Шумы фотоприемных устройств (ФПУ)

Рисунок 4.10 - Схема ФПУ с ИУ

ИУ обладает большим входным сопротивлением – от 1 до 10 МОм.

Достоинства ИУ:

- простота реализации;

- большой коэффициент усиления (Кус);

- малый шум;

Недостатки ИУ

- ограничение по динамическому диапазону усиления;

- плохо управляемая полоса пропускания за счет влияния всех элементов схемы (емкостных и индуктивных).

- Сэ, Rэ – эквивалентные элементы схемы ФД и

усилителя

Рисунок 4.11 – Эквивалентная схема

(4.5)

(4.6)

где Rэ, Сэ – эквивалентные элементы схемы ФД;

R^*_э, С^*_э – характеризуют параметры самого усилителя.

Для того чтобы получить идеальное значение напряжения. На выходе ФПУ стремятся согласовать параметры усилителя (R^*_э, С^*_э), с параметрами ФД (Rэ, Сэ).

Поэтому когда параметры усилителя и ФД совпадают:

(4.7)

Подобрать R^*_э, С^*_э очень сложно, поэтому достичь выражения (*) практически невозможно. В этой связи напряжение на выходе ФПУ уменьшается.

Рисунок 4.12 - Шумовая эквивалентная схема ФПУ с ИУ

(4.8)

Для того чтобы получить максимальное отношение сигнал/помеха необходимо применять ЛФД. При этом составляющие а, б, в, г, д уменьшаться. Кроме того в схеме ФПУ с ИУ применяются корректирующие цепочки, которые уменьшают влияние Rэ, Сэ. При этом отношение сигнал/помеха возрастеют.

Определение отношения сигнал/помеха для ФПУ с трансимпендансным усилителем (ТИУ). Отличием этой схемы является наличие отрицательной обратной связи (ООС). При этом Rос должно быть много меньше, чем эквивалентное сопротивление схемы.

Рисунок 4.13- Схема ФПУ с ТИУ

Преимущества ТИУ:

- более управляемая полоса частот ФПУ;

- возможность работы с сигналами более широкого динамического диапазона.

Недостаток ТИУ:

- возможность самовозбуждения усилителя при переходе отрицательной обратной связи в положительную.

(4.9)

Полосы пропускания ФПУ определяются:

(4.10)

(4.11)

Управлять полосой Δfиу затруднительно, так как подобрать Rэ,Сэ очень сложно. При использовании ТИУ, управление полосой осуществить гораздо легче. Она зависит от Кус и Rос. При Rmin <=Roc<=Rmax. При неправильном выборе Rос, произойдет самовозбуждение усилителя.

Идеальное ФПУ. Найдем отношение сигнал/помеха, а так же минимальный уровень по мощности в точке приема для идеального ФПУ. При этом считаем основной составляющей помехи является дробовый шум фототока. Тогда отношение сигнал/шум примет следующий вид:

(4.12)

Возведем левую и правую часть в квадрат:

(4.13)

Для идеального ФПУ отношение сигнал/шум зависти только от Δf:

(4.14)

;

подставим (4.14) в (4.13):

(13);

(4.15)

Исходя из заданного соотношения сигнал/шум, а так же паспортного значения S при проектировании определяется Рпр_min. Значение Рпр_min зависит от исходного сигнала, и чем шире полоса частоты передаваемого сигнала, тем больший уровень по мощности в точке приема необходимо получить.

Основные характеристики ПрОМ:

1) Рабочий диапазон длин волн, нм.

2) Номинальная скорость приема символов цифрового сигнала, кбит/с.

3) Уровень чувствительности, дБм. Определяется как минимальное значение уровня мощности оптического излучения на входе приемника, при котором обеспечивается коэффициент ошибок не более 1×10^-10 к концу срока службы аппаратуры ВОСП.

4) Уровень перегрузки, дБм. Определяется как максимальное значение уровня мощности оптического излучения на входе приемника, при котором обеспечивается коэффициент ошибок не более 1×10^-10 к концу срока службы аппаратуры ВОСП. При высоких уровнях оптических сигналов на входе ПрОМ с каскадами усилителей могут появляться хвосты фототока при отсутствии оптического сигнала. Нулевые сигналы детектируются с ошибкой.