电视伴音红外转发器的设计概述.docx

中国石油大学（华东）现代远程教育

毕业设计（论文）

题 目：电视伴音红外转发器的设计
学习中心： 重庆信息工程专修学院奥鹏学习中心
年级专业： 0409级 电气工程及自动化
学生姓名： 倪 祥 虎 学 号： 0451480274
指导教师： 韩 亚 军 职 称： 讲 师
导师单位： 重庆信息工程专修学院

中国石油大学（华东）远程与继续教育学院

论文完成时间： 2007 年 12 月 27 日

中国石油大学（华东）现代远程教育

毕业设计（论文）任务书

发给学员 倪 祥 虎
1．设计(论文)题目： 电视伴音红外转发器的设计
2．学生完成设计(论文)期限： 2007年 11月 23日至 2007年 12月25 日
3．设计(论文)课题要求：数字卫星电视广播系统的基本组成、信号传输方式和相关的国际标准，较详细地介绍了卫星接收天线、室外接收单元和室内接收单元的电路组成、主要技术、集成电路和整机结构方案，最后还讲述了卫星电视接收系统的性能分析、设计方法、安装调试和多用户系统结构等内容。
4．实验部分要求内容：必须实事求是，态度诚恳，独立认真写出真实情况和感受，以及所做内容，经验、建议均符合实际。
5．文献查阅要求：利用课余时间以及到图书馆查阅相关资料，指导老师在讲课的同时认真听讲记下所讲内容。经过仔细分析选取有关材料进行对比充分发挥自己的能力做好一切。
6．发 出 日 期： 2007年 11 月 23 日
7．学员完成日期： 2007 年 12 月 23 日
指导教师签名：
学 生 签 名： 倪 祥 虎

摘 要
电视伴音红外转发器是目前家用电视中常采用的一种遥控装置，它具有结构简单、成本低、无干扰、低噪声等特点，因此红外转发器的应用较为广泛。
本文主要研究了电视伴音通道的作用及组成，并对伴音通道的电路进行了详细地分析，为红外转发器实现电视伴音信号的转发提供了应用依据；介绍了红外转发器的组成及工作原理，并详细地阐述了红外发射电路和红外接收电路的工作过程。在熟悉红外转发器的原理及应用的基础上，设计了一种简单实用的电视伴音红外转发器，并从各部分电路的构成以及采用的器件方面，分别对红外发射电路和红外接收电路做了较为细致地阐述，并说明了各自电路的工作过程。
本文最后对系统的调试过程以及调试过程中的注意事项做了详细说明，并针对该设计方案中存在的一些不足之处，提出了一些改进意见。

关键词：电视伴音，红外转发器，发射器，接收器
目 录
摘 要 I
目 录 II
第1章 前言 1
1.1 课题研究背景及目的 1
1.2 方案选择与比较 1
1.3 红外技术概述及应用 1
1.3.1 军事方面应用 3
1.3.2 民用方面应用 6
1.4 本文构成及研究内容 8
第2章 电视伴音通道工作原理 10
2.1 电视伴音通道概述 10
2.1.1 伴音通道的作用 11
2.1.2 伴音通道的组成 12
2.2 电视伴音通道电路 14
2.2.1 伴音中放电路 14
2.2.2 伴音鉴频电路 14
2.2.3 伴音低频放大电路 一五
2.3 本章小结 16
第3章 红外转发器组成及原理 17
3.1 红外转发器组成 17
3.1.1 红外发射器 17
3.1.2 红外接收器 一八
3.2 红外转发器工作原理 20
3.2.1 红外发射器工作原理 20
3.2.2 红外接收器工作原理 21
3.3 红外转发器技术参数 21
3.4 本章小结 21
第4 章 电视伴音红外转发器的实现 23
4.1 红外发射器电路设计 23
4.1.1 三极管驱动放大器 24
4.1.2 红外发光管 26
4.1.3 具体电路说明 28
4.2 红外接收器电路设计 29
4.2.1 红外接收管 29
4.2.2 音频放大器 31
4.2.3 具体电路说明 36
4.3 本章小结 37
第 5章 系统调试与改进意见 38
5.1 系统调试过程说明 38
5.1.1 红外发射器电路调试 38
5.1.2 红外接收器电路调试 38
5.2 系统改进意见 39
5.3 本章小结 40
结 论 41
致 谢 42
参考文献 43

