光纤电路：通信系统初学者指南

光纤设置

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在过去，电缆是主要的东西，直到人们需要长距离的高带宽。不幸的是，电缆不符合标准。因此，它需要更有效的替代品。光纤出现了。有趣的是，您可以依靠光纤以极高的速度传输大量数据。因此，您在大多数互联网电缆中都能找到它也就不足为奇了。但该技术存在一些缺点，例如光纤电路故障，这一点可以忽略不计——尤其是对于高密度多光纤阵列。

想知道更多？您来对地方了，因为我们将更多地讨论紧凑型、可长期植入的高密度光纤电路阵列。

让我们继续吧！

什么是光纤电路？

光纤以不同的方式使用相同的信息移动概念。例如，电话有有线电缆。

光纤电路

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因此，光纤电路是电子与信息一起传播的路径。这些电子移动到不同的电子设备。此外，它还带有一个充当信息载体的灯。而这种光通过透明光波导通过全内反射传播。

因此，当您对设备说话时，电缆会将声音带入墙上的插座。另外，它没有行为缺陷。因此，另一条线路会将声音转移到本地电话交换机，并可能面临最初的过载故障。

但是，另一方面，手机的工作方式不同。该设备通过无敌无线电波和大规模神经动力学传输和接收信息来工作。所以，这是因为手机不使用电缆。

光纤的种类

现在，您对光纤有所了解；至关重要的是要了解它们以不同的模式传输信号并具有额外的保护措施。该方法是指光束通过光纤的方式。

因此，信号可能会以不同的角度沿光纤向下反弹，或者直接向下到达光纤的中间，或者以低角度向下反弹线。

也就是说，我们有两种主要类型的光缆：

单模光纤

这种纤维具有小直径的玻璃纤维芯。因此，它非常适合长距离。此外，它还减少了信号强度降低的机会。而这一切都归功于小直径。

此外，单模光纤的小开口有助于将光分离成单光束。因此，电缆提供了更直接的路线。单模光纤采用激光光源，带宽大。

此外，这种光纤需要精确计算才能在其小开口中产生激光。因此，它更贵。

多模光纤

多模光纤与单模光纤相反。因此，它有一个大的纤芯开口，允许光信号在沿着光纤向下传递时反弹和反射。

并且由于其大直径，光纤可以一次沿电缆发送多个光脉冲。因此，您将有更多的数据传输。

此外，这意味着您可能会遇到信号丢失和干扰。另外，多模光纤使用LED产生光脉冲，比单模光纤便宜。

光纤电路是如何工作的？

光纤电路的工作原理是移动光子或光粒子中的信息，这些光子或光粒子通过光缆振动。

也就是说，重要的是要注意包层和玻璃芯光纤具有不同的折射率。因此，纤芯和包层以特定角度弯曲入射光。

因此，当光信号沿光纤向下移动时，它们会经历全内反射。当光信号从纤芯（电缆的中心部分）和包层（包裹在纤芯外部的一层玻璃）反射回来时，就会进行全面的内部审查。

这通常发生在一系列之字形反弹中。此外，全内反射是确保光线留在管道中的因素之一。

但由于玻璃层更密集，信号的传播速度往往比光速慢 30%。此外，如果您想在整个过程中增强信号，请在远处使用中继器。

为什么需要中继器？它们有助于再生光信号。他们通过将视觉信号转换为电信号来做到这一点。然后，中继器对其进行处理并将电信号重新传输到光信号。

光纤电路：应用

光纤通过传输光调制器光束中编码的数据来工作，它也可以用于网络调制。然后，信息沿着管道（塑料或玻璃）向下移动。这种设计背后的想法出现在 1950 年代。

这个想法是为了提高耦合效率、内窥镜和高效的光栅耦合器。此外，它还可以帮助医生通过多光纤光度法观察人体内部，而无需将其切开。

因此，工程师们喜欢这个想法，并使用相同的技术以光速移动电话。很快，联邦通信委员会 (FCC) 接受了这项技术。也就是说，光缆是由光纤（塑料或玻璃细线）组成的。

此外，每根光纤都比较细，可以承载超过 25,000 个电话呼叫。因此，整条电缆可以轻松传输数百万个呼叫。总之，光缆使用基于光的技术在两地之间传输信息。

光纤电路设计

光纤电路设计

来源：Researchgate c/p Richard Cole

电路设计有两个重要部分，我们将分别讨论：发射器和接收器电路。

光纤发射电路

以下是构建低成本光纤发射器电路所需的组件：

电池

• 案例
• SK1 3.5mm 插孔板
• 电路板

半导体

• D1（LED）
• IC1 (NE555)
• IC2 (1458C)
• Tr1 (BC141)

