Ѕаза знаний студента. –еферат, курсова€, контрольна€, диплом на заказ

курсовые,контрольные,дипломы,рефераты

–азработка фотоприемного устройства волоконно-оптической системы передачи информации (¬ќ—ѕ») — –адиоэлектроника

ѕосмотреть видео по теме ƒиплома

–еферат.

ѕо€снительна€ записка† дипломного проекта на тему:

У–азработка фотоприемного устройства

¬ќ—ѕ» диапазона ƒ÷¬.Ф

—одержит:†††††††† 88††† страниц

11 таблиц

20† рисунков.

 лючевые слова:

волоконно-оптическа€ система передачи информации, усилитель фотоприемника, динамический диапазон, малые собственные шумы, аналоговый оптический сигнал.

†††††††† ¬ данном дипломном проекте разрабатываетс€ фотоприемное устройство† дл€ приема аналоговых оптических сигналов, обеспечивающее заданный динамический и частотный диапазон.

ѕроведены технико-экономические расчеты, которые показывают целесообразность внедрени€ издели€ в эксплуатацию, а также приведен комплекс меропри€тий по обеспечению безопасности жизнеде€тельности создателей ‘ѕ” и обслуживающего персонала.†

—одержание.

Ќаименование

—траница

–еферат

††††††† 4

—одержание

5

¬ведение

7

√лава 1

¬олоконно-оптические системы передач膆††††††††††††††††††††††††††††††††††††† информации

9

1.1.1

ѕринципы построени€ ¬ќ—ѕ».†††††††

9

1.1.2

ѕотери и искажени€ ¬ќ—ѕ».

15

1.1.3

»скажени€ сигналов в одномодово醆††††††††††††††††††††††††††††††††† аналоговой ¬ќ—ѕ»

17

1.1.4

Ёкспериментальные наблюдени€ и измерени€ искажений сигналов в аналоговых ¬ќ—ѕ»

18

1.1.5

»сследование искажений радиосигнала ↆ†††††††††††††††† ††††††††аналоговой ¬ќ—ѕ» и одномодовом ¬ќ .

19

1.1.6

ќпределение основных характеристиꆆ††††††††††††††††††††††††††††† оптических излучателей и фотоприемников.

21

1.2.1

¬олоконно-оптический кабель.

22

1.2.2

»злучатели.

24

1.2.3

‘отоприемные устройства.

24

√лава 2

¬ыбор и обоснование структурной схемы.

28

√лава 3

¬ыбор и обоснование принципиальной схемы ‘ѕ”.

36

3.1

¬ыбор и обоснование принципиальной схемы предварительного усилител€ ‘ѕ”.

36

3.2

¬ыходной каскад.

41

√лава 4

–асчет фотоприемного устройства.

44

4.1

–асчет выходного усилител€.

44

4.2

–асчет предварительного усилител€ (ѕ”).

47

4.3

–асчет частотных характеристик цепи усилител€.

52

4.4

ќптимизаци€ характеристик цепи ѕ”.

54

√лава 5

 онструктивна€ разработка фотоприемного устройства.

63

√лава 6

ќбеспечение безопасности жизнеде€тельности.

65

6.1

јнализ характеристик объекта проектировани€, трудовой де€тельности человека, производственной среды.

65

6.2

ћеропри€ти€ по эргономическому обеспечению.

67

6.3

ћеропри€ти€ по технике безопасности.

70

6.4

ћеропри€ти€ по пожарной безопасности.

71

6.5

¬ыводы.

72

√лава 7

“ехнико-экономические расчеты.

73

7.1

–асчет полной себестоимости.

73

7.1.1

–асчет материальных затрат (ћз).

73

7.1.2

–асчет затрат на оплату труда («).

75

7.1.3

ѕрочие расходы.

76

7.2

–асчет отпускной и розничной цены.

78

7.3

“ехнико-экономические показатели.

79

7.4

јнализ технико-экономического расчета.

80

«аключение.

81

Ћитература.

82

ѕриложение 1

83

ѕриложение 2

85

ѕриложение 3

87

†††††††††††††††††††††† †††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††

¬ведение

¬ современных† системах св€зи все больше требуютс€ скоростные широкополосные каналы св€зи дл€ передачи информации. ќтвечать растущим объемам передаваемой информации можно, использу€ оптическое волокно.

ќптическое волокно в насто€щее врем€ считаетс€ самой совершенной, а также самой перспективной средой дл€ передачи больших потоков информации на большие рассто€ни€.

¬олоконна€ оптика обеспечила себе гарантийное развитие в насто€щем и будущем.

¬ межрегиональном масштабе следует выделить строительство волоконно-оптических сетей синхронной цифровой иерархии (SDH).

Ёкономические аспекты оптического волокна также говор€т в его пользу. ¬олокно изготавливаетс€ из кварца, основу которого составл€ет двуокись кремни€, широко распространенного, а потому не дорогого материала в отличии от меди. —тоимость волокна по отношению к медной паре соотноситс€ как 2:5. ѕо всему миру в насто€щее врем€ поставщики услуг св€зи за год прокладывают дес€тки тыс€ч километров волоконно-оптических кабелей. ¬едутс€ интенсивные исследовани€ в области волоконно-оптических технологий такими крупнейшими компани€ми как Lucent Technologies, Norton, Siemens, IBM, Corning, Alcoa Fujikura .

 рупным производителем оптических соединителей в –оссии €вл€етс€ фирма Ђ ѕерспективные “ехнологии ї. ќсновными поставщиками оптических шнуров в –оссии €вл€ютс€ фирмы Ђ¬имком-ќптикї, Ђ“елеком  омплекс —ервисї. ћногие потребители оптических шнуров имеют собственную сборку (–ќ“≈ , ЁЋќ ќћ).

¬ процессе эксплуатации ¬ќ—ѕ» можно отметить р€д их достоинств:

Ј       ¬ысока€ помехозащищенность от внешних электромагнитных воздействий, котора€ решает проблемы электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств.

Ј       Ўирока€ полоса пропускани€. ќбуславливаетс€ высокой несущей частотой (возможность передачи по одному оптическому волокну† информации в несколько терабит).

Ј       ћалое затухание светового сигнала в волокне. ¬ насто€щее врем€ промышленное оптическое волокно имеет затухание 0,2 Ц 0,3 дЅ на длине волны 1,55 мкм в расчете на 1 км. ћалое затухание и небольша€ дисперси€ позвол€ют строить участки линий без ретрансл€ции прот€женностью до 100 км и более.

Ј       Ќизкий уровень шумов.

Ј       ћалый вес и объем

Ј       ¬ысока€ защищенность от несанкционированного доступа (трудно подслушать информацию, не наруша€ приема-передачи).

Ј       ƒлительный срок эксплуатации. ѕроцесс деградации волокна значительно замедлен и срок службы ¬ќ  составл€ет примерно 25 лет.

¬олоконно-оптические сети имеют, конечно и недостатки:

Ј       ¬ысока€ стоимость интерфейсного оборудовани€. “акже требуетс€ высоконадежное коммутационное оборудование, оптические соединители, разветвители, аттенюаторы.

Ј       ƒорогосто€щий монтаж и обслуживание оптических линий.

Ј       “ребуетс€ специальна€ защита волокна.

1.  ¬олоконно-оптические системы передачи информации. (¬ќ—ѕ»)

1.1.1.   ѕринципы† построени€ ¬ќ—ѕ».

ќптические волокна производ€тс€ разными способами, они обеспечивают передачу оптического излучени€ на разных длинах волн, имеют различные характеристики и выполн€ют различные задачи. ¬се оптические волокна дел€тс€ на две основные группы: многомодовые MMF и одномодовые SMF.

Ќаиболее очевидным путем увеличени€ информационной емкости волоконно-оптических систем св€зи €вл€етс€ расширение спектральной области дл€ передачи информации. ѕрактически все современные† системы св€зи работают в диапазонах длин волн λ=1,3мкм и λ=1,55мкм. »спользование всего спектрального диапазона волокна позвол€ет резко увеличить информационную емкость волоконно-оптических систем со спектральным уплотнением каналов. — учетом дальнейшего прогресса волоконно-оптических технологий можно предположить,что использу€ только спектральный интервал 1,2-1,7мкм, в будущем можно будет передавать по одному волокну информацию со скоростью в 1000 тбит/с. ƒл€ реализации таких систем св€зи потребуютс€ новые исследовани€ и разработка новой элементной базы.

†††††††† »нформаци€, котора€ должна быть передана в виде электрического сигнала, модулирует световой поток, который передаетс€ по волоконным световодам или через атмосферу.

†††††††† Ўумовой характер излучени€ источников света, как правило, ограничивает примен€емые виды модул€ции излучателей и в практически используемых системах, наход€т место модул€ции по интенсивности излучени€. Ќа приемном конце переданна€ информаци€ демодулируетс€. ќсновным элементом построени€ ¬ќ—ѕ» соответствует структурной схеме, приведенной на рис.1.1.

