Разработка фотоприемного устройства волоконно-оптической системы передачи информации (ВОСПИ)

Рис. 1.3Блок схемаизмеренияискажений ВОСПИс одномодовымВОК.

Рис. 3.2Принципиальнаясхема Ι,ΙΙ,ΙΙΙкаскадов ФПУ.

Рис.4.4Эквивалентнаясхема предварительногоусилителя (ПУ).

а)ГрафикиАЧХ и ФЧХ VT1(3 узел)

Рисунок 4.4.а.

Начастоте f=150 МГц усилениеравно 0,9 . На частотеf = 450 МГц усиление 0,77.

б)АЧХи ФЧХ на выходеVT3(5 узел )

Нарисунке 4.4.б. АЧХи ФЧХ при измененииR7от 1 Ом до 100 Ом .

Рис.4.4.б.

Насудовлетворяетсамая верхняяхарактеристикапри R7= 1 Ом

Нарисунке 4.4.б’.приведеныграфики ее АЧХи ФЧХ

Рис.4.4.б’.

Наf =150 МГц – усилениеравно 0,75. На f= 450 МГц – усиление0,65.

в)АЧХи ФЧХ на выходеVT2( 7 узел ).

РассмотримграфикиАЧХ и ФЧХ приизменении R11от 500 Ом до 20 кОм , приведенныена рисунке4.4.в.

Рис.4.4.в.

Рассмотримпараметры :

приR11= 20 кОм , полосапропусканияf –592 МГц усилениеравно 8,66.

приR11= 6,2 кОм , полосапропусканияf –594,4 МГц усилениеравно 8,55.

приR11= 2 кОм , полосапропусканияf –608,7 МГц усиление– 8,24.

приR11=500 Ом , полосапропусканияf –688,1 МГц усиление– 7,05.

ФЧХпрактическине изменяется,т.е. выбор сопротивленияне влияетна нее.

ВыбираемR11= 2 кОм. ГрафикиАЧХ и ФЧХ приведенына рисунке4.4.в’.

Рис.4.4.в’

86

Реферат.

Пояснительнаязаписка дипломногопроекта натему:

“Разработкафотоприемногоустройства

ВОСПИдиапазона ДЦВ.”

Содержит:88 страниц

11таблиц

20 рисунков.

Ключевыеслова:

волоконно-оптическаясистема передачиинформации,усилительфотоприемника,динамическийдиапазон, малыесобственныешумы, аналоговыйоптическийсигнал.

Вданном дипломномпроекте разрабатываетсяфотоприемноеустройство для приемааналоговыхоптическихсигналов,обеспечивающеезаданный динамическийи частотныйдиапазон.

Проведенытехнико-экономическиерасчеты, которыепоказываютцелесообразностьвнедренияизделия вэксплуатацию,а также приведенкомплекс мероприятийпо обеспечениюбезопасностижизнедеятельностисоздателейФПУ и обслуживающегоперсонала.

Содержание.

	Наименование	Страница
	Реферат	4
	Содержание	5
	Введение	7
Глава1	Волоконно-оптическиесистемы передачи информации	9
1.1.1	ПринципыпостроенияВОСПИ.	9
1.1.2	Потерии искаженияВОСПИ.	15
1.1.3	Искажениясигналов водномодовой аналоговойВОСПИ	17
1.1.4	Экспериментальныенаблюденияи измеренияискаженийсигналов ваналоговыхВОСПИ	18
1.1.5	Исследованиеискаженийрадиосигналав аналоговойВОСПИ и одномодовомВОК.	19
1.1.6	Определениеосновныххарактеристик оптическихизлучателейи фотоприемников.	21
1.2.1	Волоконно-оптическийкабель.	22
1.2.2	Излучатели.	24
1.2.3	Фотоприемныеустройства.	24
Глава2	Выбори обоснованиеструктурнойсхемы.	28
Глава3	Выбори обоснованиепринципиальнойсхемы ФПУ.	36
3.1	Выбори обоснованиепринципиальнойсхемы предварительногоусилителяФПУ.	36
3.2	Выходнойкаскад.	41
Глава4	Расчетфотоприемногоустройства.	44
4.1	Расчетвыходногоусилителя.	44
4.2	Расчетпредварительногоусилителя(ПУ).	47
4.3	Расчетчастотныххарактеристикцепи усилителя.	52
4.4	Оптимизацияхарактеристикцепи ПУ.	54
Глава5	Конструктивнаяразработкафотоприемногоустройства.	63
Глава6	Обеспечениебезопасностижизнедеятельности.	65
6.1	Анализхарактеристикобъекта проектирования,трудовойдеятельностичеловека,производственнойсреды.	65
6.2	Мероприятияпо эргономическомуобеспечению.	67
6.3	Мероприятияпо техникебезопасности.	70
6.4	Мероприятияпо пожарнойбезопасности.	71
6.5	Выводы.	72
Глава7	Технико-экономическиерасчеты.	73
7.1	Расчетполной себестоимости.	73
7.1.1	Расчетматериальныхзатрат (Мз).	73
7.1.2	Расчетзатрат на оплатутруда (З).	75
7.1.3	Прочиерасходы.	76
7.2	Расчетотпускной ирозничнойцены.	78
7.3	Технико-экономическиепоказатели.	79
7.4	Анализтехнико-экономическогорасчета.	80
	Заключение.	81
	Литература.	82
	Приложение1	83
	Приложение2	85
	Приложение3	87

Введение

В современных системах связивсе большетребуютсяскоростныеширокополосныеканалы связидля передачиинформации.Отвечать растущимобъемам передаваемойинформацииможно, используяоптическоеволокно.

Оптическоеволокно в настоящеевремя считаетсясамой совершенной,а также самойперспективнойсредой дляпередачи большихпотоков информациина большиерасстояния.

Волоконнаяоптика обеспечиласебе гарантийноеразвитие внастоящем ибудущем.

Вмежрегиональноммасштабе следуетвыделитьстроительствоволоконно-оптическихсетей синхроннойцифровой иерархии(SDH).

Экономическиеаспекты оптическоговолокна такжеговорят в егопользу. Волокноизготавливаетсяиз кварца, основукоторого составляетдвуокись кремния,широко распространенного,а потому недорогого материалав отличии отмеди. Стоимостьволокна поотношению кмедной паресоотноситсякак 2:5. По всемумиру в настоящеевремя поставщикиуслуг связиза год прокладываютдесятки тысячкилометровволоконно-оптическихкабелей. Ведутсяинтенсивныеисследованияв областиволоконно-оптическихтехнологийтакими крупнейшимикомпаниямикак LucentTechnologies,Norton,Siemens,IBM,Corning,AlcoaFujikura.

Крупнымпроизводителемоптическихсоединителейв России являетсяфирма « ПерспективныеТехнологии». Основнымипоставщикамиоптическихшнуров в Россииявляются фирмы«Вимком-Оптик»,«Телеком КомплексСервис». Многиепотребителиоптическихшнуров имеютсобственнуюсборку (РОТЕК,ЭЛОКОМ).

Впроцессе эксплуатацииВОСПИ можноотметить рядих достоинств:

• Высокаяпомехозащищенностьот внешнихэлектромагнитныхвоздействий,которая решаетпроблемыэлектромагнитнойсовместимостирадиоэлектронныхсредств.

• Широкаяполоса пропускания.Обуславливаетсявысокой несущейчастотой(возможностьпередачи поодному оптическомуволокну информациив несколькотерабит).

• Малоезатуханиесветовогосигнала в волокне.В настоящеевремя промышленноеоптическоеволокно имеетзатухание 0,2– 0,3 дБ на длиневолны 1,55 мкм врасчете на 1км. Малое затуханиеи небольшаядисперсияпозволяютстроить участкилиний безретрансляциипротяженностьюдо 100 км и более.

• Низкийуровень шумов.

• Малыйвес и объем

• Высокаязащищенностьот несанкционированногодоступа (трудноподслушатьинформацию,не нарушаяприема-передачи).

• Длительныйсрок эксплуатации.Процесс деградацииволокна значительнозамедлен исрок службыВОК составляетпримерно 25 лет.

Волоконно-оптическиесети имеют,конечно и недостатки:

• Высокаястоимостьинтерфейсногооборудования.Также требуетсявысоконадежноекоммутационноеоборудование,оптическиесоединители,разветвители,аттенюаторы.

• Дорогостоящиймонтаж и обслуживаниеоптическихлиний.

• Требуетсяспециальнаязащита волокна.

1. Волоконно-оптическиесистемы передачиинформации.(ВОСПИ)

1. Принципы построенияВОСПИ.

Оптическиеволокна производятсяразными способами,они обеспечиваютпередачу оптическогоизлучения наразных длинахволн, имеютразличныехарактеристикии выполняютразличныезадачи. Всеоптическиеволокна делятсяна две основныегруппы: многомодовыеMMFи одномодовыеSMF.

Наиболееочевидным путемувеличенияинформационнойемкостиволоконно-оптическихсистем связиявляется расширениеспектральнойобласти дляпередачи информации.Практическивсе современные системы связиработают вдиапазонахдлин волн λ=1,3мкми λ=1,55мкм. Использованиевсего спектральногодиапазонаволокна позволяетрезко увеличитьинформационнуюемкостьволоконно-оптическихсистем соспектральнымуплотнениемканалов. С учетомдальнейшегопрогрессаволоконно-оптическихтехнологийможно предположить,чтоиспользуятолько спектральныйинтервал 1,2-1,7мкм,в будущем можнобудет передаватьпо одному волокнуинформациюсо скоростьюв 1000 тбит/с. Дляреализациитаких системсвязи потребуютсяновые исследованияи разработкановой элементнойбазы.

Информация,которая должнабыть переданав виде электрическогосигнала, модулируетсветовой поток,который передаетсяпо волоконнымсветоводамили через атмосферу.

Шумовойхарактер излученияисточниковсвета, как правило,ограничиваетприменяемыевиды модуляцииизлучателейи в практическииспользуемыхсистемах, находятместо модуляциипо интенсивностиизлучения. Наприемном концепереданнаяинформациядемодулируется.Основным элементомпостроенияВОСПИ соответствуетструктурнойсхеме, приведеннойна рис.1.1.

Рис. 1.1

1. Источниксигнала

2. Усилительмодулятор

3. Лазерныйизлучатель

4. ВОК(волоконно-оптическийкабель)

5. Фотодиод

6. Усилитель

Передающиеоптическиемодули:

Передающиеоптическиемодули РОМ-3155выпускаютсяна основе импортныхMQWInGaAsP/InPФабри Перолазерных диодов,интегрированныхсо схемой управленияс дифференциальнымPECL- входом. Модулиимеют TTL– вход включениялазерногоизлучения ивыход аварийногосостояниялазерного диода(открытый коллектор).Предназначеныдля работы вцифровыхволоконно-оптическихлиниях связисо скоростьюпередачи информации2..155 Мбит/с. Техническиехарактеристикиприведены втаблице 1.1.

Таблица1.1. техническиехарактеристики.

Параметр	РОМ– 3155
Длинаволны излучения,нм	1290..1330
Скоростьпередачи, Мбит/с.	2..155
Мощностьизлучения,дБм	-3..0
Типоптическоговолокна	одномодовое
Типразъема*	FC/PC
Типкорпуса	DIL- 14
Напряжениепитания, В	4,75..5,25

^*- тип разъемаможет бытьизменен посогласованиюс заказчиком.

При передачена большиерасстояния,когда отношениесигнал/шум навыходе приемникастановитсянедостаточным,в тракт включаютретрансляторы.Для передачисигнала обычноиспользуютсветовые импульсы.При этом применяютдва вида модуляции:аналоговые,при которойинформацияпередаетсяизменениемамплитуды,ширины илиположенияимпульсов; ицифровая – скодированиеминформациикомбинациейгруппы импульсов.

В данномдипломномпроекте разрабатываетсяФПУ для

ВОСПИ,использующуюаналоговуюмодуляцию. Прианалоговойпередаче,информационныйсигнал модулируетподнесущуючастоту, какправило, СВЧдиапазона,которая в

своюочередь управляетмощностьюизлучателя.Прием во всехслучаях осуществляетсяс помощьюфотоэлектрическихполупроводниковыхприемниковизлучения,преобразующихэнергию колебанийоптическогодиапазона вэлектрическуюэнергию. Электрическийсигнал усиливаетсядо необходимогоуровня усилителемнизкой частоты.

При разработкерадиооптическихпреобразователей,используемыхв аналоговыхВОСПИ, являющихсяоптическимилиниями связимежду аналоговымфотоусилителем(АФУ) и входомприемника ДЦВдиапазона,необходимовыполнить дваосновных требования:

1. Привведении оптическойлинии междуАФУ и приемником,электрическаяпороговаячувствительностьвсей системыне должнаухудшаться,то есть отношениесигнал/шумдолжно оставатьсяпрежним.

2. Динамическийдиапазон измененияпередаваемогополезногорадиосигналане должно бытьменьше 60 дБ. дляКВ диапазонаи не меньше40-45 дБ. для ДЦВдиапазона.

Дляудовлетворенияэтих требованийвсей ВОСПИнеобходимообеспечитьих выполнениекаждым элементомВОСПИ: УМ, лазернымизлучателем,ВОК, ФПУ.

