. Выбор и обоснование принципиальной схемы предварительного усилителя ФПУ, Выбор и обоснование принципиальной схемы предварительного усилителя ФПУ - Разработка фотоприемного устройства волоконно-оптических систем передачи информации диапазона ДЦВ
Выбор и обоснование принципиальной схемы предварительного усилителя ФПУ
В соответствии со структурной схемой приведенной ранее, ФПУ конструктивно делится на два функционально независимых усилителя : предварительный и оконечный.
Рассмотрим предварительный усилитель. Основным требованием, при соблюдении прочих условий (заданной полосы пропускания) предъявляемых к предварительному усилителю является обеспечение заданного отношения сигнал/шум.
Динамический диапазон фотоприемного устройства по минимальному сигналу определяется собственными шумами ФПУ, которые состоят из шумов фотодиода и шумов усилителя.
От выбора типа транзистора, используемого во входном каскаде, зависит шум усилительной схемы.
Для требуемого частотного диапазона шумовые параметры биполярного транзистора (БП) и полевого транзистора (ПТ) соизмеримы, поэтому выбираем биполярный транзистор при использовании которого проще осуществить заданный частотный диапазон.
Шумовая эквивалентная схема входного каскада ФПУ представлена на рис. 3.1.
Iф~ - генератор фототока сигнала
IФ, ш - генератор шумового фототока, создаваемого шумовой оптической мощностью.
IШ, ф0- генератор шумового тока, создаваемого постоянной оптической мощностью.
IШ, Rн - генератор шумового тока, создаваемого эквивалентным сопротивлением нагрузки фотодиода по переменному току.
IШ, БТ - генератор шумового тока, создаваемого шумами БТ входного каскада.
Эти токи определяются из следующих выражений:
Где: IФ0-постоянный ток засветки
RIN=-155дБ/Гц - относительная интенсивность шума
- диапазон принимаемых частот
К - постоянная Больцмана
Т - температура (в Кельвинах)
Постоянная оптическая мощность, величина которая определяется исходной рабочей точкой на вольт-амперной характеристике лазера для получения минимальных нелинейных искажений (комбинационные искажения) и потерями в ВОК, падающая на фотодиод, создает фототок сигнала и фототок фоновой засветки, определяемыми постоянной оптической мощностью, определяется соотношением:
IФ= l?PСв/з?h?н или iФ=А?РСв , А=l/з?h?н,
Где РСв - падающая на ФД оптическая мощность.
З - квантовый выход.
H - 6,63?10-34 - постоянная Планка
Н - частота света.
При РСв на выходе НЛПН равном 0,5мВт на ФПУ будем иметь
IФ0=А?РСв/D
Где: D - потери в линии.
С учетом потерь на двух оптических разъемах(б=1дБ/км) и затуханием ОК(б=1дБ/км) суммарные потери D=3дБ/км, что составляет 10lgD=10lg3=0,5 раз.
А = 0,7 Вт/А
Подставляя фототок IФ0 в выражение(1) и (2) получим следующие соотношения
I2Ш, ф0 = 2IФ0Дf = 32?10-19?1,75?10-4 = 5,6?10-15А2
I2Ф, ш = I2Ф0?10RIN/10?Дf = (0,175?10-3)2?10-15?106 = 3,06-1?10-17A2
Т. е. мы получили, что шумовой ток, создаваемый постоянной оптической мощностью за счет RIN на два порядка меньше шумового тока, создаваемого постоянной фоновой засветкой и, соответственно, его влиянием в нашем случае можно пренебречь.
Таким образом, чем меньше ток базы. тем меньше шумы транзистора, но при малых токах ухудшается h21 ,а также ухудшаются частотные свойства, ухудшается fТ, поэтому для вышесказанного частотного диапазона компромиссным решением будет использование СВЧ транзистора при токах покоя.
IК ? 1ч2 мА
Формула коэффициента шума показывает справедливость этих допущений.
Например, при RГ = 1 кОм (эквивалентное сопротивление нагрузки ФД по переменному току), более нежелательно из-за больших частотных искажений.
При fВ ? 400МГц необходимо использовать СВЧ транзистор 2Т3114В-6, у которого fГр ? 4,7ГГц при IК = 2мА
Где: r'Б - сопротивление тела базы
R Б'э - сопротивление базы-эмиттер
H21э - 100
R'Б - 5 Ом (для транзистора 2Т382А)
RГ=R1||R2||R4?1кОм
RБ'э=26/IК?h21
При токе IК=2мА, h21э=100, r'Б=10 Ом.