–ис. 1.1

4

1

2

3

†† 5†††††††† 6

1.    »сточник сигнала

2.    ”силитель модул€тор

3.    Ћазерный излучатель

4.    ¬ќ  (волоконно-оптический кабель)

5.    ‘отодиод

6.    ”силитель

ѕередающие оптические модули:

ѕередающие оптические модули –ќћ-3155 выпускаютс€ на основе импортных MQW InGaAsP/InP ‘абри ѕеро лазерных диодов, интегрированных со схемой управлени€ с дифференциальным PECL - входом. ћодули имеют TTL Ц вход включени€ лазерного излучени€ и выход аварийного состо€ни€ лазерного диода (открытый коллектор). ѕредназначены дл€ работы в цифровых волоконно-оптических лини€х св€зи со скоростью передачи информации 2..155 ћбит/с. “ехнические характеристики приведены в таблице 1.1.

“аблица 1.1. технические характеристики.

ѕараметр

–ќћ Ц 3155

ƒлина волны излучени€, нм

1290..1330

—корость передачи, ћбит/с.

2..155

ћощность излучени€, дЅм

-3..0

“ип оптического волокна

одномодовое

“ип разъема*

FC/PC

“ип корпуса

DIL - 14

Ќапр€жение питани€, ¬

4,75..5,25

* - тип разъема может быть изменен по согласованию с заказчиком.

ѕри передаче на большие рассто€ни€, когда отношение сигнал/шум на выходе приемника становитс€ недостаточным, в тракт включают ретрансл€торы. ƒл€ передачи сигнала обычно используют световые импульсы. ѕри этом примен€ют два вида модул€ции: аналоговые, при которой информаци€ передаетс€ изменением амплитуды, ширины или положени€ импульсов; и цифрова€ Ц с кодированием информации комбинацией группы импульсов.

¬ данном дипломном проекте разрабатываетс€ ‘ѕ” дл€

¬ќ—ѕ», использующую аналоговую модул€цию. ѕри аналоговой передаче, информационный сигнал модулирует поднесущую частоту, как правило, —¬„ диапазона, котора€ в

свою очередь управл€ет мощностью излучател€. ѕрием во всех случа€х осуществл€етс€ с помощью фотоэлектрических полупроводниковых приемников излучени€, преобразующих энергию колебаний оптического диапазона в электрическую энергию. Ёлектрический сигнал усиливаетс€ до необходимого уровн€ усилителем низкой частоты.

ѕри разработке радиооптических преобразователей, используемых в аналоговых ¬ќ—ѕ», €вл€ющихс€ оптическими лини€ми св€зи между аналоговым фотоусилителем (ј‘”) и входом приемника ƒ÷¬ диапазона, необходимо выполнить два основных требовани€:

1.                          ѕри введении оптической линии между ј‘” и приемником, электрическа€ порогова€ чувствительность всей системы не должна ухудшатьс€, то есть отношение сигнал/шум должно оставатьс€ прежним.

2.                          ƒинамический диапазон изменени€ передаваемого полезного радиосигнала не должно быть меньше 60 дЅ. дл€  ¬ диапазона и не меньше 40-45 дЅ. дл€ ƒ÷¬ диапазона.

†††††††† ƒл€ удовлетворени€ этих требований всей ¬ќ—ѕ» необходимо обеспечить их выполнение каждым элементом ¬ќ—ѕ»: ”ћ, лазерным излучателем, ¬ќ , ‘ѕ”.

†††††††† ¬ аналоговой ¬ќ—ѕ» между ј‘” и радиоприемником используютс€ два радиооптических преобразовател€: передающий радиооптический преобразователь, расположенный непосредственно в ј‘” и выполн€ющий пр€мое радиооптическое преобразование сигнала, приемный радиооптический преобразователь, наход€щийс€ на приемном конце ¬ќ—ѕ» перед входом радиоприемника и осуществл€ющий обратные преобразовани€ оптического сигнала в радиосигнал.

†††††††† ¬ качестве пр€мого радиооптического преобразовател€ выступает усилитель-модул€тор, возбуждаемый от радиосигнала с ј‘” и модулирующий этим усиленным радиосигналом ток лазерного излучател€.

Ћазерные модули дл€ ¬ќЋ—:

Ћазерные модули с оптическим волокном изготавливаютс€ на основе импортных MQW InGaAsP/InP ‘абри ѕеро лазерных диодов. выпускаютс€ в неохлаждаемом исполнении, а также в

корпусе DIL Ц 14 со встроенном элементом ѕельтье и в корпусе типа Уоптическа€ розеткаФ. “ехнические характеристики приведены в таблице 1.2.

“аблица 1.2. “ехнические характеристики.

ѕараметр

LFO-14-i*

LFO-17-i*

LFO-17m-i*

LFO-18-i*

ћощность излучени€, м¬т

1.0

2.0

1.0

1.0

ƒлина волны излучени€, нм

1310

1310

850

1550

“ип оптического волокна

SM

MM

MM

SM

“ип разъема*

FC/PC

FC/PC

FC/PC

FC/PC

* - тип разъема может быть изменен по согласованию с заказчиком.

LFO-xx-ip Ц 4-pin неохлаждаемый

LFO-xx-ir Ц Уоптическа€ розетка

LFO-xx-i Ц DIL-14 с элементом ѕельтье

†††††††† –адиооптический преобразователь, осуществл€ющий обратное преобразование оптического сигнала в радиосигнал, состоит из фотодиода и усилител€, то есть представл€ет из себ€ ‘отоприемное устройство (‘ѕ”).

†††††††† ‘отоприемные модули дл€ ¬ќЋ—:

‘отоприемные модули серий PD-1375-ip/ir дл€ спектрального диапазона 1100..1650 нм. изготавливаютс€ на основе импортных InGaAs PIN Ц фотодиодов. ¬ыпускаютс€ в неохлаждаемом исполнении, а также в корпусе типа Уоптическа€ розеткаФ дл€ стыковки с одномодовым волокном, оконцованным разъемом УFC/PCФ.

ќписание, оптические и электрические характеристики фотоприемного модул€ PD-1375-ir приведены в конце этого пункта в таблице 1.3., а на рисунке 1.2. приведены схемы электрических соединений.



1.1.2 ѕотери и искажени€ ¬ќ—ѕ».

¬олоконно-оптические линии св€зи, используемые дл€ передачи информации, не должны ухудшать характеристики электрических сигналов, то есть должны удовлетвор€ть заданному динамическому и частотному диапазонам. ƒл€ удовлетворени€ всей ¬ќ—ѕ» необходимо обеспечить их выполнение каждым элементам

¬ќ—ѕ»:

Ј       усилителем модул€тором

Ј       лазерным излучателем (»ЋѕЌ)

Ј       оптическим кабелем

Ј       фотоприемным устройством

ѕотери оптической мощности волоконно-оптических системах передачи происход€т в основном на неоднородност€х оптического волокна и соединени€х.  роме них существуют различные виды допусков на ухудшение характеристик.

–ассмотрим их вли€ние на параметры ¬ќ—ѕ»:

Ј       ќбычно между полупроводниковым лазером и разъемом ¬ќ  ставитс€ оптический изол€тор, ослабл€ющий отраженный от торца волокна сигнал. ѕомимо этого ослаблени€ он вносит затухание и в пр€мом направлении. ¬еличина этого затухани€ около 1 дЅ;

Ј       — течением времени происходит деградаци€ лазерного диода и выходна€ оптическа€ мощность снижаетс€. „тобы система не прекратила свое нормальное функционирование, должен быть оставлен запас на величину этого снижени€. ¬ среднем дл€ полупроводникового лазера она составл€ет 0,8 дЅ.

Ј       ¬ приемнике также происходит деградаци€ параметров, запас на нее 0,7 дЅ.

Ј        ак известно в оптическом волокне существует дисперси€ Ц зависимость фазовой скорости† распространени€ волны, от какого либо параметра (в общем случае).

–ассмотрим дисперсные характеристики одномодового волокна, как наиболее оптимального по параметру погонного затухани€.

¬ одномодовом волокне существует два вида дисперсии: волноводна€ и материальна€ Ц зависимость фазовой скорости моды от частоты при распространении колебаний в материале. —уммарна€ дисперси€ такого одномодового волокна определ€етс€ как сумма двух видов дисперсий:

†† δτΣ = δτв + δτм

¬еличина этих составл€ющих имеет одинаковый пор€док, а функциональна€ зависимость от длины волны у них имеет разный знак. ¬ результате на некоторой частоте сумма этих двух величин дает ноль Ц дисперси€ отсутствует.

†††††††† √рафик изменени€ дисперсии в зависимости от длины волны представлен на рис.1.3

–ис. 1.3

1000

1200

1400

1600

1800

Λ,нм

δτΣ

10

20

-10

-20

†††††††† »сход€ из графика в данной системе, выбрана длина волны

1,3 мкм. ¬еличина дисперсии в св€зи с разбросом спектральных параметров волокна, обычно равна 2-5 нс/м.км. ¬ соответствии с этим ощутимого ослаблени€ сигнала из-за полной дисперсии не ожидаетс€.

Ј       ƒл€ запаса на возможное ухудшение провод€щих свойств волоконно-оптического кабел€ вследствие старени€ отводитс€ величина 1 дЅ.

Ј       Ќа оптический дистанционный контроль вводитс€ запас 0,2 дЅ

Ј       ѕотери на переходных соединител€х оконечного оборудовани€ оцениваютс€ величиной 3 дЅ.

