Оптоволоконные линии связи (стр. 12 из 21)

Таким образом, режим работы транзистора определяется следующими параметрами:

- напряжение покоя коллектора: Uкэо=6 В;

- ток покоя коллектора: Iко=40 мА;

- ток покоя базы: Iбо=0.135 мА;

- напряжение покоя базы: Uбо=0.71 В;

- Амплитуда тока базы: Iбм=0.47 мА;

- Амплитуда напряжения на коллекторе: Uкэм=1.7 В;

- Амплитуда тока коллектора: Iкм=120 мА;

- Амплитуда напряжения на базе: Uбм=0.74 В.

Задав режим работы транзистора, переходим к расчету элементов схемы модулятора (рисунок 6.4). Здесь транзистор включен по схеме с общим эмиттером, а полупроводниковый лазер находится в цепи коллектора.

Падение напряжения в эмиттерной цепи должно удовлетворять условию:

где Еп – напряжение питания модулятора.

Зададимся стандартным напряжением питания Еп=12 В, тогда:

Сопротивление Rэ рассчитывается по формуле:

Ток делителя Iд должен не менее, чем в шесть раз превосходить ток покоя базы Iбо:

Соотношение между напряжением на эмиттерном сопротивлении и сопротивлении фильтра можно распределить по-разному. Для обеспечения более глубокой стабилизациирежима лучше взять URэ ≥ Uф.

Пусть:

Тогда сопротивление фильтра определяется следующим образом:

Падение напряжения на сопротивлении делителя Rб’’ равно сумме падения напряжения на сопротивлении в цепи эмиттера и напряжении смещения на базе транзистора:

Тогда сопротивление делителя Rб’’:

Аналогично найдём сопротивление Rб’:

Для схемы с эмиттерной стабилизацией напряжение питания распределяется между тремя резисторами выходной цепи (Rэ, Rк, Rф), лазерным излучателем и транзистором:

,где Uд = 2 В – падение напряжения на полупроводниковом лазере;

URф – падение напряжения на сопротивлении в цепи коллектора.

Осюда:

Тогда сопротивление в цепи коллектора равно:

6.4. Расчет согласующего усилителя

Здесь в качестве усилительного элемента предполагается использовать быстродействующий операционный усилитель, включенный по схеме преобразователя напряжение – ток (известной так же в качестве усилителя с комплексной крутизной передачи). Схема согласующего усилителя представлена на рисунке 6.1 (функциональная группа СУС). Резистор R5, отбирающий ток, предназначен для обеспечения обратной связи на положительный входной зажим.

Значение сопротивления R5, определяется исходя из следующего условия:

,где Rн – сопротивление нагрузки усилителя.

Сопротивлением нагрузки усилителя является входное сопротивление прямого модулятора и равно параллельному соединению сопротивлений делителя Rд (из двух параллельно соединённых сопротивлений в цепи базы

Rб’ и Rб’’) и входного сопротивления транзистора Rвхэ.

Сопротивление входа транзистора определяется следующим соотношением:

Сопротивление делителя:

Тогда сопротивление нагрузки усилителя равно:

Таким образом, сопротивление R5:

Амплитудное значение падения напряжения на сопротивлении R5:

Требуемый от схемы коэффициент усиления равен отношению амплитуды выходного напряжения (напряжение ΔUR5) к амплитуде входного напряжения. Поскольку на вход согласующего усилителя сигнал поступает с преобразователя кода, собранного на микросхемах серии ТТЛ с уровнями логического нуля и единицы соответственно 0.7 и 5 В, то амплитуда входного сигнала составит ΔUвх=5-0.7=4.3 В.

Тогда коэффициент усиления схемы сотавит:

Обычно номиналы резисторов R1, R3 и R4 выбираются одинаковыми, при этом каждый из них должен превышать сопротивление R5 не менее чем в 20 раз.

Примем в соответствии с этим условием следующие значения сопротивлений:

Сопротивление R2 задаёт коэффициент усиления схемы и определяется следующим образом:

В настоящее время создан ряд быстродействующих операционных усилителей (ОУ). Наилучшими качествами с точки зрения автора обладает операционный усилитель КР140УД11. Данный прибор выполнен по планарно-эпитаксиальной технологии с изолированным p-n переходом, имеет скорость нарастания выходного напряжения 50 В/мкс и частоту единичного усиления 15 МГц. Кроме того, за счёт оригинальной схемы ОУ отличается высокой стабильностью параметров во всём диапазоне питающих напряжений от ±5 до ±16 В.

Быстродействующие усилители менее устойчивы по сравнению с универсальными ОУ, поэтому для предотвращения генерации с схеме необходимо уменьшить паразитную ёмкость между выходом ОУ и его инвертирующим входом. Для уменьшения указанной ёмкости применяют внешние цепи коррекции, состав которых зависит от задачи, которую решает операционный усилитель. В нашем случае будем использовать стандартную схему частотной коррекции, предназначенную для увеличения скорости нарастания выходного напряжения.

6.5. Расчет устройства автоматической регулировки уровня оптического сигнала

Устройство автоматической регулировки уровня оптического сигнала на выходе передающего устройства должно обеспечивать стабилизацию средней мощности лазерного излучения. Устройство АРУ включает в себя следующие основные элементы (функциональная группа АРУ на рис.6.1):

- Фотодиод для преобразования оптического излучения, поступающего с выхода лазерного излучателя, в электрический ток.

- Детектор автоматической регулировки уровня и усилитель постоянного тока, выполненный на интегральной микросхеме.

Следует обратить внимание на то, что чувствительность фотодиода в данном случае роли не играет, по этому при выборе типа фотодиода будем руководствоваться такими параметрами как надёжность и низкая стоимость. В соответствии с приведёнными требованиями в схеме АРУ предполагается использование p-i-n фотодиода, поскольку данный тип фотодиодов обладает наивысшей температурной стабильностью, невысокой стоимостью и требует низкого напряжения питания. Поскольку фотодиод отечественного производства ФД-227 обладает относительно невысокими качественными показателями, следовательно, имеет меньшую стоимость, то имеет смысл для построения устройства АРУ использовать именно данный фотодиод.

Рассчитаем среднее значение напряжения, поступающего на вход детектора АРУ. Для этого определим среднюю оптическую мощность, попадающую на фотодиод:

,где Рпер = 2,43 дБ – средняя мощность оптического сигнала на выходе излучателя;

aуорс = 2 дБ – затухание оптического разветвителя.

Тогда фототок, протекающий в цепи ФД под действием Р_фд:

,где S = 0.3 А/Вт – монохроматическая токовая чувствительность используемого фотодиода.

Среднее значение напряжения на входе микросхемы равно среднему значению падения напряжения на сопротивлении Rфд в цепи фотодиода:

,где R_ару = 200 Ом.

В качестве детектора АРУ и усилителя постоянного тока предполагается использование интегральной схемы К175ДА1. Её основные характеристики:

- Напряжение питания: Uп = 6 В;