Р исунок 2.10 – Еквівалентна шумова схема в приймальному пристрої

У ФД основними джерелами шуму є: квантовий шум, зумовлений дискретною природою оптичного сигналу та дробовий шум темнового струму _т. Їхня спектральна густина (А²/Г_ц) та середньоквадратичне значення шумових струмів (А²) відповідно дорівнюють

; . (2.10)

; .

де q – заряд електрона; d – показник надлишкового шуму KAL (d  0,5 для кремнієвих та d = 1,0 для германієвих приладів); F_е - еквівалентна шумова смуга, яка зазвичай є більша, а ніж смуга пропускання F сигналу.

Переважний внесок до шумів приймального пристрою вносить перед- підсилювач. Спектральна густина шумового струму (А²/Г_ц), приведеного до входу ВІПд на ПТ та БТ, відповідно дорівнює

(2.11)

де R_н- опір навантаження ФД, а (і = 1, 2 ,3) - коефіцієнти, залежні від типу транзистора й режиму його роботи за постійного струму.

З виразів (2.10) випливає, що шуми ФД білі (спектральна густина є пропорційна квадрату частоти). У разі ТІП в (2.11) R_н слід замінити на R₃₃

Для ВЧ польових та біполярних транзисторів коефіцієнти а_і в формулі (2.11) відповідно дорівнюють

; ; . (2.12)

Позначаючи спектр шумів передпідсилювача (2.11) в узагальненому вигляді.

;

де: ; для ПТ

; для БТ

Середньоквадратичне значення умовного струму передпідсилювача (А²).

. (2.13)

Підставивши в формули (2.4) вираз для сигналу (2.9), квантових шумів сигналу та темнового струму (2.10), а також шумів перед- підсилювача (2.13), дістанемо вираз для ВСШ на виході оптичного приймального пристрою

. (2.14)

Для того щоб віднайти значення оптичної потужності, потрібного для досягнення заданого ВСШ, слід (2.14) перетворити на квадратне рівняння

;

де ; ; . (2.15)

Розв’язавши це рівняння дістанемо

(2.16)

З двох (2.16), необхідно обрати позитивний.

За  = 1 формула (2.16) надає значення порогу чутливості, а за   1 - значення потрібної чутливості. Значення  = 100 за потужністю чи  = 10 (за напругою струму) є типові для цифрових систем передавання. Визначення порогової чутливості є метою цієї лабораторної роботи.

3 Ключові запитання

1. Які типи приймальних пристроїв оптичного діапазону Ви знаєте ?

3.2 Дайте позначення чутливості приймального пристрою.

2. Параметри яких елементів приймального пристрою визначають його чутливість?

3.4 Які типи передпідсилювачів використовуються у приймальних пристроях?

3.5 Назвіть переваги й недоліки ВІП.

6. Назвіть переваги й недоліки ТІП.

7. Який з передпідсилювачів забезпечує най оптимальну чутливість та який найбільший динамічний діапазон вхідних сигналів?

8. Чим визначається смуга пропускання ВІП без коректора?

9. Чим обмежується смуга пропускання ТІП ?

10. Які джерела шумів приймального пристрою знаєте?

Як обчислюється чутливість приймального пристрою для випадку модуляції інтенсивності? 4 Домашнє завдання

1. За рекомендованою літературою вивчити типи характеристики оптичних приймальних пристроїв.

2. За рис. 6.11.2 (див. нижче) ознайомтеся зі структурною схемою лабораторного стенду та принциповими схемами пристроїв ТІП та ВІП

3. Підготуйте усні відповіді на ключові запитання.

4. Обчисліть смугу пропускання ТІП (ƒ_гр=1/2ПR₃₃С₃₃) та ВІП (ƒ_гр=1/2 ПR_нС_Σ) без коректора за початковими даними: R_н= R₃₃=10 МОм; С_Σ = 10пФ; С₃₃ = 0,2 пФ.

5. Обчисліть порогову ( = 1) чутливості приймальних пристроїв з ТІП та ВІП за формулою (2.16) для таких даних: R_н= R₃₃=10 МОм; І_т = А;

М = І(р – і – n ДФ); рі = 0,5 А/Вт; m = 0,5; b₁ = 4kТR^1; b ₂ = 6·10^-39А²с³(ПТ);

q = 1,6·10^-19К; кТ = 4·10^-21Дж.

Еквівалентна шумова смуга при обчисленнях підставляється залежно від номера варіанта (0...9) відповідає останній цифрі студентського квитка, її наведено в табл. 4.1.

Таблиця 4.1

№ варіанта	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Fe, кГц	82	84	86	88	90	92	94	96	98	100

1. Підготуйте бланк протоколу для виконання лабораторної роботи.