В аналоговойВОСПИ междуАФУ и радиоприемникомиспользуютсядва радиооптическихпреобразователя:передающийрадиооптическийпреобразователь,расположенныйнепосредственнов АФУ и выполняющийпрямое радиооптическоепреобразованиесигнала, приемныйрадиооптическийпреобразователь,находящийсяна приемномконце ВОСПИперед входомрадиоприемникаи осуществляющийобратныепреобразованияоптическогосигнала врадиосигнал.

В качествепрямого радиооптическогопреобразователявыступаетусилитель-модулятор,возбуждаемыйот радиосигналас АФУ и модулирующийэтим усиленнымрадиосигналомток лазерногоизлучателя.

Лазерныемодули дляВОЛС:

Лазерныемодули с оптическимволокномизготавливаютсяна основе импортныхMQWInGaAsP/InPФабри Перолазерных диодов.выпускаютсяв неохлаждаемомисполнении,а также в

корпусеDIL– 14 со встроенномэлементомПельтье и вкорпусе типа“оптическаярозетка”. Техническиехарактеристикиприведены втаблице 1.2.

Таблица1.2. Техническиехарактеристики.

Параметр	LFO-14-i*	LFO-17-i*	LFO-17m-i*	LFO-18-i*
Мощностьизлучения,мВт	1.0	2.0	1.0	1.0
Длинаволны излучения,нм	1310	1310	850	1550
Типоптическоговолокна	SM	MM	MM	SM
Типразъема*	FC/PC	FC/PC	FC/PC	FC/PC

^*- тип разъемаможет бытьизменен посогласованиюс заказчиком.

LFO-xx-ip– 4-pinнеохлаждаемый

LFO-xx-ir– “оптическаярозетка

LFO-xx-i– DIL-14с элементомПельтье

Радиооптическийпреобразователь,осуществляющийобратноепреобразованиеоптическогосигнала врадиосигнал,состоит изфотодиода иусилителя, тоесть представляетиз себя Фотоприемноеустройство(ФПУ).

Фотоприемныемодули дляВОЛС:

Фотоприемныемодули серийPD-1375-ip/irдля спектральногодиапазона1100..1650 нм. изготавливаютсяна основе импортныхInGaAsPIN– фотодиодов.Выпускаютсяв неохлаждаемомисполнении,а также в корпусетипа “оптическаярозетка” длястыковки содномодовымволокном,оконцованнымразъемом “FC/PC”.

Описание,оптическиеи электрическиехарактеристикифотоприемногомодуля PD-1375-irприведены вконце этогопункта в таблице1.3., а на рисунке1.2. приведенысхемы электрическихсоединений.

1.1.2 Потерии искаженияВОСПИ.

Волоконно-оптическиелинии связи,используемыедля передачиинформации,не должны ухудшатьхарактеристикиэлектрическихсигналов, тоесть должныудовлетворятьзаданномудинамическомуи частотномудиапазонам.Для удовлетворениявсей ВОСПИнеобходимообеспечитьих выполнениекаждым элементам

ВОСПИ:

• усилителеммодулятором

• лазернымизлучателем(ИЛПН)

• оптическимкабелем

• фотоприемнымустройством

Потериоптическоймощностиволоконно-оптическихсистемах передачипроисходятв основном нанеоднородностяхоптическоговолокна исоединениях.Кроме них существуютразличные видыдопусков наухудшениехарактеристик.

Рассмотримих влияние напараметрыВОСПИ:

• Обычномежду полупроводниковымлазером и разъемомВОК ставитсяоптическийизолятор,ослабляющийотраженныйот торца волокнасигнал. Помимоэтого ослабленияон вносит затуханиеи в прямомнаправлении.Величина этогозатуханияоколо 1 дБ;

• Стечением временипроисходитдеградациялазерногодиода и выходнаяоптическаямощность снижается.Чтобы системане прекратиласвое нормальноефункционирование,должен бытьоставлен запасна величинуэтого снижения.В среднем дляполупроводниковоголазера онасоставляет0,8 дБ.

• Вприемникетакже происходитдеградацияпараметров,запас на нее0,7 дБ.

• Какизвестно воптическомволокне существуетдисперсия –зависимостьфазовой скорости распространенияволны, от какоголибо параметра(в общем случае).

Рассмотримдисперсныехарактеристикиодномодовоговолокна, какнаиболее оптимальногопо параметрупогонногозатухания.

В одномодовомволокне существуетдва вида дисперсии:волноводнаяи материальная– зависимостьфазовой скоростимоды от частотыпри распространенииколебаний вматериале.Суммарнаядисперсиятакого одномодовоговолокна определяетсякак сумма двухвидов дисперсий:

δτΣ= δτв+ δτм

Величинаэтих составляющихимеет одинаковыйпорядок, афункциональнаязависимостьот длины волныу них имеетразный знак.В результатена некоторойчастоте суммаэтих двух величиндает ноль –дисперсияотсутствует.

Графикизменениядисперсии взависимостиот длины волныпредставленна рис.1.3

Рис. 1.3

Исходяиз графика вданной системе,выбрана длинаволны

1,3мкм. Величинадисперсии всвязи с разбросомспектральныхпараметровволокна, обычноравна 2-5 нс/м.км.В соответствиис этим ощутимогоослаблениясигнала из-заполной дисперсиине ожидается.

• Длязапаса на возможноеухудшениепроводящихсвойствволоконно-оптическогокабеля вследствиестарения отводитсявеличина 1 дБ.

• Наоптическийдистанционныйконтроль вводитсязапас 0,2 дБ

• Потерина переходныхсоединителяхоконечногооборудованияоцениваютсявеличиной 3дБ.

• Кромеотражения отвходного торцаоптическоговолокна существуетотражение отвсех разъемныхсоединений,что вносит воптическийсигнал дополнительныешумы. И соответствуетэквивалентныеуменьшениямощности сигналана 0,8 дБ.

• Прочие,неучтенныепотери принимаютсяравными 3 дБ.

Выходнаяоптическаямощность лазерас оптическимизоляторомсоставляет3 дБ. Эти параметрыучаствуют всоставлениизапаса мощности ВОСПИ.

РазрабатываемаяВОСПИ должнаобеспечитьпередачуэлектрическогосигнала безили с допустимымиуровнями искажений.К основнымискажения,которые могутвозникнутьв аналоговойВОСПИ, относятсянелинейныеи линейныеискажения.

Нелинейныеискажения внаших условияхприводят кухудшениюотношениясигнал/шум, тоесть к ухудшениючувствительности,а также к появлениюложных сигналовприема.

Линейныеискаженияприводят такжек ухудшениюотношениясигнал/шум.Наиболее опаснымиискажениямиявляются нелинейные,которыми ибудет определятьсядинамическийдиапазон

ВОСПИ,особенноинтермодуляционныеискажения,создающиепомехи с частотами( mfi + nfj). Поэтомувыбор структурыВОСПИ, схематическихрешений составляющихузлов будетнаправлятьсяна обеспечениеминимизациисобственныхшумов и нелинейныхискажений всейВРСПИ. Оченьвелики требованияк ВОК.

1.1.3 Искажениясигналов водномодовойаналоговой

ВОСПИ.

СтруктурапостроенияВОСПИ в этомслучае соответствуетварианту: лазерныйизлучательодномодовойВОК.

При этойструктуревозникновенияискаженийзаключаетсяв том, что привозбужденииодномодовоговолокна одномодовым,особенноодночастотнымлазером, режимработы такоголазера

оченьсильно зависитот величиныотраженногоот неоднородностиволокна (оптическиеразъемы, соединения,

оптическаяплощадка фотодиодана приемномконце) оптическогосигнала.

Этототраженныйоптическийсигнал приводитк появлениюдополнительногошума излучениялазера, перескокумод лазера,релаксационномурежиму работы,что в конечномитоге проявляетсяувеличениинелинейностиватт/ампернойхарактеристикелазера.

При короткихдлинах ВОСПИ,что характернодля нашегослучая и маломзатухании оптическогосигнала в волокне,эти искаженияоказываютсяочень чувствительными.

Допускаетсямощность обратногооптическогосигнала, поступающегона выход лазерадолжна бытьРобр. ≤(0,3ч1,0)%от мощностиизлучениялазера. В этомслучае режимработы лазеране нарушаетсяи не возникаетдополнительныхшумов и нелинейныхискажений.

Искаженияв тракте распространенияоптическогосигнала и режимработы лазерногоизлучателясильно зависятот условияэксплуатацииВОК. Если приэксплуатациипроисходятмеханическиеколебаниявращения кабелято это приводитк изменениюзатуханияоптическогосигнала из-запоявленияместной неоднородностии, следовательно,к изменениюинтенсивностиобратногоотраженногооптическогосигнала, приводящегок изменениюрежимы работылазера. Дляустраненияэтого влияниялазерные излучателидолжны выполнятьсяс оптическимизоляторомна выходе сразверткой Дразв.≥30ч40дБ. по оптическоймощности.

1.1.4. Экспериментальныенаблюденияи измеренияискаженийсигналов ваналоговыхВОСПИ.

Экспериментальныеисследованияискаженийсигнала производилисьдвухмодовыми одномодовымметодами. Вкачестверегистрирующейаппаратурыиспользовалсяосциллограф,селективныймикровольтметрВ6-10, а также измерительрадиопомехSMV-8,5.

Наблюденияи измеренияискаженийсигнала проводилиськак в КВ, так иДЦВ диапазонах.Исследовалосьпри этом влияние

какВОК, так и лазерныхизлучателейна качественнуюи количественнуюкартину искаженийрадиосигналов.

1.1.5. Исследованиеискаженийрадиосигналав аналоговойВОСПИ и одномодовымВОК.

В качествелазерногоизлучателяна λ=1,3 мкм, разработанныйФТИ им. академикаА.Ф.Иоффе, с выводомизлучения водномодовоеволокно, а такжеполупроводниковыйлазерный излучатель,разработанныйНПО “Полюс”,одномодовый,одночастотныйс оптическимизолятороми выводом излученияв одномодовоеволокно. Блок-схемаприведена нарис. 1.4

В качествеВОК использовалосьодномодовоеволокно длинойL=1км.с погоннымоптическимзатуханиемα=0,7 дБ/км. на λ=1,3мкм.

Для наблюдениявлияния механическихвоздействийи других воздействийна режим работылазерногоизлучателяи соответственнона искажениесигнала использовалсявстроенныйв лазерныйизлучательфотодиод, работающийна усилитель“У”.

Условныеобозначенияэлементовблок-схемы нарис. 1.4 соответствуют:

Г1 - генераторГ4-107.

Г2 - генераторГ5-158.

УМ -усилитель-модулятор.

У - усилитель.

ИЛПН-109– лазерныймногомодовыйизлучатель.

ИЛПН-206– лазерныйодномодовыйизлучатель.

ВОК –волоконно-оптическийкабель.

ОА –оптическийаттенюатор

К1…К6 –ключи.

ГенераторыГ4-107 и Г5-158 использовалисьв качествегенератороврадиосигнала.

Дляисключениявлияния обратногоотраженияоптическоймощности наработу лазерабыл использованоптическийаттенюатор,который на(16ч20) дБ. ослаблялсигнал, поступающийв ВОК.

Одномодовоеволокно в сеченииNсоединено содномодовымвыводом лазерногоизлучателяпосредствомсварки.

Приизмененииотражения отторца волокнапо стрелке Апроисходилоизменениережима работылазера, чтоприводило кследующимявлениям:

1. Изменилисьсобственныешумы излучениялазера.

2.Изменялсяуровень излучаемогосигнала.

3.Изменилисьнелинейныеискажения.

Этиизменения попунктам 1ч3происходилив интервалеот одного дотрех раз, еслиторец волокнапо стрелке Априсоединилсяк фотодиодуФПУ или былсвободен, тоесть изменялисьусловия отраженияоптическогосигнала отприемного концаВОК.

Аналогичныеявления попунктам 1ч3наблюдалисьи при механическомвоздействиипо стрелке Вна ВОК, но ихявления проявлялисьслабее.

Припроведениивышеперечисленныхэкспериментовс лазернымизлучениеми оптическимизолятором,явлений попунктам 1ч3 ненаблюдалось.

1.1.6. Определениеосновныххарактеристикоптическихизлучателейи фотоприемников.

Кромевышеперечисленныхискажений ваналоговойВОСПИ возможновозникновениеискаженийсигнала в ФПУпри использованиив качествефотодиодовлавинных фотодиодов(ЛФД), которыеобладают малымисобственнымишумами, но создаютзначительныенелинейныеискажения принебольшомуровне сигнала.У ЛФД динамическийдиапазон достигаетвеличины неболее 40 дБ. Длядостижениябольшогодинамическогодиапазонаизменениярадиосигнала,лазерные излучателидолжны обладатьочень малымисобственнымишумами, а такжеиметь оченьлинейнуюватт/ампернуюхарактеристику,обеспечивающуюдинамическийдиапазон изменениярадиосигнала,особенно дляКВ диапазона,более 60 дБ. поинтермодуляционнымискажениямвторого порядка.

