是把射頻電視信號(hào)直接加在激光二極管上進(jìn)行光強(qiáng)度調(diào)制的，稱為內(nèi)調(diào)制光發(fā)：1550nm波長(zhǎng)光發(fā)是把射頻電信號(hào)加在外調(diào)制器上進(jìn)行光強(qiáng)度調(diào)制，所以稱為外調(diào)制光發(fā)。兩種光發(fā)射機(jī)除調(diào)制方式不同外，在電路結(jié)構(gòu)和工作原理上基本相同，以光發(fā)射模塊為核心，配上外圍電路，構(gòu)成了光發(fā)射機(jī)。下面就以直調(diào)式光發(fā)射機(jī)為例，對(duì)電路的基本原理作一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。

一、基本原理

從前端輸入的RF電視信號(hào)經(jīng)過(guò)兩級(jí)放大、一級(jí)電調(diào)衰減器和自動(dòng)增益控制、一級(jí)預(yù)失真補(bǔ)償電路對(duì)激光器的偏流進(jìn)行控制。從末級(jí)放大器輸出端還分出一部分信號(hào)，經(jīng)過(guò)峰值檢波、直流放大去控制由PIN二極管組成的電調(diào)衰減器和自動(dòng)增益控制(AGC)，AGC電路受微處理器控制，其功能是保持每個(gè)頻道的RF信號(hào)輸入電平為一個(gè)固定電平。以達(dá)到工作效果。RF激勵(lì)電平檢測(cè)信號(hào)(-20dB)用于對(duì)通道的高頻監(jiān)測(cè)。為了減少光發(fā)射機(jī)輸出的非線性失真，這里讓RF電視信號(hào)在進(jìn)入激光器之前，先經(jīng)過(guò)一個(gè)寬帶驅(qū)動(dòng)和預(yù)失真補(bǔ)償電路。使其預(yù)先形成一個(gè)失真，來(lái)抵消激光器的失真．從而提高CTBCSO值。經(jīng)過(guò)這樣一系列的處理以后，將射頻信號(hào)加入激光器激勵(lì)口，來(lái)控制半導(dǎo)體激光器的偏流，進(jìn)而控制激光器的輸出光強(qiáng)度，一般采用DFB激光器作為光源。

二、常見(jiàn)故障分析及檢修

下面筆者就近幾年調(diào)試和維修光發(fā)射機(jī)過(guò)程中遇到的問(wèn)題和解決的方法作一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。

1．TV口輸出后電視畫面質(zhì)量不佳．包括畫面噪波點(diǎn)大或有斜紋橫紋等。

在修理過(guò)程中經(jīng)常遇到這種情況。首先要準(zhǔn)確判斷故障產(chǎn)生的部位，先將光發(fā)射機(jī)測(cè)試口的RF信號(hào)引入TV口中，如果電視畫面出現(xiàn)上述所說(shuō)的現(xiàn)象，可以大致判斷放大模塊有問(wèn)題，但還不可以做的定論，進(jìn)一步的做法是：將射頻放大電路與光發(fā)射機(jī)其他電路隔離開(kāi)來(lái)，將放大信號(hào)經(jīng)適當(dāng)?shù)乃p處理后引入電視，這時(shí)如果電視畫面依然沒(méi)有大的改觀，那么就可以判斷是放大模塊出了問(wèn)題，當(dāng)然還有個(gè)前提條件，那就是放大模塊+24V供電必須正常。

還有一種情況判斷起來(lái)就比較棘手，那就是激光器出了問(wèn)題。因?yàn)榧す馄鞒杀菊颊麄€(gè)光發(fā)射機(jī)成本的60％以上，所以對(duì)這個(gè)問(wèn)題的判斷一定要謹(jǐn)慎和準(zhǔn)確。筆者在維修過(guò)程中一般的做法是：將激光器的射頻激勵(lì)口斷開(kāi)，將射頻信號(hào)直接引入電視機(jī)，如果這時(shí)電視畫面沒(méi)有問(wèn)題，也不能下定論就是激光器壞了，還要對(duì)激光器周圍的匹配電路做進(jìn)一步的分析和判斷，主要是激光器偏流電路和恒溫電路，如果電路沒(méi)有問(wèn)題．那么基本上可以斷定是激光器壞了，這種情況下光發(fā)機(jī)整機(jī)也就失去了修理的價(jià)值。

