Реферат: Оптоволоконные линии связи

-  Амплитуда напряжения на базе:              Uбм=0.74 В.

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

Падение напряжения в эмиттерной цепи должно удовлетворять условию:

где Еп – напряжение питания модулятора.

Зададимся стандартным напряжением питания Еп=12 В, тогда:

Сопротивление Rэ рассчитывается по формуле:

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

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

Пусть:

Тогда сопротивление фильтра определяется следующим образом:

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

Тогда сопротивление делителя Rб’’:

Аналогично найдём сопротивление Rб’:

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

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

URф – падение напряжения на сопротивлении в цепи коллектора.

Осюда:

Тогда сопротивление в цепи коллектора равно:

6.4.       Расчет согласующего усилителя

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

 ,где Rн – сопротивление нагрузки усилителя.

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

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

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

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

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

6.5.    Расчет устройства автоматической регулировки уровня оптического сигнала

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

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

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

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

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

        aуорс = 2 дБ – затухание оптического разветвителя.

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

,где Rару = 200 Ом.

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

-  Напряжение питания: Uп = 6 В;

-  Коэффициент передачи АРУ: Кару = 20

-  Верхняя граничная частота: Fв = 65 МГц.

,где  - среднее значение статического коэффициента передачи транзистора.

Тогда сопротивление в цепи эмиттера:

Тогда:

6.6.    Расчёт ёмкостей в схеме оптического передающего устройства

6.6.1.    Расчёт эмиттерной ёмкости

Ёмкость эмиттера Сэ определяется значением сквозной крутизны эмиттерного тока и периодом повторения импульсов в информационном сигнале. Поскольку скорость передачи проектируемого устройства 8.5Мбит/с, то частота HDB сигнала на входе преобразователя кода FHDB=8.5МГц. Поскольку в линейном коде СМI длительность импульсов в два раза короче, чем в HDB сигнале, то частота модулирующего сигнала FCMI=8.5×2=17 МГц.

Отсюда период следования импульсов: .

6.6.2.    Расчёт разделительной ёмкости

 Разделительная ёмкость Ср должна вносить минимальные искажения во фронт импульсов. Для этого постоянная времени цепи должна удовлетворять условию [2]:

,где tи = T = 59 нс – длительность импульса (для сигнала CMI равна периоду сигнала).

,где Rн – сопротивление нагрузки согласующего усилителя (входное сопротивление прямого модулятора).

,где Rвыхоу = 300 Ом – выходное сопротивление операционного усилителя.

6.6.3.    Расчёт ёмкостей фильтров

,где Dф = 10% - подъём плоской вершины импульса.

,где Fн = FCMI/10000 = 850 Гц – частота среза фильтра.

6.7.    Выводы

Далее номиналы резисторов и конденсаторов схемы определяются в соответствии с существующими стандартными номиналами, выпускаемыми промышленностью.

Таким образом, в схеме модулятора имеем следующие номиналы резисторов:

-  Rб’ = 5.6 КОм;

-  Rб” = 1.8 КОм;

-  Rэ’ = 33 Ом;

-  Rэ’’ = 10 Ом;

-  Rк = 33 Ом;

-  Rф = 22 Ом.

В схеме согласующего усилителя:

-  R1 = R3 = R4 = 180 Ком;

-  R2 = 120 Ом;

-  R5 = 10 Ом.

В схеме устройства АРУ:

-  Rфд = 220 Ом;

-  Rф1 = 22 Ом;

Номиналы конденсаторов:

-  Сэ = 0.068 мкФ;

-  Ср = 10 пФ;

-  Сф = 0.022 мкФ;

-  Сф1 = 100 мкФ.

Окончательный вариант принципиальной схемы оптического передающего устройства приведён на рисунке 3.5.

В схеме применён лазерный излучатель ИДЛ 5С-1300, работающий на длине волны 1270 - 1300 нм и имеющий выходную оптическую мощность излучения 5 мВт. В схеме прямого модулятора применён кремниевый n-p-n транзистор КТ660Б, предназначенный для применения в переключающих и импульсных устройствах. Для согласования выхода преобразователя кода и входа модулятора введён согласующий усилитель на быстродействующем операционном усилителе КР140УД11. Для стабилизации средней мощности лазерного излучения введено устройство автоматической регулировки уровня оптического сигнала, включающее в себя p-i-n фотодиод ФД-227 и интегральную схему К175ДА1, используемую в качестве детектора АРУ и усилителя постоянного тока.

Разработанное передающее устройство рассчитано на работу в составе цифровых многоканальных систем передачи, работающих  со скоростью 8 Мбит/с и предназначенных для работы на соединительных линиях ГТС.

Под волоконно-оптической линией передачи (ВОЛП) понимается совокупность физических цепей, линейных трактов однотип­ных или разнотипных систем передачи, имеющих общие среду распространения (ОК), линейные сооружения и устройства их технического обслуживания. Документом, на основании которого ведутся проектные работы, является техническое задание (ТЗ) на проектирование, раз­рабатываемое заказчиком (организацией, ведомством, министер­ством, заинтересованными в создании ВОЛП) и предоставляемое соответствующей проектной организации (подрядчиком).

Содер­жание ТЗ включает в себя:

-основание для проектирования и назначение ВОЛП ее место в общегосударственной сети связи (местные, внутризоновые, ма­гистральные);

-перспективы развития;

-описание оконечных и промежуточных пунктов, которые свя­зываются различными каналами связи, а также пунктов, где рас­сматриваются выделение и ввод каналов связи различного назна­чения;

-предварительное распределение числа каналов, предназначенных для передачи различного вида сообщений: телефонных, телеграфных, передачи данных, вещания, телевидения и другие рекомендации по использованию типового каналообразующего, оборудования, системы передачи, типа кабеля и источника их по­ставки;

-информацию о существующих сооружениях связи на вероятной трассе и возможностях их использования для проектируемой ВОЛП;

-информацию об организациях, ведомствах и министерствах, за­интересованных в строительстве проектируемой ВОЛП;

-описание условий эксплуатации будущих сооружений ВОЛП, требований к показателям надежности;                       

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12