Всеэти требованиялазерные излучателии фотодиодыдолжны обеспечиватьво всем желанномдиапазонерадиосигнала,то есть от f_н=60кГц. до f_в=500МГц.

Кромеискажениясигнала, возникающихв ВОСПИ из-завлияния оптоэлектронныхэлементов (ВОК,лазерные излучатели,

фотодиоды)в аналоговыхВОСПИ используютсяи чисто электронныеэлементы(транзисторы,диоды, микросхемы),

которыев свою очередь,создают дополнительныеискажения,частотныеискажения.

Дляисключенияих влияниядинамическийдиапазон устройств,созданных наэтих элементах– усилителей,модуляторовдля модуляциилазерных излучателей,а также усилителейдля фотоприемныхустройств,должен бытьбольше, чемдинамическийдиапазон самихлазерных излучателей,то есть более70 дБ. в КВ диапазонеи более

56дБ. в ДЦВ диапазоне.

Выводы:

Учитываявсе вышеперечисленное,можно сделатьвывод, что прикоротких линияханалоговыхВОСПИ для исключенияискаженийсигнала необходимоиспользоватьодномодовыеодночастотныелазерные излучателис оптическимизоляторомна выходе, работающиена одномодовойВОК. В этом случаепрактическиисключаетсявлияние ВОК,подвергающемусямеханическими другим воздействиямв процессеэксплуатации,на режим работылазерногоизлучателя.

Наприемном концеоптическойлинии в качествефотодиоданеобходимоиспользоватьp-i-nфотодиоды изGeили Jn;Ca;As;Pматериалов.

1.2.1. Волоконно-оптическийкабель.

Внастоящее времяв качествелинии оптическогосигнала используетсяВОК. Для нашихцелей, так каксигнал узкополосныйможет бытьиспользованкак многомодовый,так и одномодовыйВОК. Рассмотримзатуханиесигнала в этихВОК. Величинапогонногозатухания оченьсильно зависитот длины волны,применяемойдля передачиинформацииВОК. На рис. 1.5приведеныграфики погонногозатухания взависимостиот длины волныдля двух типовВОК.

Рис. 1.5Зависимостьпогонногозатухания отдлины волны.

1 – многомодовыйВОК.

2 – одномодовыйВОК.

Как видноиз графиков,рациональнееиспользоватьодномодовыйВОК, работаяна волнах 1300 нм.

Исходяиз условийэксплуатации(постоянныемеханическиевоздействияс различнойчастотой иусилением) вВОСПИ могутвозникатьдополнительныеискажениясигнала в зависимостиот того, какимлазерным излучателемвозбуждаетсякакое оптическоеволокно.

Привозбужденииодномодовымизлучателемодномодовоговолокна дополнительныхнелинейныхискажений примеханическихвоздействияхна волокно непроисходит(т.к. не происходитэффекта перемешиваниямод) т.е. не появляютсядополнительныеложные сигналыс частотами f=(mf₁±nf₂),а также не изменяетсяуровень принимаемогосигнала (этоявление отсутствуети при возбуждениимногомодовымизлучателеммногомодовоговолокна). Такимобразом, дляисключениявлияния механическихвоздействий,необходимопостроениеаналоговойВОСПИ по структуре:

одномодовыйизлучатель- одномодовыйВОК.

Рекомендуемыйвариант построенияВОСПИ имеетсвои

достоинстваи недостатки:одномодовыйизлучатель– одномодовыйкабель, малоезатухание, нотребуетсявысокая точностьнастройкиразъемов.

В нашемслучае не требуетсячастых разъединений,а необходимотолько первоначальноеподключение.Поэтому ограниченияна монтировкунас особо нестесняет.

1.2.2. Излучатели.

Выполнениетребованийтехническогозадания почастотномудиапазону (F_в≤ 400 МГц) приводитк тому, что вкачестве излучателяможет бытьиспользованизлучательИЛПН – 206 с ОИ.

Источникоптическогоизлучениядолжен излучатьсветовой потокна длине волны,соответствующейодному из минимумовполных потерьв ОВ, обеспечиватьэффективныйввод излученияв ОВ, иметь малыегабариты, веси потребляемуюмощность, отличатьсяпростотой,надежностьюи высокойдолговечностью. Для возбуждениялазерногоизлучателянеобходимусилитель –модулятор. КУМ предъявляютсятребования:отношениесигнал/шум навыходе, должнобыть равнымсигналу/шумуна его входе,динамическийдиапазон пооптическому,а тем более поэлектрическомусигналу долженбыть

D≥ 60 дБ.

1.2.3. Фотоприемныеустройства(ФПУ).

Однимиз главныхфункциональныхэлементов схемысреди блоковволоконно-оптическойсистемы передачиявляется Фотоприемноеустройство.Фотоприемникизготавливаетсяиз полупроводниковыхматериалов.Существуютопределенныетребованияк его качествуи надежности,поскольку отказлюбого элементаданного ФПУприводит кнарушениюправильнойработы всегоствола линии.

Качествоработы ФПУхарактеризуетсяследующимиосновнымипараметрами:

• Чувствительность

• Динамическийдиапазон

• Коэффициентошибок

Фотодетектордолжен вноситьминимальныешумы в приемнуюсистему, отличатьсястабильностьюрабочих характеристик,иметь небольшиеразмеры, бытьвысоконадежными недорогим.

Приемныеоптическиемодули серииPD-155-ipи PROM-155выпускаютсяна основе импортныхInGaAs/InPPIN– фотодиодов,интегрированныхс малошумящимтрансимпеданснымусилителемсо встроеннойсистемой АРУи дифференциальнымвыходом. МодельPROM-155дополнительноимеет встроенныйусилитель-ограничительи PECL– выход отсутствиясигнала в линии.Модули предназначеныдля работы вцифровыхволоконно-оптическихлиниях связисо скоростьюпередачи информации2..155 Мбит/c.

Техническиехарактеристикиоптическихмодулей приведеныв таблице 1.4.

Таблица1.4. Техническиехарактеристики(Т = 25 ⁰С)

Параметр	PD-155-ip	PROM-155
Спектральныйдиапазон, нм	1100..1650	1100..1650
Скоростьприема, Мбит/с	2..155	2..155
Мощностьнасыщения,дБм	+3	+3
Чувствительность,155мБит/c	-36	-36
Типоптическоговолокна	одномодовое	одномодовое
Типразъема*	FC/PC	FC/PC
Типкорпуса	4-pin,DIL-8	DIL-14
Напряжениепитания, В	4,5..5,5	4,75..5,25

^*- тип разъемаможет бытьизменен посогласованиюс заказчиком.

Всвязи с тем,что ВОСПИ должнафункционироватьпостоянно, ана приемнойстороне будетиспользованавтономныйисточник питания,для увеличенногонепрерывноговремени работылинии необходимоиметь ФПУ свозможно меньшимуровнем потреблениямощности.

Такимобразом, цельюнастоящегодипломногопроекта являетсяразработкаФПУ для приемааналоговыхоптическихсигналов сдлиной волныλ=1,3 мкм, удовлетворяющеговсем вышеперечисленнымтребованиям,исходя из данныхк дипломномупроекту.

Как известночувствительностьлюбого усиливающегоустройствапотенциальноограничиваетсясобственнымишумами.

УсилительразрабатываемогоФПУ не являетсяисключением.Для того, чтобыбыла возможнаустойчиваяработа устройства,уровень сигналадолжен превышатьуровень шумав некотороеколичествораз.

ФПУ должнообеспечиватьзаданное качествоприема сигналапри минимальновозможномуровне входноймощности.удовлетворениеэтого требованияпозволит увеличитьдлину участкасвязи прификсированноймощности передатчикаили при той жедлине снизитьнеобходимуюмощность передатчика.Уменьшениемощности передатчикав свою очередьсоздает предпосылкудля увеличениясрока службылазера – самогонадежного идорогостоящегоэлемента

ВОСПИ.

ФПУ должносохранитьтребуемоекачество приемапри измененииуровня входногосигнала (ФПУдолжно иметьнеобходимыйдинамическийдиапазон работы).

Динамическийдиапазон –отношениемаксимальнойсредней мощностиоптическогосигнала навходе приемногооптическогомодуля, прикотором характеристикимодуля не выходятза допустимыепределы.

В разрабатываемомфотоприемномустройствезадано значениединамическогодиапазона поэлектросигналу≥ 50 дБ.

Такимобразом, Фотоприемноеустройствохарактеризуетсясистемой параметров,важнейшимииз которыхявляются:

• Рабочаядлина волны,для которойнормированыпараметрыпремного оптическогомодуля.

• Полосапропускания,то есть интервалчастот, в котороммодуль коэффициентапередачи большеили равен половинеего максимальногозначения.

• Напряжениешума, то естьсреднеквадратичногозначения флуктуациивыходногонапряженияв заданнойполосе частотв отсутствиеоптическогосигнала на еговходном оптическомторце.

• Отношениесигнал/шум –отношениеамплитудыпеременнойсоставляющейвыходногонапряженияпри заданныххарактеристикахпринимаемогооптическогосигнала ксреднеквадратичномузначению флуктуацийвыходногонапряженияпри приеменемодулированногооптическогоизлучения тойже среднеймощности.

• Порогчувствительности– минимальнаясредняя мощностьоптическогосигнала навходе при заданныххарактеристикахэтого сигнала,при которомобеспечиваетсязаданное отношениесигнал/шум илизаданный коэффициентошибок. Усреднениеобычно производитсяв течении интервалавремени вомного разпревышающегопериод модулирующейчастоты илидлительностисветовогоимпульса.

Фотоприемныеустройстватакже должныпозволитьосуществитьстыковку сканалообразующейили другойоконечнойаппаратурой.

Вместес тем, в ВОСПИвозникаютспецифическиепомехи, связанныес распространениемсигналов посветоводам.

Режимыработы ФПУВОСПИ существенноотличаютсяот режимов ФПУ,применяемыхв атмосфернойсвязи или оптическойлокации. Главноеотличие состоитв стабилизацииканала и отсутствиифоновой засветки.

Техникафотоприемныхустройствразвиваетсяв направленияхповышениябыстродействия,освоения новыхспектральныхдиапазонов,совершенствованиятехнологииизготовления,конструкциии улучшенияосновных параметровв соответствиис приведеннымитребованиями.

2. Выбори обоснованиеструктурнойсхемы ФПУ.

ФПУявляется составнойчастью линейноготракта и служитсвязующимзвеном междуВОК и приемником.

Фотодиодыизготавливаютсяиз разных материалов.Рабочие диапазоныдлин волн , вкоторых достигаетсямаксимальнаяэффективностьфотодиодовдля разныхполупроводниковыхматериалов, приведены втаблице 2.1.

Таблица2.1.

Материал	Диапазонпринимаемыхдлин волн λ,нм
Кремний	400-1000
Германий	600-1600
GaAs	800-1000
InGaAs	1000-1700
InCaAsP	1100-1600

Рассмотримболее подробноэтот важныйузел ВОСПИ.

Фотоприемникслужит дляприема (детектирования)и преобразованияоптическихсигналов вэлектрические.

Фотоприемникимеет оптическийвход (управляющаяцепь) и электрическийвыход (сигнальнаяцепь). ПараметрыФПУ должны бытьсогласованыс источникомизлучения иоптическойлинией связи, с одной стороны,и с электрическойнагрузкой,включающейв себя любойтребуемыйпреобразовательэлектрическихсигналов :усилитель,модулятор,декодер, с другойстороны. Какэлемент оптическойцепи фотоприемникможет работатькак в аналоговом,так и в цифровомрежимах, чтоопределяетсяформой оптическогосигнала, поступающегона его вход.

Фотоэлектрическоепреобразованиепозволяетполучить параметрысигнала, прикоторых аппаратура,подключеннаяк выходу ФПУ,может нормальнофункционировать.

ОсобенностиВОСПИ определяютвыбор принципаоптическогодетектирования,его приборнуюи аппаратурнуюреализацию.

Преимущественнораспространенпринцип прямогодетектирования,основу которогосоставляют

полупроводниковыефотоприемники.Ему присущипростота реализации,схемная минимизация,возможностьмикроминиатюризациии интеграциина уровнефотопреобразований,высокое быстродействие.

КонструктивноФПУ состоитиз фотодиодаи широкополосноговысокочувствительногоусилителя.

УсилителиФПУ традиционноделятся напредварительныйи оконечныйусилитель. Нарисунке 2.1 приведенасхема ФПУ спрямым детектированием.

Рис. 2.1Структурнаясхема ФПУ.

ФЭППИ- фотоэлектрическийполупроводниковыйприемник излучения.

ПУ- предварительныйусилитель.

ОУ- оконечныйусилитель.

ОС- цепь отрицательнойобратной связи.

Фотоэлектрическийполупроводниковыйприемник излученияпреобразуетоптическийсигнал в электрический.В качествеприемникаизлучения чащевсего используютфотодиод илилавинный фотодиод.

Предварительныйусилитель(ПУ)– усиливаетсигнал, обеспечиваянаибольшееотношениесигнал/шум.Главной задачейпроектированияФПУ являетсядостижениеминимальногопорога чувствительности.Чем меньше этотпорог , тем большедлина регенерационногоили усилительногоучастка. ПоэтомуПУ должен бытьхорошо согласованс ФЭПИ, обеспечиваяэффективнуюпередачу энергиисигнала и малыйуровень шума.Входной каскадПУ выполняетсяна биполярномтранзистореи имеет входноесопротивление,равное внутреннемусопротивлениюФЭППИ.

