Прямая аналоговая модуляция светоизлучающего диода

Для спонтанных источников света (СИД), применима только прямая модуляция интенсивности посредством управления возбуждением. В СИД мощность излучения растет линейно с увеличением тока инжекции и ограничивается лишь термическими эффектами.

Рассмотрим модуляцию по интенсивности при использовании аналогового модулирующего сигнала.

Выражение для коэффициента модуляции имеет вид:

,

где I_д - действующее значение тока сигнала модуляции, I₀ – рабочая точка на ватт-амперной характеристике СИД (берется в середине линейного участка). При аналоговой модуляции требуется хорошая линейность (малый уровень гармоник). Для получения малых нелинейных искажений можно либо уменьшить глубину модуляции, что приведет к снижению отношения сигнал/шум при приеме, либо осуществить компенсацию вносимых нелинейных искажений.

Методы компенсации нелинейности оптического излучателя

Существует несколько методов компенсации нелинейности оптического излучателя:

1. метод введение предыскажений;

2. метод фазовой модуляции;

3. метод полупредыскажений;

4. метод отрицательной обратной связи.

Метод введения предыскажений предполагает предварительное внесение в передаваемый сигнал электронными методами искажений, обратных тем, которые при модуляции внесет оптический излучатель.

Метод фазовой модуляции состоит в одновременной модуляции двух СИД с идентичными характеристиками, и с токами, равными по величине, но сдвинутыми по фазе на π/2: , . Последующее сложение излучаемых мощностей позволяет подавить вторые гармоники.

В методе полупредыскажений используется опорный светодиод, который позволяет оценить уровень вносимых искажений и скорректировать их путем соответствующего изменения тока модуляции излучателя. Как и в предыдущем методе, основное неудобство сострит в том, что нужны два диода с идентичными характеристиками, которые можно изготовить только по специальному заказу.

М етод отрицательной обратной связи широко используется в усилителях и самый простой в реализации. Он заключается в том, что с помощью вспомогательного волокна отводят малую долю излучаемой мощности Р, которая затем воздействует на ток, модулирующий излучающий СИД (рис. 16.4).

Пусть ток обратной связи

, (16.1)

где I_oc - ток обратной связи, β - коэффициент, учитывающий эффективность связи между излучением и вспомогательным фотоприемником, а также усиление последнего. Следовательно, фактический модулирующий ток

, (16.2)

В хорошем приближении характеристику излучения СИД можно считать параболой вида

(16.3)

где a≈10^-2 Вт/А; b≈2 A^-1.

Подставив в (16.3) ток модуляции, выраженный через ток обратной связи и излучаемую мощность Р (16.1, 16.2), получим

.

Откуда:

. (16.4)

Сравнивая выражение (16.4) с тем, которое было бы в отсутствие обратной связи (16.3), видим, что амплитуда искажений уменьшается в (1+βа)² раз, но одновременно с этим и излучаемая мощность уменьшается в (1+βа) раз. Таким образом, коэффициент обратной связи β выбирают из двух соображений: требования низкого уровня нелинейных искажений, с одной стороны, и высокой стабильности схемы и высокой излучаемой мощности - с другой.