Методические указания к задаче 4.2

Для решения задачи необходимо внимательно изучить раздел 4 конспекта лекций.

Для определения глубины модуляции использовать соотношение (4.8):

, (4.8)

Рекомендуется при построении графика ватт-амперной характеристики чертеж выполнить в масштабе 1 мм: 0,2 мА и 1мм: 1,5 мкВт.

Привести рисунок модуляции, выводы и оценки по результатам расчетов и построений.

Модули приёма оптических сигналов

Фотодетекторы

Изучите конспект, учебную литературу и ответьте письменно на следующие вопросы:

1. Какие требования предъявляются к фотоприемникам оптических систем передачи?

2. Какие виды фотодетекторов используются в оптических системах передачи?

3. Почему в основном применяются полупроводниковые фотодиоды в оптических системах передачи?

4. Какие основные оптические и электрические характеристики имеет фотодиод конструкции p-i-n?

5. Чем ограничен диапазон оптических частот для фотодетектирования?

6. Почему у фотодетекторов есть длинноволновая граница чувствительности?

7. Чем отличается конструкция лавинного фотодиода (ЛФД) от конструкции фотодиода p-i-n?

8. Чем отличается принцип действия ЛФД от фотодиода p-i-n?

9. Какими средствами сокращается время включения фотодиода?

10. Чем определяется коэффициент усиления ЛФД?

11. Почему фотодиоды шумят?

12. Какие шумы фотодиодов принципиально неустранимы?

13. В чём состоит преимущество фотодиодов типа TAP и TWPD?

14. Когда необходимо применение селективных фотодетекторов?

Задача 5.1

Построить график зависимости чувствительности фотодетектора от длины волны оптического излучения по данным табл. 5.1. Используя график и данные табл. 5.2 и 5.3 определить величину фототока на выходе p-i-n фотодиода. По графику определить длинноволновую границу чувствительности фотодетектора. Определить материал для изготовления прибора.

Таблица 5.1

Чувствительность, А/Вт	0,28	0,32	0,43	0,53	0,58	0,65	0,73	0,64	0,1
Длина волны, мкм	0,85		1,1	1,2	1,3	1,4	1,5	1,6	1,78

 

Таблица 5.2

Параметр	Предпоследняя цифра номера студенческого билета
Мощность излучения Pи, мкВт	0,2	0,8		1,5		2,5		3,5

 

Таблица 5.3

Параметр	Последняя цифра номера студенческого билета
Длина волны, λ, мкм	1,76	1,64	1,53	1,42	1,32	1,28	1,16	0,99	0,93	0,85

Методические указания к задаче 5

Для решения задачи необходимо внимательно изучить 5 разделконспекта лекций.

При решении задачи необходимо учесть соотношения (5.1), (5.2), (5.3):

, (5.1)

, (5.2)

, (5.3)

где Е_Ф – энергия фотона, е – заряд электрона,h_ВН – внутренняя квантовая эффективность фотодиода,h – постоянная Планка, С – скорость света.

 

Длинноволновая граница чувствительности фотодетектора определяется соотношением (5.4):

, (5.4)

где Еg - ширина запрещенной зоны полупроводникового материала, из которого сделан фотодиод.

Рекомендуется при построении графика зависимости чувствительности фотодетектора от длины волны выполнить чертеж в масштабе 1мм: 0,01мкм и 1мм: 0,01 А/Вт.

Привести рисунок, выводы и оценки по результатам расчетов.

Фотоприёмные устройства

Изучите конспект, учебную литературу и ответьте письменно на следующие вопросы:

1. Чем отличается прямоефотодетектирование от фотодетектирования с преобразованием?

2. Какие функциональные блоки входят в схему фотоприемного устройства (ФПУ) с прямым детектированием?

3. Какие виды предварительных усилителей применяются в фотоприемных устройствах?

4. Из каких элементов состоит входная цепь фотоприемного устройства с прямым детектированием?

5. Как устроена входная цепь фотоприемного устройства детектирования с преобразованием?

6. Как соотносятся между собой электрическая и оптическая полосы частот пропускания ФПУ?

7. Чем определяется величина соотношения сигнал/шум на выходе ФПУ?

8. Чем выполняется противошумовая коррекция в ФПУ?

9. Чем отличается гомодинный приемник сигнала от гетеродинного в ФПУ с преобразованием?

10. Что используется для детектирования оптического сигнала с фазовой модуляцией?

 

Задача 5.2

Определить полосу пропускания и отношение сигнал/шум для фотоприемного устройства, содержащего интегрирующий (ИУ) или трансимпенансный (ТИУ) усилитель и фотодетектор (ЛФД или p-i-n).

Исходные данные по вариантам приведены в табл. 5.4 и 5.5.

 

 

Таблица 5.4

Параметр	Предпоследняя цифра номера студенческого билета
Тип ФД	p-i-n	ЛФД	p-i-n	ЛФД	p-i-n	ЛФД	p-i-n	ЛФД	p-i-n	ЛФД
Тип предусилителя	ИУ	ТИУ	ИУ	ТИУ	ИУ	ТИУ	ИУ	ТИУ	ИУ	ТИУ
Rэ, кОм
Сэ, пФ			1,5	2,5	3,0	1,3	1,8	2,3	2,8	2,2
ηвн	0,35	0,45	0,5	0,55	0,6	0,65	0,7	0,75	0,8	0,85
М
Fш(М)
Т
Dш			2,5	3,5		4,5		5,5		6,5
Кус

 

Таблица 5.5

Параметр	Последняя цифра номера студенческого билета
Pпер, дБм	-2	-1		+1	+2	+3	+4	+5	+6	+8
L, км
α, дБ/км	0,3	0,32	0,29	0,28	0,27	0,26	0,25	0,24	0,23	0,22