Оконечныйусилитель (ОУ)– осуществляетусиление, понижающеевыходноесопротивлениеФПУ, необходимоедля работыустройстваобработкисигнала.

ФПУ,как правило, работает приуровнях входноймощности ,превышающихпорог чувствительности.Запас входноймощности необходимдля обеспечениянадежностисвязи, так какс течениемвремени, вследствиестарения лазера,мощность передатчикауменьшается.

Приемникизлучения иего рабочийрежим выбираетсяисходя из заданныхспектральногодиапазонапорога чувствительности,быстродействияи требуемогодинамическогодиапазона.

Вбольшинствеслучаев приходитсяделать выбормежду p-i-n– фотодиодоми лавиннымфотодиодом.Последний, хотяи позволяетвыиграть впороге чувствительности,работает вменьшем диапазонетемператур,часто требуетповышенногонапряженияпитания, стабилизациирежима. НадежностьЛФД, включенногов конкретнуюсхему, можетоказатьсяменьше надежностиp-i-n– фотодиода.Уступает ЛФД,p-i-n– диоду и в пределахлинейностихарактеристикидетектирования.В качествефотодиода ваналоговыхВОСПИ с большимдинамическимдиапазономиспользуетсяp-i-n– диод. ЛФД неиспользуется,так как имеетмалый динамическийдиапазон из-засильной зависимостикоэффициентаумножения отсигнала.

Следующимузлом ФПУ являетсяпредварительныйусилитель (ПУ).Шумовые свойствапредусилителя,зависят отмногих факторов:схемы реализации,типа фотодетектора,рабочей полосычастот, типаиспользуемыхтранзисторов,коэффициенташума транзистора,выбора егорабочей точки,технологииизготовления,наличия и видакорректируемогофильтра. Длятребуемогочастотногодиапазонашумовые параметрыбиполярногои полевоготранзисторасоизмеримы.

Послевыбора приемникаизлучения итипа транзисторавходного каскаданеобходимопроектированиесхемы предварительногоусилителя.Предварительныйусилитель (ПУ)усиливаетэлектрическийсигнал , обеспечиваянаибольшееотношениесигнала к шуму.ПУ должен бытьхорошо согласованс приемникомизлучения,обеспечиваяодновременноэффективнуюпередачу энергиисигнала и малыйуровень шума.Дляполучениямалошумящегоусиления применяютсясхемы самойразличнойструктуры:усилители могутбыть дифференциальнымии недифференциальными,содержать илине содержатьцепи обратнойсвязи и согласующиецепи.

Классификациясхем осуществляетсяпо несколькимнаправлениям.По способупреобразованиясигнала вовходной цепиразличаютусилителифотонапряжения,фототока ,преобразователитоконапряженияи другие. Повеличине входногосопротивленияусилителиподразделяютсяна высокоимпендансныеи низкоимпендансные.Усилители сглубокой обратнойсвязью по напряжениюназываюттрансимпендансными.

Рассмотримподробнеесвойства каждойсхемы. Основныепреимуществадифференциальныхусилителей– это низкиетребования к абсолютнойвеличине номиналовэлементов ивысокая помехозащищенность.Вместе с тем, дифференциальныеусилителиуступают обычнымпо шумовымхарактеристикам: уровень шумав них на 3-5дБ выше.Дифференциальныеусилителиприменяютсяв монолитныхинтегральныхсхемах и в техслучаях , когдавесьма важнымтребованиемможет оказатьсяпомехозащищенность,например ввычислительных(схемах) сетях.

Средисхем без обратнойсвязи наибольшеераспространениеполучиливысокоимпендансныеусилители наполевых транзисторах.Низкоимпендансныеусилителиприменяютсяглавным образомна СВЧ.

Низкоимпенданснымусилителемпринято называтьусилитель свходным сопротивлением50 Ом. Достоинствомусилителяпервого типаявляется возможностьдостиженияминимальногопорога чувствительности, а недостатками: сравнительнонизкий динамическийдиапазон , высокаячувствительностьк действиюэлектромагнитныхпомех, необходимостьиндивидуальнойнастройки.использованиевысокого входногосопротивления(единицы, десяткиМОм) приводятк интегрированиюсигнала вовходной цепи,вызывает частотныеискажения. Приэтом возрастаетотношениесигнала к шумупервого каскадаусилителя.

Хотяиспользованиебольшого входногосопротивленияпомогаетмаксимизироватьотношениесигнал/шум вприемникеоптическихсигналов, однакооно одновременнопорождаетнеудобства,вызванныенеобходимостьюосуществлятьзначительнуюпо величинекоррекцию.

Первоенеудобствосостоит в том,что коррекциядолжна бытьиндивидуальноприспособленадля каждойсхемы. Она не

можетбыть установленазаранее. Причинав том, что коэффициентусиления долженизменятьсяпо закону: G(f)= G₀·(1+j·2p·f·С·R),а значения С_вхи R_вхизменяютсяот прибора кприбору отсхемы к схемеи часто зависятот температуры.

Врезультатекаждая схемадолжна настраиватьсяиндивидуально.

Втораяпроблема в том,что значительноеизменениекоэффициентаусиления счастотой означаетуменьшениединамическогодиапазонаусилителя.Структурнаясхема этоготипа предусилителяпоказана нарис. 2.2.

Рис. 2.2Структурнаясхема высокоимпедансногоусилителя.

Положительнаяобратная связьвводится длякомпенсациивходной емкости.Величинасопротивлениянагрузкирассчитываетсяпо формуле:

Тольковходная емкость(С_вх)берется компенсированной.Активный, какправило, фильтрK(jw),формируеттребуемуючастотнуюхарактеристику.

Схемас низким входнымсопротивлениемне нуждаетсяв коррекцииАЧХ.

Использованиехорошего лавинногофотодиода скоэффициентомусиления М=20,и более гарантируетобеспечениережима детектирования,ограниченногодробным шумом.

Однако,это справедливодля фотодетекторана p-i-n- фотодиоде иувеличениешума в этомслучае можетбыть значительным.

Структурнаясхема низкоимпедансногоусилителяприведена нарис. 2.3

Рис. 2.3Структурнаясхема низкоимпедансногоусилителя

Такойусилительтребует толькорасчета сопротивлениянагрузки R_нпоизвестной, вобщем случае,входной емкостии требуемойполосе частот:

Хотявходной импульсмалой величиныи обеспечиваетбольшой динамическийдиапазон, тепловыешумы ограничиваютвозможностипримененияв системахсвязи.

Обычнопредпочитаютиспользоватьусилитель собратной связью.Его основноепреимущество– отсутствиенеобходимостиосуществлятькакую – либокоррекцию. Шумытакого усилителямогут бытьмного меньше,чем у обычногоусилителянапряжениябез коррекции.

Трансимпедансныйусилительсодержит цепьпараллельнойобратной связи(рис. 2.4)

Рис. 2.4Структурнаясхема трансимпедансногоусилителя.

Такойусилительрассматриватькак преобразовательфототокнапряжение.Его коэффициентпреобразования,равный отношению:

, имеет размерностьсопротивления.С сопротивлениемпередачи“трансимпедансом“ и связаноназвание схемы2.4. При достаточнобольшом (бесконечном)усилении вотсутствииобратной связисопротивлениепередачи равноR_ос.В отличии отсхемы без обратнойсхемы, где резисторнагрузки имеетто же сопротивлениепередачи (R_н=R_ос),нагрузка в видетрансимпедансногоусилителяусиливаетмощность. Благодарядействию обратнойсвязи происходитснижение входногосопротивленияи может исчезнутьнеобходимостьвысокочастотнойкоррекции,увеличиваетсядинамическийдиапазон. Выигрышв динамическомдиапазонепримерно равенсоотношениюкоэффициентовусиления приразомкнутойи замкнутойцепи обратнойсвязи.

Использованиеобщей параллельнойотрицательнойобратной связипозволяетполучить оченьхорошую стабильностьрежимов работыпо постоянномутоку всехтранзисторов,а также одновременноосуществитькоррекциючастотнойхарактеристикиФПУ, выполненноеприменениемданной структурыобеспечиваетдинамическийдиапазон на10 дБ. больше, чемусилительвысокоимпедансный,при увеличениишумов примернона 1дБ.

Основнаяпроблема усилителейданного типа– обеспечениеих устойчивости.Использованиепротяженнойцепи обратной

связи,охватывающейусилитель сбольшим коэффициентомусиления ивысоким входнымимпедансом,делает схемуусилителясклонной ксамовозбуждениюна высокихчастотах, вследствиевозникновенияположительнойобратной связичерез транзисторнуюемкость.

Чтобы избежатьсамовозбуждения,требуетсятщательное,продуманноекомпоновкаи эффективнаяэкранировкаэлементовсхемы. И такнаименьшимишумами обладаютвысокоимпедансныеусилителис интегрированиемво входнойцепи. По динамическомудиапазону напервом местеоказываетсятрансимпедансныйусилитель, заним следуетнизкоимпедансныйи высокоимпедансный.По рабочемудиапазонучастот первенствопринадлежитнизкоимпедансномуусилителю. Вменьшем диапазонечастот возможноприменениевысокоимпедансногои особеннотрансимпедансногоусилителей.

Учитываявсе достоинстваи недостаткисхем усилителей,выбираем схемутрансимпедансногоусилителя.

Вданном дипломномпроекте разрабатываетсяФотоприемноеустройстводля короткойлинии связи(1км.).

Предполагаем,что на выходеФПУ находитсяпрофессиональныйрадиоприемник.ФПУ в нашемслучае безсистемы автоматическойрегулировкиусиления (АРУ),так как естьвероятность,что устройствоАРУ будет откликатьсяна помеху. Врезультатеприведенногоанализа структурнаясхема ФПУ приметвид:

Рис. 2.5Структурнаясхема фотоприемногоустройства.

1. –предварительныйусилитель

2. –оконечныйусилитель

РПрУ –радиоприемноеустройство

3. Выбори обоснованиепринципиальнойсхемы предварительногоусилителя ФПУ.

3.1 Выбори обоснованиепринципиальнойсхемы предварительногоусилителя ФПУ.

В соответствиисо структурнойсхемой приведеннойранее, ФПУконструктивноделится на двафункциональнонезависимыхусилителя :предварительныйи оконечный.

Рассмотримпредварительныйусилитель.Основным требованием, при соблюдениипрочих условий(заданной полосыпропускания)предъявляемыхк предварительномуусилителюявляется обеспечениезаданногоотношениясигнал/шум.

Динамическийдиапазонфотоприемногоустройствапо минимальномусигналу определяетсясобственнымишумами ФПУ,которые состоятиз шумов фотодиодаи шумов усилителя.

От выборатипа транзистора, используемогово входномкаскаде, зависитшум усилительнойсхемы.

Для требуемогочастотногодиапазонашумовые параметрыбиполярноготранзистора(БП) и полевоготранзистора(ПТ) соизмеримы,поэтому выбираембиполярныйтранзисторпри использованиикоторого прощеосуществитьзаданный частотныйдиапазон.

Шумоваяэквивалентнаясхема входногокаскада ФПУпредставлена на рис.3.1.

i_ф~- генераторфототока сигнала

i_ф,ш-генераторшумового фототока, создаваемогошумовой оптическоймощностью.

i_ш,ф0-генераторшумового тока, создаваемогопостояннойоптическоймощностью.

i_ш,Rн– генераторшумового тока,создаваемогоэквивалентнымсопротивлениемнагрузки фотодиодапо переменномутоку.

i_ш,БТ– генераторшумового тока,создаваемогошумами БТ входногокаскада.

Этитоки определяютсяиз следующихвыражений :

;(1)

;(2)

;(3)

;(4)

где: I_ф0-постоянныйток засветки

RIN=-155дБ/Гц– относительнаяинтенсивностьшума

–диапазонпринимаемыхчастот

К – постояннаяБольцмана

Т – температура(в Кельвинах)

Постояннаяоптическаямощность ,величинакоторая определяетсяисходной рабочейточкой навольт-ампернойхарактеристикелазера дляполученияминимальныхнелинейныхискажений(комбинационныеискажения) ипотерями в ВОК,падающая нафотодиод , создаетфототок сигналаи фототок фоновойзасветки ,определяемымипостояннойоптическоймощностью,определяетсясоотношением:

i_ф=l·P_св/η·h·ν или i_ф=А·Р_св, А=l/η·h·ν,

где Р_св– падающая наФД оптическаямощность.

η – квантовыйвыход.

h– 6,63·10^-34– постояннаяПланка

ν – частотасвета.

ПриР_св на выходе НЛПНравном 0,5мВтна ФПУ будемиметь :

I_ф0=А·Р_св/D; где : D– потери в линии.

Сучетом потерьна двух оптическихразъемах(α=1дБ/км)и затуханиемОК(α=1дБ/км) суммарныепотери D=3дБ/км,что составляет 10lgD=10lg3=0,5раз.