При этих данных rБ'э=1,3кОм; F=1,45 эквивалентный шумовой ток, учитывающий R транзистора, равен
для f=1МГц
При минимизации собственных шумов ФПУ и максимизации динамического диапазона к построению электрической принципиальной схемы ФПУ и выбору режимов транзисторов его каскадов, особенно выходных, предъявляются противоречивые требования.
Во-первых, транзисторы выбираются СВЧ диапазона, например 2Т3114В-6 маломощные, с fГр?4 ГГц.
Ток покоя входного каскада нами уже выбран из условия минимизации шумов.
Транзистор 2Т3114В-6 имеет следующие параметры:
PК доп = 25 мВт; fГ= 4,7 ГГц;
IК доп = 15 мА; h21= 100;
UК доп = 5 В; CК = 0,4 пФ; rРасч = 6 нс
Чтобы совместить эти противоречивые требования (минимальные шумы, максимальный частотный и динамический диапазон), входной каскад выполняется по схеме эмиттерного повторителя, который обладает этими свойствами
Второй каскад для обеспечения заданного частотного и динамического диапазонов выполняется по каскодной схеме с местной обратной связью (ОС). В качестве 2-го и 3-го каскадов используется СВЧ микросхема типа М 45121-2.
Наличие во втором каскаде ФПУ обратной связи увеличивает особенно динамический диапазон, а также и частотный, при этом не ухудшаются шумовые свойства ФПУ, так как первый каскад создает требуемое усиление по мощности.
Это же позволяет ток покоя каскадной схемы выбрать достаточно большим, что в свою очередь увеличивает глубину обратной связи и тем самым уменьшает нелинейные и частотные искажения.
Электрические параметры микросхемы приведены в таблице 3.1 в конце главы.
Похожие статьи
-
Выходной каскад для согласования с внешней нагрузкой выполнен по схеме эмиттерного повторителя. При этом RН=50 Ом и ток покоя выбирается достаточно...
-
ПУ усиливает электрический сигнал, обеспечивая наибольшее отношение сигнал/шум. Основные требования, предъявляемые к ПУ - минимальные шумы, максимальный...
-
ФПУ является составной частью линейного тракта и служит связующим звеном между ВОК и приемником. Фотодиоды изготавливаются из разных материалов. Рабочие...
-
Расчет выходного усилителя Расчет К-цепи по постоянному току включает выбор режимов транзисторов и расчет сопротивлений резисторов, обеспечивающих...
-
Учитывая все вышеперечисленное, можно сделать вывод, что при коротких линиях аналоговых ВОСПИ для исключения искажений сигнала необходимо использовать...
-
Кроме вышеперечисленных искажений в аналоговой ВОСПИ возможно возникновение искажений сигнала в ФПУ при использовании в качестве фотодиодов лавинных...
-
Разработка функциональной схемы опорного пункта (ОП) Оборудование выполнено в виде стоек, устанавливаемых в пунктах волоконно-оптической линии передачи:...
-
Волоконно-оптические линии связи, используемые для передачи информации, не должны ухудшать характеристики электрических сигналов, то есть должны...
-
Основными элементами при построении волоконно-оптической линии связи являются: усилитель модулятор, лазерный или светодиодный излучатель,...
-
Экспериментальные исследования искажений сигнала производились двухмодовым и одномодовым методами. В качестве регистрирующей аппаратуры использовался...
-
Структура построения ВОСПИ в этом случае соответствует варианту: лазерный излучатель одномодовой ВОК. При этой структуре возникновения искажений...
-
Принципы построения ВОСПИ Оптические волокна производятся разными способами, они обеспечивают передачу оптического излучения на разных длинах волн, имеют...
-
Анализ характеристик объекта проектирования трудовой деятельности человека, производственной среды Фотоприемное устройство является модулем приемной...
-
Определим граничную частоту усиления ФПУ. Коэффициент усиления К цепи, как функцию передачи информации линейной цепи, представить в операторной форме...
-
В современных системах связи все больше требуются скоростные широкополосные каналы связи для передачи информации. Отвечать растущим объемам передаваемой...
-
Основные схемы включения операционных усилителей - Разработка дифференциального усилителя
Рассмотрим некоторые виды ОУ наиболее часто встречающиеся в линейных схемах. Линейность схемы определяется зависимостью входного и выходного сигнала т....