2．光功率下降

這種情況在維修光發(fā)射機(jī)的過(guò)程中也經(jīng)常出現(xiàn)，具體的原因無(wú)外乎兩種情況：

(1)激光器本身老化；

(2)激光器偏流電路出了問(wèn)題。對(duì)于這兩種情況解決問(wèn)題的方式只有一種：在保證偏流電路正常工作的情況下，適當(dāng)?shù)靥岣呒す馄髌?。?dāng)然有時(shí)還要對(duì)激光器射頻激勵(lì)口的電平作適當(dāng)?shù)卣{(diào)整，以保證光調(diào)制度在一個(gè)正常的范圍之內(nèi)。

3．AGC電路失去控制．產(chǎn)生報(bào)警

為了穩(wěn)定光發(fā)射機(jī)的光調(diào)制度，現(xiàn)在的光發(fā)射機(jī)都有AGC控制電路，一般是從末級(jí)放大器的輸出端取出一部分信號(hào)經(jīng)過(guò)峰值檢波．直流放大去控制由PIN二極管組成的電調(diào)諧器．來(lái)實(shí)現(xiàn)。AGC自動(dòng)增益控制。AGC增益失去控制，一般有幾種情況：

(1)PIN電調(diào)諧二極管壞了；(2)PIN二極管上的控制電壓沒(méi)有被加上；(3)末級(jí)取樣電路出了問(wèn)題；(4)通往前面板的控制線斷了，或者前面板的控制開(kāi)關(guān)出了問(wèn)題。

4．電源問(wèn)題

一般情況是加不上電，或者部分供電不正常。此時(shí)分兩種情況：(1)開(kāi)關(guān)電源問(wèn)題；(2)光發(fā)射機(jī)其他線路問(wèn)題。一般的處理方法是：斷開(kāi)一切負(fù)載，用萬(wàn)用表測(cè)量開(kāi)關(guān)電源本身的供電電壓，如果不正常，那就是開(kāi)關(guān)電源本身有問(wèn)題，還有一種情況是開(kāi)關(guān)電源帶載能力不行，此時(shí)也容易造成光發(fā)射機(jī)其他故障現(xiàn)象，這要根據(jù)實(shí)際情況而定，還有就是光發(fā)射機(jī)其他電路引起的供電不正常，這里就不作過(guò)多的討論了。

5．其他原因

造成光發(fā)射機(jī)工作不正常的原因很多，以上就其主要原因作了一般的闡述。還有一些原因可能造成光發(fā)射機(jī)工作不正常，比如筆者有一次在修理過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)電視畫面噪波點(diǎn)嚴(yán)重．開(kāi)始懷疑放大模塊有問(wèn)題，但后來(lái)發(fā)現(xiàn)是激光器射頻激勵(lì)口的一個(gè)耦合電容出現(xiàn)了問(wèn)題。換一個(gè)新的電容以后，畫面變得清晰了。所以在修理過(guò)程中，有些故障現(xiàn)象不能一概而論，必須具體問(wèn)題區(qū)別對(duì)待。

電路和原理簡(jiǎn)析

由于光發(fā)射機(jī)電路相當(dāng)復(fù)雜，難于在帖子里作全面詳盡介紹，因此只介紹一款最簡(jiǎn)單的“普通型光發(fā)射機(jī)”的基本電路圖，并簡(jiǎn)要分析其工作原理。為了便于繪圖和分析，還將其分成若干個(gè)單元，逐一繪圖和講解。

1、光發(fā)射機(jī)激光器射頻驅(qū)動(dòng)電路

光發(fā)射機(jī)激光器射頻驅(qū)動(dòng)電路見(jiàn)圖1.