А= 0,7 Вт/А

Подставляяфототок I_ф0в выражение(1)и (2) получимследующиесоотношения

i²_ш,ф0=2

I_ф0Δf= 32·10^-19·1,75·10^-4=5,6·10^-15А²

i²_ф,ш= I²_ф0·10^RIN/10·Δf= (0,175·10^-3)²·10^-15·106= 3,06^-1·10^-17A²

т.е.мы получили,что шумовойток ,создаваемыйпостояннойоптическоймощностью засчет RINна два порядкаменьше шумовоготока , создаваемогопостояннойфоновой засветкойи, соответственно,его влияниемв нашем случаеможно пренебречь.

Такимобразом , чемменьше ток базы. тем меньшешумы транзистора,но при малыхтоках ухудшаетсяh₂₁,а также ухудшаютсячастотныесвойства , ухудшаетсяf_т,поэтому длявышесказанногочастотногодиапазонакомпромисснымрешением будетиспользованиеСВЧ транзисторапри токахпокоя.

I_к ≈ 1ч2мА

Формулакоэффициенташума показываетсправедливостьэтих допущений.

Например,при R_г= 1 кОм(эквивалентноесопротивлениенагрузки ФДпо переменномутоку ) , болеенежелательноиз-за большихчастотныхискажений.

Приf_в≥ 400МГцнеобходимоиспользоватьСВЧ транзистор2Т3114В-6 , у которогоf_гр≈ 4,7ГГцпри I_к= 2мА

где: r’_б- сопротивлениетела базы

r_б’э– сопротивлениебазы-эмиттер

h_21э– 100

r’_б– 5 Ом (для транзистора2Т382А)

R_г=R1||R2||R4≈1кОм

r_б’э=26/I_к·h₂₁

Притоке I_к=2мА, h_21э=100, r’_б=10Ом.

Приэтих данных r_б’э=1,3кОм; F=1,45 эквивалентныйшумовой ток,учитывающийRтранзистора, равен

для f=1МГц

Приминимизациисобственныхшумов ФПУ имаксимизациидинамическогодиапазона кпостроениюэлектрическойпринципиальнойсхемы ФПУ ивыбору режимовтранзисторовего каскадов, особенно выходных, предъявляютсяпротиворечивыетребования.

Во-первых,транзисторывыбираютсяСВЧ диапазона, например 2Т3114В-6маломощные,с f_гр≥4ГГц.

Токпокоя входногокаскада намиуже выбран изусловия минимизациишумов.

Транзистор2Т3114В-6 имеет следующиепараметры:

P_кдоп =25 мВт;f_г=4,7 ГГц;

I_кдоп =15 мА;h₂₁=100 ;

U_кдоп =5 В;C_к= 0,4 пФ; r_расч= 6 нс

Чтобысовместитьэти противоречивыетребования(минимальныешумы , максимальныйчастотный идинамическийдиапазон), входнойкаскад выполняетсяпо схеме эмиттерногоповторителя,который обладаетэтими свойствами.

Второйкаскад дляобеспечениязаданногочастотногои динамическогодиапазоноввыполняетсяпо каскоднойсхеме с местнойобратной связью(ОС).В качестве 2-гои 3-го каскадовиспользуетсяСВЧ микросхематипа М 45121-2.

Наличиево втором каскадеФПУ обратнойсвязи увеличиваетособенно динамическийдиапазон, атакже и частотный,при этом неухудшаютсяшумовые свойстваФПУ, так какпервый каскадсоздает требуемоеусиление помощности.

Этоже позволяетток покоя каскаднойсхемы выбратьдостаточнобольшим, чтов свою очередьувеличиваетглубину обратнойсвязи и темсамым уменьшаетнелинейныеи частотныеискажения.

Электрическиепараметрымикросхемыприведены втаблице 3.1 в концеглавы.

3.2 Выходнойкаскад

Выходнойкаскад длясогласованияс внешней нагрузкойвыполнен посхеме эмиттерногоповторителя.При этом R_н=50Ом и ток покоявыбираетсядостаточнобольшим.

Принципиальнаясхема выходногокаскада изображенана рис.3.3.

Рис.3.3Принципиальнаясхема выходногокаскада ФПУ.

Вкачестве выходноготранзистораVT2можно использоватьтот же транзистор,что и в предварительномусилителе:2Т3114В-6.

Учетвсех этихрекомендацийпозволил реализоватьсхему ФПУ, котораяизображенана рис.3.2 и 3.3.

Первыетри транзистораохвачены общейотрицательнойобратнойсвязью(ОООС),что позволяетувеличитьчастотный идинамическийдиапазоны безухудшениячувствительности.

Анализпринципиальнойсхемы ФПУ показывает,что использованиев качествевходного каскадаэмиттерногоповторителяпозволяетрешить одновременномного задач:

- уменьшитьнелинейныеискажениявходного каскада;

- увеличить егочастотныйдиапазон;

- уменьшитьнелинейныеискажениявторого каскадапутем увеличенияглубины местнойОС за счет малоговыходногосопротивленияэмиттерногоповторителя.

Всеэто не ухудшаетчувствительностиФПУ, так каквходной каскадв h₂₁раза усиливаетмощность сигнала.

Определимграничнуючастоту усиленияФПУ:

U₂(p)= τ₁(p)·K(p)= Ј_ф·Z_вх·F·K(p),

где U₂(p)- напряжениена входе ФПУ

U₁(p)- напряжениена нагрузкеФД, т. е. комплексномсопротивлениипо переменномутоку, действующемумежду базойвходного транзистораи общим проводом.

К(р) – общийкоэффициентусиления всехкаскадов ФПУ,кроме выходного.

Ј_ф– фототок сигнала;

Z_вх– входноесопротивлениеФПУ при действииобщей ОС, охватывающейпервые двакаскада.

Внашем случаеК(р) = К₁(р)·К₂(р)≈ К₁·К₂≈ К₂, так как К₁= 1 иусиление этихкаскадов можносчитать в нашемчастотномдиапазонепостоянным.

Тогда,при Z_вх,F= Z_вх

;F_кз= 1, F_хх= 1+КВ(р)

Где В(р) =

; =R_г·С_вх; Z_вх= ;

Получим:

;

1+ B₀K= F₀,

,K₂= 4

Частотаверхнего срезадля входныхкаскадов ФПУ(первого и второго)при действииобщей ООС равна:

ФПУможет бытьвыполнен и надискретныхтранзисторах,по приведеннойвыше схемотехнике,но при этомдолжны использоватьсятранзисторыс f_г> (4ч5)ГГц

Технологияиспользованиявозможнагибридно-пленочная.

Таблица3.1

Параметры,единицы измерения	Норма
	Неменее	Неболее
1.Верхняя частотарабочегодиапазона,МГц	1000	-
2.Коэффициентшума в режимепреобразования,дБ	-	10
3.Верхняя границалинейностиАЧХ по сжатиюКрна 1дБ, мВт	0,1	-
4.Развязка междуканалами, дБ	30	-
5.Коэффициентпередачи помо- щности врежиме усиления,дБ	-	5
6.Допустимаявходная мощность,мВт	-	5
7.Минимальнаянаработка,час	25000	-
8.90 - процентныйресурс, час	40000	-
9.Масса, г	-	1,5
10.Конструктивноеисполнениепланарное,14 гибких ленточныхвывода, габариты(мм.)

^*Для повышенияустойчивостии уменьшенияпаразитныхсвязей свободныевыводы и основаниекорпуса рекомендуетсязаземлить.

4. Расчетфотоприемногоустройства

4.1 Расчетвыходногоусилителя.

РасчетК-цепи по постоянномутоку включаетвыбор режимовтранзисторови расчет сопротивленийрезисторов,обеспечивающихвыбранныережимы и ихстабильность.При этом мощности,потребляемые,от источниковпитания и сигналадолжны бытьминимальными.

Режимработы транзистора, определяемыйположениемисходной рабочейточки(точкипокоя) на выходныххарактеристикахтранзистора(рис.4.1.)т.е. значениямитока покояколлектораI_кк постояннойсоставляющейнапряжениямежду коллектороми эмиттером U_к, должно бытьтаким, чтобына внешнейнагрузкеобеспечивалосьзаданная(номинальная)мощностьсигнала и параметрыпредельныхрежимов работытранзисторане превышалимаксимальнодопустимыхзначений.

Принимаяво вниманиепотери мощностисигнала в выходнойцепи , вносимыецепью обратнойсвязи, выходнойцепью транзистора,максимальноерабочее значениемощности,рассеиваемойна коллекторетранзистора

Р_крмакс k

Р_кдоп =100 мВт

(Мощностьрассеиваемаяна коллекторетранзисторане должна превышатьдопустимуювеличину).

Определимрежим работывыходноготранзистора.Ток коллекторавыходноготранзисторабыл оговоренпри выборепринципиальнойсхемы.

Дляуменьшениянелинейныхи частотныхискажений токпокоя выбралиравным 10 мА исходяиз того что:

R_крмакс ≈U_кэ·I_к

U_кэ– напряжениемежду коллектороми эмиттером= (5ч6)В.

Рис. 4.1Выходнаяхарактеристикатранзистора.

Напряжениегасимое насопротивленииR19находим , какразницу напряженияисточникапитания и падениемнапряженияна резистореR20и между коллектороми эмиттером.

=6,5В

Определимтоки выходногокаскада:

Гдеh₂₁=

среднеезначение коэффициентаусиления потоку

I_д– ток протекаемыйчерез делительнапряжения.Для достаточнойстабильностирежима транзистораI_ддолжен бытьзначительнобольше I_б,обычно принимаютI_д≥ (5ч10)I_б

ПустьI_д= 10I_б,тогда:

I_э= 10·10^-3+ 0,1· 10^-3= 10,1 (мА)

I_д= 10·0,1мА = 1(мА)

Сопротивлениерезисторовделителя напряженияв цепи базытранзисторарассчитываетсяпо формуле:

U_б0= U_бэ+ U_э0= U_бэ+ I_к· R_э(21)

Прииспользованиив усилителекремниевыхтранзисторов,значения напряженийбаза – эмиттерможно принятьравным:

U_бэ= 0,6В, тогда

Пономиналам:R18= 10(кОм)

R19= 1,1(кОм)

Нелинейныеискаженияусилителяопределяетсявыходным каскадом,ко входу которогоприложенонаибольшеенапряжениесигнала, точнеенелинейностьюхарактеристиктранзистораэтого каскада:

R₂₁= R_вых= 50(Ом)

2. Расчетпредварительногоусилителя(ПУ).

ПУ усиливаетэлектрическийсигнал, обеспечиваянаибольшееотношениесигнал/шум.Основные требования,предъявляемыек ПУ – минимальныешумы, максимальныйчастотный идинамическийдиапазоны. Какуже рассматривалосьранее, дляудовлетворенияэтих требованийвходной каскадвыполнен посхеме эмиттерногоповторителя,который обладаетэтими свойствами.

Второйи третий каскадыдля обеспечениязаданногочастотногои динамическогодиапазоноввыполняютсяпо каскоднойсхеме. Весь ПУохвачен общейООС, что позволяетувеличитьчастотный идинамическийдиапазоны безухудшениячувствительности.

Проведемрасчет каскадовусиления попостоянномутоку. РасчетК – цепи попостоянномутоку включаетвыбор режимовтранзисторовмикросборкии входногокаскада, а такжерасчет сопротивленийрезисторов,обеспечивающихвыбранныережимы и ихстабильность,при этом мощностипотребляемыеот источникапитания и сигналадолжны бытьминимальными.

Как ужебыло оговорено,входным выбираетсямаломощныйтранзисторСВЧ диапазонас f_m> (4ч5)ГГц.Например: 2Т3114 В-В.

Он,а также транзисторы,входящие всостав СВЧмикросборки

М45121-2имеют следующиеосновные параметры:

Р_кдоп= 100 мВт

I_кдоп= 20 мА

U_кдоп= 15 В

τ_к= 1,5 нс

f_г= 5 ГГц

h₂₁= 40 – 330

С_к= 0,6 пФ

Изранее рассмотренныхсоображенийотносительноширокополосностии собственныхшумов ФПУ токколлектораIкаскада равен2 мА. Ко II и IIIкаскадам менеежестки шумовыетребованияи с целью улучшениячастотныхсвойств, токколлекторавыбран в пределах5 мА. Для расчеташумов величинасопротивлениянагрузки фотодиодапо переменномутоку R_гв данной схемерассчитываетсякак:

R_г= R2|| R4|| R1= 1кОм

ПриR_г= 1кОм шумы R_ги тока базытранзисторасоизмеримы,если I_б= 20мкА

[9]

Приприравнивании:

получим:

при R_Г= 1кОм

I_б= 20мкА

Находими наносим насхему (рис.3.2)значение напряженияна всех узлахсхемы относительнообщего (заземленного)полюса источникапитания. Приэтом следуетучесть, чтовеличина нагрузочныхрезисторовII– го и III– го каскадов(R7и R15)должны бытьне более 75Ом.Иначе ухудшатсячастотныесвойства усилителя.Исходя из этого,при коллекторныхтоках 5мА, наэтих резисторахбудет падениенапряженияоколо 0,5В.

