CN108234021A - 一种基于量子阱二极管器件的音频接收系统 - Google Patents

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蒋元
蒋燕
朱秉诚
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Abstract

本发明公开了一种基于量子阱二极管器件的音频接收系统，包括音频信号驱动电路、半导体器件LED、音频信号接收放大电路；音频信号驱动电路输出端与半导体器件LED相连接；音频信号接收放大电路输入端与半导体器件LED相接；半导体器件LED自身产生光信号的同时，也可以接收到外界的光信号；音频信号接收放大电路，其输入信号通过一个运算放大器AD8092AR通过反馈电路进行放大，进行输出。半导体器件LED发光的同时可以进行数据的接收，适用于通信设备资源有限的场景，可用于制作可感光屏幕。

Description

一种基于量子阱二极管器件的音频接收系统
技术领域
本发明涉及一种基于量子阱二极管器件的音频接收系统，具体涉及一种基于同频半导体LED器件的音频通信系统，属于光通信的技术领域。
背景技术
可见光通信技术是指利用LED发出的肉眼看不到的高速明暗闪烁信号来传输信息的。它利用LED器件快速亮灭的特点来实现高速的大容量数据传输。可见光通信技术利用LED照明实现信息传输，绿色环保，其传输速度可以达到每秒数十兆甚至数百兆，十分具有发展前景，而且传输过程不受电磁波干扰。可见光通信技术的安全性非常的高，只需遮断发光源即可完全保密通信。所以基于LED器件的可见光通信技术成为了近年来科技人员的研究热点。
LED器件发光时强烈的自干扰会淹没外界光信号。基于这一现象，学术界始终认为光学半导体器件无法在发光的同时感知外界光信号。
发明内容
针对以上问题本发明提供了一种有效利用可见光资源，适用于通信设备资源有限场景的半导体LED器件。
为了解决以上问题，本发明采用了如下技术方案：一种基于量子阱二极管器件的音频接收系统，其特征在于，包括音频信号驱动电路、半导体器件LED、音频信号接收放大电路。
所述的音频信号驱动电路包括电阻R1、电感L1、电容C1；电阻R1一端与电源Vcc相连，另一端连接电感L1的一端，电感L1的另一端与商用LED的正极相连，输入信号的正极与电容C1的一端相连，电容C1的另一端与商用LED正极相接，输入信号负极与商用LED负极相接，商用LED的负极又与地相连。
所述音频信号接收放大电路输入端与半导体器件LED相接。
所述音频信号接收放大电路包括电阻R11、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C11、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、运算放大器；半导体器件LED正极与电源Vcc相接，其负端与电阻R11的一端相连，电阻R11的另一端与地相连；电容C11一端与半导体器件LED的负极相连，另一端与运算放大器的正输入端相连；电阻R2一端接在电容C11与运算放大器的正输入端之间，另一端与地相连；运算放大器的正向工作电压由Vcc提供，其运算放大器正极与Vcc相连；电容C3的一端接在Vcc与运算放大器正极之间，另一端接地；电容C4的一端接在Vcc与运算放大器正极之间，另一端接地；电阻R3一端与运算放大器的负输入端相连，另一端与地相连；电容C2一端接在电阻R3与负输入端之间，另一端与运算放大器的输出端相连；电阻R4的一端也接在电阻R3与负输入端之间，另一端与运算放大器的输出端相连；Vcc与运算放大器工作电压负极相连，为其提供负的工作电压，电容C5正极接在Vcc与运算放大器工作电压负极之间，另一端接地；电容C6一端接在Vcc与极工作电压负端之间，另一端接地；运算放大器的输出与音箱的正极相连，音箱的负极接地。
所述的半导体器件LED能够在自身发光的同时，能够接收到外界光源所发送的信号，并且对接收到的信号能够进行光电转换，将光信号转换成电信号。
所述的半导体器件LED为正偏放置。
所述的半导体器件LED为氮化镓光学半导体器件，包括硅衬底、n—GaN、n电极、p电极、p-GaN；p-GaN为环状，n—GaN位于硅衬底的上方，p-GaN位于n-GaN上方，最上面的是p电极和n电极，且p电极镀在P-GaN上，n电极镀在n-GaN上，p电极与n电极同时位于器件正上方。
本发明实现了在LED发光的同时进行信号的接收，实现了基于同频LED器件的音频通信系统。信号数据的在LED自身发光的同时也可以进行接收，可以用于可感光屏幕的制作。且电磁波无干扰，适用于医院，机场等环境。
附图说明
图1是系统框图。
图2是本发明的光学半导体器件示意图。
图3是音频驱动电路。
图4是音频接收放大电路。
具体实施方式
下面结合实例和附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
如图1至4所示，本发明提供了一种基于量子阱二极管器件的音频接收系统，包括音频信号驱动电路、半导体器件LED、音频信号接收放大电路；音频信号驱动电路输出端与半导
体器件LED相连接；音频信号接收放大电路输入端与半导体器件LED相接。
如图3所示，所述的音频信号驱动电路包括电阻R1(1M欧)、电感L1、电容C1；电阻R1一端与电源Vcc相连，另一端连接电感L1的一端，电感L1的另一端与商用LED的正极相连，输入信号的正极与电容C1的一端相连，电容C1的另一端与商用LED正极相接，输入信号负极与商用LED负极相接，商用LED的负极又与地相连，作为信号发射模块；；
所述音频信号接收放大电路输入端与半导体器件LED相接；
如图4所示，所述音频信号接收放大电路包括电阻R11、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C11、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、运算放大器(AD8092AR)。
