样可使LED获得无截至畸变幅度最大的调制，这有利于信号的远距离传输。
图2 LED的驱动和调制电路
4．光纤的结构及其传光原理
衡量光纤性能好坏有两个重要指标：一是看它的传输信息的距离有多远；二是看它携带的信息量有多大，前者决定于光纤的损耗特性，后者决定于光纤的脉冲响应或基带频率特性。
经过人们对光纤的提纯，目前已经使得光纤的损耗做到20Db/Km以下。光纤的损耗与工作波长有关，所以在工作波长的选用上，应该尽量选用低损耗的工作波长，光纤通讯最早是用短波长850nm，近年来发展至用1300－1550nm范围的波长，因为在这一波长范围内光纤不仅损耗低，而且“色散”小。
光纤的脉冲响应或它的基带频率特性又主要决定于光纤的模式性质。光纤按照其模式性质通常可以分为两大类：1）单模光纤；2）多模光纤。无论单模或者多模光纤，其结构均由纤芯和包层两部分组成。纤芯的折射率比包层的折射率大，对于单模光纤，纤芯直径只有5－10?m，包层直径为125?m，在一定条件下，只允许一种电磁场形态度光波在纤芯内传播，多模光纤的纤芯直径为20－2000?m，包层厚度为3－5?m，允许多种电磁场形态的光波传播。按照折射率沿光纤截面的径向分布又可以分成阶跃型和渐变型两种光纤，对于阶跃型光纤，在纤芯和包层中折射率均为常数，但纤芯折射率略大于包层折射率，所以对阶跃型多模光纤，可以用几何光学的全反射理论解释它的导光原理。在渐变型光纤中，纤芯折射率随离开光纤轴线距离的增加而逐渐减小，直到在纤芯和包层界面处减到某一值后，在包层的范围内折射率保持这一值不变，根据光线在非均匀介质中的传播理论分析可知：经光源耦合到渐变型光纤中的某些射线，在纤芯内是沿周期性的弯向光纤轴线的曲线传播。
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Vcc mA LED W1 - + IC1 C4 W2 BG1 调制信号 Re 5．半导体光电二极管的工作原理及特性
本仪器的光信号接收采用硅光电二极管（Silicon Photo Dioxide缩写SPD），与普通的半导体二极管一样，SPD也是一个P-N结，但SPD的管壳上有一个能让光射入其光敏区的窗口。此外，与普通半导体二极管不同，它经常工作在反向偏置电压状态或无偏压状态，因此时SPD的光电特性线性度好。
本仪器SPD的峰值响应波长在850nm左右，工作时SPD把经光纤出射端输出的光信号转化为与之光功率成正比的光电流，经过I-V转换电路，再把光电流转换成与之成正比例的电压信号。 【实验仪器】
音频信号光纤传输实验仪器装置主要由FD-OFT-A型音频信号光纤传输实验仪实验主机（包括音频信号发生器、光功率计、LED放射器、SPD接收器等）、多模光纤（装于骨架上），半导体收音机，示波器（实验室自配）组成，如图3所示。
图3 音频信号光纤传输实验仪器装置
【实验内容】
1．LED－传输光纤组件电光特性的测定
本实验内容是要在不加音频信号的情况下，研究通过LED的直流偏置电流ID与LED输出光功率P0之间的关系，即LED的电光特性。实验时先打开主机电源，将光纤一端接至“LED发射器”中“信号输出”端，一端接至“SPD接收器”中的“信号输入”端，将光功率计波段开关打至“测量”档。调节“偏流调节”旋钮，使面板上电流表读数为零，此时将光功率表也调零，然后分别把偏流大小调至5mA、10mA、15mA、20mA、25mA、30mA、35mA、40mA 、45mA、50mA，记录
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对应的光功率值。根据测量结果描绘LED－传输光纤组件的电光特性曲线，即描绘P0?ID关系图，分析其线性范围。
2．LED直流偏流与最大不失真调制幅度的关系测定
本实验要找出在不同的直流偏流ID下电路能加载的不失真调制幅度的大小，同时找到LED发光电路最佳工作点和在此工作点下能加载的最大不失真信号幅度。实验时先接好音频信号通道、光通道，把光功率计打至“实验”档。然后将音频发生器产生信号和LED调制信号输入双综示波器观察。