第1章 前言
1.1 课题研究背景及目的
如今的家电市场电子产品种类繁多，各项新产品新技术不断涌现，致使各商业厂家不断推出具有各自特色的新产品。结合家电市场需求，本课题研究了一种适用于家用电视上的电视伴音红外转发器。
1.2 方案选择与比较
作为电视伴音转发器来说，一般有电视伴音无线转发器和电视伴音红外转发器两种。由于两种转发器采用不同的工作波段，一个为无线电波波段，一个为红外波段，仅从工作波段来看，红外线作为信号载波具有很多优点：成本低、传播范围和方向及距离可以控制（不会穿过墙壁，对隔壁家的电视造成影响）、不产生电磁辐射干扰，也不受干扰等等，因此红外线常常被用做近距离视线范围内的通讯载波，被广泛应用于家用电器行业。鉴于此，本课题选择了以红外线作为信号载波，制作一种电视伴音红外转发器。
1.3 红外技术概述及应用
自然界中，一切温度高于绝对零度摄氏-273.16°的物体都不断地辐射着红外线，这种现象称为热辐射。红外线(Infrared rays)也是一种光线，它是在红光以外的、肉眼看不见的、具有热效应的光线，红外线是太阳光线中众多不可见光线中的一种，由德国科学家霍胥尔于一八00年发现，由于它的波长比红色光（750nm)还长，超出了人眼可以识别的（可见光）范围，所以我们看不见它，又称为红外热辐射(Infrared radiation)，通常把波长为0.75～1000μm的光都称为红外线。红外线可分为三部分，即近红外线，波长为0.75～1.50μm之间；中红外线，波长为1.50～6.0μm之间；远红外线，波长为6.0～l000μm 之间。
自一八00年英国天文学家W.Herschel发现了红外线以来 对红外辐射的研究已有一八0余年的历史，但其作为一门应用技术，还是从上个世纪5O年代，在快速响应固体红外探测器研制成功后发展起来的。红外技术首先为军方所重视，用于国防和军事，极为保密。直到1959年，美国无线电工程师协会期刊(PIRE)出了一期《红外物理与工艺学》专刊，才第一次系统地对红外技术作了阐述。
红外通讯一般采用红外波段内的近红外线，波长在0.75um至25um之间。为了建立一个统一的红外数据通讯的标准，1993年，由HP、COMPAQ、INTEL等二十多家公司发起成立了红外数据协会(Infrared Data Association，简称IRDA)。一年以后，第一个IRDA的红外数据通讯标准发布，即IRDA1.0。IRDA1.0简称为SIR(Serial InfraRed)，它是基于HP-SIR开发出来的一种异步的、半双工的红外通讯方式，其最高通讯速率只有1一五.2Kbps，也就是大家熟知的电脑串行端口的最高速率。
红外线通讯是一种廉价、近距离、无线、低功耗、保密性强的通讯方案，主要应用于无线数据传输，有时也用于无线网络接入和近程遥控。红外通信是利用红外线作为传递信息的媒体，即通信信道。红外线是波长在750 nm～1 mm之间的电磁波，是人眼看不到的光线。红外数据传输一般采用红外波段内的近红外线，波长在0.75 m～25m之间。发送端将二进制数字信号调制成某一频率的脉冲序列，并驱动红外发射管以光脉冲的形式发送出去。接收端将接收到的光脉转换成电信号，再经过放大、滤波等处理后送给解调电路进行解调，还原为二进制数字信号后输出。
1996年，IRDA发布了IRDA1.1标准，即Fast InfraRed，简称为FIR。其最高通讯速率达到了4Mbps的水平。随着技术的发展，IRDA又发布了通讯速率高达16Mbps的VFIR技术(Very Fast InfraRed)，并将它作为补充纳入IRDA1.1标准之中。同时，接收角度也由传统的30度扩展到120度。更高的通讯速率使红外通讯在那些需要进行大数据量传输的设备上也可以占有一席之地，而不再仅仅是连接线的替代。
随着移动计算和移动通讯设备的日益普及，红外数据通讯也进入了一个快速发展的时期。尽管现在有了同样是近距离无线通讯的蓝牙技术，但以红外通讯技术低廉的成本和广泛的兼容性的优势，红外数据通讯势必会在将来很长的一段时间内在短距离的无线数据通讯领域扮演重要的角色。IRDA成立至今，红外数据协会的会员发展到今天，也越来越多了，当今在IT业和通讯业叱咤风云的大公司几乎都在其中，由此可见IRDA标准已经获得了业界的广泛认同和支持。红外线的产品在市场上也随处可见，从此可以看出，红外线技术也得到了大众及市场的认可。随着IRDA发布了通讯速率高达16Mbps的VFIR技术，同时接收角度也由传统的30度扩展到120度。红外线在技术及标准上都逐步完善，市场的逐步成熟，我们相信红外无线通讯在未来很长一段时间都会是无线设备连接的优秀方式之一。
1.3.1 军事方面应用
