光接收機常見故障分析及排除

【摘 要】光接收機工作在光纖系統(tǒng)中的各光接收點， 接收光纜傳送過來的光信號，并把光信號轉(zhuǎn)換為電信號(實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換O/E) ，輸出是RF信號。光接收機由光電檢測級、電信號放大級、衰減器、均衡器、AGC電路、輸出放大器、電源部分等組成。

【關(guān)鍵詞】工作原理；增益調(diào)節(jié)；故障分析

一、光接收機主要組成部分的工作原理

1.光接收器件原理與特性

光接收器件是光纖傳輸系統(tǒng)中不可缺少的器件，它是接收輸入端口使用的半導體二極管器件，其作用是將輸入的光信號變換成輸出的電信號，類似于電氣通信中的檢波器，所以稱它為光檢測器或光電二極管(PD: Photo D iode)， 從PD取出的是與光功率成比例的電流， 也可以用負載電阻把這一電流變成電壓。光功率與被檢測的電流或電壓成比例的關(guān)系，說明被檢測的光電場強度的平方值與電流成比， 所以可以認為是平方律檢波。

光檢測器對光接收機的工作速率、靈敏度等特性有重大影響， 因此對光檢測器有如下要求:

(1)在系統(tǒng)工作的波段范圍內(nèi)有很高的響應(yīng)效率，即對工作波段內(nèi)入射的光信號，光檢測器能輸出較大的光電流，實際上不同材料對各種波長的光的響應(yīng)效率是不一樣的，在使用光檢測器時必須合理選擇所用的器件， 能滿足系統(tǒng)要求。

(2)有足夠的響應(yīng)度，輸出電流與輸入光功率是線性關(guān)系，以保證信號不失真。

(3)噪聲低，頻帶寬。光檢測器在光電變換中引入的噪聲應(yīng)盡量小， 因為光檢測器的入射光信號一般相當微弱，又是光接收機的最前級， 對系統(tǒng)的載噪比影響較大。

(4)可靠性高、壽命長、性能穩(wěn)定，能適應(yīng)一定的溫度等環(huán)境條件變化。

光檢測器的工作原理是:半導體晶體中的電子可能處于兩種狀態(tài)，一種是圍繞原子核旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)，另一種是脫離原子核的束縛而自由運動的狀態(tài)，該狀態(tài)還由于電子的自由運動，因而有助于產(chǎn)生導電狀態(tài)。處于這種狀態(tài)的電子， 其能量比處于前一種狀態(tài)的要高。

如圖2所示。

由圖2可見，能量高的區(qū)域稱為導帶，能量低的區(qū)域為價帶，處于它們中間的是禁帶， 它表示電子在其中不能存在的狀態(tài)。當光入射半導體接收的光能量大于半導體禁帶時，會使半導體原子中價帶的電子躍遷到導帶，價帶因失去電子以后而出現(xiàn)空穴， 所以由光的入射就會產(chǎn)生電子、空穴對，當外部加上電壓時，會使這些電子、空穴對移動， 從而取出電流。

光電二極管的基本結(jié)構(gòu)也是P-N結(jié)。在P-N結(jié)中，在N層當電子向?qū)кS遷時，失去電子的晶體的原子就要帶正電，在P層則空穴移動的軌跡要帶負電，因此電子和空穴受到這些電荷的排斥而遠離強區(qū)，在結(jié)區(qū)附近出現(xiàn)一個不存在電子和空穴等載流子的稱為耗盡層的層， P和N層之間因為帶電而產(chǎn)生電位差，其能級就不同，因而在中間形成傾斜狀態(tài)。當光射入耗盡層而進一步產(chǎn)生電子、空穴對時，由于上述傾斜，電子和空穴將被吸收而分別*在N層和P層，從而形成光電電動勢，如果加以反向偏壓(正極在N層，負極在P層)，電位的傾斜將進一步增大，由光產(chǎn)生的載流子就能作為電流而有效地取出。

2.光接收機的功率放大

在光接收機中，功率放大都采用集成一體化模塊，依據(jù)信號的放大流程，前面一級放大通常都采用低噪聲、推挽放大模塊，后面一級都采用功率倍增模塊。光接收機模塊的選擇有多種方式:可采用硅放大模塊、GaAs放大模塊、進口模塊、國產(chǎn)模塊等諸多配置，當光接收機在低電平輸出時，放大模塊的指標對光接收機的整機指標影響不大， 如果光接收機實現(xiàn)高電平輸出則放大模塊的影響將是主要因素。

3.光接收機的增益調(diào)節(jié)

光接收機的增益調(diào)節(jié)都是通過衰減器來實現(xiàn)，在實用化的產(chǎn)品中有兩種形式的衰減器， 固定衰減器和可調(diào)衰減器。

4.光接收機的均衡調(diào)節(jié)

不像放大器非有均衡調(diào)節(jié)不可，光接收機可以不加均衡器，光接收組件解調(diào)出來的電信號在整個工作頻段內(nèi)是平坦的，沒有斜率，因而也無須調(diào)節(jié)均衡。

均衡器是有線電視系統(tǒng)一個必不可少的常用器件，它是由電感、電容和電阻構(gòu)成一個橋T型4端高通網(wǎng)絡(luò)，通過調(diào)整電抗元件可以改變幅頻特性的傾斜度，即對低頻信號衰減大、高頻信號衰減依次減小， 正好和電纜的衰減特性相反，在光接收機應(yīng)用中主要有兩種，即固定均衡器、可調(diào)均衡器。(1)固定均衡器由電感、電容和電阻等無源器件組成。固定式均衡器通常是一個橋T型無源4端網(wǎng)絡(luò)，它克服了可變均衡器橋T型衰減網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定性，得到廣泛應(yīng)用，其主要優(yōu)點是電路簡單、成本低廉、均衡量固定，靠換用不同均衡量的均衡器實現(xiàn)均衡調(diào)節(jié)。(2)可調(diào)均衡器是在固定均衡器的基礎(chǔ)上，用可調(diào)衰減網(wǎng)絡(luò)代替固定衰減網(wǎng)絡(luò)，并增加阻抗匹配元件而成，可以實現(xiàn)連續(xù)均衡量的調(diào)整，使用非常方便，在光接收機中，固定均衡器、可調(diào)均衡器都有應(yīng)用。

二、常見故障分析及排除

1.故障現(xiàn)象: 輸出電平太低

原因分析:

①入光功率太低②光纖連接頭被沾污③+24V電壓太低④輸出電平測試端接觸不良。

①測試輸入光功率，在保證指標的前提下提高光發(fā)射機輸入電平;②斷開電源，取下APC光纖連接頭，用無絨棉球蘸無水酒精擦拭， 清潔連接頭的端面;③測試模塊供電電壓是否為(24～0.3V);④檢查測試端及相關(guān)連線是否接好。

2.故障現(xiàn)象:電視圖像有雪花，但輸出電平正常原因分析:光發(fā)射機射頻輸入電平太低或信號質(zhì)量不好。

處理過程: 提高光發(fā)射機射頻輸入電平， 改善信號質(zhì)量。

3.故障現(xiàn)象:電視圖像有斜紋原因分析:光發(fā)射機射頻輸入電平太高或信號質(zhì)量不好。

處理過程: 降低光發(fā)射機射頻輸入電平， 改善信號質(zhì)量。

4.故障現(xiàn)象:沒有輸出信號原因分析: 電源不工作; 光接收機沒有光信號輸入。

處理過程:

①查找電源各接插件是否接觸不良， 保險絲是否熔斷;②測量輸入光接收機的光功率。