Ј        роме отражени€ от входного торца оптического волокна существует отражение от всех разъемных соединений, что вносит в оптический сигнал дополнительные шумы. » соответствует эквивалентные уменьшени€ мощности сигнала на 0,8 дЅ.

Ј       ѕрочие, неучтенные потери принимаютс€ равными 3 дЅ.

¬ыходна€ оптическа€ мощность лазера с оптическим изол€тором составл€ет 3 дЅ. Ёти параметры участвуют в составлении запаса мощности† ¬ќ—ѕ».

–азрабатываема€ ¬ќ—ѕ» должна обеспечить передачу электрического сигнала без или с допустимыми уровн€ми искажений.   основным искажени€, которые могут возникнуть в аналоговой ¬ќ—ѕ», относ€тс€ нелинейные и линейные искажени€.

Ќелинейные искажени€ в наших услови€х привод€т к ухудшению отношени€ сигнал/шум, то есть к ухудшению чувствительности, а также к по€влению ложных сигналов приема.

Ћинейные искажени€ привод€т также к ухудшению отношени€ сигнал/шум. Ќаиболее опасными искажени€ми €вл€ютс€ нелинейные, которыми и будет определ€тьс€ динамический диапазон

¬ќ—ѕ», особенно интермодул€ционные искажени€, создающие помехи с частотами ( mfi† + nfj ). ѕоэтому выбор структуры ¬ќ—ѕ», схематических решений составл€ющих узлов будет направл€тьс€ на обеспечение минимизации собственных шумов и нелинейных искажений всей ¬–—ѕ». ќчень велики требовани€ к ¬ќ .

1.1.3 »скажени€ сигналов в одномодовой аналоговой

¬ќ—ѕ».

—труктура построени€ ¬ќ—ѕ» в этом случае соответствует варианту: лазерный излучатель одномодовой ¬ќ .

ѕри этой структуре возникновени€ искажений заключаетс€ в том, что при возбуждении одномодового волокна одномодовым, особенно одночастотным лазером, режим работы такого лазера

очень сильно зависит от величины отраженного от неоднородности волокна (оптические разъемы, соединени€,

оптическа€ площадка фотодиода на приемном конце) оптического сигнала.

Ётот отраженный оптический сигнал приводит к по€влению дополнительного шума излучени€ лазера, перескоку мод лазера, релаксационному режиму работы, что в конечном итоге про€вл€етс€ увеличении нелинейности ватт/амперной характеристике лазера.

ѕри коротких длинах ¬ќ—ѕ» ,что характерно дл€ нашего случа€† и малом затухании† оптического сигнала в волокне, эти искажени€ оказываютс€ очень чувствительными.

ƒопускаетс€ мощность обратного оптического сигнала, поступающего на выход лазера должна быть –обр. ≤(0,3÷1,0)% от мощности излучени€ лазера. ¬ этом случае режим работы лазера не нарушаетс€ и не возникает дополнительных шумов и нелинейных искажений.

»скажени€ в тракте распространени€ оптического сигнала и режим работы лазерного излучател€ сильно завис€т от услови€ эксплуатации ¬ќ . ≈сли при эксплуатации происход€т механические колебани€ вращени€ кабел€ то это приводит к изменению затухани€ оптического сигнала из-за по€влени€ местной неоднородности и, следовательно, к изменению интенсивности обратного отраженного оптического сигнала, привод€щего к изменению режимы работы лазера. ƒл€ устранени€ этого вли€ни€ лазерные излучатели должны выполн€тьс€ с оптическим изол€тором на выходе с развертко醆 ƒразв.≥30÷40 дЅ. по оптической мощности.

†1.1.4. Ёкспериментальные наблюдени€ и измерени€ искажений сигналов в аналоговых ¬ќ—ѕ».

Ёкспериментальные исследовани€ искажений сигнала производились двухмодовым и одномодовым методами. ¬ качестве регистрирующей аппаратуры использовалс€ осциллограф, селективный микровольтметр ¬6-10, а также измеритель радиопомех SMV-8,5.

Ќаблюдени€ и измерени€ искажений сигнала проводились как в  ¬, так и ƒ÷¬ диапазонах. »сследовалось при этом вли€ние

как ¬ќ , так и лазерных излучателей на качественную и количественную картину искажений радиосигналов.

1.1.5. »сследование искажений радиосигнала в аналоговой ¬ќ—ѕ» и одномодовым ¬ќ .

¬ качестве лазерного излучател€ на λ=1,3 мкм, разработанный ‘“» им. академика ј.‘.»оффе, с выводом излучени€ в одномодовое волокно, а также полупроводниковый лазерный излучатель, разработанный Ќѕќ УѕолюсФ, одномодовый, одночастотный с оптическим изол€тором и выводом излучени€ в одномодовое волокно. Ѕлок-схема приведена на рис. 1.4

¬ качестве ¬ќ  использовалось одномодовое волокно длиной L=1км. с погонным оптическим затуханием α=0,7 дЅ/км. на λ=1,3мкм.

ƒл€ наблюдени€ вли€ни€ механических воздействий и других воздействий на режим работы лазерного излучател€ и соответственно на искажение сигнала использовалс€ встроенный в лазерный излучатель фотодиод, работающий на усилитель У”Ф.

”словные обозначени€ элементов блок-схемы на рис. 1.4 соответствуют:

√1 - генератор √4-107.

√2 - генератор √5-158.

”ћ - усилитель-модул€тор.

” - усилитель.

»ЋѕЌ-109 Ц лазерный многомодовый излучатель.

»ЋѕЌ-206 Ц лазерный одномодовый излучатель.

¬ќ  Ц волоконно-оптический кабель.

ќј Ц оптический аттенюатор

 1Е 6 Ц ключи.

√енераторы √4-107 и √5-158 использовались в качестве генераторов радиосигнала.

†††††††† ƒл€ исключени€ вли€ни€ обратного отражени€ оптической мощности на работу лазера был использован оптический аттенюатор, который на (16÷20) дЅ. ослабл€л сигнал, поступающий в ¬ќ .

ќдномодовое волокно в сечении N соединено с одномодовым выводом лазерного излучател€ посредством сварки.



†††††††† ѕри изменении отражени€ от торца волокна по стрелке ј происходило изменение режима работы лазера, что приводило к следующим €влени€м:

1. »зменились собственные шумы излучени€ лазера.

†††††††† 2. »змен€лс€ уровень излучаемого сигнала.

†††††††† 3. »зменились нелинейные искажени€.

Ёти изменени€ по пунктам 1÷3 происходили в интервале от одного до трех раз, если торец волокна по стрелке ј присоединилс€ к фотодиоду ‘ѕ” или был свободен, то есть измен€лись услови€ отражени€ оптического сигнала от приемного конца ¬ќ .

†††††††† јналогичные €влени€ по пунктам 1÷3 наблюдались и при механическом воздействии по стрелке ¬ на ¬ќ , но их €влени€ про€вл€лись слабее.

†††††††† ѕри проведении вышеперечисленных экспериментов с лазерным излучением и оптическим изол€тором, €влений по пунктам 1÷3 не наблюдалось.

1.1.6. ќпределение основных характеристик оптических излучателей и фотоприемников.

††††††††  роме вышеперечисленных искажений в аналоговой ¬ќ—ѕ» возможно возникновение искажений сигнала в ‘ѕ” при использовании в качестве фотодиодов лавинных фотодиодов (Ћ‘ƒ), которые обладают малыми собственными шумами, но создают значительные нелинейные искажени€ при небольшом уровне сигнала. ” Ћ‘ƒ динамический диапазон достигает величины не более 40 дЅ. ƒл€ достижени€ большого динамического диапазона изменени€ радиосигнала, лазерные излучатели должны обладать очень малыми собственными шумами, а также иметь очень линейную ватт/амперную характеристику, обеспечивающую динамический диапазон изменени€ радиосигнала, особенно дл€  ¬ диапазона, более 60 дЅ. по интермодул€ционным искажени€м второго пор€дка.

†††††††† ¬се эти требовани€ лазерные излучатели и фотодиоды должны обеспечивать во всем желанном диапазоне радиосигнала, то есть от fн=60 к√ц. до fв=500 ћ√ц.

††††††††  роме искажени€ сигнала, возникающих в ¬ќ—ѕ» из-за вли€ни€ оптоэлектронных элементов (¬ќ , лазерные излучатели,

фотодиоды) в аналоговых ¬ќ—ѕ» используютс€ и чисто электронные элементы (транзисторы, диоды, микросхемы),

которые в свою очередь, создают дополнительные искажени€, частотные искажени€.

†††††††† ƒл€ исключени€ их вли€ни€ динамический диапазон устройств, созданных на этих элементах Ц усилителей, модул€торов дл€ модул€ции лазерных излучателей, а также усилителей дл€ фотоприемных устройств, должен быть больше, чем динамический диапазон самих лазерных излучателей, то есть более 70 дЅ. в  ¬ диапазоне и более

56 дЅ. в ƒ÷¬ диапазоне.

