Главная  Оптические магистрали 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [ 115 ] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127] [128] [129] [130] [131] [132] [133] [134] [135] [136] [137] [138] [139] [140] [141] [142] [143] [144] [145] [146] [147] [148] [149] [150] [151] [152] [153] [154] [155] [156] [157] [158] [159] [160] [161] [162] [163] [164] [165]

14.4. СХЕМА УСИЛИТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ

14.4.1. Отношение сигаал-шум

Сначала рассмотрим передаточную функцию усилителя. В § 12.5 была кратко рассмотрена эквивалентная схема оптического приемника для малого сигнала, состоящая из фотодетектора (фотодиода) и усилителя напряжения. Она вновь приведена на рис. 14.3. Как и раньше запишем

RMI (/)

f- (1,-/2я/С/?)- <J4.4.1)

(14.4.2)

так что па выходе усилителя

RMI (П

У.и. if) - G if) V,, if) G (Л (1 , .J/cR)

Результирующая входная емкость С ограничивает полосу пропускания з[!ачением 1/2 nfCR. Если сигналы будут изменяться быстрее, чем граничная частота, они будут эффективно интегрироваться (ослабляться) входной цепью. Для случая равномерной суммарной передаточной функции

G (/) - Go (1 + / 2л/С/?). (14.4.3)

Тогда выражение для напряжения на выходе примет вид:

V,, = GoMRT. (14.4.4)

В дальнейшем будем предполагать, что всегда, когда это требуется, после начального усиления и.меет место такое выравнивание АЧХ усилителя. В ряде случаев для этой цели полезно использовать дифференцирующую цепочку. На рис. 14.4. приведены АЧХ различных звеньев, включая и АЧХ фильтра Н (/), ограничивающего полосу частот.

Эквивалентная шумовая схема для фотодиода и усилителя напряжения приведена на рис. 14.5. На ней изображены следующие источники шума: /д.ш (2еТМР) - учитывает умноженный дробовый

шум фотодиода; X

* (

т-ш " \

4/гГ R

MI(f)


Рис. 14.3. Схема усилителя иапряжеиия



учитывает тепловой шум резистивных элементов, подробно изображенных на рис. 12.11; /у - учитывает эквивалентный токовый источник шума усилителя; учитывает эквивалентный шумовой источник напряжения усилителя.

Схема на рис. 14.5 может быть упрощена до вида, изображенного на рис. 14.6, если объединить названные токовые источники шума

- (2eIMF)i-(4kT/R) \-{1;Y.

(14.4.5)

Напряжение на выходных зажимах Ущ представляет собой результирующее среднеквадратическое значение напряжения шума. Оно может быть вычислено путем интегрирования усиленных усилителем


1 J 10 100 а)


1 1 Реальная

Идеальная-

2yrCR 6)

10 100

г) Uf)

Рис. 14.4. Амплитудно-частотные характеристики АЧХ различных частей схемы усилителя напряжения:

а - АЧХ входной цепн; б - АЧХ корректирующего усилителя; в - АЧХ «идеального», используемого в расчетах, и реального усилителей; г - сквозная АЧХ всего усилителя

Приведенные на графика.х чнсленньк значения величин указывают лишь на тот факт, что каждая характеристика построена в логарифмическом масштабе по обеим осям (кри вые Бодэ)



Рис. 14.5. Эквивалентная шумовая схема усилителя напряжения


Среднеквадратических значений /о.ш и Vy в требуемой полосе частот Д/. В результате получаем

Vш UG(f) \4V;fdf+ f 0(ПР(/о.ш) df. (14.4.6)

Il д/ /l-j2я/c?p

Это выражение упрощается, если в него подставить значение G (/), определяемое (14.4.3), и учесть, что требуемая полоса частот равна Д/

- GI [(1 + AnYcR) {v;r+(/;.ш)] df.

(14.4.7)

Если же величины Vy и Vo.m"e зависят от частоты в полосе А/, то [l+-J яД/)* W) (V;)* +/?Ч/г.ш)]/ (Д/)/. (14.4.8)

Следовательно, отношение сигнала к среднеквадратическому значению шума

„ Иных AITR

(14.4.9)

Если теперь представить Уо.ш в виде суммы составляющих, чтобы сделать зависимость К от отдельных источников шума более наглядной, и подставить в (14.4.9), то получим окончательное выражение для отношения сигнал-шум на выходе усилителя

(14Г (±

/ 1 43i3 \ 47" С/*\2 1% 1/ (14.4.10)

Для удобства последующего анализа каждая из пяти составляющих шума в знаменателе обозначена буквами а ... д. Величина К определяет качество канала связи и при проектировании системы связи минимально допустимое значение отношения сигнал-шум всегда оговаривается особо. Например, для канала с импульсно-кодовой модуляцией оно составляет К > 12 (С/Ш > 21,6 дБ), в то время как для аналогового канала требуется К > 200 (С/Ш > 40 дБ). Поэтому выражение (14.4.10) имеет огромное значение при проектировании оптической системы связи и оценки ее ожидаемых характеристик.



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [ 115 ] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127] [128] [129] [130] [131] [132] [133] [134] [135] [136] [137] [138] [139] [140] [141] [142] [143] [144] [145] [146] [147] [148] [149] [150] [151] [152] [153] [154] [155] [156] [157] [158] [159] [160] [161] [162] [163] [164] [165]

0.0012