调节音频信号发生器，使其输出信号峰-峰值为1V，频率为10KHz。接着把偏流加至20mA，调节“LED发射器”中的幅度调节旋钮，使加在电路上的音频信号由小变大，观察调制信号的波形及失真情况。记录偏流为20mA时最大不失真调制幅度的峰-峰值。分析观察到的现象，然后决定增大或减小偏流以找到最佳静态工作点IDQ。实验时可调节音频信号幅度来检验新的工作点是否为
IDQ，若在示波器上能观察到调制信号同时出现截至和饱和失真，则此时正处于最佳工作点。记录
刚要同时出现两种失真现象时的偏流值IDQ和调制信号峰-峰值VDQ，则从电路方面考虑，通过LED的最佳工作电流和最大不失真交流幅度分别为IDQ和3．音频信号光纤传输系统幅频特性的测定
本实验内容是要在光信号发送器处于正常工作状态下，研究音频信号光纤传输系统的幅频特性。实验前应先确定光信号发送器的正常工作范围。从实验原理和前两个实验内容可知：光信号发送器的正常工作是由LED的电光特性和LED发光电路工作特性决定。若LED电光线性转化，发光电路信号传输无非线性失真，则光信号发送器已处于正常工作状态。利用前两个实验测得的实验结果，便可知道在不同直流偏流ID下，要使光信号发送器正常工作，加载在电路中的调制幅度可取范围。
实验按照内容2接线。实验时先将音频发生器输出信号峰-峰值调为1V，偏流和调制信号幅度调节适当，以确保光信号发送器正常工作。然后将音频发生器输出信号频率依次调为100Hz、500Hz、1KHz、5KHz、10KHz、15KHz、20KHz，用示波器观测由光纤传输的光信号转化成的音频电信号
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VDQRe（本仪器Re?50?）。
的波形和峰-峰值。由观测结果绘出音频信号光纤传输系统幅频特性曲线。 4．语音信号的传送
将半导体收音机的信号接入发送器的输入端，在接收功放输出端接上扬声器，实验整个音频信号光纤传输系统的音响效果。实验时可适当调节发送器LED的偏置电流，考察传输系统的听觉效果。
五、实验数据例(注：以下实验数据不作为仪器验收标准，仅供实验时参考) 1．LED-传输光纤组件电光特性的测定
表1 偏置电流与光功率数据记录
ID/mA 0.0 0.0 5.0 1.1 10.0 4.2 15.0 8.3 20.0 12.6 25.0 17.0 30.0 21.1 35.0 25.2 40.0 29.0 45.0 32.6 50.0 35.9 P0/uW 根据以上数据作图，得P0?ID关系图
40.035.030.0P0(uW)25.020.015.010.05.00.00.010.020.030.0ID(mA)
图5 P0?ID测量关系图
40.050.060.0从上图中可知，直流偏流ID在10mA-50mA的范围内电光转换基本上是线性的。 2. LED偏置电流与无截止畸变最大调制幅度关系的测定
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表2 LED直流偏流与最大不失真调制幅度的关系
直流偏流ID(mA) 最大不失真调制 1.00 信号峰值（V） 不失真电流范围（mA） 10~30 14~36 17.8~42.2 21.8~48.2 25.8~54.2 34~65.2 1.10 1.22 1.32 1.42 1.56 20 25 30 35 40 IDQ=49.6 3. 音频信号光纤传输系统幅频特性的测定
利用前两个实验结果，实验时取偏流ID?35mA，调制信号峰值为0.8V，此时通过LED的电流范围是27~43mA，光信号发送器正常工作。以下是音频信号光纤传输系统幅频特性：
表3 光纤传输系统幅频特性关系
f/KHz Vpp/伏 0.1 2.1 0.5 2.3 1 2.3 5 2.35 10 2.35 15 2.4 20 2.4 根据以上数据作图，得幅频特性曲线：
32.52Vpp/V1.510.50051015频率F/KHz图6 幅频特性曲线
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从上图可知，本仪器在音频范围内的频响不错，但低频时幅频特性稍有欠佳。
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