音频信号接收放大电路为一个偏置电压源与正向偏置的既能发光又能感光的半导体LED器件串联，接着与一个偏置滑动变阻器组成。在进行音频信号的接收之前，半导体器件LED器件与分压电阻之间的比例先调整好，开启电压源，使得半导体器件LED器件处于刚开启状态，调整滑动变阻器的阻值，使得半导体器件LED器件处于分压较少状态。半导体器件LED器件正偏放置，其正端与电源Vcc相接，其负端与一个2M欧姆的电阻R11相连，电阻R11与地相连。信号首先经过一个电容，起到隔直流通交流的作用，使得高频的交流信号得以通过。如图4所示信号，经由运算放大器(AD8092AR)电压串联负反馈进行放大，放大倍数为μ＝1+50K/1K，使得信号进行有效放大。电容C11一端与半导体器件LED器件的负极相连，另一端与运算放大器的正输入端相连。电阻R2一端接在电容C11与运放的正输入端之间，一端与地相连。运算放大器的正向工作电压由Vcc提供，其运算放大器正端与Vcc相连，电容C3的一端接在Vcc与运算放大器正极之间，另一端接地；电容C4的一端接在Vcc与运算放大器正极之间，另一端接地；电阻R3一端与运算放大器的负输入端相连，另一端与地相连；电容C2一端接在电阻R3与负输入端之间，另一端与运算放大器的输出端相连；电阻R4的一端也接在电阻R3与负输入端之间，另一端与运算放大器的输出端相连；Vcc与运算放大器工作电压负极相连，为其提供负的工作电压，电容C5正极接在Vcc与运算放大器工作电压负极之间，另一端接地；电容C6一端接在Vcc与极工作电压负端之间，另一端接地；运算放大器的输出与音箱的正极相连，音箱的负极接地。
如图2所示，所述的半导体器件LED能够在自身发光的同时，能够接收到外界光源所发送的信号，并且对接收到的信号能够进行光电转换，将光信号转换成电信号。
所述的半导体器件LED为氮化镓光学半导体器件，包括硅衬底1、n—GaN2、n电极3、p电极4、p-GaN5；p-GaN5为环状，n—GaN2位于硅衬底1的上方，p-GaN5位于n-GaN2上方，最上面的是p电极4和n电极3，且p电极4镀在P-GaN5上，n电极3镀在n-GaN2上，p电极4与n电极3同时位于器件正上方。
氮化镓光学半导体器件其制作材料氮化镓本身具有优异的光学性能。在发光，光信号的传输和信号的探测方面极为优秀。其材料本身具有透明的特性，利用半导体材料的光生伏特效应和器件本身的量子阱结构，使得外界的光信号能够直接照到器件的p-n结里，产生光电流。这使得器件在自身发光情况下，依然能够接收到外界光信号，且产生的光电流现象非常显著。因此得到发光与感光能力齐聚的LED器件。
可见基于本发明的LED音频通信系统，可以有效的利用图2的LED器件实现同频音频通信。使得LED在自身发光的同时也可以接受处理信号，可应用于感光屏幕或者是对于电磁波干扰要求较高的场景。
本发明未详细说明部分都属于领域技术人员公知常识，以上所述仅为本发明的一个具体实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于量子阱二极管器件的音频接收系统，其特征在于，包括音频信号驱动电路、半导体器件LED、音频信号接收放大电路；
所述的音频信号驱动电路包括电阻R1、电感L1、电容C1；电阻R1一端与电源Vcc相连，另一端连接电感L1的一端，电感L1的另一端与商用LED的正极相连，输入信号的正极与电容C1的一端相连，电容C1的另一端与商用LED正极相接，输入信号负极与商用LED负极相接，商用LED的负极又与地相连；
所述音频信号接收放大电路输入端与半导体器件LED相接；
所述音频信号接收放大电路包括电阻R11、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C11、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、运算放大器；半导体器件LED正极与电源Vcc相接，其负端与电阻R11的一端相连，电阻R11的另一端与地相连；电容C11一端与半导体器件LED的负极相连，另一端与运算放大器的正输入端相连；电阻R2一端接在电容C11与运算放大器的正输入端之间，另一端与地相连；运算放大器的正向工作电压由Vcc提供，其运算放大器正极与Vcc相连；电容C3的一端接在Vcc与运算放大器正极之间，另一端接地；电容C4的一端接在Vcc与运算放大器正极之间，另一端接地；电阻R3一端与运算放大器的负输入端相连，另一端与地相连；电容C2一端接在电阻R3与负输入端之间，另一端与运算放大器的输出端相连；电阻R4的一端也接在电阻R3与负输入端之间，另一端与运算放大器的输出端相连；Vcc与运算放大器工作电压负极相连，为其提供负的工作电压，电容C5正极接在Vcc与运算放大器工作电压负极之间，另一端接地；电容C6一端接在Vcc与极工作电压负端之间，另一端接地；运算放大器的输出与音箱的正极相连，音箱的负极接地。
2.根据权利要求1所述的一种基于量子阱二极管器件的音频接收系统，其特征在于，所述的半导体器件LED能够在自身发光的同时，能够接收到外界光源所发送的信号，并且对接收到的信号能够进行光电转换，将光信号转换成电信号。
3.根据权利要求1所述的一种基于量子阱二极管器件的音频接收系统，其特征在于，所述的半导体器件LED为正偏放置。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的一种基于量子阱二极管器件的音频接收系统，其特征在于，所述的半导体器件LED为氮化镓光学半导体器件，包括硅衬底、n—GaN、n电极、p电极、p-GaN；p-GaN为环状，n—GaN位于硅衬底的上方，p-GaN位于n-GaN上方，最上面的是p电极和n电极，且p电极镀在P-GaN上，n电极镀在n-GaN上，p电极与n电极同时位于器件正上方。
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