Характеристики ВОСП з АМІ

Структурну схему ВОСП для передавання ТВ сигналу будь-яким зі

Рис. 2.2 – Формати модуляції

згаданих форматів модуляції наведено на рис. 2.2. На передавальному боці розміщено ТВ камеру 1; модулятор 2 (наприклад ЧІМ чи ШІМ); підсилювач накачування 3; випромінювач 4. Передавальний по ОК сигнал 5 детектується приймачем оптичного випромінювання 6, підсилюється мало- шумовим широкосмуговим підсилювачем 7, надходить на демодулятор 8 (ЧМ, ШІМ), а потім подається на монітор (телевізор). В АМІ системі модулятор 2 й демодулятор 8 в структурній схемі відсутні на рис 2.2.

Основним параметром аналогової ВОСП є довжина дільниці підсилення, за якої забезпечується задана якість передавання. Критерієм якості аналогової ВОСП є потрібне значення відношення сигнал/шум на виході системи. Для цього потужність оптичного сигналу на вході приймального пристрою має забезпечити потрібне (зазвичай 40 дБ за напругою) ВСШ на його виході.

відношення сигнал/шум на виході ВОСП з АМІ - це є відношення квадрата пікового значення відеосигналу (струму чи напруги поміж рівнем імпульсів ослаблення і рівнем білого) до середньоквадратичного значення шуму в смузі частот (при умові, що основні шуми мають місце в приймальному пристрої)

(2.1)

де - спектральна щільність шумового току (А²/ Гц) на вході приймального пристрою. Розрахунки як правило виконуються для стандартного ТВ сигналу з шириною смуги F = 6,5 MГц.

Структурна схема приймального пристрою приведена на рис. 2.3. Вона

Рис. 2.3 - Структурна схема приймального пристрою

включає зворотньозміщений фотодіод (ФД) р – і – n структури або лавинний ФД (ЛФД), що увімкнутий на вході трансімпедансного (з негативним зворотнім зв’язком через резистор R _зз)підсилювача П, виконаного на польових або біполярних транзисторах (ПТ або БТ). Така побудова приймального пристрою забезпечує широкий діапазон оптичних сигналів, а чутливість до чутливості високоімпедансного підсилювача [2].

Середнє за часом значення струму сигналу (фотоструму) ЛФД в його навантаженні

(2.2)

де h - квантова ефективність, q – заряд електрона, h n – енергія фотона частоти n,

h – стала Планка, r_i– струмовий відгук ФД (А/Вт), і середні значення коефіцієнта лавинного множення ЛФД і потужність оптичного сигналу

(М = 1 для p – i – n ФД). Розглянемо шуми, які виникають в процесі приймання оптичного сигналу і підсилення його електричного еквівалента - фотоструму. Еквівалентна шумова схема приймального пристрою приведена на рис. 2.4.

Рис. 2.4 - Еквівалентна шумова схема приймального пристрою

Вона включає генератори струму: сигналу I _c_,квантового шуму сигналу I _к, дробового шуму темнового струму ФД I _д,теплового (ПТ) або дробового (БТ) шуму попереднього підсилювача I _п; С _д, С _п, -емності ФД і входу підсилювача відповідно. основними джерелами шуму в ФД являються: квантовий шум, що обумовлений дискретною (квантовою) природою оптичного сигналу, і дробовий шум темнового струму I _т. Їх спектральні густини (А²/Гц) і середньоквадратичні значення шумових струмів (А²) відповідно дорівнюють

, А²/Гц; A²

(2.3)

, А²/Гц; A^2,

де F _e – еквівалентна шумова смуга частот приймального пристрою, яка перевищує смугу пропускання сигналу; d – показник надлишкового шуму ЛФД: (d = 0.5 для Si; d = 1.0 для G e приладів.)

Основний вклад в шуми приймального пристрою прямого детектування вносить попередній підсилювач. спектральна густина шумів ПП в одиницях А²/Гц

S _iy(f) = (2.4)

(2.5)

відповідно для ПТ та БТ – вхідних, а _і(і = 1,2,3) – коефіцієнти, які залежать від типа транзистора і режиму його роботи. Із формул (2.4) та (2.5) слідує, що спектри шумів ПП в високочастотній області смуги пропускання пропорційні , а частотно незалежні члени звичайно малі.

Для S i p – i – n ФД типу ФД 252 і транзисторів КП 307В і КТ 36ВБ, які використовуються у лабораторному макеті

, a₂ ₌_, .

Результати аналізу показнеків шуму ПП та ПТ й БТ свідчать, що для ширини смуги 15…30 МГц ПТ має менший рівень шумів, а для більш широких смуг – БТ.

Позначимо спектральну густину шуму транзисторного ПП у вигляді:

де

b ₁= 4 kT

; b₂ = a₁; для ПТ; (2.6)

b ₁= 4kT + ; b₂= a₃ _;для БТ.

Середньоквадратичне значення шумового струму із

. (2.7)

Якщо підставити у (2.1) формулу (2.2) для , формулу (2.3) для й , а також формулу (2.7) для , вираз отримаємо формулу для ВСШ ВОСП з АМІ

(2.8)

де - коефіцієнт, який зазначає у скільки разів розмах відеосигналу перевищує його середнє значення (γ = m /0,9, де m – індекс модуляції).

Оптичну потужність, потрібну для досягнення заданого ВСШ, віднайдемо, якщо перетворити вираз (2.8) на квадратне рівняння вигляду:

де (2.9)

його розв’язок відносно потужності:

(2.10)

З двох коренів Р ₁, Р ₂ слід обрати найбільш позитивний. Для р-і-n ФД М = 1. При використанні ЛФД значення мінімізується за = .

Знайдене з рівняння (2.9) значення називається пороговою (сигнал дорівнює шумові) чутливістю, а в разі = 100 (40 дБ) за напругою потрібну чутливістю. У формулі (2.9) значення треба підставляти за потужністю.

Енергетичний потенціал (ЕП) апаратури аналогової ВОСП (передавального та приймального пристроїв) визначається так:

Q = P_д – Р, дБм (2.11)

де - середнє за часом значення рівня потужності джерела випромінювання, дБм; - чутливість приймального пристрою, дБм. тобто це є потрібний рівень оптичного сигналу на його вході, за якого на виході забезпечується задане значення ВСШ. Якщо величину Q віднайдено, можна обчислити довжину підсилювальної дільниці (дальність зв'язку)