這是一款最簡(jiǎn)單的“普通型光發(fā)射機(jī)”，其中只配置一塊功率倍增型放大模塊BGD714（或BGD704）,其增益G=20.5dB，CTB104=66.6dB，在光發(fā)射機(jī)中它的凈增益約18dB。由于它的電路原理和普通放大器基本相同，就不做詳細(xì)說(shuō)明了。

圖1

由于激光器的偏置電流為離散參數(shù)，即使同一批次生產(chǎn)出廠的激光器，其偏置電流往往也不相同，通常分布在0至100mA之間，以50至90mA者居多。據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)推算，當(dāng)激光器的偏置電流在50至90mA時(shí)，要使激光器滿載是的總調(diào)制度達(dá)到值0.25時(shí)，放大器模塊凈增益為18dB時(shí)，光發(fā)射機(jī)的輸入電平為80至87dB（如表1序號(hào)5欄）。因此，此類光發(fā)射機(jī)的出廠說(shuō)明書上通常標(biāo)示光發(fā)射機(jī)的輸入電平為80至87（或85）dB。顯然，這并不是說(shuō)每臺(tái)光發(fā)射機(jī)可以任意選擇其中的某一個(gè)電平數(shù)值，而是某一臺(tái)光發(fā)射機(jī)只能選擇其中的某一個(gè)數(shù)值（否則可能造成輸入電平過(guò)高而引起失真，或輸入不足而劣化載噪比、并使光接收機(jī)的輸出電平達(dá)不到額定值），此時(shí)，激光器的光調(diào)制度才能達(dá)到額定值、光接收機(jī)的輸出電平也可以達(dá)到額定值。因此我們可以根據(jù)光接收機(jī)的輸出電平是否能達(dá)到額定值，來(lái)判斷光發(fā)射機(jī)選定的的輸入電平是否合適。

顯然，更換光發(fā)射機(jī)以后，這類光發(fā)射機(jī)的輸入電平需要重新選定。

光發(fā)射機(jī)的輸入電平選定合適后，如果再提高（或降低）輸入電平1dB，激光器的調(diào)制度會(huì)提高（或降低），光接收機(jī)的輸出電平會(huì)相應(yīng)提高1dB，光鏈路的C/N比指標(biāo)提高（或降低）1dB，CTB指標(biāo)降低（或提高）2dB。

表1激光器偏置電流和激勵(lì)放大器凈增益的關(guān)系

（注：表中沒(méi)有計(jì)入信號(hào)回路中可能串入的其他功能接入電路的插入損耗）

另一種一些的“普通型光接收機(jī)”，采用雙模塊驅(qū)動(dòng)放大器（如BGY787+BGD714或BGD704），兩模塊之間設(shè)置可調(diào)衰減器，廠家根據(jù)激光器偏置電流的不同數(shù)值調(diào)節(jié)衰減量、并固定之，以改變雙模塊放大器的凈增益（圖2），使任何一臺(tái)光發(fā)射機(jī)的輸入電平都設(shè)定在75dB（見(jiàn)表1序號(hào)3欄）。顯然，對(duì)于這種光發(fā)射機(jī)，提高（或降低）輸入電平1dB，激光器的調(diào)制度會(huì)提高（或降低），光接收機(jī)的輸出電平會(huì)相應(yīng)提高1dB，光鏈路的C/N比指標(biāo)提高（或降低）1dB，CTB指標(biāo)降低（或提高）2dB。

早年，由于系統(tǒng)的頻道數(shù)較少，這種光發(fā)射機(jī)的出廠說(shuō)明書可能還會(huì)提供非滿載時(shí)光發(fā)射機(jī)輸入電平的計(jì)算公式：