¬ыводы:

†††††††† ”читыва€ все вышеперечисленное, можно сделать вывод, что при коротких лини€х аналоговых ¬ќ—ѕ» дл€ исключени€ искажений сигнала необходимо использовать одномодовые одночастотные лазерные излучатели с оптическим изол€тором на выходе, работающие на одномодовой ¬ќ . ¬ этом случае практически исключаетс€ вли€ние ¬ќ , подвергающемус€ механическим и другим воздействи€м в процессе эксплуатации, на режим работы лазерного излучател€.

†††††††† Ќа приемном конце оптической линии в качестве фотодиода необходимо использовать p-i-n фотодиоды из Ge или Jn;Ca;As;P материалов.

1.2.1. ¬олоконно-оптический кабель.

†††††††† ¬ насто€щее врем€ в качестве линии оптического сигнала используетс€ ¬ќ . ƒл€ наших целей, так как сигнал узкополосный может быть использован как многомодовый, так и одномодовый ¬ќ . –ассмотрим затухание сигнала в этих ¬ќ . ¬еличина погонного затухани€ очень сильно зависит от длины волны, примен€емой дл€ передачи информации ¬ќ . Ќа рис. 1.5 приведены графики погонного затухани€ в зависимости от длины волны дл€ двух типов ¬ќ .

1500

1400

1300

1200

1100

1000

0

λ,нм

дЅ/км

1

2

1

2

–ис. 1.5 «ависимость погонного затухани€ от длины волны.

† 1 Ц многомодовый ¬ќ .

2 Ц одномодовый ¬ќ .††

 ак видно из графиков, рациональнее использовать одномодовый ¬ќ , работа€ на волнах 1300 нм.

»сход€ из условий эксплуатации (посто€нные механические воздействи€ с различной частотой и усилением) в ¬ќ—ѕ» могут возникать дополнительные искажени€ сигнала в зависимости от того, каким лазерным излучателем возбуждаетс€ какое оптическое волокно.

ѕри возбуждении одномодовым излучателем одномодового волокна дополнительных нелинейных искажений при механических воздействи€х на волокно не происходит (т.к. не происходит эффекта перемешивани€ мод) т.е. не по€вл€ютс€ дополнительные ложные сигналы с частотами† f=(mf1± nf2), а также не измен€етс€ уровень принимаемого сигнала (это €вление отсутствует и при возбуждении многомодовым излучателем многомодового волокна). “аким образом, дл€ исключени€ вли€ни€ механических воздействий, необходимо построение аналоговой ¬ќ—ѕ» по структуре:

одномодовый излучатель - одномодовый ¬ќ .

–екомендуемый вариант построени€ ¬ќ—ѕ» имеет свои

достоинства и недостатки: одномодовый излучатель Ц одномодовый кабель, малое затухание, но требуетс€ высока€ точность настройки разъемов.

¬ нашем случае не требуетс€ частых разъединений, а необходимо только первоначальное подключение. ѕоэтому ограничени€ на монтировку нас особо не стесн€ет.

1.2.2. »злучатели.

¬ыполнение требований технического задани€ по частотному диапазону (Fв ≤ 400 ћ√ц) приводит к тому, что в качестве излучател€ может быть использован излучатель »ЋѕЌ Ц 206 с ќ».

»сточник оптического излучени€ должен излучать световой поток на длине волны, соответствующей одному из минимумов полных потерь в ќ¬, обеспечивать эффективный ввод излучени€ в ќ¬, иметь малые габариты, вес и потребл€емую мощность, отличатьс€ простотой, надежностью и высокой долговечностью.† ƒл€ возбуждени€ лазерного излучател€ необходим усилитель Ц модул€тор.   ”ћ предъ€вл€ютс€ требовани€: отношение сигнал/шум на выходе, должно быть равным сигналу/шуму на его входе, динамический диапазон по оптическому, а тем более по электрическому сигналу должен быть

D ≥ 60 дЅ.

1.2.3. ‘отоприемные устройства (‘ѕ”).

ќдним из главных функциональных элементов схемы среди блоков волоконно-оптической системы передачи €вл€етс€ ‘отоприемное устройство. ‘отоприемник изготавливаетс€ из полупроводниковых материалов. —уществуют определенные требовани€ к его качеству и надежности, поскольку отказ любого элемента данного ‘ѕ” приводит к нарушению правильной работы всего ствола линии.

 ачество работы ‘ѕ” характеризуетс€ следующими основными параметрами:

Ј       „увствительность

Ј       ƒинамический диапазон

Ј        оэффициент ошибок

‘отодетектор должен вносить минимальные шумы в приемную систему, отличатьс€ стабильностью рабочих характеристик, иметь небольшие размеры, быть высоконадежным и недорогим.

†††††††† ѕриемные оптические модули серии PD-155-ip и PROM-155 выпускаютс€ на основе импортных InGaAs/InP PIN Ц фотодиодов, интегрированных с малошум€щим трансимпедансным усилителем со встроенной системой ј–” и дифференциальным выходом. ћодель PROM-155 дополнительно имеет встроенный усилитель-ограничитель и PECL Ц выход отсутстви€ сигнала в линии. ћодули предназначены дл€ работы в цифровых волоконно-оптических лини€х св€зи со скоростью передачи информации 2..155 ћбит/c.

“ехнические характеристики оптических модулей приведены в таблице 1.4.

“аблица 1.4. “ехнические характеристики (“ = 25 0—)

ѕараметр

PD-155-ip

PROM-155

—пектральный диапазон, нм

1100..1650

1100..1650

—корость приема, ћбит/с

2..155

2..155

ћощность насыщени€, дЅм

+3

+3

„увствительность, 155мЅит/c

-36

-36

“ип оптического волокна

одномодовое

одномодовое

“ип разъема*

FC/PC

FC/PC

“ип корпуса

4-pin, DIL-8

DIL-14

Ќапр€жение питани€, ¬

4,5..5,5

4,75..5,25

* - тип разъема может быть изменен по согласованию с заказчиком.

†††††††† ¬ св€зи с тем, что ¬ќ—ѕ» должна функционировать посто€нно, а на приемной стороне будет использован автономный источник питани€, дл€ увеличенного непрерывного времени работы линии необходимо иметь ‘ѕ” с возможно меньшим уровнем потреблени€ мощности.

†††††††† “аким образом, целью насто€щего дипломного проекта €вл€етс€ разработка ‘ѕ” дл€ приема аналоговых оптических сигналов с длиной волны λ=1,3 мкм, удовлетвор€ющего всем вышеперечисленным требовани€м, исход€ из данных к дипломному проекту.

 ак известно чувствительность любого усиливающего устройства потенциально ограничиваетс€ собственными шумами.

”силитель разрабатываемого ‘ѕ” не €вл€етс€ исключением. ƒл€ того, чтобы была возможна устойчива€ работа устройства, уровень сигнала должен превышать уровень шума в некоторое количество раз.

‘ѕ” должно обеспечивать заданное качество приема сигнала при минимально возможном уровне входной мощности. удовлетворение этого требовани€ позволит увеличить длину участка св€зи при фиксированной мощности передатчика или при той же длине снизить необходимую мощность передатчика. ”меньшение мощности передатчика в свою очередь создает предпосылку дл€ увеличени€ срока службы лазера Ц самого надежного и дорогосто€щего элемента

¬ќ—ѕ».

‘ѕ” должно сохранить требуемое качество приема при изменении уровн€ входного сигнала (‘ѕ” должно иметь необходимый динамический диапазон работы).

ƒинамический диапазон Ц отношение максимальной средней мощности оптического сигнала на входе приемного оптического модул€, при котором характеристики модул€ не выход€т за допустимые пределы.

¬ разрабатываемом фотоприемном устройстве задано значение динамического диапазона по электросигналу ≥ 50 дЅ.

“аким образом, ‘отоприемное устройство характеризуетс€ системой параметров, важнейшими из которых €вл€ютс€:

Ј       –абоча€ длина волны, дл€ которой нормированы параметры премного оптического модул€.

Ј       ѕолоса пропускани€, то есть интервал частот, в котором модуль коэффициента передачи больше или равен половине его максимального значени€.

Ј       Ќапр€жение шума, то есть среднеквадратичного значени€ флуктуации выходного напр€жени€ в заданной полосе частот в отсутствие оптического сигнала на его входном оптическом торце.

Ј       ќтношение сигнал/шум Ц отношение амплитуды переменной составл€ющей выходного напр€жени€ при заданных характеристиках принимаемого оптического сигнала к среднеквадратичному значению флуктуаций выходного напр€жени€ при приеме немодулированного оптического излучени€ той же средней мощности.

Ј       ѕорог чувствительности Ц минимальна€ средн€€ мощность оптического сигнала на входе при заданных характеристиках этого сигнала, при котором обеспечиваетс€ заданное отношение сигнал/шум или заданный коэффициент ошибок. ”среднение обычно производитс€ в течении интервала времени во много раз превышающего период модулирующей частоты или длительности светового импульса.

‘отоприемные устройства также должны позволить осуществить стыковку с каналообразующей или другой оконечной аппаратурой.

¬месте с тем, в ¬ќ—ѕ» возникают специфические помехи, св€занные с распространением сигналов по световодам.

–ежимы работы ‘ѕ” ¬ќ—ѕ» существенно отличаютс€ от режимов ‘ѕ”, примен€емых в атмосферной св€зи или оптической локации. √лавное отличие состоит в стабилизации канала и отсутствии фоновой засветки.