-
Выбор схемы УМ Схема усилителя для стационарной аппаратуры 1-ой и высшей групп сложности представлена на рис. 2.1. В такой аппаратуре допустимо...
-
Как известно, частота автоколебаний в таком генераторе определяется формулой (1), А затухание в частотно-зависимой ветви обратной связи на частоте 0 ....
-
В связи с тем, что питание измерительных приборов осуществляется от сети напряжением 220 В и не исключается возможность одновременного прикосновения...
-
ФПУ работает в автоматическом режиме. В связи с этим вводятся следующие меры по обеспечению труда в процессе ремонта: - на поверхности печатной платы...
-
Разработка конструкции ФПУ проводится с целью получения требуемых технических характеристик устройства самым целесообразным способом с точки зрения...
-
При помощи программы моделирования электрических цепей Fastmean). Программы моделирования электрических цепей (такие как OrCAD PSPICE, Micro-Cap,...
-
В данном курсовом проекте заданы на расчет следующие блоки: 1) Цепь согласования; 2) оконечный усилитель мощности; 3) третий умножитель частоты; 4)...
-
Целью данного курсового проекта является разработка интегрирующего усилителя с выходным каскадом на транзисторах и проведение графоаналитического расчета...
-
Описание структурной схемы - Разработка радиопередающего устройства
Рис. 1. Структурная схема РПУ. Проектирование любого устройства начинается с составления структурной схемы. Структурных схем частотной манипуляции много,...
-
Структурная схема усилителя постоянного тока - Проектирование усилителей электрических сигналов
При проектировании усилителя постоянного тока следует учесть, что его структурная схема состоит из нескольких частей: КП 52.292028.201Э2 Изм. Лист №...
-
Обоснование выбора электрической принципиальной схемы - Умножитель частоты
Выбранная структурная схема является однокольцевым УЧ. В настоящее время характеристики, указанные в техническом задании, хорошо реализуются на...
-
В ЦВОСП можно выделить линейный оптический тракт, который может работать на одной длине волны оптического излучения (рис. 3.11, а) или на нескольких...
-
Выбор и обоснование схемы электрической структурной - Блок сопряжения телефонной связи
В данном дипломном проекте рассматривается схема блока сопряжения. Блок представляет собой устройство с двумя усилителями и кнопкой вызова внешнего...
-
Обоснование схемы электрической принципиальной - Блок сопряжения телефонной связи
Усилительный каскад телефонного усилителя также как оконченный каскад ларингофонннго усилителя выполнены по двухтактной трансформаторной схеме с общим...
-
1. Физическая Т-образная эквивалентная схема На рисунке 5.12 приведена физическая Т-образная эквивалентная схема транзистора с общей базой, где:?...
-
Анализируя исходные данные технического задания: скорость передачи 10 Гбит/с и л=1550 нм, можно сделать вывод, что система передачи подходит под уровень...
-
Расчет полной себестоимости Расчет проводим по следующим элементам затрат: - материальные затраты (за вычетом стоимости возвратных отходов) ; - затраты...
-
Расчет выходного каскада - Разработка дифференциального усилителя
Расчет усилителя мощности на транзисторах Определим мощность, рассеиваемую на нагрузке: W Определим ток, протекающий через нагрузку: A Определим величину...
-
Классификация усилителей К электронным усилителям относятся устройства, в которых функцию усиления электрических сигналов выполняют полупроводниковые...
-
Выбор типа источника излучения и фотоприемника, их параметры Выбор типа источника излучения. Общие требования к источникам излучения ВОСП следующие: л...
-
Используем в качестве предварительного усилителя мощности транзисторный усилитель. В качестве активного элемента в усилителе мощности будет...
-
Расчет схемы электрической принципиальной цифрового матрицирующего устройства. Рассмотрим систему обозначений сигналов, принятую в цифровом телевидении...
-
Выбор рабочей длины волны Форма и длительность оптических импульсов. Оптические импульсы характеризуются зависимостью: P(t)=P0F(t) Длительность импульсов...
-
Для сетей доступа разработаны оптические волновые коммутаторы и маршрутизаторы. Основой этих устройств являются волновые конверторы: л-конверторы,...
. Выбор и обоснование принципиальной схемы предварительного усилителя ФПУ, Выбор и обоснование принципиальной схемы предварительного усилителя ФПУ - Разработка фотоприемного устройства волоконно-оптических систем передачи информации диапазона ДЦВ