Задача 8. Определение ширины полосы пропускания фотоприемника интегрирующего типа Краткие теоретические сведения

В волоконно-оптических системах передачи применяются две основные схемы фотоприемных устройств, одна из которых – фотоприемник интегрирующего типа. Сильная сторона фотоприемников данной разновидности, основные элементы которых показаны на рис. 8, – схемная простота.

Рисунок 8 – Схема фотоприемника интегрирующего типа и ее основные элементы

При реализации фотоприемника интегрирующего типа фотодиод включают последовательно с нагрузочным резистором и подают на него обратное смещение. Фототок фотодиода создает падение напряжения на нагрузочном резисторе, которое затем усиливает усилитель с высокоомным входом.

При расчете фотоприемника принимается во внимание два параметра. Первый из них - эквивалентная емкость C_э, которая складывается из включенных параллельно собственной емкости фотодиода, паразитной емкости нагрузочного резистора и входной емкости усилителя. Второй параметр – эквивалентное сопротивление R_э нагрузки, которое определяется нагрузочным резистором и входным сопротивлением усилителя, опять же включенными параллельно.

Основной недостаток данной схемы – ее относительно небольшой динамический диапазон по оптическому сигналу: при высоких уровнях оптической мощности на окне фотодиода из-за высокого сопротивления нагрузки усилитель попадает в состояние насыщения и не способен корректно выполнять свои функции.

Полоса частот входной цепи фотоприемника определяется

, (15)

где C_э и R_{э -} эквивалентная емкость и эквивалентное сопротивление входной цепи фотоприемника.

Максимальная скорость передачи, которую обеспечивает фотоприемник интегрирующего типа, в предположении гауссовой формы импульсов линейного сигнала, связана с обеспечиваемой им полосой частот следующим простым соотношением

. (16)

Варианты заданий для решения задачи 8

Необходимо определить полосу частот фотоприемник интегрирующего типа и максимальную поддерживаемую им скорость передачи при условии бинарного кодирования и гауссовой формы импульсов линейного сигнала. Исходные данные с разбивкой по вариантам заданий приведены в табл. 9.

Таблица 9 – Варианты заданий

N	28
Rэ, кОм	840
Сэ, пФ	2,2

Решение задачи

Требуется определить ширину полосы пропускания и поддерживаемую скорость передачи фотоприемника интегрирующего типа при следующих условиях R_э = 840 кОм, Сэ = 2,2 пФ.

Для решения задачи воспользуемся соотношением (15). После подстановки в нее конкретных числовых значений получаем

.

Для определения максимальной скорости передачи воспользуемся выражением (16). Подстановка в него численных значений параметров дает

Задача 9. Определение ширины полосы пропускания и скорости передачи трансимпедансного фотоприемника Краткие теоретические сведения

Трансимпедансные фотоприемники являются вторым основным типом фотоприемных устройств волоконно-оптической аппаратуры и применяются в высокоскоростных системах. Обеспечивает значимое расширение полосы пропускания без уменьшения чувствительности за счет существенного уменьшения величины нагрузочного сопротивления. Главным недостатком схемы является ее склонность к самовозбуждению за счет необходимости применения широкополосного усилителя с глубокой отрицательной обратной связью.

Простейшая схема трансимпедансного фотоприемника приведена на рис. 11.

Рисунок 11 – Схема трансимпедансного фотоприемника и ее основные элементы

Полоса частот трансимпедансного фотоприемника определяется как

, (17)

где C_э и R_{э -} эквивалентная емкость и эквивалентное сопротивление входной цепи фотоприемника. Иначе говоря, при прочих равных условиях она увеличивается в коэффициент усиления раз усилителя схемы приемника.

Максимальная скорость передачи, которую обеспечивает фотоприемник трансимпедансного типа, в предположении гауссовой формы импульсов линейного сигнала, связана с обеспечиваемой им полосой частот следующим простым соотношением

. (18)