Коэффициентпередачи цепиобратной связипо постоянномутоку вычисляетсяпо следующейформуле:

,где

R_вх(VT4)– входноесопротивлениекаскада с ОК.

R_вх= h₁₁+R_э(1+h₂₁)

Таккак R_вх» R1и им можнопренебречь,тогда

Напряжениена базе VT1:

U_б0,1= U_к2·В

U_б0,1= 11,5 · 0,37 = 4,2(В), где

U_б0,1= U_бэ,1+ U_бэ,3+ U_э,3

Прииспользованиив усилителекремниевыхтранзисторовзначения напряжениябаза – эмиттерможно принятьравным (0,6ч0,7)В.

Выбираем:U_бэ,1= 0,6 В

U_бэ1,3= 0,7 В

ТогдаU_э,3= 4,2-1,3 = 2,9(В)

Напряжениена эмиттерепервого транзисторанаходим следующимобразом:

U_э,1= τ_б0,1- τ_бэ,1

U_э,1= 4,2-0,6 = 3,6(В)

Дляширокополосногоусилителявыбираем U_э,2= 4В

Следовательно:

U_э3= U_к,2= U_кэ,2- U_э,3

U_кэ,3= 11,5 - 4 - 2,9 = 4,6(В)

Напряжениена базе второготранзистора

U_б0,2= U_к,3+ U_бэ,2= (U_э,3+ U_кэ,3)+ U_бэ,2

U_б0,2= (2,9 + 4,6) + 0,7 = 8,2(В)

Так каккаскады IIи IIIоднотипны топостоянныенапряжениятранзисторовT4и T5соответствуютпостояннымнапряжениямтранзисторовT2,T3ИМС.

Знаявсе напряженияв схеме и токикаскадовсопротивлениерезисторовсхемы:

пономиналу принимаемR9= R16= 510(Ом)

Длядостаточнойстабильностирежима транзисторовТ2, Т4, Т5 ток, протекающийчерез делительнапряженияв цепи базы I_дберемравным 1мА.

Сопротивлениеделителя в цепибазы VT1должны с однойстороны удовлетворятьусловию R_г= R2|| R4|| R1= 1кОм, а с другойстороны, обеспечиватьнеобходимоенапряжениесмещения (4,2В).

ВеличинаR2,исходя из смещенияна T3и тока коллектора,VT1выбрана 1,8 кОм,следовательно:

(R1||R4= x)

x· 1,8 = x+ 1,8;

0,8x= 1,8;

x= 2,25;

Решивсистему уравнений,найдем необходимыевеличины резисторовR1и R4:

Выберем:R1= 3,6 кОм и R4= 6,2 кОм

Сопротивлениярезисторовделителя напряженияв цепи базы Т2,Т6 рассчитываютсяпо следующимформулам:

Этирезисторывыберем равными7,5 (кОм)

Примемноминалы этихрезисторовравными 3,9 кОм.

Длярасчета базовогоделителя транзистораТ5 используетсяаналогичнаяметодика. Токделителя выберемравным 1мА, чтосоответствуетноминаламрезисторов:

Ближайшимик этим будутноминалы: 8,2(кОм)и 3,6(кОм), соответствующиерезисторамR11и R12.

МестнуюОС в цепи эмиттераТ3 создает цепочкаR10;C5,а также R17;C7в III- ем каскадеФПУ.

Необходимоезначение ОС:F= 1 + S· R_эос

Коэффициентусиления усилителябез ОС (К) долженбыть достаточнымдля обеспечениязаданногозначения К, притребуемойвеличине F:

Пономиналу R_ЭОС(R10)= 22(Ом), тогда требуетсяглубина местнойобратной связиравной:

F= 1 + 0,2 · 2,2 = 5,5

ЦепьГ – образныхRCфильтров в цепипитания используетсяиз условиявыполнениядвух требований:

• Минимальныепотери напряженияисточникапитания;

• Обеспечениеустранениясамовозбужденияиз-за паразитнойобратной связимежду каскадамина сопротивлениипитающих проводови внутреннимсопротивлениемисточникапитания;

2. Расчетчастотныххарактеристикцепи усилителя.

Определимграничнуючастоту усиленияФПУ. Коэффициентусиления Кцепи, как функциюпередачи информациилинейной цепи,представитьв операторнойформе [9]:

гдеU_2(p)– напряжениена выходефотоприемногоустройства

U_1(p)– напряжениена нагрузкеФД т.е. на комплексномсопротивлениипо переменномутоку, действующемумежду базойвходного транзистораи общим проводом.

К_(р)– общий коэффициентусиления всехкаскадов ФПУ,кроме выходного.

J_ф– фотопотоксигнала

Z_вх,F– входноесопротивлениеФПУ при действииобщей ОС, охватывающейпервых 2 каскада:

Внашем случаеК_(р)= К_1(р)· К_2(р)и К_(р)= К₁· К₂= К₂,так как

К₁= 1 и усилениеэтих каскадовможно считатьв нашем частотномдиапазонепостоянным.

Тогдапри использованииформулы Блеймана,найдем Z_вх,F:

[7]

F_кз= 1;F_xx= 1 + кβ_(р), где

Врезультатеполучим:

1+B₀· K= F₀– глубина местнойгальваническойобратной связи.

В₀– коэффициентпередачи попетле обратнойсвязи.

Частотаверхнего срезадля входныхкаскадов ФПУ(первого и второго)при действииООС равна:

Определимнапряжениешумов на выходеФПУ:

I= I_RГ+ I_б+ I_д0= 50мкА+ 20мкА+ 180мкА= 0,25мА

Чтобыпренебречьшумами измерительногоприемника,которые в полосечастот 20 кГцсоставляет0,5 мкВ, увеличимнапряжениешумов на выходеФПУ в 3 раза:

4.4. Оптимизацияхарактеристикцепи ПУ

( припомощи программымоделированияэлектрическихцепей Fastmean).

Программымоделированияэлектрическихцепей (такиекак OrCAD PSPICE, Micro-Cap, Electronics Workbench)во многих задачахобеспечиваютудовлетворительныйанализ переходногопроцесса. Однаков некоторыхслучаях расчетзанимает оченьмного времении точностьможет бытьзначительнониже, чем необходимо,так как множествоточек переходногопроцесса необходимовычислить спомощью традиционнойпроцедурыинтегрирования.

В программеFASTMEAN используютсяновые решенияматричныхрекуррентныхуравнений. Этоталгоритм совершенноотличаетсяот обычноиспользуемыхв программах.Вместо отдельныхточек функциипереходногопроцесса вычисляютсякоэффициентыразложенияв ряд Тейлорав матричнойформе. Это позволяетнайти значениефункции длялюбого моментавремени внутризаданного шага,который можетбыть больше(в сотни, тысячираз и более),чем обычныйшаг в широкоиспользуемыхпрограммах.В некоторыхслучаях, переходныйпроцесс во всемвременноминтервале можетбыть рассчитанза один шаг.

Увеличениечисла членовразложенияв ряд Тейлоравместо увеличениячисла маленькихшагов позволяетсущественноуменьшить времярасчета и, в тоже время, увеличитьего точность.Однако, максимальноечисло членовряда Тейлораограниченовозможностямисовременногокомпьютераи составляет70-80 членов. Вычислениебольшего числачленов можетпривести кбольшей ошибке,чем ожидается,или к совершенноневерномурезультату(при вычисленииболее 100 членов),но это происходитне по вине метода,а из-за ограниченностиразрядной сеткикомпьютераи, следовательно,из-за ошибококругления.

Математическиеосновы этихрешений разработаныпроф. АртымомА. Д. и проф. ФилинымВ. А. (Россия,г.Санкт-Петербург,ГосударственныйУниверситетТелекоммуникацийим. проф. М. А.Бонч-Бруевича,кафедра ТеорииЭлектрическихЦепей). Впоследствии,проф. Артым,проф. Филин иих коллегиразработалисовершенноновую программуи применилиее для

решениясерьезныхпрактическихзадач. Даннаяверсия FASTMEAN предназначенадля привлечениявнимания специалистови научных коллективовВУЗов, интересующихсяпроблемамианализа сложныхпереходныхпроцессов вцепях (такжес переключениями),которые труднорассчитатьс большой точностьюи скоростьютрадиционнымиметодами.

На панелиинструментовесть 3 группыэлементов:Основные, Источникии Активные.Выберите однуиз них, и появитсяокно с доступнымиэлементами.Выберите нужныйнажатием насоответствующуюкнопку и поместитеего на схемущелчком левойкнопки мыши.После того, каквы закончилидобавлятьэлемент, нажмитеправую кнопкумыши или соответствующуюкнопку в окне.

Вы можетелегко изменитьпараметрыэлемента, дваждыщелкнув на неммышью и введянеобходимыезначения в окнедиалога. Выможете вращатьи отображатьэлемент: выделитеего и нажмитенужную кнопкуна панелиинструментов.Используйтекоманды Вырезать(Ctrl+X),Копировать(Ctrl+C),Вставить(Ctrl+V)для работы сбуфером обмена.Когда Вы выделяетеэлементы инажимаетеВырезать илиКопировать,программапомещает ихв буфер обмена,используя свойформат, и какточечный рисунок,так что Вы можетеиспользоватьизображениесхемы в другихприложениях.

Вы можетесоединитьэлементы проводамис помощью мыши,перетаскиваяуказатель отодного выводак другому. Чтобысоединить болеедвух проводоввместе, используйтеСоединитель(группа Основныхэлементов).Можно подтащитьпровод от выводак другому проводу- программаавтоматическисоединит их,добавив Соединитель.

Чтобыизменить масштаб,используйтекоманды: Увеличитьмасштаб(Ctrl++)и Уменьшитьмасштаб(Ctrl+-).

Послетого, как Высоздали схему,ее можно сохранить,используякоманды менюФайл.

Группыэлементов:Основные, Источникии Активныеэлементы (линейныемодели).

Основнаягруппа включает:

Резистор.Параметры:сопротивление(R)в омах

Индуктивность.Параметры:индуктивность(L)в Гн; начальныеусловия(НУ) вА.

Конденсатор.Параметры:емкость(C)в Ф; начальныеусловия(НУ) вВ

Унистор.Параметры:крутизна(S)в См

Идеальныйтрансформатор.Параметры:коэффициенттрансформации(n)

Соединитель.Для соединенияболее двухпроводов вместе.

"Земля".Для обозначениянулевого узла.Вы должныприсоединить"Землю" к схеме,чтобы выполнитьанализ.

Группаисточниковвключает :

Источникнапряжения.Параметры:

Типисточника -постоянный,гармоническийили меандр

Взависимостиот типа источникадоступны различныепараметры.

Дляпостоянного:напряжение(U0)в В

Длягармонического:амплитуда(U0)в В; частота(f)в Гц; начальнаяфаза(phi0)в градусах;Время окончаниярадиоимпульсав сек (по выбору)

Длямеандра: частота(f)в Гц; длительностьв %; напряжение(U0)в В; смещениев В

Источниктока. Параметры:

Типисточника -постоянныйили гармонический

Взависимостиот типа источникадоступны различныепараметры.

Дляпостоянного:ток(I0)в А

Длягармонического:амплитуда(I0)в А; частота(f)в Гц; начальнаяфаза(phi0)в градусах;Время окончаниярадиоимпульсав сек (по выбору)

Источниктока управляемыйнапряжением(ИТУН). Параметры:проводимость(g)в См

Источникнапряженияуправляемыйнапряжением(ИНУН). Параметры:коэффициентуправления(k)в В/В

Источниктока управляемыйтоком (ИТУТ).Параметры:коэффициентуправления(h)в А/А

Источникнапряженияуправляемыйтоком (ИНУТ).Параметры:сопротивление(r)в омах

Гиратор.Параметры:крутизна(Sg)в См

Группаактивных элементоввключает :

Лампа.Параметры:крутизна(S)в См; внутреннеесопротивление(Ri)в омах.

Биполярныйтранзисторn-p-nтипа. Параметры:коэффициентпередачи тока(alpha);омическоесопротивлениеэмиттера(Re);омическоесопротивлениеколлектора(Rc);омическоесопротивлениебазы(Rb);

Идеальныйоперационныйусилитель(ОУ).Параметры:коэффициентусиления(k)в В/В

Для всехэлементов,кроме резистора,за положительноенаправлениеотсчета токапринимаетсянаправлениеот узла с большимномером к узлус меньшим номером.

Длявсех элементовза положительноенаправлениеотсчета напряженияпринимаетсянаправлениеот узла с меньшимномером к узлус большим номером.

Замечание.Принимается,что нулевойузел имеетнаибольшийномер.

Программапоказываетсообщение обошибке в следующихслучаях:

"Схемафизическинекорректна",если Ваша схеманекорректна(например, 2источника тока,2 индуктивностиили индуктивностьи источниктока, соединенныепоследовательно).

"Ошибка:Источник напряжениясоединен параллельнос конденсатором";

"Ошибка:2 источниканапряжениясоединеныпараллельно";

"Ошибка:2 конденсаторасоединеныпараллельно",если соединитьпараллельно2 источниканапряжения,2 конденсатораили конденсатори источникнапряжения.

"…: элемент закорочен",если элементзакорочен. Таккак он не влияетна токи илинапряженияв цепи, его следуетубрать.