“ехника фотоприемных устройств развиваетс€ в направлени€х повышени€ быстродействи€, освоени€ новых спектральных диапазонов, совершенствовани€ технологии изготовлени€, конструкции и улучшени€ основных параметров в соответствии с приведенными требовани€ми.


2. ¬ыбор и обоснование структурной схемы ‘ѕ”.

†††††††† ‘ѕ” €вл€етс€ составной частью линейного тракта и служит св€зующим звеном между ¬ќ  и приемником.

†††††††† ‘отодиоды изготавливаютс€ из разных материалов. –абочие диапазоны длин волн , в которых достигаетс€ максимальна€ эффективность фотодиодов дл€ разных полупроводниковых материалов , приведены в таблице 2.1.

“аблица 2.1.

ћатериал

ƒиапазон принимаемых длин волн λ,нм

 ремний

400-1000

√ерманий

600-1600

GaAs

800-1000

InGaAs

1000-1700

InCaAsP

1100-1600

†††††††† –ассмотрим более подробно этот важный узел ¬ќ—ѕ».

‘отоприемник служит дл€ приема (детектировани€) и преобразовани€ оптических сигналов в электрические.

‘отоприемник имеет оптический вход (управл€юща€ цепь) и электрический выход (сигнальна€ цепь). ѕараметры ‘ѕ” должны быть согласованы с источником излучени€ и оптической линией св€зи , с одной стороны, и с электрической нагрузкой, включающей в себ€ любой требуемый преобразователь электрических сигналов :усилитель, модул€тор, декодер, с другой стороны.  ак элемент оптической цепи фотоприемник может работать как в аналоговом, так и в цифровом режимах, что определ€етс€ формой оптического сигнала, поступающего на его вход.

†††††††† ‘отоэлектрическое преобразование позвол€ет получить параметры сигнала, при которых аппаратура, подключенна€ к выходу ‘ѕ”, может нормально функционировать.

†††††††† ќсобенности ¬ќ—ѕ» определ€ют выбор принципа оптического детектировани€, его приборную и аппаратурную реализацию.

†††††††† ѕреимущественно распространен принцип пр€мого детектировани€, основу которого составл€ют

полупроводниковые фотоприемники. ≈му присущи простота реализации, схемна€ минимизаци€, возможность микроминиатюризации и† интеграции на уровне фотопреобразований, высокое быстродействие.

††††††††  онструктивно ‘ѕ” состоит из фотодиода и широкополосного высокочувствительного усилител€.

†††††††† ”силители ‘ѕ” традиционно дел€тс€ на предварительный и оконечный усилитель. Ќа рисунке 2.1 приведена схема ‘ѕ” с пр€мым детектированием.

†SHAPE† * MERGEFORMAT

ќ—

‘Ёѕѕ»

ѕ”

ќ”

 

–ис. 2.1 —труктурна€ схема ‘ѕ”.

‘Ёѕѕ» - фотоэлектрический полупроводниковый приемник излучени€.

ѕ” - предварительный усилитель.

ќ” - оконечный усилитель.

ќ— - цепь отрицательной обратной св€зи.

†††††††† ‘отоэлектрический полупроводниковый приемник излучени€ преобразует оптический сигнал в электрический. ¬ качестве приемника излучени€ чаще всего используют фотодиод или лавинный фотодиод.

†††††††† ѕредварительный усилитель(ѕ”) Ц усиливает сигнал, обеспечива€ наибольшее отношение сигнал/шум. √лавной задачей проектировани€ ‘ѕ” €вл€етс€ достижение минимального порога чувствительности. „ем меньше этот порог , тем больше длина регенерационного или усилительного участка. ѕоэтому ѕ” должен быть хорошо согласован с ‘Ёѕ», обеспечива€ эффективную передачу энергии сигнала и малый уровень шума. ¬ходной каскад ѕ” выполн€етс€ на бипол€рном транзисторе и имеет входное сопротивление, равное внутреннему сопротивлению ‘Ёѕѕ».

†††††††† †ќконечный усилитель (ќ”) Ц осуществл€ет усиление, понижающее выходное сопротивление ‘ѕ”, необходимое дл€ работы устройства обработки сигнала.

†††††††† ‘ѕ”, как правило , работает при уровн€х входной мощности , превышающих порог чувствительности. «апас входной мощности необходим дл€ обеспечени€ надежности св€зи, так как с течением времени, вследствие старени€ лазера, мощность передатчика уменьшаетс€.

†††††††† ѕриемник излучени€ и его рабочий режим выбираетс€ исход€ из заданных спектрального диапазона порога чувствительности, быстродействи€ и требуемого динамического диапазона.

†††††††† ¬ большинстве случаев приходитс€ делать выбор между p-i-n Ц фотодиодом и лавинным фотодиодом. ѕоследний, хот€ и позвол€ет выиграть в пороге чувствительности, работает в меньшем диапазоне температур, часто требует повышенного напр€жени€ питани€, стабилизации режима. Ќадежность Ћ‘ƒ, включенного в конкретную схему, может оказатьс€ меньше надежности p-i-n Ц фотодиода. ”ступает Ћ‘ƒ, p-i-n Ц диоду и в пределах линейности характеристики детектировани€. ¬ качестве фотодиода в аналоговых ¬ќ—ѕ» с большим динамическим диапазоном используетс€ p-i-n Ц диод. Ћ‘ƒ не используетс€, так как имеет малый динамический диапазон из-за сильной зависимости коэффициента умножени€ от сигнала.

†††††††† —ледующим узлом ‘ѕ” €вл€етс€ предварительный усилитель (ѕ”). Ўумовые свойства предусилител€, завис€т от многих факторов: схемы реализации, типа фотодетектора, рабочей полосы частот, типа используемых транзисторов, коэффициента шума транзистора, выбора его рабочей точки, технологии изготовлени€, наличи€ и вида корректируемого фильтра. ƒл€ требуемого частотного диапазона шумовые параметры бипол€рного и полевого транзистора соизмеримы.

†††††††† ѕосле выбора приемника излучени€ и типа транзистора входного каскада необходимо проектирование схемы предварительного усилител€. ѕредварительный усилитель (ѕ”) усиливает электрический сигнал , обеспечива€ наибольшее отношение сигнала к шуму. ѕ” должен быть хорошо согласован с приемником излучени€, обеспечива€ одновременно эффективную передачу энергии сигнала и малый уровень шума.†† ƒл€ получени€ малошум€щего усилени€ примен€ютс€ схемы самой различной структуры: усилители могут быть дифференциальными и недифференциальными, содержать или не содержать цепи обратной св€зи и согласующие цепи.

††††††††  лассификаци€ схем осуществл€етс€ по нескольким направлени€м. ѕо способу преобразовани€ сигнала во входной цепи различают усилители фотонапр€жени€, фототока , преобразователи токонапр€жени€ и другие. ѕо величине входного сопротивлени€ усилители подраздел€ютс€ на высокоимпендансные и низкоимпендансные. ”силители с глубокой обратной св€зью по напр€жению называют трансимпендансными.

†††††††† –ассмотрим подробнее свойства каждой схемы. ќсновные преимущества дифференциальных усилителей Ц это низкие требован舆 к абсолютной величине номиналов элементов и высока€ помехозащищенность. ¬месте с тем , дифференциальные усилители уступают обычным по шумовым характеристикам : уровень шума в них на 3-5дЅ выше. ƒифференциальные усилители примен€ютс€ в монолитных интегральных схемах и в тех случа€х , когда весьма важным требованием может оказатьс€ помехозащищенность, например в вычислительных (схемах) сет€х.

†††††††† —реди схем без обратной св€зи наибольшее распространение получили высокоимпендансные усилители на полевых транзисторах. Ќизкоимпендансные усилители примен€ютс€ главным образом на —¬„.

†††††††† Ќизкоимпендансным усилителем прин€то называть усилитель с входным сопротивлением 50 ќм. ƒостоинством усилител€ первого типа €вл€етс€ возможность достижени€ минимального порога чувствительности , а недостатками : сравнительно низкий динамический диапазон , высока€ чувствительность к действию электромагнитных помех, необходимость индивидуальной настройки. использование высокого входного сопротивлени€ (единицы, дес€тки ћќм) привод€т к интегрированию сигнала во входной цепи, вызывает частотные искажени€. ѕри этом возрастает отношение сигнала к шуму первого каскада усилител€.

†††††††† ’от€ использование большого входного сопротивлени€ помогает максимизировать отношение сигнал/шум в приемнике оптических сигналов, однако оно одновременно порождает неудобства, вызванные необходимостью осуществл€ть значительную по величине коррекцию.

†††††††† ѕервое неудобство состоит в том, что коррекци€ должна быть индивидуально приспособлена дл€ каждой схемы. ќна не

может быть установлена заранее. ѕричина в том, что коэффициент усилени€ должен измен€тьс€ по закону: G(f) = G0· (1+j·2p·f·—·R), а значени€ —вх и Rвх измен€ютс€ от прибора к прибору от схемы к схеме и часто завис€т от температуры.

†††††††† ¬ результате кажда€ схема должна настраиватьс€ индивидуально.