红外技术在军事上的实际应用始于第二次世界大战期间。当时，德国研制和使用了一些红外技术装备，其中有红外通信设备和红外夜视仪，它们都属于主动式红外系统。战后，由于红外光子探测器和透红外光学材料的迅速发展，红外技术的应用引起军事部门的重视。此后，红外技术的发展方向集中在被动式系统上。50年代，红外点源制导系统应用于战术导弹上。60年代，红外技术的军事应用已相当广泛，如已应用于制导、火控、瞄准、侦察和监视等。60年代中期，出现了光机扫描的红外成像技术。70年代，红外成像技术获得迅速发展，热成像系统和电荷耦合器件的应用是这一时期的重要成果。80年代，红外技术进入研制镶嵌焦面阵列（CCD阵列）系统的新时期。由于红外系统比雷达系统的分辨率高，隐蔽性好，且不易受电子干扰，较之可见光系统具有能识别伪装、可昼夜工作、受天气影响较小等优点。因此，在军事上得到广泛应用，主要体现在以下几个方面：
1、红外夜视 　
50年代前期所用的红外夜视设备，都是主动式红外夜视仪，一般采用红外变像管作接收器，工作波段在1微米左右,在夜间可看见100米处的人，1公里内的坦克、车辆和10公里远的舰船。现代红外夜视设备主要有红外热像仪（亦称红外前视系统）、红外电视和改进的主动红外夜视仪等。其中红外热像仪是具有代表性的红外夜视装置。美国于60年代后期研制的一种光机扫描式红外成像系统，为飞机夜航和在恶劣气象条件下的飞行提供观察手段,工作在8～12微米波段，一般采用碲镉汞光子探测器接收，液氮致冷。它的战术技术性能，比主动式红外夜视仪提高了一个数量级，夜间可观察到1公里处的人，5～10公里远的坦克和车辆，视距内的舰船。这种红外热像仪几经改进，到80年代初，许多国家已出现标准化、组件化系统，设计者可按要求选用不同的组件，组装所需的红外热像仪，为军队提供了一种简便、经济、互换性好的夜视装备。红外夜视设备已广泛应用于陆、海、空三军。如用作坦克、车辆、飞机、舰船等的夜间驾驶用观察设备，轻武器的夜瞄仪，战术导弹和火炮的火控系统，战场前沿的监视和观察设备，以及单兵侦察设备等。今后将发展用凝视型焦面阵列组成的热成像系统，它的战术技术性能将进一步提高。
2、红外制导 　
50年代中期，美、英、法等国相继研制成功“响尾蛇”、“火光”和“马特拉”等第一代红外制导的空空战术导弹。 导弹 的红外导引头采用非致冷硫化铅探测器，工作波段1～3微米。它只能对敌机作尾追攻击，易受阳光干扰。随着红外技术的发展，红外制导系统日益完善。60年代以后，在三个大气窗口都相继有了可供实用的红外系统，攻击方式从尾追发展到全向攻击，制导方式也有了全红外制导(点源制导和成像制导)和复合制导。 红外点源制导系统已广泛应用于空空、地空、岸舰和舰舰导弹等数十种战术导弹上。90年代初，点源制导系统成上述战术导弹的主要制导方式之一。
红外成像制导系统的研制工作始于70年代中期，它比红外点源制导系统提供的信息丰富，具有更强的识别能力和更高的制导精度。80年代初，已在“小牛” 空地导弹 上使用。随着焦面阵列器件的研制成功，红外成像制导系统将进一步提高识别能力，并使导弹具有自主攻击能力。
3、红外侦察
用于地（水）面、空中和空间的红外侦察设备，有红外照相机、红外扫描仪、红外望远镜、红外热像仪和主动式红外成像系统等。地面红外侦察设备主要是红外热像仪和主动式红外夜视仪。潜艇使用的红外潜望镜，已具有伸出水面迅速扫描一周，收回后再显示观察的功能。水面舰船可借助红外探测跟踪系统，监视敌方飞机和舰船的入侵。80年代初多数采用点源探测系统， 迎头探测飞机的距离为20公里，尾追约100公里；观测主动段 战略导弹 的距离大于1000公里。红外跟踪头与电影经纬仪和激光雷达配合，还可用于靶场测量。第二次世界大战中，军用 侦察机 采用红外假彩色照相取得了明显的侦察效果。但红外胶片仅能敏感0.9微米以下的红外辐射,且保存困难。60年代以来,机载红外侦察设备主要采用红外扫描照相机，以后又采用热像仪。红外扫描照相机是一种将目标和背景的图像通过光机扫描－光电-电光转换后,使其照在可见光胶片上成像的设备。60年代,这类设备的角分辨率仅为0.5毫弧度（即在1000米高空可区分开0.5米的间距）。现代红外扫描照相机的分辨率已提高一个数量级。
空间红外侦察设备已用于导弹预警卫星、气象卫星、陆地卫星和照相侦察卫星上。导弹预警卫星可利用星上的红外望远镜实时发现飞出大气层的来袭战略导弹，并监视其飞行。军用气象卫星可利用星上的双通道行扫描仪拍摄全球云图。陆地卫星可利用星上的中远红外波段设备进行 战略侦察 。照相侦察卫星可利用星上的高分辨率的红外成像设备，昼夜侦察和监视对方的军事目标和军事活动。
4、红外对抗
应用红外对抗技术可使对方红外探测和识别系统的功能大大下降，甚至不起作用。对抗措施可归结为规避和欺骗两类。规避是利用伪装器材，将军事设施、武器装备等隐蔽起来，使对方探测不到己方的红外辐射源。伪装器材主要有红外伪装网和防红外涂料，80年代初期，它们仅能在1～3微米波段起作用，可对付某些红外照相机和扫描仪，但对红外热像仪却无能为力。欺骗是用与自身红外辐射波长相似但更强烈的辐射源，诱开对方的红外探测系统，这种主动对抗装置有红外诱饵和干扰机。前者如曳光弹、燃油箱等；后者是一种加??引开来袭的红外制导导弹。这种主动对抗装置，直到80年代中期还难以对付在 8～12微米波段工作的红外系统。对抵消红外对抗技术的作用，现代红外系统又采取了反对抗措施，如采用双色技术和多模跟踪技术等。
