Содержание отчета

В отчете необходимо представить:

• номер, название, цель лабораторного занятия;

• данные, полученные при исследовании;

• структурные схемы экскрементов; таблицы экспериментальных результатов;

• результаты расчетов; результаты исследования вольт-амперных, ватт-амперных и частотных характеристик;

• выводы по проделанной работе.

Контрольные вопросы

1.Что такое передающее оптоэлектронное устройство и где данные устройства обычно применяются?

2.Типы оптических излучателей, применяемых в современных оптоэлектронных устройствах.

3.От чего зависит длина волны полупроводникового оптического излучателя?

4. Влияние температуры на параметры полупроводниковых излучателей.

5. Основные технические характеристики оптических излучателей.

Лабораторная работа 2

Тема: Исследование конструкции и работы приемного оптоэлектронного модуля.

Цель работы: Изучить конструкцию фотоприемных устройств и провести экспериментальные исследования показателей характеристики фотоприемного устройства с использованием трансимпедансного усилителя.

Оборудование: макет фотоприемного устройства, закрепленный на оптической скамье; генератор оптических сигналов ОГ4-162; с выводом оптического сигнала через волоконно-оптический кабель; генератор сигналов низкочастотный ГЗ-118 или аналогичный; осциллограф С1-82 или аналогичный; p-I-n фотодиод ФД 256.

Краткие теоретические сведения

Фотоприемное устройство (ФПУ) или приемный оптоэлектронный модуль (ПРОМ) в радиотехнической системе выполняет функции приема оптического сигнала и его преобразования в электрический сигнал. На рисунке 4 дана обобщенная структурная схема ФПУ.

Рисунок 4 - Структурная схема фотоприемного устройства

В состав представленного на обобщенной схеме ФПУ входят следующие основные узлы: оптическая система О, фотоприемник ФП, усилитель предварительный УП, усилитель основной УО, фильтр Ф, схема автоматической регулировки усиления АРУ и усилитель выходной УВ.

Оптическая система предназначена для концентрации мощности оптического сигнала на чувствительной поверхности фотоприемника, который преобразует принимаемый оптический сигнал в электрический ток, пропорциональный мощности оптического сигнала. В качестве фотоприемников чаще всего используются различные фотодиоды. Предварительный усилитель совместно с основным усилителем усиливают слабый сигнал фотоприемника до величины, достаточной для его дальнейшей обработки в системе. Фильтр служит для формирования необходимой частотной характеристики ФПУ. Выходной усилитель обеспечивает согласование выхода ФПУ с нагрузкой. Схема (АРУ) предназначена для компенсации возможных изменений коэффициента преобразования ФПУ (вызванных, например, изменением температуры или питающего напряжения), либо для поддержания постоянной амплитуды сигнала на выходе ФПУ при изменениях мощности оптического сигнала.

Основные требования, предъявляемые к фотоприемному устройству следующие:

- высокая эффективность преобразования оптических сигналов в электрические (высокая чувствительность в рабочем диапазоне длин волн);

- низкий уровень собственных шумов;

высокая стабильность характеристик при изменении внешних условий;

- по возможности высокое быстродействие.

Предварительный усилитель является ключевым элементом в решении задачи обеспечения низкого уровня шумов на выходе ФПУ. Выход фотоприемника – это точка, где полезный сигнал весьма слаб и в наибольшей степени подвержен влиянию шумов. Именно в этой части ФПУ наиболее ощутимы шумы, возникающие при преобразовании оптических сигналов в электрические. При приеме оптических сигналов наблюдается два типа шумов: дробовые и тепловые. Природой возникновения дробового шума является дискретный характер оптического сигнала, состоящего из фотонов. Источником теплового шума является тепловое хаотическое движение электронов. При построении предварительных усилителей ФПУ наибольшее распространение получили схемы на основе трансимпедансного усилителя. Трансимпедансный усилитель является преобразователем тока в напряжении. Упрощенная схема трансимпедансного усилителя приведена на рисунке 5.

Рис. 5. Упрощенная схема трансимпедансного усилителя

Питание фотоприемного устройства осуществляется от двух элементов питания 9В типа «Крона». Подача питания на схему осуществляется переводом тумблера в положение «ВКЛ». В качестве фотоприемника использован p-i-n фотодиод ФД 256. Джампер JP1 позволяет изменять режима смещения фотодиода. В положении джампера 1 (перемычка установлена между выводами 1 и 2) напряжение смещения равно нулю. В положении 2 (перемычка установлена между выводами 2 и 3) на фотодиод подается обратное напряжение смещения, равное напряжению питания (9 В). Джампер JP2 предназначен для выбора параметров цепи обратной связи трансимпедансного усилителя. При положении джампера 0 (перемычка отсутствует) величина резистора обратной связи R составляет 10 Мом. При положении джампера 1 (перемычка установлена между выводами 1 и 2) параллельно резистору в цепи обратной связи R=10 Мом включается резистор 10 кОм и частотно-корректирующий конденсатор 6.8 пФ. При положении джампера 2 (перемычка установлена между выводами 2 и 3) параллельно резистору 10 МОм подключается только резистор 10 кОм без частотно корректирующего конденсатора.

Полная электрическая, принципиальная схема макета фотоприемного устройства показана на рисунке 6.

Рис. 6. электрическая принципиальная схема макета фотоприемного устройства