So=75+10lg（N滿/N實(shí)際）

現(xiàn)在系統(tǒng)的頻道數(shù)通常都接近或達(dá)到滿載狀態(tài)，這個(gè)算式已經(jīng)用不上了。

圖2

更的光發(fā)射機(jī)是采用雙模塊放大器的“AGC型光發(fā)射機(jī)”和“調(diào)制度恒定型光發(fā)射機(jī)”。這兩類光發(fā)射機(jī)在兩只放大模塊中間設(shè)置了“電控衰減器”，使光發(fā)射機(jī)的性能達(dá)到很高的水平。

“AGC型光發(fā)射機(jī)”的輸入電平為一個(gè)較大范圍的數(shù)值，比如75至82dB，任何一臺(tái)光發(fā)射機(jī)輸入這個(gè)范圍的電平值，激光器的“單頻道調(diào)制度”都相同，光接收機(jī)的輸出電平也相同。在這個(gè)范圍內(nèi)改變光發(fā)射機(jī)實(shí)際輸入電平時(shí)，光接收機(jī)的輸出電平不變、光鏈路的質(zhì)量指標(biāo)不變。更換光發(fā)射機(jī)以后，光發(fā)射機(jī)的輸入電平不需要重新選定。這類光發(fā)射機(jī)在非滿載條件下，光鏈路的失真指標(biāo)會(huì)提高一些，頻道數(shù)量改變以后光接收機(jī)的輸出電平不變、C/N指標(biāo)不變，但失真指標(biāo)會(huì)隨著頻道數(shù)的增加而降低。原理方框圖如圖3.

圖3

“光調(diào)制度恒定型光發(fā)射機(jī)”除了具備“AGC型光發(fā)射機(jī)”的一些基本功能外，還具備“光總調(diào)制度自動(dòng)恒定”的功能，就是說(shuō)在頻道數(shù)小于滿載值時(shí)，光總調(diào)制度仍然達(dá)到滿載時(shí)的值，這是通過(guò)提高單頻道光調(diào)制度來(lái)實(shí)現(xiàn)的。顯然在非滿載條件下，光接收機(jī)的輸出電平會(huì)提高一些（頻道數(shù)愈少、提高量愈多），光鏈路的C/N指標(biāo)會(huì)提高一些，而失真指標(biāo)不變，恒定為系統(tǒng)滿載時(shí)的數(shù)值。原理方框圖如圖4.

圖4

光發(fā)射機(jī)中通常都設(shè)置“預(yù)失真電路”，常用的方法是先從放大模塊A1輸出的信號(hào)中分出一部分信號(hào)，用于制造二次和三次失真信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)“幅度調(diào)節(jié)”、“頻響平坦度調(diào)節(jié)”和“相位轉(zhuǎn)變調(diào)節(jié)”，使之成為和激光器產(chǎn)生的二次失真、三次失真相位相反的的信號(hào)，混入經(jīng)過(guò)延時(shí)處理的放大模塊A1輸出的信號(hào)之中，再放大后去驅(qū)動(dòng)激光器，用以“中和抵消”激光器產(chǎn)生的二次和三次失真產(chǎn)物，提高光鏈路的失真指標(biāo)。這一切必須由微處理器去控制。圖1中沒(méi)有設(shè)置這種“預(yù)失真電路”電路。

圖5

由于廠家通常將以上這些自動(dòng)控制電路做成專門的電路芯片，我們難以了解其內(nèi)部的電路結(jié)構(gòu)，只能畫出方框圖來(lái)作大概的說(shuō)明。實(shí)際上對(duì)使用者來(lái)說(shuō)也沒(méi)有必要去了解。

2、激光器恒溫控制電路

由于激光器的溫度變化以后會(huì)引起“閾值電流”和“偏置電流”變化，使激光器的光電轉(zhuǎn)換效率、輸出功率、工作點(diǎn)、和激光器發(fā)射波長(zhǎng)的峰值位置發(fā)生變化，同時(shí)引起失真指標(biāo)劣化。因此激光器中必須設(shè)置恒溫控制電路，將激光器的結(jié)溫控制在25±5°C甚至25±1°C范圍內(nèi)。激光器恒溫控制電路見(jiàn)圖6。