此外，红外技术在军事上还可用于通信、报警、毒气监测、弹药引爆和区域警戒等方面。综观红外技术在军事上的应用，可归结为：为部队提供夜间行动和作战能力,为部队提供军事情报，提高武器系统的命中精度，改善武器系统抗电子干扰能力。红外技术将日益对战略战术和军队的作战行动产生影响。
1.3.2 民用方面应用
红外线技术在民用方面的应用较为广泛，在医学、工业、农业、电子产品等行业到处可见，下面举例介绍一下红外线技术在各领域的应用：
1、医学方面应用
红外线具有热效应，并能使生物体分子产生共振吸收效应，辐射人体后可改善局部血液循环、解痉止痛等，能辅助治疗多种疾病，尤其在肿瘤治疗方面，显示了其良好的应用前景。红外线的技术和仪器对人体无损害，对环境无污染，具有其他影像诊断设备所无法做到的人体器官代谢功能影像显示，开辟了以功能学为主的医学影像技术新领域，为疾病诊断和医学研究提供了影像显示手段和技术支撑，在医学实践及总结中发挥着重要作用。
红外线对人体皮肤、皮下组织具有强烈的穿透力。外界红外线辐射人体产生的一次效应可以使皮肤和皮下组织的温度相应增高，促进血液的循环和新陈代谢，促进人的健康。红外线理疗对组织产生的热作用、消炎作用及促进再生作用已为临床所肯定，通常治疗均采用对病变部位直接照射。近红外微量照射治疗对微循环的改善效果显著，尤以微血流状态改善明显。表现为辐照后毛细血管血流速度加快，红细胞聚集现象减少，乳头下静脉丛淤血现象减轻或消失，从而对改善机体组织、重要脏器的营养、代谢、修复及功能有积极作用。
2、农业方面应用
在农产品加工工业中，从对农产品的干燥到对农产品的品质的无损伤检测以及到现在的通过红外线的检测实现水果的分级。另外，红外干燥技术在药材加工中，用远红外辐射干燥技术来对饮片进行干燥，不受气候影响，比自然干燥卫生，缩短干燥时间、干燥速度快，药物质量好，具有较高的杀菌、杀虫及灭卵能力，节省能源，造价低，便于自动化生产，减轻劳动强度。近年来远红外干燥在原药、饮片等脱水干燥及消毒中都有广泛应用。还可用于中药粉末及芳香性药物的干燥灭菌，并能较好地保留中药挥发油。其干燥原理是：电能转变为远红外线辐射能，被干燥物体的分子吸收后产生共振，引起分子、原子的振动和转动，导致物体变热，将大量水分变成气态而扩散，最终达到干燥无菌的目的。
3、电子产品方面应用
红外线技术在电子产品领域的应用也十分广泛，例如：
(1)红外线照相和红外线电视录像
红外线照相分为红外线黑白照相、红外线彩色照相、热红外照相、红外荧光照相、低温红外荧光照相；红外线电视录像是利用被摄体对红外线的反射或被摄体本身的热辐射来显示物体的红外像或热像。
(2)红外线燃具
它通过特殊的设计将煤气燃烧所产生的热量转化为无焰燃烧红外线热所辐射传递，由于燃烧方式与传统机理上的革命，使红外线具有普通燃气灶所无可比拟的显著优势：高效节能，环保健康，洁净卫生，安全可靠。
红外线加热取暖技术不但应用在民用产品，更可应用到工业产品当中，如锅炉制暖系统，红外线热水系统……其高效节能，环保健康，洁净卫生，安全可靠的特点将会令更多行业受益，其使用前景看好。
(3)红外线遥控与通讯
红外线遥控是目前使用最广的一种遥控手段。红外线遥控装置具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点，因而继彩电、录像机之后，在录音机、音响设备、空调机，以及玩具等其它小型电器装置上也纷纷采用红外线遥控。
在红外线通讯的应用中，我们较为常见的是手机与手机间、手机与电脑间、电脑与电脑间等的无线通讯，即个人无线局域网的应用。其组网的模式，就是组建一个微微网。手机与手机之间，不少用户都希望实现免费的图片、音乐、数据的共享与传输。如果手机支持红外线功能，我们就可以通过红外线组建微微网，用以实现手机间的资源共享，而如此组建的红外网络完全是免费的，不需要付给第三方任何通讯费用。
对于红外线技术在民用方面的应用的例子，本文不再过多介绍，对于该课题电视伴音红外转发器的设计亦属于红外技术在民用电子产品中的应用。
1.4 本文构成及研究内容
本文主要完成的是电视伴音红外转发器的设计，因此，本文主要研究了电视伴音信号的制作及产生、红外转发器的原理及应用以及如何实现电视伴音红外转发器的设计。第1章绪论部分，在介绍课题背景及目的的基础上，比较了利用无线电和红外线来实现电视伴音转发器的区别，并选择了基于红外转发的电视伴音信号的实现，并且对于红外线的应用做了概述；第2章主要介绍了电视伴音的制作及产生方面的相关知识；第3章围绕红外转发器的组成及原理做了详细介绍，并指出了衡量红外转发器性能的一些参数指标；第4章重点阐述了电视伴音红外转发器的实现，主要包括了红外发射电路和红外接收电路两部分，分别对各电路的设计原理、器件的选择、工作过程等作了详细地介绍；第5章主要结合电视伴音红外转发器硬件电路的设计，对电路调试过程做了详细说明，并对电路的设计提出了部分改进意见；最后对该课题的设计及实现做了总结性的概括。

