Разработка фотоприемного устройства волоконно-оптической системы передачи информации (ВОСПИ) (стр. 8 из 11)
Тогда при использовании формулы Блеймана, найдем Zвх,F:
[7]Fкз = 1; Fxx = 1 + кβ(р) , где
В результате получим:
1+ B0 · K = F0 – глубина местной гальванической обратной связи.
В0 – коэффициент передачи по петле обратной связи.
Частота верхнего среза для входных каскадов ФПУ (первого и второго) при действии ООС равна:
Определим напряжение шумов на выходе ФПУ:
I = IRГ + Iб + Iд0 = 50мкА + 20мкА + 180мкА = 0,25мА
Чтобы пренебречь шумами измерительного приемника, которые в полосе частот 20 кГц составляет 0,5 мкВ, увеличим напряжение шумов на выходе ФПУ в 3 раза:
4.4. Оптимизация характеристик цепи ПУ
( при помощи программы моделирования электрических цепей Fastmean).
Программы моделирования электрических цепей (такие как OrCAD PSPICE, Micro-Cap, Electronics Workbench) во многих задачах обеспечивают удовлетворительный анализ переходного процесса. Однако в некоторых случаях расчет занимает очень много времени и точность может быть значительно ниже, чем необходимо, так как множество точек переходного процесса необходимо вычислить с помощью традиционной процедуры интегрирования.
В программе FASTMEAN используются новые решения матричных рекуррентных уравнений. Этот алгоритм совершенно отличается от обычно используемых в программах. Вместо отдельных точек функции переходного процесса вычисляются коэффициенты разложения в ряд Тейлора в матричной форме. Это позволяет найти значение функции для любого момента времени внутри заданного шага, который может быть больше (в сотни, тысячи раз и более), чем обычный шаг в широко используемых программах. В некоторых случаях, переходный процесс во всем временном интервале может быть рассчитан за один шаг.
Увеличение числа членов разложения в ряд Тейлора вместо увеличения числа маленьких шагов позволяет существенно уменьшить время расчета и, в то же время, увеличить его точность. Однако, максимальное число членов ряда Тейлора ограничено возможностями современного компьютера и составляет 70-80 членов. Вычисление большего числа членов может привести к большей ошибке, чем ожидается, или к совершенно неверному результату (при вычислении более 100 членов), но это происходит не по вине метода, а из-за ограниченности разрядной сетки компьютера и, следовательно, из-за ошибок округления.
Математические основы этих решений разработаны проф. Артымом А. Д. и проф. Филиным В. А. (Россия, г.Санкт-Петербург, Государственный Университет Телекоммуникаций им. проф. М. А. Бонч-Бруевича, кафедра Теории Электрических Цепей). Впоследствии, проф. Артым, проф. Филин и их коллеги разработали совершенно новую программу и применили ее для
решения серьезных практических задач. Данная версия FASTMEAN предназначена для привлечения внимания специалистов и научных коллективов ВУЗов, интересующихся проблемами анализа сложных переходных процессов в цепях (также с переключениями), которые трудно рассчитать с большой точностью и скоростью традиционными методами.
На панели инструментов есть 3 группы элементов: Основные, Источники и Активные. Выберите одну из них, и появится окно с доступными элементами. Выберите нужный нажатием на соответствующую кнопку и поместите его на схему щелчком левой кнопки мыши. После того, как вы закончили добавлять элемент, нажмите правую кнопку мыши или соответствующую кнопку в окне.
Вы можете легко изменить параметры элемента, дважды щелкнув на нем мышью и введя необходимые значения в окне диалога. Вы можете вращать и отображать элемент: выделите его и нажмите нужную кнопку на панели инструментов. Используйте команды Вырезать(Ctrl+X), Копировать(Ctrl+C), Вставить(Ctrl+V) для работы с буфером обмена. Когда Вы выделяете элементы и нажимаете Вырезать или Копировать, программа помещает их в буфер обмена, используя свой формат, и как точечный рисунок, так что Вы можете использовать изображение схемы в других приложениях.
Вы можете соединить элементы проводами с помощью мыши, перетаскивая указатель от одного вывода к другому. Чтобы соединить более двух проводов вместе, используйте Соединитель (группа Основных элементов). Можно подтащить провод от вывода к другому проводу - программа автоматически соединит их, добавив Соединитель.
Чтобы изменить масштаб, используйте команды: Увеличить масштаб(Ctrl++) и Уменьшить масштаб(Ctrl+-).
После того, как Вы создали схему, ее можно сохранить, используя команды меню Файл.
Группы элементов: Основные, Источники и Активные элементы (линейные модели).