†††††††† ¬тора€ проблема в том, что значительное изменение коэффициента усилени€ с частотой означает уменьшение динамического диапазона усилител€. —труктурна€ схема этого типа предусилител€ показана на рис. 2.2.

 (jw)

Rн

вх

–ис. 2.2 —труктурна€ схема высокоимпедансного усилител€.

 

†††††††† ѕоложительна€ обратна€ св€зь вводитс€ дл€ компенсации входной емкости. ¬еличина сопротивлени€ нагрузки рассчитываетс€ по формуле:†††††† ††††††††

†††††††† “олько входна€ емкость (—вх) беретс€ компенсированной. јктивный, как правило, фильтр K(jw), формирует требуемую частотную характеристику.

†††††††† —хема с низким входным сопротивлением не нуждаетс€ в коррекции ј„’.

†††††††† »спользование хорошего лавинного фотодиода с коэффициентом усилени€ ћ=20, и более гарантирует обеспечение режима детектировани€, ограниченного дробным шумом.

†††††††† ќднако, это справедливо дл€ фотодетектора на p-i-n - фотодиоде и увеличение шума в этом случае может быть значительным.

†††††††† —труктурна€ схема низкоимпедансного усилител€ приведена на рис. 2.3

†SHAPE† * MERGEFORMAT

—вх

–ис. 2.3 —труктурна€ схема низкоимпедансного усилител€

††††††††

†††††††† “акой усилитель требует только расчета сопротивлени€ нагрузки Rн по известной, в общем случае, входной емкости и требуемой полосе частот:

†††††††† ’от€ входной импульс малой величины и обеспечивает большой динамический диапазон, тепловые шумы ограничивают возможности применени€ в системах св€зи.

†††††††† ќбычно предпочитают использовать усилитель с обратной св€зью. ≈го основное преимущество Ц отсутствие необходимости осуществл€ть какую Ц либо коррекцию. Ўумы такого усилител€ могут быть много меньше, чем у обычного усилител€ напр€жени€ без коррекции.

†††††††† “рансимпедансный усилитель содержит цепь параллельной обратной св€зи (рис. 2.4)

¬ыход

Rо.с.

–ис. 2.4 —труктурна€ схема трансимпедансного усилител€.

†††††††† “акой усилитель рассматривать как преобразователь фототокнапр€жение. ≈го коэффициент преобразовани€, равный отношению: †, имеет размерность сопротивлени€. — сопротивлением передачи Утрансимпедансом У и св€зано название схемы 2.4. ѕри достаточно большом (бесконечном) усилении в отсутствии обратной св€зи сопротивление передачи равно Rос. ¬ отличии от схемы без обратной схемы, где резистор нагрузки имеет то же сопротивление передачи (Rн=Rос), нагрузка в виде трансимпедансного усилител€ усиливает мощность. Ѕлагодар€ действию обратной св€зи происходит снижение входного сопротивлени€ и может исчезнуть необходимость высокочастотной коррекции, увеличиваетс€ динамический диапазон. ¬ыигрыш в динамическом диапазоне примерно равен соотношению коэффициентов усилени€ при разомкнутой и замкнутой цепи обратной св€зи.

†††††††† †»спользование общей параллельной отрицательной обратной св€зи позвол€ет получить очень хорошую стабильность режимов работы по посто€нному току всех транзисторов, а также одновременно осуществить коррекцию частотной характеристики ‘ѕ”, выполненное применением данной структуры обеспечивает динамический диапазон на 10 дЅ. больше, чем усилитель высокоимпедансный, при увеличении шумов примерно на 1дЅ.

†††††††† ќсновна€ проблема усилителей данного типа Ц обеспечение их устойчивости. »спользование прот€женной цепи обратной

св€зи, охватывающей усилитель с большим коэффициентом усилени€ и высоким входным импедансом, делает схему усилител€ склонной к самовозбуждению на высоких частотах, вследствие возникновени€ положительной обратной св€зи через транзисторную емкость.

†††††††† †„тобы избежать самовозбуждени€, требуетс€ тщательное, продуманное компоновка и эффективна€ экранировка элементов схемы. » так наименьшими шумами обладают высокоимпедансные усилители с интегрированием во входной цепи. ѕо динамическому диапазону на первом месте оказываетс€ трансимпедансный усилитель, за ним следует низкоимпедансный и высокоимпедансный. ѕо рабочему диапазону частот первенство принадлежит низкоимпедансному усилителю. ¬ меньшем диапазоне частот возможно применение высокоимпедансного и особенно трансимпедансного усилителей.

†††††††† ”читыва€ все достоинства и недостатки схем усилителей, выбираем схему трансимпедансного усилител€.

†††††††† ¬ данном дипломном проекте разрабатываетс€ ‘отоприемное устройство дл€ короткой линии св€зи (1км.).

†††††††† ѕредполагаем, что на выходе ‘ѕ” находитс€ профессиональный радиоприемник. ‘ѕ” в нашем случае без системы автоматической регулировки усилени€ (ј–”), так как есть веро€тность, что устройство ј–” будет откликатьс€ на помеху. ¬ результате приведенного анализа структурна€ схема ‘ѕ” примет вид:

2

1

–ѕр”


–ис. 2.5 —труктурна€ схема фотоприемного устройства.

1.    Ц предварительный усилитель

2.    Ц оконечный усилитель

–ѕр” Ц радиоприемное устройство


3. ¬ыбор и обоснование принципиальной схемы предварительного усилител€ ‘ѕ”.

3.1 ¬ыбор и обоснование принципиальной схемы предварительного усилител€ ‘ѕ”.

¬† соответствии со структурной схемой приведенной ранее, ‘ѕ” конструктивно делитс€ на два функционально независимых усилител€ : предварительный и оконечный.

–ассмотрим предварительный усилитель. ќсновным требованием , при соблюдении прочих условий (заданной полосы пропускани€) предъ€вл€емых к предварительному усилителю €вл€етс€ обеспечение заданного отношени€ сигнал/шум.

ƒинамический диапазон фотоприемного устройства по минимальному сигналу определ€етс€ собственными шумами ‘ѕ”, которые состо€т из шумов фотодиода и шумов усилител€.

ќт выбора типа транзистора , используемого во входном каскаде, зависит шум усилительной схемы.

ƒл€ требуемого частотного диапазона шумовые параметры бипол€рного транзистора (Ѕѕ) и полевого транзистора (ѕ“) соизмеримы, поэтому выбираем бипол€рный транзистор при использовании которого проще осуществить заданный частотный диапазон.

Ўумова€ эквивалентна€ схема входного каскада ‘ѕ” представлена† на рис.3.1.

iш,Ѕ“

iш,

†Rн

iф

iф

iф~

iф~ - генератор фототока сигнала

iф,ш -генератор шумового фототока , создаваемого шумовой оптической мощностью.

iш,ф0- генератор шумового тока , создаваемого посто€нной оптической мощностью.

iш,Rн Ц генератор шумового тока ,создаваемого эквивалентным сопротивлением нагрузки фотодиода по переменному току.

iш,Ѕ“ Ц генератор шумового тока ,создаваемого шумами Ѕ“ входного каскада.

†††††††† Ёти токи определ€ютс€ из следующих выражений :

;††††† (1)

††††††††††††††† (2)

;††††††† †††††††† (3)

† ;††††††† †††††††† (4)

где: ††††Iф0-посто€нный ток засветки

††††††††††† RIN=-155дЅ/√ц Ц относительна€ интенсивность шума

†††††††††††

†††††††††††   Ц посто€нна€ Ѕольцмана

††††††††††† “ Ц температура (в  ельвинах)

†††††††† ѕосто€нна€ оптическа€ мощность ,величина котора€ определ€етс€ исходной рабочей точкой на вольт-амперной характеристике лазера дл€ получени€ минимальных нелинейных искажений (комбинационные искажени€) и потер€ми в ¬ќ , падающа€ на фотодиод , создает фототок сигнала и фототок фоновой засветки , определ€емыми посто€нной оптической мощностью, определ€етс€ соотношением:

iф= l·Pсв/η·h·톆††††††††††† или ††††††††††iф=ј·–св , ј=l/η·h·ν ,

гд円††† –св Ц падающа€ на ‘ƒ оптическа€ мощность.

††††††††††† η Ц квантовый выход.

††††††††††† h Ц 6,63·10-34 Ц посто€нна€ ѕланка

††††††††††† ν Ц частота света.

ѕри –св† на выходе ЌЋѕЌ равном 0,5м¬т на ‘ѕ” будем иметь :

Iф0=ј·–св/D ;† где : D Ц потери в линии.

†††††††† — учетом потерь на двух оптических разъемах(α=1дЅ/км) и затуханием ќ (α=1дЅ/км) суммарные потери †D=3дЅ/км, что составл€ет† 10lgD=10lg3=0,5 раз.

††††††

††††

†††††† ј = 0,7 ¬т/ј

ѕодставл€€ фототок Iф0 в выражение(1) и (2) получим следующие соотношени€

††††††† i2ш,ф0 = 2Iф0Δf = 32·10-19·1,75·10-4 = 5,6·10-15ј2

i2ф,ш = I2ф0·10RIN/10·Δf = (0,175·10-3)2·10-15·106 = 3,06-1·10-17A2

т.е. мы получили ,что шумовой ток ,создаваемый посто€нной оптической мощностью за счет RIN на два пор€дка меньше шумового тока , создаваемого посто€нной фоновой засветкой и, соответственно, его вли€нием в нашем случае можно пренебречь.