第2章 电视伴音通道工作原理
2.1 电视伴音通道概述
电视广播所要传送的是图像信号和伴音信号，由于他们本省的频率均较低，因此都不能直接以电磁波的形式向外发射，而必须借助于调制手段将其频率提高后，方可由发射天线将它以电磁波的形式发送出去。所谓高频电视信号就是指已经过调制的高频图像信号与已经过调制的高频伴音信号的合成信号。当伴音信号经过调制后即变成了所谓的高频伴音信号，为了与图像信号同频道且又互不干扰地传送，高频图像信号与伴音信号是采用频分复用的方式向外传送的。并且我国规定伴音载频比图像载频高6.5MHz，最大频偏为50KHz，采用双边带传送高频伴音信号。在实际的电视系统中，分配给伴音信号的带宽一般为0.5MHz，以便能容纳更多的变频分量。因此，高频电视信号的频谱分布如图2.1所示。由图可知，传送一套电视节目将占用8MHz的带宽，即一个电视频道的带宽应为8MHz。

图2.1高频电视信号的频谱分布
目前我国模拟电视的标准是：
(1) 图像载频信号采用残留边带传输，残留边带标称带宽0.75MHz。
(2)各频道的本机振荡频率始终比图像载频高38 MHz，比伴音载频高31.5 MHz。
(3)频道带宽的下限始终比图像载频低1.25 MHz，上限则始终比伴音载频高0.25 MHz。
(4)每个频道的伴音载频始终比图像载频高6.5MHz。
(5)92～124 MHz、566～606 MHz为公共调频广播和无线电波通讯等使用的波段，不安排电视频道。
(6)每个频道的中心频率及所对应的中心波长是估计天线尺寸和调试电视机的参数。
电视机天线接收到的射频电视信号，首先通过VHE/UHF调谐放大器进行射频放大；然后与本地振荡一起混频，将它变换成图像中频为38MHz，伴音中频为31.5MHz的中频电视信号（中心频率约为35MHz），从频谱结构来看，它相当于把输入信号载频往低处搬迁到另一个较低的固定频率上，但它还是属于高频调制信号。中频信号通过声表面滤波器选出经中频放大器进行放大，及进一步筛选后，再进行限幅、同步检波器检波，然后输出0～6MHz的亮度信号，和副载波频率为4.43MHz的色度信号（正交调幅），以及载频为6.5 MHz的第二伴音中频信号（调频）。
伴音信号（6.5MHz）采用调频方式，与图像信号（0～6MHz）在频域上是分开的，这样经过6.5MHz的带通滤波器就可以把伴音信号取出，然后经过伴音中放和鉴频，就可以还原出伴音信号（音频），再经过功放和扬声器，最后还原成声音。同时，为防止伴音信号干扰图像，在视频图像信号通道还须用6.5MHz陷波器对伴音信号进行吸收，剩下的信号即为亮度信号和彩色信号。
2.1.1 伴音通道的作用
伴音通道作用是对视频检波后得到的第二伴音中频信号，经过预视放电路放大、送入伴音限幅放大器进行限幅放大后，由鉴频器鉴频，从6.5MHz的调频信号中解调出音频信号，再通过音频电压、功率放大器的进一步放大，最后以足够的功率去推动扬声器发出声音。
通常对伴音通道的要求包括：
(1)非线性失真要小
(2)频带要宽
(3)功率余量要大
(4)对调幅信号的抑制能力要强
(5)信杂比要高
(6)鉴频器零点漂移要小
(7)调整要简单，工作要稳定。
2.1.2 伴音通道的组成
全电视信号经过6.5MHz带通滤波器选出第二伴音中频信号，再送入限幅放大器进行放大、限幅，放大后的信号被送入鉴频器进行调频解调，得到音频信号再经低频放大器放大，最后输出功率给扬声器，扬声器即可发出声音。
早期的鉴频电路是利用LC调谐回路的钟型谐振曲线进行斜率检波，来对调频信号解调，两个LC调谐回路组合起来就得到一条S曲线。这种方法已经很少使用，目前大部分鉴频电路都是采用锁相环信号与输入信号相乘的方法，即，相敏整流的方法。道理也很简单，因为相位的微分就是频率。伴音通道主要包括了伴音中放电路、限幅器、鉴频器以及低频放大器，具体组成框图如图2.2所示。