电容器

• C1（220m 10V选）
• C2（390pF陶瓷板）
• C3（1u 63V选）
• C4（330p 陶瓷板）
• C5（4n7聚酯层）
• C6（3n3聚酯层）
• C7（470n 聚酯层）

电阻器（全部为 1/4 瓦，5%）

• R1 (47R)
• R2 (4k7)
• R3 (47k)
• R4 (10k)
• R5 (10k)
• R6 (10k)
• R7 (100k)
• R8 (100k)

由于您的 IC1 是 NE555，您应该期待一个不错的性能效率。此外，您可以通过将输入信号连接到 IC 的引脚 5 来控制频率。

该引脚与分压器相连。也就是说，您需要配置分压器以生成 NE555 的 2/3V+ 和 1/3V+ 开关限制。

此外，增加或减少上限至关重要。这样，您可以增加或减少 C2 在两个范围之间切换所需的时间。由于 TR1 提供了理想地照亮 D1 (LED) 的高驱动电流，因此您必须像发射极跟随器缓冲级一样对其进行接线。

此外，除了为 D1 提供 200mA 电流的 IC1 外，您还需要一个单独控制的 LED 驱动器。这将帮助您准确可靠地获得首选的 LED 电流。

另外，将R1定位到固定LED电流，大约为40mA。当您使用它时，请注意 LED 只能在实际额定值的 50% (20mA) 下工作。发生这种情况是因为 LED 以 50% 的速率打开/关闭。

此外，您可以在必要时调整 R1 值，以增加或减少输出电流。

光纤接收电路

接收电路和滤波器需要的组件有：

• 电线
• SK1 25 路 D 型连接器
• 电路板
• 案例

半导体

• TR1、TR2 BC549（2 件）
• D1
• IC1 (4001BE)
• IC2 (1458C)
• IC3 (CA3140E)

电容器

• C1（100m 10V电解）
• C2（2n2 涤纶）
• C3（2n2 涤纶）
• C4（390p 陶瓷）
• C5（1m 63V电解）
• C6（3n3 涤纶）
• C7（4n7 涤纶）
• C8（330pF 陶瓷）
• C9（3n3 涤纶）
• C10（4n7 涤纶）

电阻器

• R1 (22k)
• R2 (2M2)
• R3 (10k)
• R4 (470R)
• R5 (1M2)
• R6 (4k7)
• R7 (22k)
• R8 (47k)
• R9 (47k)
• R10 – R15 10k（6 折）

光纤接收器位于过滤器上方。而接收器的输出与滤波电路的输入相连。

D1 创建检波二极管。它在反向偏置设置中起作用。因此，漏电阻形成了LDR效应。

另一方面，R1 的作用类似于负载电阻。此外，C2 形成了两点之间的链接：检测器级和输入放大器。结果，将有一个两级电容连接网络。并且两个位置将同时工作在共发射极模式下。

推动单稳态多谐振荡器是可能的——如果你在半导体（TR2）上提供高效的高输入电压振荡。

并且它将允许出色的整体电压增益 (>80dB)。过滤级在 1458C (a/b) 附近构建。此外，每倍频程为 18 dB（2/3 ^rd order) 滤波器系统，带有发射电路中常用的细节。

光纤的优点

• 您可以将光纤浸入水中
• 它可以支持高带宽容量
• 电缆轻、薄且坚固
• 无需增强信号即可让光线传播得更远
• 光纤无需频繁维护或更换
• 不易受电磁干扰

光纤的缺点

• 挺贵的
• 安装是劳动密集型的
• 电缆很脆弱
• 玻璃纤维需要更多保护

结束语

光纤电路在整个光纤中起着至关重要的作用。大多数人更喜欢光缆而不是铜缆。考虑到前者具有高传输速度、带宽等优势，也就不足为奇了。此外，它们非常适合高性能数据网络和长距离。

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