Основная группа включает :
Резистор. Параметры: сопротивление(R) в омах
Индуктивность. Параметры: индуктивность(L) в Гн; начальные условия(НУ) в А.
Конденсатор. Параметры: емкость(C) в Ф; начальные условия(НУ) в В
Унистор. Параметры: крутизна(S) в См
Идеальный трансформатор. Параметры: коэффициент трансформации(n)
Соединитель. Для соединения более двух проводов вместе.
"Земля". Для обозначения нулевого узла. Вы должны присоединить "Землю" к схеме, чтобы выполнить анализ.
Группа источников включает :
Источник напряжения. Параметры:
Тип источника - постоянный, гармонический или меандр
В зависимости от типа источника доступны различные параметры.
Для постоянного: напряжение(U0) в В
Для гармонического: амплитуда(U0) в В; частота(f) в Гц; начальная фаза(phi0) в градусах; Время окончания радиоимпульса в сек (по выбору)
Для меандра: частота(f) в Гц; длительность в %; напряжение(U0) в В; смещение в В
Источник тока. Параметры:
Тип источника - постоянный или гармонический
В зависимости от типа источника доступны различные параметры.
Для постоянного: ток(I0) в А
Для гармонического: амплитуда(I0) в А; частота(f) в Гц; начальная фаза(phi0) в градусах; Время окончания радиоимпульса в сек (по выбору)
Источник тока управляемый напряжением (ИТУН). Параметры: проводимость(g) в См
Источник напряжения управляемый напряжением (ИНУН). Параметры: коэффициент управления(k) в В/В
Источник тока управляемый током (ИТУТ). Параметры: коэффициент управления(h) в А/А
Источник напряжения управляемый током (ИНУТ). Параметры: сопротивление(r) в омах
Гиратор. Параметры: крутизна(Sg) в См
Группа активных элементов включает :
Лампа. Параметры: крутизна(S) в См; внутреннее сопротивление(Ri) в омах.
Биполярный транзистор n-p-n типа. Параметры: коэффициент передачи тока(alpha); омическое сопротивление эмиттера(Re); омическое сопротивление коллектора(Rc); омическое сопротивление базы(Rb);
Идеальный операционный усилитель(ОУ). Параметры: коэффициент усиления(k) в В/В
Для всех элементов, кроме резистора, за положительное направление отсчета тока принимается направление от узла с большим номером к узлу с меньшим номером.
Для всех элементов за положительное направление отсчета напряжения принимается направление от узла с меньшим номером к узлу с большим номером.
Замечание. Принимается, что нулевой узел имеет наибольший номер.
Программа показывает сообщение об ошибке в следующих случаях:
"Схема физически некорректна", если Ваша схема некорректна (например, 2 источника тока, 2 индуктивности или индуктивность и источник тока, соединенные последовательно).
"Ошибка: Источник напряжения соединен параллельно с конденсатором";
"Ошибка: 2 источника напряжения соединены параллельно";
"Ошибка: 2 конденсатора соединены параллельно", если соединить параллельно 2 источника напряжения, 2 конденсатора или конденсатор и источник напряжения.
"… : элемент закорочен", если элемент закорочен. Так как он не влияет на токи или напряжения в цепи, его следует убрать.
"… : элемент не соединен", если элемент разомкнут. Вы можете избежать этого сообщения, присоединив выводы элемента к Соединителям, но только в том случае, если это будет физически корректно (так можно сделать с резистором, но нельзя с индуктивностью).
"Добавьте землю к Вашей схеме.", если в схеме нет земли. Вы должны присоединить землю к схеме, чтобы выполнить анализ.
Эквивалентная схема приведена на рис. 4.4.
5. Конструктивная разработка фотоприемного устройства.
Разработка конструкции ФПУ проводится с целью получения требуемых технических характеристик устройства самым целесообразным способом с точки зрения техники и экономики.
В результате выбрана следующая конструкция: устройство размещается во фрезерованном латунном корпусе размерами
70×55×30 мм, что обеспечивает прочность конструкции, надежную экранировку от помех и наводок, играет роль теплоотвода.
На современном этапе развития РЭА монтируют на печатных платах, что дает возможность механизировать и автоматизировать процесс сборки РЭА, повышает ее надежность, облегчает ремонт, обеспечивает повторяемость монтажа от образца к образцу.
Электрическая схема размещается на плате, которая изготавливается из листового электроизоляционного материала с наклеенной с одной стороны медной фольгой.
Процесс выделения токоведущих проводников осуществляется путем травления в специальных растворах. Необходимая топология печатной платы задается рисунком лакового слоя , наносимого на фольгу и предохраняющая отдельные ее участки (будущие токоведущие дорожки) от соприкосновения с реагентом.