Високоімпедансний підсилювач (ВІП).
Міністерство транспорта і зв’язку
Одеська національна академія зв'язку ім. О. С. Попова
Кафедра волоконно-оптичних ліній зв’язку
Лабораторна робота № 4
ДОСЛІДЖЕННЯ ХАРАКТЕРИСТИК
ПРИЙМАЛЬНИХ ПРИСТРОЇВ ВОСП
Методичне керівництво з курсу “восп”
Укладачі: Корнійчук В.І.,
Григорович В.О.
Одеса - 2004
Мета роботи
Вивчення методів побудови та експериментальне дослідження головних характеристик приймальних пристроїв ВОСП
Ключові положення
Призначення приймального пристрою полягає у вірогідному вилученні інформації, закладеної в оптичну несучу на передавальному боці.
Мірою його якості (чутливості) є мінімальна потужність оптичного сигналу на вході, необхідна для досягнення заданого коефіцієнта помилок в цифровій РП = 10-3 та необхідного відношення сигнал/шум (ВСШ) в аналоговій (ВСШ = 40Дб) системах передавання інформації.
Приймальні пристрої ВОСП, подібно до своїх радіочастотних аналогів поєднуються в три групи: з оптичним переднім посилення, гетеродинуванням та безпосереднім детектуванням, що відповідає способам оптимізування чутливості, до під час та після перетворення світла на електричний струм.
Незважаючи на те, що най оптимальну чутливість забезпечують приймальні пристрої з оптичним переднім посиленням та гетеродинуванням, на практиці широко використовують безпосереднє приймання. Причин для цього є кілька. Вхідний сигнал тут може бути як когерентним, так і некогерентним, що дозволяє використовувати світлодіодні передавачі. Приймальний пристрій має комплекс таких практично важливих власностей, як простота виготовлення, налаштовування та експлуатації, висока надійність, малі габарити й маса, стабільність характеристик тощо.
|
|
|
Більшість сучасних ВОСП використовують приймальні пристрої безпосереднього детектування: приймач випромінювання – фотодіод (ФД), або лавинний фотодіод (ЛФД), попередній малошумливий підсилювач (перед підсилювач) - на польових або біполярних транзисторах (ТП або БТ). Чутливість широкосмугових приймальних пристроїв обмежена шумами перших каскадів передпідсилювача, а загальноприйнятим методом її оптимізування є використовування лавинного посилення (множення) носіїв в ЛФД. Окрім чутливості, основними показниками приймального пристрою є ширина смуги пропускання (швидкість передавання інформації) та величина динамічного діапазону вхідного оптичного сигналу.
 |
Рисунок 2.1 - Структурна схема приймального пристрою ВОСП
1 - ФД(ЛФД); 2 - передпісилювач; 3 - основний підсилювач; 4 - фільтр;
|
|
|
5 - піковий детектор; 6 - підсилювачАРП; 7 - джерело зміщення ФД
При використовуванні ЛФД джерело зміщення створює автоматично регульовану напругу для температурної стабілізації режиму, а у ряді випадків та для цілей АРП. У разі цифрової ВОСП приймальний пристрій містить після фільтра пороговий розв’язувальний пристрій та схему відокремлювання. Чутливість приймального пристрою рис .2.1 визначається характеристиками ФД (ЛФД) та шумовими показниками передпідсилювача (див. підрозділ 2.4). На практиці використовують три типи передпідсилювачів: середньоімпедансний, високоімпедансний та трансімпедансний.
Середньоімпедасний підсилювач (СІП)
Структурну схему приймального пристрою з СІП наведено на рис. 2.2. Вона містить ФД, зворотно зміщений від джерела Езм опір навантаження ФД Rн та підсилювач П. Основне завдання при проектуванні СІП забезпечити задану ширину смуги пропускання F. В такій схемі вона визначається за постійним часом вхідного кола
де СS - сумарна ємність на вході, котра складається з ємності фотодіода, підсилювача (Свх). Отже для заданої F Rн обирається з умов
. (2.1)
|
|
|
 |
Рисунок 2.2 - Структурна схема приймального пристрою з СІП
Такий метод побудови приймального пристрою є найпростішим, але неминуче неоптимальним з точки зору чутливості. В загальному випадку Rн що його обрано згідно з умовою (2.1), шум спричинений цим опором, значно перевищуватиме мінімально досяжний рівень шуму підсилювача, зібраного на ПТ чи на БТ. Для типових значень параметрів підсилювача на ПТ рівень шуму резистора навантаження приблизно в 100 разів вище за F = 2 МГц. та вдесятеро більше за F=20 МГц. Для зниження рівня шуму використовують спеціальний підсилювач з великим вхідним опором високоімпедансний, що він зреалізовує методом простої протишумової корекції, запропонований Г.В. Брауде.
Високоімпедансний підсилювач (ВІП).
Мінімізація внеску від всіх джерел шуму тут досягається за допомогою: використовування малошумливих транзисторів; вибору ФД з малим темновим струмом, отже малим дробовим шумом; зменшення теплового шуму, що він вноситься резистором навантаження ФД. Останнє вимагає збільшення Rн (високоімпедансний вхід). При цьому у вхідному імпедансі (повному опорі) домінує складова ємності, тобто
.
Струм сигналу генерований фотодіодом, інтегрується ємністю С. Отже, потрібен коректор. Зазвичай це просте диференціювальне коло в АЧХ, що зростає пропорційно Отже, ВІП забезпечує мінімальні шуми, а коректор називають вирівнювачем (частотної характеристики). Структурну схему приймального пристрою з ВІП наведено на рис. 2.3. Вона має зворотно зміщений ФД з колом навантаження Rн, попередній підсилювач та вирівнювач.
|
|
|
 |
2.3 - Структурна схема приймального пристрою з ВІП
 |
Рисунок.2.4 - Еквівалентна схема вхідного кола (ФД+ВІП)
Еквіваленту схему вхідного кола (ФД + ВІП) наведено на рис.2.4. Тут: Iвх струм сигналу; Сд ємність зворотно зміщеного ФД; Rн опір навантаження; Rах та Свх вхідний опір та ємність ВІП, а Кu його коефіцієнт підсилення за напругою. Передавальна характеристика приймальних пристроїв називається трансімпедансом (передавальним імпедансом) та дорівнює
.
Оскільки вхідним параметром є фотострум, а вихідним напруга. Для ВІП
. (2.2)
; 
.
.
Гранична чистота ВІП за звичай є невелика внаслідок вибору Rн великого номіналу. Тому коректор повинен мати К(w), що рівномірно до частоти wгп та зростаюче пропорційно до частоти w для w > w > wгп
 |
Рисунок 2.5 - Частотні характеристики ВІП (Zп), коректора (К), а також послідовно ввімкнених ВІП + коректор(Zп К)
Частотні характеристики ВІП (Zп), коректора (К), а також послідовно ввімкнених ВІП + коректор (Zп К) наведено на рис. 2.5, з якого видно, що використання коректора дозволяє розширити смугу пропускання з wгр d e w гр, тобто в необхідне число разів зазвичай у 10...100. Основним недоліком ВІП є порівняно малий динамічний діапазон, що призводить до перенаватаження його сигналом, зокрема низької частоти (НЧ) складовими в спектрі, що вони мають великий рівень.
Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 641; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!