†††††††† “аким образом , чем меньше ток базы . тем меньше шумы транзистора, но при малых токах ухудшаетс€ h21 ,а также ухудшаютс€ частотные свойства , ухудшаетс€ fт, поэтому дл€ вышесказанного частотного диапазона компромиссным решением будет использование —¬„ транзистора при токах поко€ .

†††††††††††††††††† Iк† ≈ 1÷2 мј

†††††††† ‘ормула коэффициента шума показывает справедливость этих допущений.

†††††††† Ќапример, при Rг = 1 кќм (эквивалентное сопротивление нагрузки ‘ƒ по переменному току ) , более нежелательно из-за больших частотных искажений.

†††††††† ѕри fв ≥ 400ћ√ц необходимо использовать —¬„ транзистор 2“3114¬-6 , у которого fгр ≈ 4,7√√ц при Iк = 2мј

††††††††

где:† rТб - сопротивление тела базы

†††††††† r бТэ Ц сопротивление базы-эмиттер

†††††††† h21э Ц 100

††††††††† rТб Ц 5 ќм (дл€ транзистора 2“382ј)

†††††††††††††††††† Rг=R1‌‌‌‌‌||R2||R4≈1кќм

†††††††††††††††††† rбТэ=26/Iк·h21

ѕри токе† Iк=2мј,††† h21э=100,† rТб=10 ќм.

ѕри этих данных †rбТэ=1,3кќм;† F=1,45† эквивалентный шумовой ток, учитывающий R транзистора , равен

†дл€ f=1ћ√ц

†††††††† ѕри минимизации собственных шумов ‘ѕ” и максимизации динамического диапазона к построению электрической принципиальной схемы ‘ѕ” и выбору режимов транзисторов его каскадов , особенно выходных , предъ€вл€ютс€ противоречивые требовани€.

†††††††† ¬о-первых, транзисторы выбираютс€ —¬„† диапазона , например 2“3114¬-6 маломощные, с fгр≥4 √√ц.

†††††††† “ок поко€ входного каскада нами уже выбран из услови€ минимизации шумов.

†††††††† “ранзистор 2“3114¬-6 имеет следующие параметры:

††††††††† Pк доп = 25 м¬т;†††††††††††††††††† fг= 4,7 √√ц;

††††††††† Iк доп = 15 мј;††††††††††††††††††††† h21= 100††† ;

††††††††† Uк доп = 5 ¬;†††††††††††††††††††††††† Cк = 0,4 п‘;††††††† rрасч = 6 нс

„тобы совместить эти противоречивые требовани€ (минимальные шумы , максимальный частотный и динамический диапазон), входной каскад выполн€етс€ по схеме эмиттерного повторител€, который обладает этими свойствами .

†††††††† ¬торой каскад дл€ обеспечени€ заданного частотного и динамического диапазонов выполн€етс€ по каскодной схеме с местной обратной св€зью(ќ—). ¬ качестве 2-го и 3-го каскадов используетс€ —¬„ микросхема типа ћ 45121-2.

†††††††† Ќаличие во втором каскаде ‘ѕ” обратной св€зи увеличивает особенно динамический диапазон, а также и частотный, при этом не ухудшаютс€ шумовые свойства ‘ѕ”, так как первый каскад создает требуемое усиление по мощности.

†††††††† Ёто же позвол€ет ток поко€ каскадной схемы выбрать достаточно большим, что в свою очередь увеличивает глубину обратной св€зи и тем самым уменьшает нелинейные и частотные искажени€.

†††††††† Ёлектрические параметры микросхемы приведены в таблице 3.1 в конце главы.


3.2†† ¬ыходной каскад

†††††††† ¬ыходной каскад дл€ согласовани€ с внешней нагрузкой выполнен по схеме эмиттерного повторител€. ѕри этом Rн=50 ќм и ток поко€ выбираетс€ достаточно большим.

†††††††† ѕринципиальна€ схема выходного каскада изображена на рис.3.3.

VT2

—9

R20

R21

R19

—6

R18

+12¬

¬ыход

††††††††

–ис.3.3 ѕринципиальна€ схема выходного каскада ‘ѕ”.

†††††††† ¬ качестве выходного транзистора VT2 можно использовать тот же транзистор, что и в предварительном усилителе:2“3114¬-6.

†††††††† ”чет всех этих рекомендаций позволил реализовать схему ‘ѕ”, котора€ изображена на рис.3.2 и 3.3.

†††††††† ѕервые три транзистора охвачены общей отрицательной обратной св€зью(ќќќ—), что позвол€ет увеличить частотный и динамический диапазоны без ухудшени€ чувствительности.

†††††††† јнализ принципиальной схемы ‘ѕ” показывает, что использование в качестве входного каскада эмиттерного повторител€ позвол€ет решить одновременно много задач:

††††††††† - уменьшить нелинейные искажени€ входного каскада ;

†††††††† †- увеличить его частотный диапазон;

†††††††† †- уменьшить нелинейные искажени€ второго каскада путем увеличени€ глубины местной ќ— за счет малого выходного сопротивлени€ эмиттерного повторител€.

†††††††† ¬се это не ухудшает чувствительности ‘ѕ”, так как входной каскад в h21 раза усиливает мощность сигнала.

††††††††

ќпределим граничную частоту усилени€ ‘ѕ”:

†††††††† U2(p) = τ1(p)·K(p) = £ф·Zвх·F·K(p),

гд円†††††††††††† U2(p) - напр€жение на входе ‘ѕ”

†††††††††††††††††††† U1(p) - напр€жение на нагрузке ‘ƒ, т. е. комплексном сопротивлении по переменному току, действующему между базой входного транзистора и общим проводом.

†††††††††††††††††† †††  (р) Ц общий коэффициент усилени€ всех каскадов ‘ѕ” ,кроме выходного.

†††††††††††††††††† †††† £ф Ц фототок сигнала;

†††††††††††††††††† †††† Zвх Ц входное сопротивление ‘ѕ” при действии общей ќ—, охватывающей первые два каскада.

†††††††† ¬ нашем случае  (р) =  1(р)· 2(р) ≈  1· 2 ≈  2 , так как  1 = 1 и усиление этих каскадов можно считать в нашем частотном диапазоне посто€нным.

†††††††† “огда, при† Zвх,F = Zвх†††††††††††††††††††††† Fкз = 1,†† Fхх = 1+ ¬(р)

√д円 ¬(р) =†††††† Rг·—вх;††† Zвх =

ѕолучим: ;

1 + B0K = F0,†††† ,††††† K2 = 4

„астота верхнего среза дл€ входных каскадов ‘ѕ”( первого и второго) при действии общей ќќ— равна:

††††††††††† ‘ѕ” может быть выполнен и на дискретных транзисторах, по приведенной выше схемотехнике, но при этом должны использоватьс€ транзисторы с fг > (4÷5) √√ц

††††††††

†††††††† “ехнологи€ использовани€ возможна гибридно-пленочна€.

“аблица 3.1

ѕараметры, единицы

измерени€

Ќорма

Ќе менее

Ќе более

1. ¬ерхн€€ частота рабочего диапазона, ћ√ц

1000

-

2.  оэффициент шума в режиме преобразовани€, дЅ

-

10

3. ¬ерхн€€ граница линейности ј„’ по сжатию  р на 1дЅ, м¬т

0,1

-

4. –азв€зка между каналами, дЅ

30

-

5.  оэффициент передачи по мо- щности в режиме усилени€, дЅ

-

5

6. ƒопустима€ входна€ мощность, м¬т

-

5

7. ћинимальна€ наработка, час

25000

-

8. 90 - процентный ресурс, час

40000

-

9. ћасса, г

-

1,5

10.  онструктивное исполнение планарное, 14 гибких ленточных вывода, габариты (мм.)

* ƒл€ повышени€ устойчивости и уменьшени€ паразитных св€зей свободные выводы и основание корпуса рекомендуетс€ заземлить.


4. –асчет фотоприемного устройства

4.1 –асчет выходного усилител€.

††††††††

†††††††† –асчет  -цепи по посто€нному току включает выбор режимов транзисторов и расчет сопротивлений резисторов, обеспечивающих выбранные режимы и их стабильность. ѕри этом мощности, потребл€емые, от источников питани€ и сигнала должны быть минимальными.

†††††††† –ежим работы транзистора , определ€емый положением исходной рабочей точки(точки поко€) на выходных характеристиках транзистора (рис.4.1.)т.е. значени€ми тока поко€ коллектора Iк к посто€нной составл€ющей напр€жени€ между коллектором и эмиттером† Uк , должно быть таким, чтобы на внешней нагрузке обеспечивалось заданна€(номинальна€)мощность сигнала и параметры предельных режимов работы транзистора не превышали максимально допустимых значений.

