В данной главе производится выбор способа организации одноволоконного оптического тракта на основе критериев оптимальности и разработка структурной схемы оптического передатчика для выбранного способа построения ВОСП.
В главе приведены четыре группы схем построения одноволоконных ВОСП:
1) ВОСП, на основе различных способов разветвления оптических сигналов;
2) ВОСП, основанная на использовании разделения разнонаправленных сигналов по времени;
3) ВОСП, на основе использования различных видов модуляции;
4) ВОСП с одним источником излучения;
Наилучшим вариантом реализации одноволоконной ВОСП для соединительной сети ГТС является схема волоконооптической системы связи с модуляцией по интенсивности, с применением оптических разветвителей (рисунок 2.1). Данная схема отличается простотой реализации оптического передатчика и приемника, невысокой стоимостью устройств объединения и разветвления оптических сигналов (оптических разветвителей). Схема обеспечивает длину регенерационного участка до 18 км. Данная схема наилучшим образом удовлетворяет требованиям, предъявляемым к проектируемому оптическому передатчику:
1) Минимальная стоимость и простота реализации;
2) Длина регенерационного участка не менее 8 км;
На рис. 3.6 приведена соответствующая структурная схема оптического передатчика. В следующей главе, на основании структурной схемы передатчика, будет разрабатываться его принципиальная схема и электрический расчет основных узлов.
Первым этапом при проектировании принципиальной схемы передающего устройства ВОСП является выбор типа и марки оптического излучателя исходя из предъявляемых к его техническим характеристикам требований. К основным техническим характеристикам излучателей относятся:
- мощность излучения;
- длина волны излучения;
- ширина спектра излучения;
- частота модуляции;
- ток накачки;
- пороговый ток.
Для правильного выбора оптического излучателя в первую очередь следует задаться верным значением мощности излучения. Для этого необходимо определить требуемую оптическую мощность на выходе оптического передающего устройства. Окончательное решение о выборе той или иной марки излучателя принимается на основании соответствия технических характеристик прибора требуемой длине волны излучения, ширине спектра излучения и времени нарастания мощности оптического сигнала.
Вторым этапом является выбор транзистора V2 в схеме прямого модулятора (МОД) и расчёт модулятора (Рисунок 6.1). Транзистор вбирают исходя из характеристик определённого на предыдущем этапе оптического излучателя, а именно тока накачки и порогового тока. При этом необходимо учитывать максимально допустимую мощность транзистора и его граничную частоту. Затем задаётся рабочая точка и производится расчёт элементов схемы модулятора.
На третьем этапе необходимо рассчитать согласующий усилитель(СУС). Здесь представляется целесообразным использование быстродействующего операционного усилителя, включенного по схеме преобразователя напряжение – ток (рисунок 6.1). Требуется правильно выбрать тип операционного усилителя в соответствии с требуемой верхней частотой и рассеиваемой мощностью, а также рассчитать элементы схемы преобразователя напряжение – ток.
Четвёртый этап – организация устройства автоматической регулировки уровня оптического сигнала на выходе передающего устройства (АРУ). Для этого будет использоваться фотодиод V3, подключенный к одному из полюсов направленного оптического ответвителя ОР и детектор АРУ, выполненный на интегральной схеме К175ДА1 (рисунок 6.1).
Для проектируемой одноволоконной системы связи затухание участка составит:
,где l=8 км - длина участка;
aов=5 дБ/км - затухание сигнала на одном километре оптического волокна;
aуорс=2 дБ - то же, в устройстве объединения и разветвления сигналов;
aусслк=1 дБ - то же, в устройстве УССЛК;
aрс=1 дБ, aнс=0.5 дБ - то же, в разъемных и неразъемных соединителях;
,где Pпр=-50 дБ – уровень оптического сигнала на приёме.
То есть мощность излучения на выходе передающего модуля должна быть не менее 1.5 мвт. Кроме того, источник излучения должен работать на длине волны 1.3 и 1.55 мкм и обеспечивать частоту модуляции не менее 8.5 МГц. Принимая во внимание вышесказанное, остановимся на выборе полупроводникового лазерного излучателя ИДЛ 5С-1300, структуры MOCVD выпускаемого НИИ «Полюс». Его технические характеристики:
Длина волны l: 1270 – 1300 Нм
Мощность излучения Р: 5 мВт
Ток накачки Iн: 50 мА
Рабочее напряжение Uр: 1,5 В
Пороговый ток In : 30 мА
Расходимость пучка: 200 - 350
Ширина спектра: 3 нм
Диапазон рабочих температур: -400 - +600 С.
При выборе транзистора будем руководствоваться следующими требованиями к его техническим характеристикам:
- Постоянный ток коллектора не менее 120 мА;
- Частота среза не менее 8.5 МГц;
Приведённым требованиям удовлетворяет кремниевый n-p-n транзистор КТ660Б. Данный транзистор предназначен для применения в переключающих и импульсных устройствах, в цепях вычислительных машин, в генераторах электрических колебаний и имеет следующие электрические параметры:
- Статический коэффициент передачи h21э тока в схеме ОЭ при Uкб=10 В, Iэ=2 мА: h21эмин = 200, h21эмакс = 450;
- Напряжение насыщения коллектор – эмиттер Uкэнас при Iк=500 мА, Iб=50 мА, не более: 0.5 В;
- Напряжение насыщения коллектор – эмиттер Uкэнас’ при Iк=10 мА, Iб=1 мА, не более: 0.035 В;
- Напряжение насыщения база – эмиттер Uбэнас при Iк=500 мА, Iб=50 мА, не более: 1.2 В;
- Ёмкость коллекторного перехода Ск при Uкб=10 В, не более: 10 пФ;
- Обратный ток коллектора Uкобр при Uкб=10 В, не более: 1 мкА;
- Обратный ток эмиттера Uэобр при Uбэ=4 В, не более: 0.5 мкА;
Предельные эксплуатационные данные:
- Постоянное напряжение коллектор – база Uкбmax: 30 В;
- Постоянное напряжение коллектор – эмиттер Uкэmax при Rбэ<1 кОм: 30 В;
- Постоянное напряжение коллектор–эмиттер Uкэmax при Iэ£10мА: 25 В
- Постоянное напряжение база–эмиттер Uбэmax: 5 В;
- Постоянный ток коллектора Iкmax: 800 мА;
- Постоянная рассеиваемая мощность коллектора Pmax: 0.5 Вт.
Далее зададим режим работы транзистора (рабочую точку). Для выбора режима используется семейство выходных характеристик транзистора для схемы с общим эмиттером, параметром которых является ток базы. При этом должно выполняться следующее условие для напряжения покоя коллектора: Uкэо £ 0.45×Uкmax. Пусть (с учётом приведённого условия) Uкэо=6 В. Поскольку для модуляции полупроводникового лазера необходим пороговый ток 40 мА, то Iко=40 мА, тогда ток покоя базы Iбо=0.135 мА. Поскольку максимальный ток накачки лазера 120 мА, то максимальный ток коллектора составит Iкм=120 мА, тогда Uкэм=1.7 В и Iбм=0.47 мА. По входным характеристикам транзистора определим напряжение базы покоя Uбо=0.71 В и Амплитудное значение Uбм=0.74 В.
Таким образом, режим работы транзистора определяется следующими параметрами:
- напряжение покоя коллектора: Uкэо=6 В;
- ток покоя коллектора: Iко=40 мА;
- ток покоя базы: Iбо=0.135 мА;
- напряжение покоя базы: Uбо=0.71 В;
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23