图2.2 伴音通道组成方框图
为了减小图像与伴音信号之间的相互干扰，通常在中频放大器中，将伴音中品的增益调整的比图像中频的增益约低25dB。这样，由视频检波器差拍所产生的第二伴音中频信号的幅度是相当低的，一般只有毫伏数量级。因此，在进行调制解调（即鉴频）前，必须利用伴音中频放大器对其幅度进行放大，同时还要对其进行限幅，以便将调频信号中的寄生调幅干扰去掉，使伴音中频放大器输出理想的等幅调频波。经限幅放大后的理想等幅调频波即可送入调制解调器（即鉴频器）进行调频检波。检波后产生的音频信号经增益控制（即音量控制）网络输出后，送给音频电压放大及音频功率放大电路，放大后的音频信号及可推动扬声器还原出电视伴音。伴音信号的整个传输过程如图2.3所示。

图2.3 伴音信号的整个传输过程
2.2 电视伴音通道电路
2.2.1 伴音中放电路
伴音中频放大器的作用是对来自于视频检波器（或预视放级）的第二伴音中频信号进行限幅放大，以便达到鉴频器正常工作所需的电压（一般约为1V）。而限幅器的作用是对叠加在调频波信号上的幅度干扰和寄生调幅加以抑制。通过限幅可以使输出的信号变成理想的调频等幅波。这样就可以有效地减少外来干扰的影响。
2.2.2 伴音鉴频电路
从调频波中“检出”原来调制信号的过程称为调频波的解调，又叫鉴频，实现鉴频的电路成为鉴频器，也叫频率检波器，它的作用是从伴音中频（6.5MHz）调频波中解调出电视伴音的音频信号。常用的鉴频电路有比例鉴频电路和相位鉴频电路，它们的工作原理相同，都是先把等幅的调频波变换成幅度按调制信号规律变化的调频调幅波，然后，用振幅检波器把幅度的变化检出来，得到原来的调制信号。
对于鉴频器的基本要求是：非线性失真要小；灵敏度高和抑制寄生调幅能力强等。
集成电路的伴音鉴频电路采用的是PLL（锁相环）同步检波电路。一般此鉴频电路由限幅器、PLL鉴频器组成。其工作原理是：第二伴音中频信号经限幅放大后，一路送往鉴频器；二路送往锁相环电路，锁相环依据输入信号的相位，锁定内部VCO的振荡频率，从而获得一相位稳定的开关信号，此开关信号经90°移相后，送往同步鉴频电路。送往鉴频器的直通信号的PLL送来的开关信号的鉴频作用下，转换成音频信号。鉴频电路是利用PLL电路的稳定开关信号将第二伴音中频的频率变化转换成相位的变化，然后再利用双差分电路的鉴频特性把相位变化转换成幅度的变化，即我们所需的音频信号。由于采用了锁相环鉴频器（PLL电路），开关信号能自动锁定在输入不同的伴音中频点上，鉴频器无需外接调谐线圈，简化了外围电路，取消了多制式伴音中频调谐电路。
2.2.3 伴音低频放大电路
由鉴频器输出的伴音音频信号只有经过音频信号处理电路，才能在扬声器中还原出原有的电视伴音。音频信号处理电路主要是指电子音量控制电路，去加重电路，音频功率放大电路等。
在集成电视接收机中，电视的伴音音量控制大多采用电子音量控制电路，即依靠调节直流电压来控制音量大小，而音频信号本身并不流经音量调节电位器。为了实现用直流电压控制音频放大器的增益（即实现音量控制），同时又不影响音频信号中的直流成分，在实际的集成伴音系统中，大多采用双平衡差分放大器形式。常见的ATT（电视衰减器）电路就是依靠改变直流电压来实现音量控制的一种常用电子音量控制电路。
所谓的预加重电路就是为了改善电路中高、低音频端抗干扰能力的不平衡，在进行调频传送前，发射台预先将音频信号中的高音频成分加以提升，以便使其调频指数不知过小而采用的一种预加重处理技术。因此，为了不使电视伴音产生失真，在接收机中需对鉴频后产生的音频伴音信号进行所谓的去加重处理，也就是要将原来提升的高频成分再予以衰减。由于预加重电路采用的是RC高通滤波网络，因此，去加重网络可以采用与其对应的RC低通滤波网络。
经过ATT电路及去加重电路处理后，音频伴音信号还需要经过音频放大电路才能推动扬声器发出声音，音频放大电路包括音频前置电压放大电路和音频功率放大电路。音频前置电压放大器一般均在集成快内实现，它通常采用差分放大器电路。而音频功率放大器可在集成块内实现，也可以利用分立元件在集成块外完成，常用的音频功率放大器有互补推挽型OTL电路和分流调整型OTL电路。
伴音低放由电子滤波器、前置放大器和过流、过压保护电路组成。电子滤波器的作用主要是对直流电源进行滤波，降低电路的交流声电平，以及减小集成电路内部间产生耦合，提高音频通道信噪比和工作稳定性；过流、过压保护电路主要是防止放大器处于过激励状态或工作电源电压上升时造成电路损坏，而采取自动保护的电路。
2.3 本章小结
本章主要对电视伴音通道部分的知识进行了介绍，主要围绕电视伴音通道的作用、组成进行阐述，对电视伴音通道中各主要电路，包括伴音中放电路、伴音鉴频电路以及伴音低频放大电路分别做了详细介绍，可以更直观地看到该课题完成的设计对应于电视伴音通道的哪一部分。

