Трансімпедансний підсилювач (ТІП)



     ТІП Набував найбільшого поширення в приймальних пристроях ВОСП. По суті він є ВІП охоплений колом негативного зворотного зв’язку (33).

 

Рисунок 2.6 - Структурна схема приймального пристрою з ТІП

     Структурна схема приймального пристрою з ТІП є простіше, а ніж з ВІП: відсутній коректор (рис. 2.6.). Перевагами ТІП є більш широкі смуга пропускання й динамічний діапазон за рахунок впливу негативної ОС через резистор Rзз. Еквіваленту схему приймального пристрою з ТІП наведено на рис. 2.7. Позначення тут такі ж самі, що й на схемі рис. 2.4, окрім Сзз конструктивної ємності резистора 33 (Rзз). Для ТІП

.                                   (2.3)

 

Рисунок 2.7 - Еквівалентна схема приймального пристрою з ТІП

 

1/RCoc  
RHC
   
     Цей вираз свідчить, що передатна характеристика ТІП не залежить від коефіцієнта підсилення підсилювача за напругою (за умови Кu ® ¥) цілковито визначається параметрами кола 33. Гранична частота ТІП з (2.3). І вже не залежить від сумарної ємності на вході підсилювача ЗС Вх. Отже, ємність (конструктивна) кола 33 має бути мінімально можливою, що досягається за допомогою схеми її нейтралізації RHCz(компенсації), наприклад

Рисунок 2.8 - Частотна характеристика приймального пристрою з ТІП

                                                            1/RHC

 

шляхом послідовного вмикання кількох резисторів 33 меншого номіналу.       

     Ємність кола 33 завжди є набагато менше за вхідну ємність, а динамічний вхідний опір приблизно в коефіцієнт посилення за напругою разів є менше за аналогічний параметр для ВІП. Тому смуга пропускання ТІП є значно ширша, ніж такого самого підсилювача, що використовує 33. Частотні характеристики приймального пристрою з ТІП наведено на рис. 2.8. для випадку розімкнутого (ця ситуація відповідає схемі ВІП) та увімкнутого кола 33 (ТІП). Очевидно, що в другому смуга пропускання ТІП приблизно в Кu разів більше, а ніж для ВІП (за умови Rн = Rзз). Проте значення трансімпедансу ТІП у Кu разів менше, а ніж біля ВІП. Ця ситуація типова для всіх схем з негативним. Основні шуми вносять: вхідний транзистор, резистор 33 та темновой струм ФД. Сумарний рівень шуму ТІП визначається за звичною методикою шумів, підсилювачів з ПТ та БТ за умови, що Rн замінено на Rос ввімкнений паралельно входу. Отже рівні шумів ТІП та ВІП збігаються, якщо резистор 33 ТІП дорівнює резистору навантаження ФД для ТІП

 

2.4. Обчислення чутливості приймального пристрою.

   Відношення сигнал/шум прийнято визначати на вході підсилювача приймального пристрою:

     .        (2.4)

 

  Миттєве значення струму сигналу в навантаженні лавинного фото діода

.                                                     (2.5)

де rі - струмів відгук ФД, А/ВТ; r(t) - миттєве значення оптичної потужності, Вт; М коефіцієнт лавинного множення. За синусоїдної модуляції оптичного сигналу за інтенсивністю (потужністю)

.                                               (2.5)

фотострум в навантаженні лавинного фотодіода

.                                   (2.7)

     Тут r0 середнє значення оптичної потужності за відсутності модуляції; m- індекс модуляції (рис.2.9); w - частота моделювального сигналу; I0 - стала I0 (t) змінна (сигнальна) складові фотоструму. Стала складова фотоструму

.                                          (2.8)

     де - середнє в часі значення коефіцієнта лавинного множення. Середньоквадратичне значення з ремінної (сигнальної) складової фотоструму

.                         (2.9)

    Порівнюючи (2.8) за стовідсоткової модуляції (m = 1) бачимо, що струм сигналу є в  рази менше за стан складової.

     Розглянемо шуми, супутні процесові фотодетектування й підсилення фотосигналу в приймальному пристрої з еквівалентною шумовою схемою, наведеною на рис. 2.10.

 

Рисунок 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 Iт. Їхня спектральна густина (А2ц) 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); Fе - 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 (А2ц), приведеного до входу ВІПд на ПТ та БТ, відповідно дорівнює                                    

                                                                                             (2.11)

де Rн- 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) Rн слід замінити на R33

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

; ; .            (2.12)


Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 344; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