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本科毕业设计论文
Uce很小，因此集电极电流很大，LED发光。导通时的电流为
Vcc?vd?0.3IC?R?R2 (2-2)
其中，0.3是导通时的饱和压降Uce，Vd是LED的正向导通压降。电容C可以用来提高电路的开关速度，这种调制器的工作频率可以达到10MHz以上[10]。
LED电路的仿真结果将在下一章中详细描述。
3.2 LD光发射机的设计
相比LED，LD半导体激光器的调制给电路设计人员带来了更多的难题。其设计问题更加复杂，尤其是在高速调制系统中，驱动条件的选择、调制电路的形式和工艺，都对调制性能至关重要。其主要问题来源有：
1、LD有比LED大的多的阈值电流。 2、阈值电流会随使用年限而改变。 3、阈值电流会随温度变化而改变。
上述种种问题，导致了LD光发射电路要比LED复杂的多。 3.2.1 LD组件
因为LD激光器调制的复杂性，人们发明了激光器组件这样一种实用化器件。它将各个关键元件如热敏电阻，致冷器，LD激光器，光电二极管PD等元件封装在一个芯片中，并在外部接上引脚和尾纤（用以输出光信号），其外部引脚如图3-9所示，引脚说明如表3-1所示，使用起来十分方便[14]。
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表3-1 LD组件引脚说明图 管脚 1 5 7 8 9 10 11 12 14 接线 致冷器（+） 接地 光电二极管（+） 光电二极管（-） LD（-） LD（+） 热敏电阻 热敏电阻 致冷器（-） 其余不接
图3-9
如表3-1和图3-9所示，在1脚与14脚之间，致冷器位于LD组件内部，外接电路直接接在1脚与14脚，电流从1脚流入，14脚流出。同样这样接的还有7、8两脚，光电二极管位于这两脚之间，电流从7脚流入，8脚流出。LD则位于9、10两脚内部，热敏电阻位于11、12脚内部。在LD组件内部，热敏电阻直接接触LD温度，通过外围电路控制致冷器，致冷器接触LD使LD降温，形成自动温度控制电路。同样，光电二极管直接接收LD的背光光源，从而形成一个闭环的自动功率控制电路。
这样的一个实用化LD组件，是一个标准的14脚芯片，直接插入外围电路现成的PCB板就可以立即从尾纤发光，大大简化了LD光发射机的使用。后几章将详细描述外围电路的设计。
3.2.2光源驱动电路的设计
数字LD调制系统通常工作在稍低于阈值状态的工作点。图3-3显示的是正好工作在阈值电流Ith时的调制曲线。其中阈值电流Ith大约为50mA。
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图3-3
要设计一个数字LD光发射机调制电路，就必须先设置好预偏置电流。其中最常用的是差分电流开关电路。在对激光器进行高速调制时，调制电路既要有快的开关速度，又要保持有良好的电流脉冲波形。普通的LD调制电路用一级射极耦合跟随器LD驱动电路就可完成，如图3-4
图3-4
电流源和由T1与T2组成的差分开关电路提供了恒定的偏置电流，此即为流经LD的静态电流。在T2管的基极上施加直流参考电压Ub，T2的集电极电压取决于LD的正向电压，数字信号Ui从T1基极输入。当信号为“1”码时。，T1
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基极电位比Ub高而比T2抢先导通，T2截止，LD发光；；反之，当信号为“0码”时，T1基极电位比Ub低，T2抢先导通，T1截止，LD不发光。T1和T1轮流截止导通，光强也随之变化，达到了光强度调制的目的。这种电路用到了恒流源，电流噪声小，但功耗较大，电路比较简单，动态范围也小[11]。
上述电路实际是一个最基本的LD调制电路，不带有任何反馈调节机制，当温度变化或者器件老化等因素发生时，电路会越来越不稳定，最终无法工作。因此，反馈调节电路就是必不可少的了。由于半导体激光器对温度的变化极其敏感，稳定激光器的输出光信号是必须研究的问题。温度的变化和器件的老化给激光器带来的不稳定性主要表现为：
1)激光器的阈值电流会随温度呈指数规律变化，并随器件的老化而增加，从而使输出光功率发生很大的变化。不设法稳定其输出光功率，难以实用化。
2）随着温度的升高和器件的老化，在相同的电流激励下，激光器的输出光信号会发生变化。
3)随着温度的升高，半导体激光器的发射光波长的峰值位置向长波方向移动，从而使输出光信号频率降低，影响激光器的使用。
控制电路的作用就是消除温度变化和器件老化的影响，稳定输出光信号。目前最常用的方法就是（1）自动温度控制（ATC）；（2）自动功率控制（APC）[12]。
3.2.3自动温度控制电路（ATC）
通常温度控制采用微型致冷器、热敏元件及控制电路组成，其方框图如图3-6所示。热敏电阻监视激光器的结温，与设定的基准温度比较、放大后，驱动致冷器控制电路，改变制冷量，以保持激光器在恒温下工作。微型致冷器件多采用半导体致冷器，它利用半导体材料的波耳贞效应制成。所谓波耳帧效应是指当直流电流通过两种半导体(P型和N型)组成的电偶时，利用其一端吸热而另一端放热的效应。一对电偶的制冷量很小，可根据用途不同，将若干对电偶串联或并联，组成温差功能器，其中微型半导体致冷器的控制温差可达30~40 C。
图3-6
为提高致冷效率和控制精度，激光器的温度控制常采用内致冷的方式，即：将致冷器和热敏电阻封装在激光器组件管壳内部，热敏电阻直接探测结区温度，
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