第3章 红外转发器组成及原理
3.1 红外转发器组成
简单地讲，就是用户在一个房间内操作遥控器或遥控键盘时，红外转发器可以将该房间内收到的红外遥控信号经过简单的变换，通过RS485总线传输到最远达1200米外的另一个房间控制相应的家电或计算机，就象用户仍在该房间内家电或计算机附近操作遥控器或遥控键盘一样。 远程遥控红外转发器采用两线制信号传输，用一对双绞线或带屏蔽的两芯电缆均可，远程遥控转发器中发送、接收两端均需分别提供+5V电源供电，如果距离不太远，也可以两端共用一个电源，视具体情况而定。下图为一个实际使用的远程遥控转发器外观。

图3.1 红外转发器原理图
通常的红外转发器主要由红外发射器和红外接收器组成，下面分别对红外发射器和红外接收器做详细介绍。
3.1.1 红外发射器
红外发射器大多是使用Ga、As等材料制成的红外发射二极管，其能够通过的LED电流越大，发射角度越小，产生的发射强度就越大；发射强度越大，红外传输距离就越远，传输距离正比于发射强度的平方根。有少数厂商的红外发送器件内置有驱动电路。红外发送器件在使用时通常需要串联电阻，用以分压限流。
常用的红外发光二极管(如SE303、PH303)，其外形和发光二极管LED相似，发出红外光(近红外线约0.93pm)。管压降约l.4V，工作电流一般小于20mA。为了适应不同的工作电压，回路中常串有限流电阻。用红外发光二扳管发射红外线去控制受控装置时，受控装置中均有相应的红外光—— 电转换元件。如红外按收二极管，光电三极管等。实用中已有红外发射和接收配对的二极管。
红外线发射与接收的方式有两种，其一是直射式，其二是反射式。直射式指发光管和接收管相对安放在发射与受控物的两端，中间相距一定距离：反射式指发光管和接收管并列一起，平时接收管始终无光照。只在发光管发出的红外光遇到反射物时，接收管收到反射闻来的红外线才工作。
Vishay公司推Ⅲ四款可提供出色辐射功率和强度的新系列高速红外发射器TSFF5410、TSFF5210、TSMF4710及TSMF3710。这些产品是采用双异质芯片技术构建的新IR发射器，与上一代器件相比，其辐射强度提高了43％，从而扩展了汽车、消费类及工业环境中红外数据传输和挡光系统应用的范与可靠性。上述IR发射器的峰值波长均为870nm，典型正向电压1.5V，其中TSFF5410和TSFF5210发射器，适合于具有高调制频率或高数据传输速率要求的自由空中数据传输系统，例如便携式摄像机与电视机之间的红外视频数据传输应用，这两款产品采用5mm塑料T-1封装，另两款发射器TSMF4710和TSMF3710则适合于需要小型表面贴装器件的应用，例如高速IR数据传输与高性能传感器。
3.1.2 红外接收器
红外接收器主要的器件就是红外检测器，而红外检测器件的主要部件是红外敏感接收管件，有独立接收管构成器件的，有内含放大器的，有集成放大器与解调器的。内部集成有放大与解调功能的红外检测器件通常还含有带通滤波器，这类器件常用于固定载波频率(如40kHz)的应用。接收灵敏度是衡量红检测器件的主要性能指标，接收灵敏度越高，传输距离越远，误码率越低。
Vishay Intertechnology公司的多功能红外接收器模块系列拟添14款新产品投放于遥控市场。此14款新产品抗环境光扰性强，电源电压仅为2.7伏，工作范围逾35米。