圖6

在激光器管殼內(nèi)部設(shè)置“半導(dǎo)體微型制冷器TEC”，1腳、14腳是它的兩條引線，當(dāng)電流從14腳通向1腳時(shí)（實(shí)線電流箭頭所示），它就制冷，降低激光器的溫度；當(dāng)電流從1腳通向14腳時(shí)（虛線電流箭頭所示），它就致熱，提高激光器的溫度。在適當(dāng)控制電路的控制下，就可恒定激光器的溫度在設(shè)定的范圍里。

在激光器管殼內(nèi)還封裝了溫度檢測(cè)元件“負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻Rt”，當(dāng)溫度升高時(shí)它的電阻值減少，10腳和11腳是它的兩條引線，它和電阻R1、R2、R3組成電橋電路，將溫度變化引起熱敏電阻的阻值變化轉(zhuǎn)變成電信號(hào)U1傳輸?shù)健斑\(yùn)算放大器IC1-1”（圖7）。

運(yùn)算放大器LM324內(nèi)部有4個(gè)獨(dú)立的運(yùn)算放大器，公用電源。每個(gè)運(yùn)算放大器有一個(gè)輸出端和兩個(gè)不同性質(zhì)的輸入端：標(biāo)示“+”號(hào)的是“同相輸入端”，它和輸出信號(hào)“同相位”，簡(jiǎn)單點(diǎn)說(shuō)就是說(shuō)輸入電壓增加時(shí)，輸出電壓也增加；標(biāo)示“-”號(hào)的是“反相輸入端”，它和輸出信號(hào)“反相位”，簡(jiǎn)單點(diǎn)說(shuō)就是說(shuō)輸入電壓增加時(shí)，輸出電壓反而降低。

圖7

R3和R1組成分壓電路，其輸出電壓送到運(yùn)算放大器IC1-1的同相輸入端，由于R3和R1阻值固定，其輸送到運(yùn)算放大器IC1-1的同相輸入端的電壓是固定不變的，因此運(yùn)算放大器IC1-1的輸出電壓只受反相輸入端電壓控制，成為“反相放大器”。當(dāng)激光器溫度升高、熱敏電阻Rt阻值減少時(shí)，由R2和Rt組成的分壓電路輸出電壓U1降低，即運(yùn)算放大器IC1-1的反相輸入端輸入電壓降低，它的輸出電壓U2升高；使運(yùn)算放大器IC1-2（同相放大器）的同相輸入端輸入電壓升高、輸出電壓U3升高；二極管D1截止；+5V電源Vcc1通過(guò)2K電阻進(jìn)入“NPN型”三極管BG1使之導(dǎo)通、U4升高；由于U3升高使時(shí)三極管BG2基極上的二極管D2導(dǎo)通、使BG2截止不能通電，因此BG1輸出的電流從激光器的14腳通進(jìn)“半導(dǎo)體微型制冷器TEC”使之制冷以降低激光器的溫度，電流從1腳出來(lái)經(jīng)電流取樣電阻R4入地回路。我們可以把這個(gè)過(guò)程寫成:

激光器溫度↑—Rt↓—U1↓—U2↑—U3↑—BG1通—U4↑—制冷—激光器溫度↓

讀者不難分析出激光器溫度降低時(shí)的情況了，此時(shí)U3電壓降低，導(dǎo)致二極管D2截止，-5V電源Vcc2通過(guò)2K電阻進(jìn)入“PNP型”三極管BG2使之導(dǎo)通、U4降低；由于U3降低使三極管BG1基極上的二極管D1導(dǎo)通、使BG1截止不能通電，因此正電源從“地”開(kāi)始經(jīng)過(guò)取樣電阻R4、從激光器的1腳通進(jìn)“半導(dǎo)體微型制冷器TEC”使之致熱以提高激光器的溫度，電流從14腳出來(lái)經(jīng)BG2回路到-5V的負(fù)電源Vcc2。我們可以把這個(gè)過(guò)程寫成:

激光器溫度↓—Rt↑—U1↑—U2↓—U3↓—BG2通—U4↓—致熱—激光器溫度↑

在激光器的溫度為設(shè)定值的時(shí)候，做到熱敏電阻出的輸出電壓和R3、R1分壓輸出電壓相等，那么運(yùn)算放大器IC1-1的輸出電壓U2為0，U3也為0，二極管D1、D2都導(dǎo)通，三極管BG1、BG2都截止，“半導(dǎo)體微型制冷器TEC”就沒(méi)有電流通過(guò)。

從取樣電阻R4上得到的電流取樣信號(hào)，送到運(yùn)算放大器IC1-3等組成的取樣電流處理電路處理以后，再送到微處理器處理，就可在液晶顯示屏上讀出制冷、致熱電流數(shù)值。

運(yùn)算放大器IC1-1輸出電壓U2，一部分送到運(yùn)算放大器IC1-4等組成的激光器溫度處理電路處理以后，再送到微處理器處理，就可在液晶顯示屏上讀出激光器溫度數(shù)值。

3、激光功率自動(dòng)控制電路

由于激光器老化可能引起“閾值電流”和“偏置電流”變化，使激光器的輸出功率發(fā)生變化，同時(shí)光電轉(zhuǎn)換效率、工作點(diǎn)、和激光器發(fā)射波長(zhǎng)的峰值位置也會(huì)相應(yīng)發(fā)生變化，引起光接收機(jī)輸出電平降低、輸出信號(hào)指標(biāo)劣化等一系列問(wèn)題。因此激光器必須設(shè)置“激光功率自動(dòng)控制電路”，以保持輸出功率基本恒定。

目前業(yè)界普遍采取“平均功率控制法”，就是直接檢測(cè)激光器發(fā)射的“平均光功率”來(lái)控制偏置電流，使激光器的輸出光功率保持基本恒定，圖8是一種比較常用的電路。

在激光器內(nèi)部設(shè)有光檢測(cè)二極管，用它接收激光器背向輸出的激光，來(lái)探測(cè)激光器輸出光功率的大小，探測(cè)到的信號(hào)經(jīng)R22分送到兩個(gè)高輸入阻抗的“同相運(yùn)算放大器”IC2-1和IC2-2，前者的放大信號(hào)用于激光功率取樣電路，送微處理器分析和顯示讀數(shù)，后者放大的信號(hào)送運(yùn)算放大器IC2-3進(jìn)行“倒相放大”，放大后的信號(hào)經(jīng)繼電器CJ的常閉觸點(diǎn)、D3、D4，送到激光器偏置電流調(diào)整三極管BG3，驅(qū)動(dòng)其輸出合適的激光器偏置電流Ib。

由于運(yùn)算放大器IC2-3輸出的控制偏置電流的信號(hào)電壓過(guò)高，不能直接和偏置電流調(diào)整三極管BG3基極直接相連，因此中間串接2個(gè)正向設(shè)置的整流二極管D3、D4，以墊高電壓1.4V左右。

由于激光器制作的不一致性和器件參數(shù)的離散性，當(dāng)各個(gè)激光器輸出的功率相同時(shí)，激光器內(nèi)部的光檢測(cè)二極管所接收到的光功率信號(hào)的強(qiáng)度會(huì)有所差別，因此廠家在制造光發(fā)射機(jī)過(guò)程中，需要通過(guò)調(diào)節(jié)W3、W4，使運(yùn)算放大器IC2-3輸出的驅(qū)動(dòng)電壓合適、三極管BG3供應(yīng)的激光器偏置Ib電流恰當(dāng)、激光器輸出的光功率符合設(shè)計(jì)要求。