"…: элемент несоединен", еслиэлемент разомкнут.Вы можете избежатьэтого сообщения,присоединиввыводы элементак Соединителям,но только в томслучае, еслиэто будет физическикорректно (такможно сделатьс резистором,но нельзя синдуктивностью).

"Добавьтеземлю к Вашейсхеме.", еслив схеме нетземли. Вы должныприсоединитьземлю к схеме,чтобы выполнитьанализ.

Эквивалентнаясхема приведенана рис. 4.4.

5. Конструктивнаяразработкафотоприемногоустройства.

РазработкаконструкцииФПУ проводитсяс целью получениятребуемыхтехническиххарактеристикустройствасамым целесообразнымспособом сточки зрениятехники и экономики.

Врезультатевыбрана следующаяконструкция:устройстворазмещаетсяво фрезерованномлатунном корпусеразмерами

70Ч55Ч30мм, что обеспечиваетпрочностьконструкции,надежную экранировкуот помех и наводок,играет рольтеплоотвода.

Насовременномэтапе развитияРЭА монтируютна печатныхплатах, чтодает возможностьмеханизироватьи автоматизироватьпроцесс сборкиРЭА, повышаетее надежность,облегчаетремонт, обеспечиваетповторяемостьмонтажа отобразца к образцу.

Электрическаясхема размещаетсяна плате, котораяизготавливаетсяиз листовогоэлектроизоляционногоматериала снаклееннойс одной сторонымедной фольгой.

Процессвыделениятоковедущихпроводниковосуществляетсяпутем травленияв специальныхрастворах.Необходимаятопологияпечатной платызадается рисункомлакового слоя, наносимогона фольгу ипредохраняющаяотдельные ееучастки (будущиетоковедущиедорожки) отсоприкосновенияс реагентом.

Схемавыполняетсяпо гибридно-пленочнойтехнологии.

Сопротивлениянапыляются,а полупроводниковыеприборы и емкостивыполняютсянавесными. Дляизоляционногооснованиявыберем стеклотекстолит, как достаточнопрочный вмеханическомплане и имеющийнизкую проводимостьв электрическомплане материал.

Толщинаплаты 2,5 мм, чтодостаточнодля получениямеханическойжесткостиготовой печатнойплаты и ее размеров.Диаметр отверстийв печатнойплате долженбыть большедиаметра вставляемогов него выводарадио детали,что обеспечиваетвозможностьсвободнойустановки радиоэлементов.Отверстия наплате располагаютсятаким образом,чтобы расстояниемежду краямиотверстий былоне менее толщиныплаты. Иначеэта перемычкане будет иметь

достаточноймеханическойпрочности.Контактныеплощадки, ккоторым будутприпаиватьсявыводы высокочастотныхтранзисторов,необходимоделать прямоугольными.

Разводкапечатных проводниковделается такимобразом , чтобыони имели минимальнуюдлину. При разработкиусилителя,работающегона частотахвыше 100 МГц необходимопредусматриватьмаксимальноеудаление другот друга входныхи выходныхрадиоэлементов.Такая технологияизготовленияпозволяетснизить трудоемкостьсборки усилителя,повысить срокслужбы.

Фотодиоди высокочастотныеконтакты находятсяв уплотнительныхотверстияхв стенках корпуса.

Готоваяпечатная платаустанавливаетсяв корпусе, которыйнаглухо закрываетсяжестяной крышкой.Стык пропаивается,что обеспечиваетнадежную защитуот наводок ипомех. На этомкорпусе такжеустановленпроходнойконденсатор,обеспечивающийввод в конструкциюпитающегонапряжения.

Топологияблока приведенав приложении3, где тонкимилиниями изображеныперемычки,выполненныезолотой проволокой.

6. Обеспечениебезопасностижизнедеятельности.

6.1 Анализхарактеристикобъекта проектирования,трудовой

деятельностичеловека ,производственнойсреды.

Фотоприемноеустройствоявляется модулемприемной частиволоконно-оптическойсистемы передачи.Надежностьи безопасностьработы этогоустройстваочень важна.ФПУ устанавливаетсяв стойку оконечногооборудования,или в подземном,в качестверетрансляторов.

НормальноефункционированиеФПУ обеспечиваетсяв диапазонетемпературот -30єС до +30єС ,относительнойвлажности от20% до 99%,атмосфернымдавлением от400 до 900 мм.рт.ст.Питающие напряжения равно +12В. ЭлектропитаниеФПУ осуществляетсяна оконечнойстанции отстабилизированногоисточникапостоянногонапряжения,подключенногок трехфазной,четырехпроходнойс заземленнойнейтрально380/220 В, 50Гц Конструктивно,устройстворазмещаетсяв фрезерованномлатунном корпусе70х55х30мм,что обеспечиваетпрочностьконструкции.Масса устройстваоколо 300г.

Трудоваядеятельностьчеловека приработе с устройствомзаключаетсялибо в изготовлении,настройке ,либо в ремонте.

Всеэти виды деятельностиявляютсяалгоритмизированными.Настройка иремонт производятсяпри использованиииспытательногостенда (принастройкевозможно применениеслесарногоинструмента).

Всеработы с устройствомпроизводятсяв закрытомпомещении, либона специальнооборудованныхрабочих местах,снабженныхвытяжной вентиляцией, для удалениявредных, дляздоровья человекапаров свинца,возникающихпри пайке, либона автоматическихлиниях.

Освещение рабочего местаискусственное или совмещенное.В связи с тем,что питающиенапряженияравны -12В и +12В,человек приработе с нимиопасному воздействиюне подвержен.

Особенностьютехническогопроцесса являютсямалые размерыэлементовустройства.

Дляремонта и настройкиФПУ требуютсяследующиеинструментыи приборы:

• Паяльник42В, пинцет, отвертка,узкогубцы;

• Источникмонохроматическогосвета с длинойволны 1,3 мкм,модулируемыйпо интенсивностив диапазоне

до 1 ГГц;

• Измерителькомплексныхкоэффициентовпередачи Р4-11;

• АмпервольтметрВ7-22;

• ОсциллографС7-13;

• Измерительоптическоймощности;

• Стабилизированныйисточник питания,присоединенныйу шине зануленияв одной точке.

Дляобеспеченияздоровых условийтруда работающихпо настройкеи ремонту необходимоопределитьпараметрыокружающейсреды, воздействующейна человека,необходимыемероприятиядля обеспечениябезопасныхусловий труда,мероприятийпо обеспечениюпожарнойбезопасности.

6.2. Мероприятияпо эргономическомуобеспечению.

ФПУработает вавтоматическомрежиме. В связис этим вводятсяследующие мерыпо обеспечениютруда в процессеремонта :

-на поверхностипечатной платынанесены позиционныеобозначенияэлементов;

-выделенныеконтрольныеточки для быстрогоопределениянеисправногоузла по характернымпараметрамсигнала;

-конструкциявыполнена влегко доступнойформе, крышкиэкранов легкоотпаиваются,открывая доступк элементамФПУ.

Простотасхемного решенияусилителяфотоприемника, удобная компоновкаэлементов наплате и соответствующаямаркировкаэлементовсокращают времяотысканиянеисправностейи регулировкиремонтируемогоизделия, неперегружаявниманиерегулировщикапо чтениюремонтируемойсхемы. Незначительноенапряжениепитания устройстваи токи снижаютопасностьподведениядействиемэлектрическоготока на ремонтника.

Всеперечисленныефакторы позволяютбыстро , безошибок найтинеисправностьи отрегулироватьфотоприемноеустройствоспециалистомчетвертогоразряда.

Взону рабочегоместа настройщикавходят: стол,стул и стеллаж.Конструктивностол выполнениз гнутых поформе стальныхтруб, облицованныхдеревом и пластиком.Стол имеетсекции общейвентиляции,а также секцииэлектропроводкис колодками– зажимами дляподключенияизмерительныхприборов. Большиеудобства даютвыдвижные ящикистола с левойстороны отоператора , вних хорошохранить различныеэлементы и кним обеспечиваетсябыстрый и легкийдоступ (особенно,если они находятсяв неглубокихячейках). Стеллажрасполагаетсянад столом навысоте 300 мм, гдеустанавливаетсяблок питанияВ5-12. Генераторсигналов расположенслева на столе,а справа помещаетсяпаяльник иинструмент,необходимыйпри настройкеи регулировкеремонтируемогоблока.

Рабочеепространство, высота и расположениеорганов управленияизмерительныхприборов создают,удобную зонудля работынастройщикав пределахдосягаемостивытянутой руки.

Всвязи с тем,что при пайкевыделяютсявредные длячеловека парысвинца, рабочееместо оборудовановытяжной вентиляцией,а все помещениеприточно-вытяжной.

Таккак работоспособностьчеловека снижаетсяпри низких ивысоких температурахвоздуха в помещениях,рациональноприменятькондиционеры.

Определимнормы на температуру,относительнуювлажность искорость движениявоздуха. Характервыполняемыхработ – легкий(механизированный,сидячий труд).Производственноепомещение снезначительнымизбытком явноготепла, поэтомуна рабочемместе оптимальнымибудут: температура18ч21⁰C,относительнаявлажность40ч60%, скоростьдвижения воздуха0,1..0,2 м/с, атмосферноедавление 750..770мм.рт.ст., содержаниекислорода ввоздухе 19-20% и 1%углекислогогаза.

Впомещении вкотором производитсянастройка,регулировкаблока предусмотренасистема отопления.Она обеспечиваетдостаточное,постоянноеи равномерноенагреваниевоздуха в помещениив холодныйпериод года.При этом колебаниитемпературыв течении сутокнедолжны превышать2-3⁰С.

Нормыосвещенностивыбираютсяв соответствиис коэффициентомотражения фонаи объекта, атакже исходяиз точностиработы, определяемойпо наименьшемуобъекту различимостив мм. Принимаядля печатнойплаты коэффициентотраженияравным

.ВычисляемкоэффициентконтрастностиК:

;где -коэффициентотражения отсветлого фона,

- коэффициентотражения оттемного фона.

Данноезначениесоответствуетсредней контрастности.Исходя из этихданных, приразмере объектаразличимостиравном

0,5мм, наименьшаяосвещенностьпри комбинированномосвещениидолжна составлять300 лк.

Дляобеспечениянормальныхусловий работыпри настройкеи регулировкеФПУ освещениеиспользуетсяискусственноеили комбинированное.Для созданиявысокого уровняосвещенностиможет бытьиспользованоместное освещение.

РазработанноеФПУ выполненопо гибриднойтехнологиина дискретныхэлементах сиспользованиемИМС. Это значительноулучшилоповторяемостьконструкциии позволилоснизить затратывремени нанастройке иремонте ФПУ.

6.3. Мероприятияпо техникебезопасности.

Всвязи с тем ,что питаниеизмерительныхприборовосуществляетсяот сети напряжением220 В и не исключаетсявозможностьодновременногоприкосновениячеловека ккорпусамоборудования,имеющих соединенияс землей итоковедущимичастями, ремонтноепомещениеотносится ккатегориипомещений сповышеннойопасностьюпораженияэлектрическимтоком.

Таккак питающеенапряжениеФПУ равно +12Воно практическибезопасно дляоператора.Однако , всеприборы (а такжеих корпуса),применяемыев испытательномстенде , на которомпроизводитсянастройка .должны бытьобязательнозанулены воизбежаниинесчастныхслучаев с людьми.либо порчиустройства.

Применяемыена оконечныхстанциях блокипитания обязательноимеют электроннуюзащиту по току,кроме тогообязательноприменениекалибровочных,плавких вставокдля ограничениятоков в цепипитания 220 В. Дляпредотвращенияслучайныхприкосновенийк токоведущимчастям высокогонапряжения,все эти цепинадежно изолированы.

Надежноезануление всехприборов обеспечиттребуемуюзащиту рабочемуперсоналу.

6.4. Мероприятияпо пожарнойбезопасности.

Нарабочем местемогут бытьследующиенаиболее вероятныепричины пожара:

-небрежноеобращение соткрытым огнем;

-короткое замыканиев силовой сети;

-короткое замыканиеиз-за недостаточнойжесткостиконструкции;

-искрение.

Короткоезамыкание можетпроизойти либопри пробоеизоляции, либопри нарушенииизоляции, вследствиепостороннихпричин, например:расплавлениипри попаданиипровода нагорячее жалопаяльника.Сечение проводовв устройственеобходимовыбирать сучетом возможныхперегрузок(для тока 0,1Атребуетсяпровод с площадьюсечения неменее 0,05мм²(диаметр 0,12мм),при плотноститока 5А/мм²,запас равен2,5).

Искрениевозникает вместах ненадежныхсоединений(разболтанныеили окислившиесяконтакты). Дляего предотвращениянеобходимопостоянноследить засостояниемразъемов иконтактов,вовремя ихчистить илизаменять.

Дляпредотвращенияпожаров необходимосодержатьрабочее местов чистоте ипорядке, недопускать нарабочем местескоплениябумаги, а ЛВЖхранить в специальноотведенныхместах.

Применениеоткрытого огняна рабочемместе являетсянарушениемтехники безопасностии потому нерассматривается.