Vishay公司出品的新型TSOP3xxxx接收器模块将PIN二极管及前置放大器置于一个封装内，其尺寸仅为6.95毫米×6毫米×5.6毫米，令设计者可开发高度集成的小型红外遥控系统，以应用于玩具、电视、DVD播放器、录像机等成品及其它采用电池供电的遥控产品。
此类模块采用环氧封装，兼作红外滤波器，集成的自动增益控制AGC电路可抑制各种光源干扰，内部金属挡板可抵抗电场干扰，而内部带通滤波器允许采用PCM频率操作。此类新型收发器模块指定电源电压范围为2.7伏至5.5伏，且在3伏电源电压下可用作标准遥控接收器。
TSOP3xxxx系列器件可按所有公用数据格式操作，最大数据率为4000位/秒。微处理器可直接解码解调输出信号，令此类模块在多媒体应用场合中游刃有余。TSOP3xxxx器件具TTL及CMOS兼容性。
Vishay发布两款新型红外线(IrDA)收发器──TFDU6300及TFDU6301；新产品支持高速IrSimpleShot红外传输协议，可供照相手机将数字图片传送到电视、打印机，以及其它支持相同IrDA规格的照相手机。
TFDU6300及TFDU6301采用尺寸仅2.5mm×3.0mm×8.3mm的微型封装，适合小型手机或数字相机应用；新组件提供IrSimpleShot协议所需的4Mbps的快速红外线(FIR)资料速率。该组件并具备1.8mA的低接收工作(或闲置)电流，以及0.01μA的关断电流，可节省电池电量。
Vishay指出，IrSimpleShot技术是由NTT DoCoMo及Sharp等公司共同开发，可供用户将照相手机中的图片直接传送到电视及打印机，无需使用电缆或进行复杂的软件设置。TFDU6300与TFDU6301 FIR收发器符合IrDA物理层，资料传送距离长达0.7米。此外这两款收发器可在25米的距离内传送电视遥控信号。 而TFDU6300及TFDU6301与Vishay的TFDU4300 (SIR，1一五 kbps)及TFDU5307 (MIR，1 Mbps)接脚兼容；工作电压范围介于2.4V~3.6V。TFDU6300 I/O电压取决于外部电源的电压；TFDU6301的I/O电压为1.8V，可直接连接到具有1.8V逻辑的微控制器I/O。 Vishay的两款新组件皆采用无铅封装，并具备整合的EMI保护，无需使用外部防护装置；目前已可提供样品与量产。
3.2 红外转发器工作原理
3.2.1 红外发射器工作原理
红外发射器原理比较简单，主要包括驱动放大电路和红外发光二极管，任务是将发送端输入的二进制数字信号调制成某一频率的脉冲序列，通过驱动放大器驱动红外发射管以光脉冲的形式将信息发送出去。具体电路原理框图如图3.2所示。

图3.2 红外发射器原理框图
3.2.2 红外接收器工作原理
红外接收器主要将接收端接收到的光脉转换成电信号，再经过放大、滤波等处理后送给解调电路进行解调，还原为二进制数字信号后输出。具体电路原理框图如图3.3所示。

图3.3 红外接收器原理框图
3.3 红外转发器技术参数
通常情况下，红外转发器应具备一些技术参数，用来衡量红外转发器性能的优劣，这些参数主要包括：
(1)工作电压；
(2)工作温度；
(3)工作湿度；
(4)接收灵敏度；
(5)遥控设备；
(6)遥控距离；
(7)红外发射角度；
3.4 本章小结
本章主要介绍了红外转发器的工作原理及组成，包括了红外发射电路与红外接收电路，并分别对这两部分的工作原理进行了详细阐述，并提出了一些现有的衡量红外转发器性能的技术参数指标