圖8

從圖4中很容易看出激光器光功率自動(dòng)恒定功能的原理來(lái)。

當(dāng)激光器輸出的光功率降低時(shí)，光檢測(cè)二極管輸出的信號(hào)電壓U5降低，經(jīng)“同相運(yùn)算放大器”IC2-1放大輸出的電壓U6進(jìn)一步降低，經(jīng)IC2-3“倒相放大”后的信號(hào)U7升高，促使三極管BG3進(jìn)一步導(dǎo)通、增加輸出激光器的偏置電流Ib，使激光器輸出光功率增加到原設(shè)計(jì)值。我們可以把這個(gè)過(guò)程寫成：

激光器光功率↓—U5↓—U6↓—U7↑—Ib↑—激光器光功率↑

如果激光器的輸出光功率增加，電路的變化過(guò)程就成為：

激光器光功率↑—U5↑—U6↑—U7↓—Ib↓—激光器光功率↓

顯然，電路的運(yùn)作結(jié)果會(huì)使激光器的輸出光功率基本保持恒定。

二極管D3下面的延時(shí)電容器可以使激光器偏置電流的變化來(lái)得平緩，并避免瞬時(shí)高、低功率脈沖信號(hào)導(dǎo)致激光器偏置電流瞬息變化，防止出現(xiàn)電路振蕩。

運(yùn)算放大器IC2-4和外圍元件組成“差動(dòng)比例放大器”，完成“非零點(diǎn)參考電位”與“零點(diǎn)參考電位”之間的轉(zhuǎn)換，并放大、輸出由“偏流取樣電阻R21”得到的信號(hào)給微處理器。

當(dāng)激光器溫度恒定功能和光功率自動(dòng)控制功能失效，使激光器出現(xiàn)過(guò)熱、超功率等故障時(shí)，微處理器會(huì)檢測(cè)到這種故障信號(hào)，并輸出信號(hào)使光功率切斷電路中的三極管BG4導(dǎo)通，繼電器CJ1吸合，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，三極管BG3失去控制信號(hào)而截止，激光器失去偏置電流而中止或大幅度降低光功率輸出，從而保護(hù)激光器免遭損壞。

4、微處理器控制電路

圖9是微處理器控制電路簡(jiǎn)圖，采用的是Microchip公司的8位微處理器PIC16C74B，　它內(nèi)置了4K的程序存儲(chǔ)器和192×8位的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，可滿足光發(fā)射機(jī)的編程需要。內(nèi)部還集成了A/D轉(zhuǎn)換器，有8個(gè)通道，可將模擬信號(hào)直接和其相連，簡(jiǎn)化外圍控制電路。

當(dāng)光發(fā)射機(jī)正常接通電源時(shí)，微處理器使BG6、BG7導(dǎo)通，使繼電器CJ2、CJ3接通，5V電源和驅(qū)動(dòng)放大器24V電源接通，光發(fā)射機(jī)投入運(yùn)行，綠色Led指示燈亮；激光器功率檢測(cè)信號(hào)、偏置電流信號(hào)和溫度檢測(cè)信號(hào)分別通過(guò)4、5、9腳進(jìn)入微處理器，它們和5V電壓、24V電壓都可以在16位點(diǎn)陣式液晶顯示屏上顯示出具體數(shù)值，只要按撳顯示狀態(tài)按鈕Status即可選擇顯示那一項(xiàng)數(shù)值。當(dāng)微處理器檢測(cè)到激光器的溫度、功率異常時(shí)，即會(huì)從7腳輸出“功率切斷”信號(hào)，使BG4導(dǎo)通、繼電器CJ1導(dǎo)通、常閉觸電切斷，中斷激光器的偏置電流，停止或降低激光器的功率發(fā)射，紅色報(bào)警Led指示燈閃亮；情況嚴(yán)重時(shí)，BG6、BG7也會(huì)截止、CJ2和CJ3釋放、中斷5V和24V電源，使光發(fā)射機(jī)處于待機(jī)狀態(tài)。