Необходимонахождениев помещенииодного - двухуглекислотныхогнетушителейтипа ОУ-2, ОУ-5,ОУ-8, а такжепожарной сигнализацииТЛО-30, котораяподает сигналыо пожаре в случае,если люди впомещенииотсутствуют.

6.5 Выводы.

1.Разработанноеустройствоотвечаетэргономическимтребованиям.

2.Применяемыемеры по электробезопасностиисключаютпораженияэлектрическимтоком.

3.Меры пожарнойпрофилактикиисключаютвозникновенияпожара в разработанномустройстве.

7. Технико– экономическиерасчеты.

7.1. Расчетполной себестоимости.

Расчетпроводим последующимэлементамзатрат:

-материальныезатраты (завычетом стоимостивозвратныхотходов) ;

-затраты наоплату труда;

-прочие расходы.

7.1.1. Расчетматериальныхзатрат (М_з).

(за вычетомстоимостивозвратныхотходов)

а) Расчетсырья и основныхматериалов(М_с).

Здесьучитываетсястоимость всехиспользуемыхматериалов.К полученнойсумме добавляется20% (в соотв. с реком.Л.3. приним. от10 до 30%) от стоимостиматериаловна транспортныеи заготовительныерасходы. Ценына сырье и материалывзяты из каталога2001 года. Расчетыприведены втаблице 7.1.1.б.

Таб.7.1.1.б.Расчет стоимостиосновных материалов.

Наименованиематериала.Ед.изм.	Нормарасхода.	Цена в рублях. За1кг.	Суммав рублях.
Дюраль,кг.	0,1	80	8,0
Эмаль,кг.	0,05	84	4,2
Лак,кг.	0,05	68	3,4
Стеклотекстолит,кг.	0,05	87	4,35
Канифоль,кг.	0,02	48	0,96
Припой,кг.	0,05	153	7,65
Провод,кг.	0,05	2,3	0,2
Винт,кг.	0,03	70	2,1
Гайка,кг.	0,03	70	2,1
Итого:			32,96
Транспортн.и заготовит.расх.20%			6,6
Всего:			40,0

б) Расчетзатрат на покупныекомплектующиеизделия.(П)

Вэтой статьеучитываемстоимость всехпокупных икомплектующихизделий. К полученнойсумме добавляемрасходы натранспорт (всоотв.с реком.Л.3.принимаетсяот 20 до 30%) в размере30% от суммы затратна покупныекомплектующиеизделия. Расчетзатрат на покупныеизделия иполуфабрикатыприведены втаб.7.1.1.б.

Таблица7.1.1.б Покупныеизделия иполуфабрикаты.

Наименованиеизделий.	Тип.	Количество.	Ценаза единицу вруб.	Суммав руб.
ИМС	М45121-2	1	80	80
Транзисторы	2Т3114В-6	2	25	50
Фотодиод	ФДЛФДГ-7СП	1	360	360
Резисторы	МЛТ-0,125	22	0,3	6,6
Конденсаторы	К10-42	3	2,6	7,8
	КМ-5А-Н90	6	3	18
Корпус	Металлический	1	110	110
Разъем	ГРПМ9-14	1	15	15
Итого				647,4
Транспортныерасходы,30%				194,2
Всего				842,0

в) Возвратныеотходы.(М_возв)

Рассчитываемв соответствиис формулой :

М_возв= Н_отх·М_с(руб.)

ГдеН_отх– процент,учитываемыйпри расчетевозвратныхотходов. В расчетахпринимаем Н_отх= 1% (в соотв.с реком.Л.3)

М_возв= 0,01·40 =0,4 (руб.)

Вывод:Итого материальныезатраты (завычетом стоимостивозвратныхотходов) составляют:

М_з= М_с +П - М_возв(руб.)

М_з= 40 + 842 – 0,4 = 881 (руб.)

7.1.2. Расчетзатрат на оплатутруда (З).

Подзатратами наоплату трудапонимают начисленияна оплату трудапо всем основаниям,включающиеследующиестатьи затрат:затраты наоплату трудаосновногопроизводственногоперсоналапредприятияи дополнительнуюзаработнуюплату, включающуюпредусмотренныезаконодательствомкомпенсирующиеи стимулирующиенадбавки.

а)Расчет затратна оплату трудаосновногопроизводственногоперсоналапредприятия.(З_пр)

Найдемчасовую ставку(Dt)

Dt= (МРОТ·Kt)/ Ф,

где МРОТ – минимальныйразмер оплатытруда (450 руб.)

Kt– коэффициент,учитывающийтарифный разряд.

Ф – рабочиечасы за 1 месяц(за май 159 часов)

Kt3 = 1,59 (3-ий разряд)

Kt4 = 1,73 (4-ый разряд)

Kt5 = 1,82 (5-ый разряд)

Kt6 = 2,0 (6-ой разряд)

тогда Dt3= 4,5 (руб.)

Dt4= 4,8 (руб.)

Dt5= 5,1 (руб.)

Dt6= 5,6 (руб.)

Расчетзатрат на оплатутруда производимв таблице 7.1.2 :

Таблица7.1.2 Основнаязаработнаяплата.

Видыработ	Тарифныйразряд	Часоваяставка	Трудоемкость,час.	Зарплата,руб.
Заготовительные	3	4,5	2,5	11,25
Слесарные	4	4,8	2,5	12,0
Изготовлениепечатной платы	4	4,8	3,0	14,4
Монтажно-сборочные	5	5,1	4,0	20,4
Настройка	5	5,1	3,0	15,3
Итого Зпр				74,0

б)Расчет дополнительнойзаработнойплаты (З_доп)

Дополнительнаязаработнаяплата составляет20% (в соотв.с реком.Л..3.)от основнойзаработнойплаты производства.

З_доп= 0,2·З_пр= 0,2·74 = 15 (руб.)

в)Итого фондоплаты труда(ФОТ):

З= З_пр+З_доп= 74+15 = 89 (руб.)

3. Прочиерасходы.

а) Расчетотчисленийна единый социальныйналог (Р_соц).

Отчисленияна единый социальныйналог в соответствиис законодательствомсоставляют35,6 % от фонда оплатытруда, в томчисле :

• Вфонд государственногосоциальногострахованияРФ

• Впенсионныйфонд РФ

• Вгосударственныйфонд занятости

• Наобязательноемедицинскоестрахование

Рассчитываемпо формуле:

Р_соц= 0,356 · З = 0,356 · 89 = 32 (руб.)

б) Прочиерасходы включаютв себя : расходына содержаниеи эксплуатациюоборудования,цеховые расходы, общехозяйственныерасходы, коммерческиерасходы, которыесоставляют150 % от расходовна оплату труда(З).

Р_проч’= 1,5 · З = 1.5 ·89 = 134 (руб.)

Итогопрочие расходывключая амортизациюосновных расходов:

Р_проч= Р_соц+ Р_проч’ (руб.)

Р_проч= 32 + 134 = 166 (руб.)

На основевыполненныхрасчетов составляемкалькуляциюполной себестоимостии сводим ее втаблицу 7.1.3

Таблица7.1.3 Полная себестоимостьизделия.

Наименованиестатей затрат	Сумма,руб	Удельныйвес, %
1.Материальныезатраты(завычетом возвратныхотходов) , втом числе :	881	77,5
-сырьеи основныематериалы	40
- комплектующиеизделия иполуфабрикаты	842
2. Затратына оплату труда, втом числе :	89	7,8
-основная зарплата	74
-дополнительнаязарплата	15
3.Прочие расходы,в том числе:	166	14,6
-единый социальныйналог	32
- расходына содержаниеи эксплуатацию обор., цеховые,общехоз., коммерческиерасходы.	134
ИТОГОполная себестоимость:	1136	100

2. Расчетотпускной ирозничнойцены.

а)Отпускная цена определяетсякак сумма ценыпредприятияи налога надобавленнуюстоимость(НДС).

Ц_отп= Ц_п+ НДС

Ценапредприятияэто суммасебестоимостии плановойприбыли предприятия:

Ц_п= С_п+ П_пл(руб.)

Плановаяприбыль принимается30 % от себестоимостии составляет:

П_пл= 0,3 · 1136 = 341 (руб.)

тогдаЦ_п= 1136 + 341 = 1477 (руб.)

НДСсоставляет20 % от цены предприятия:

НДС= 0,2 · Ц_п(руб.)

НДС= 0,2 ·1476 = 295 (руб.)

тогда Ц_отп= 1477 + 295 = 1772(руб.)

б)Розничная ценаопределяетсякак :

Ц_розн= Ц_отп+ Н_торг(руб.),

где Н_торг– наценка торговыхорганизаций,она составляет25 % от отпускнойцены предприятия

Н_торг= 0,25 · Ц_отп(руб.)

Н_торг= 0,25 · 1772 = 443 (руб.)

тогда Ц_розн= 1772 + 443 = 2215 (руб.)

3. Технико-экономическиепоказатели.

Технико-экономическиепоказателипроектируемогоФПУ и аналогаприведены втаблице 7.3.

Таблица7.3. Технико-экономическиепоказатели.

Наименованиепоказателей,ед. измерений	Условныеобозначения	Требования Т.З.	Проектир. ФПУ ДЦВ	Аналог ФПУ КВ
1.Динамический диапазон,дБ.	D	≥ 50дБ	60	40
2.Диапазон частот,МГц.	F	150ч 450	150ч 450	1,5ч 10
3.Используемаядлина волны,мкм.	λ	1,3	1,3	1,3
4.Элементнаябаза(тип микросх)			М45121-2	—
5.Время наработкина отказ , ч.	Т		50.000	50.000
6.Потребляемаямощность, мВт.	Р		260	200
7.Габариты, мм.			90Ч55Ч30	100Ч50Ч35
8.Масса, кг.	М		0,45	0,5
9.Отпускнаяцена, руб.	Цопт.		1772	—

3. Анализтехнико-экономическогорасчета.

В результатепроведениятехнико-экономическогорасчета былсделан анализсебестоимостиразрабатываемогоФПУ и сравнениеего основныхтехническиххарактеристикс коротковолновыманалогом “Базис– 5”.

Все расчетысведены в таблицу.Калькуляциясебестоимостиизделия показала,что наибольшийудельный весзатрат приходитсяна материальныезатраты – 77,6 % .Поэтому снижениесебестоимостисвязано соснижением ценна детали.Единственнымпутем, которымэто можноосуществить,является улучшениетехнологичностипроизводства.

Внедрениев эксплуатациюнового ФПУоткрываетвозможностьдля освоениянового диапазонас частотой –450 МГц, что не маловажно при нынешнейплотностизагрузки линийсвязи.

Заключение.

Основнымиэлементамипри построенииволоконно-оптическойлинии связиявляются : усилительмодулятор,лазерный илисветодиодныйизлучатель, волоконно-оптическийкабель, фотоприемноеустройство.ВОСПИ , используемыедля передачиинформации,не должны ухудшатьхарактеристикиэлектрическихсигналов, т. е.удовлетворятьзаданномудинамическомуи частотномудиапазонам.

Дляудовлетворенияэтих требованийвсей ВОСПИнеобходимообеспечитьих выполнениякаждым элементомВОСПИ: лазернымизлучателем,УМ, ВОК, ФПУ.

Вданном дипломномпроекте разработанофотоприемноеустройство,обеспечивающиенеобходимыетребования:динамическийдиапазон ≥ 60 дБ,малые собственныешумы.

Технико-экономическийрасчет показал,что разработанноефотоприемноеустройствоцелесообразнодля внедренияв эксплуатацию.

Литература.

1.Р.Р.Убайдулаев“Волоконно-оптическиесети”

-М., “Эко – трендз”,2000 г.

2.Э.А. Швецов, М.Е.Белкин “Фотоприемныеустройстваволоконно-оптическихсистем передачи”–

М.,“Радио и связь”1992 г.

3.Методическиеуказания потехнико-экономическомуобоснованиюдипломныхпроектов, ЛЭИС,1985 г.

4.П.К. Чео “Волоконнаяоптика” – М.,Энергоиздат,1988 г.

5.Д. Гауэр “Оптическиесистемы связи”–

М.,“Радио и связь”,1989 г.

6.Под редакциейУ. Генича “Техникаоптическойсвязи фотоприемника”– М., “Мир” , 1988 г.

7.С. Гонда , Д. Сэко“Оптоэлектроникав вопросах иответах” –Л., Энергоиздат, 1989 г.

8.Н.А. Гроднев,С.М. Верник “Линиисвязи” – М., “Радиои связь” , 1988 г.

9.Г.В. Войшвилло“Усилительныеустройства”– М., “Радио исвязь” , 1989 г.

10.Методическиеуказания поразработкевопросов охранытруда в дипломныхпроектах, ЛЭИС,1982 г.

11.Н.И. Бакланови др. “Охранатруда на предприятияхсвязи” – М.,“Радио и связь”,1985 г.

12.Т. Окоси и др.“Волоконно-оптическиедатчики” – Л.,Энергоиздат,1991г.

Приложение1

ФПУ. Схемаэлектрическаяпринципиальная.

Приложение2

Переченьэлементовпринципиальнойсхемы фотоприемногоустройства.

Приложение3

Топологическийчертеж ФПУ.