†††††††† ѕринима€ во внимание потери мощности сигнала в выходной цепи , вносимые цепью обратной св€зи, выходной цепью транзистора, максимальное рабочее значение мощности, рассеиваемой на коллекторе транзистора

кр макс < ik

к доп = 100 м¬т

(ћощность рассеиваема€ на коллекторе транзистора не должна превышать допустимую величину).

†††††††† ќпределим режим работы выходного транзистора. “ок коллектора выходного транзистора был оговорен при выборе принципиальной схемы.

†††††††† ƒл€ уменьшени€ нелинейных и частотных искажений ток поко€ выбрали равным 10 мј исход€ из того что:

Rкр макс ≈ Uкэ·Iк

Uкэ Ц напр€жение между коллектором и эмиттером = (5÷6)¬.

Rk ≈ Rэ

Uk

ik

2Ik

ik=E0/Rн

Uk·E0

E0

Iб=6мј

Iб=5мј

Iб=4мј

Iб=3мј

Iб=2мј

Iб=1мј

Iб=0

2Ukm

††††††††

 

–ис. 4.1 ¬ыходна€ характеристика транзистора.

Ќапр€жение гасимое на сопротивлении R19 находим , как разницу напр€жени€ источника питани€ и падением напр€жени€ на резисторе R20 и между коллектором и эмиттером.

†††††††† †††††††††††††††

††††††††

†††††††† =6,5 ¬

††††††††

ќпределим токи выходного каскада:

√де h21=

Iд Ц ток протекаемый через делитель напр€жени€. ƒл€ достаточной стабильности режима транзистора Iд должен быть значительно больше Iб, обычно принимают Iд ≥ (5÷10)Iб

ѕусть Iд = 10Iб, тогда:

††††††††

††††††††

†††††††† Iэ = 10Ј10-3 + 0,1Ј 10-3 = 10,1 (мј)

†††††††† Iд = 10Ј0,1мј = 1(мј)

—опротивление резисторов делител€ напр€жени€ в цепи базы транзистора рассчитываетс€ по формуле:

††††††††

††††††††

†††††††† Uб0 = Uбэ + Uэ0 = Uбэ + Iк Ј Rэ(21)

ѕри использовании в усилителе кремниевых транзисторов, значени€ напр€жений база Ц эмиттер можно прин€ть равным:

†††††††† Uбэ = 0,6¬, тогда

††††††††

††††††††

ѕо номиналам: R18 = 10(кќм)

††††††††††††††††††††††††††† R19 = 1,1(кќм)

†††††††† Ќелинейные искажени€ усилител€ определ€етс€ выходным каскадом, ко входу которого приложено наибольшее напр€жение сигнала, точнее нелинейностью характеристик транзистора этого каскада:

††††††††

†††††††† R21 = Rвых = 50(ќм)

            –асчет предварительного усилител€ (ѕ”).

ѕ” усиливает электрический сигнал, обеспечива€ наибольшее отношение сигнал/шум. ќсновные требовани€, предъ€вл€емые к ѕ” Ц минимальные шумы, максимальный частотный и динамический диапазоны.  ак уже рассматривалось ранее, дл€ удовлетворени€ этих требований входной каскад выполнен по схеме эмиттерного повторител€, который обладает этими свойствами.

¬торой и третий каскады дл€ обеспечени€ заданного частотного и динамического диапазонов выполн€ютс€ по каскодной схеме. ¬есь ѕ” охвачен общей ќќ—, что позвол€ет увеличить частотный и динамический диапазоны без ухудшени€ чувствительности.

ѕроведем расчет каскадов усилени€ по посто€нному току. –асчет   Ц цепи по посто€нному току включает выбор режимов транзисторов микросборки и входного каскада, а также расчет сопротивлений резисторов, обеспечивающих выбранные режимы и их стабильность, при этом мощности потребл€емые от источника питани€ и сигнала должны быть минимальными.

 ак уже было оговорено, входным выбираетс€ маломощный транзистор —¬„ диапазона с fm > (4÷5)√√ц. Ќапример: 2“ 3114 ¬-¬.

ќн, а также транзисторы, вход€щие в состав —¬„ микросборки

ћ45121-2 имеют следующие основные параметры:

†††††††††††††††††† –к доп = 100 м¬т

†††††††††††††††††† Iк доп = 20 мј

†††††††††††††††††† Uк доп = 15 ¬

†††††††††††††††††† τк = 1,5 нс

†††††††††††††††††† fг = 5 √√ц

†††††††††††††††††† h21 = 40 Ц 330

†††††††††††††††††† —к = 0,6 п‘

†††††††† »з ранее рассмотренных соображений относительно широкополосности и собственных шумов ‘ѕ” ток коллектора I каскада равен 2 мј.  о II† и III каскадам менее жестки шумовые требовани€ и с целью улучшени€ частотных свойств, ток коллектора выбран в пределах 5 мј. ƒл€ расчета шумов величина сопротивлени€ нагрузки фотодиода по переменному току Rг в данной схеме рассчитываетс€ как:

†††††††† Rг = R2 || R4 || R1 = 1кќм

ѕри Rг = 1кќм шумы Rг и тока базы транзистора соизмеримы, если Iб = 20мкј

†††††††† †††††††† [9]†††††††††††††

ѕри приравнивании:

†получим:

†при R = 1кќм

Iб = 20мкј

†††††††† Ќаходим и наносим на схему (рис.3.2) значение напр€жени€ на всех узлах схемы относительно общего (заземленного) полюса источника питани€. ѕри этом следует учесть, что величина нагрузочных резисторов II Ц го и III Ц го каскадов (R7 и R15) должны быть не более 75ќм. »наче ухудшатс€ частотные свойства усилител€. »сход€ из этого, при коллекторных токах 5мј, на этих резисторах будет падение напр€жени€ около 0,5¬.

††††††††  оэффициент передачи цепи обратной св€зи по посто€нному току вычисл€етс€ по следующей формуле:

†††††††† , где

Rвх(VT4) Ц входное сопротивление каскада с ќ .

††††††††

†††††††† Rвх = h11+Rэ(1+h21)

“ак как Rвх ї R1 и им можно пренебречь, тогда

††††††††

Ќапр€жение на базе VT1:

†††††††† Uб0,1 = Uк2 Ј ¬

†††††††† Uб0,1 = 11,5 Ј 0,37 = 4,2(¬), где

†††††††† Uб0,1 = Uбэ,1 + Uбэ,3 + Uэ,3

ѕри использовании в усилителе кремниевых транзисторов значени€ напр€жени€ база Ц эмиттер можно прин€ть равным (0,6÷0,7)¬.

†††††††† ¬ыбираем:†††††††† Uбэ,1 = 0,6 ¬

††††††††††††††††††††††††††††††††††††† Uбэ1,3 = 0,7 ¬

“огда Uэ,3 = 4,2-1,3 = 2,9(¬)

Ќапр€жение на эмиттере первого транзистора находим следующим образом:

††††††††

†††††††† Uэ,1 = τб0,1 - τбэ,1

†††††††† Uэ,1 = 4,2-0,6 = 3,6(¬)

ƒл€ широкополосного усилител€ выбираем Uэ,2 = 4¬

—ледовательно:

††††††††

†††††††† Uэ3 = Uк,2 = Uкэ,2 - Uэ,3

†††††††† Uкэ,3 = 11,5 - 4 - 2,9 = 4,6(¬)

Ќапр€жение на базе второго транзистора

††††††††

†††††††† Uб0,2 = Uк,3 + Uбэ,2 = (Uэ,3 + Uкэ,3) + Uбэ,2

†††††††† Uб0,2 = (2,9 + 4,6) + 0,7 = 8,2(¬)

“ак как каскады II и III однотипны то посто€нные напр€жени€ транзисторов T4 и T5 соответствуют посто€нным напр€жени€м транзисторов T2, T3 »ћ—.

†††††††† «на€ все напр€жени€ в схеме и токи каскадов сопротивление резисторов схемы:

††††††††

††††††††

по номиналу принимаем R9 = R16 = 510(ќм)

††††††††

ƒл€ достаточной стабильности режима транзисторов “2, “4, “5 ток, протекающий через делитель напр€жени€ в цепи базы Iд берем равным 1мј.

†††††††† —опротивление делител€ в цепи базы VT1 должны с одной стороны удовлетвор€ть условию Rг = R2 || R4 || R1 = 1кќм, а с другой стороны, обеспечивать необходимое напр€жение смещени€ (4,2¬).

†††††††† ¬еличина R2, исход€ из смещени€ на T3 и тока коллектора, VT1 выбрана 1,8 кќм, следовательно:

††††††††

†††††††† (R1||R4 = x)

†††††††† x Ј 1,8 = x + 1,8;

†††††††† 0,8x = 1,8;

†††††††† x = 2,25;

–ешив систему уравнений, найдем необходимые величины резисторов R1 и R4:

††††††††

¬ыберем: R1 = 3,6 кќм и R4 = 6,2 кќм

—опротивлени€ резисторов делител€ напр€жени€ в цепи базы “2, “6 рассчитываютс€ по следующим формулам:

†††††††† †

Ёти резисторы выберем равными 7,5 (кќм)

††††††††

ѕримем номиналы этих резисторов равными 3,9 кќм.

†††††††† ƒл€ расчета базового делител€ транзистора “5 используетс€ аналогична€ методика. “ок делител€ выберем равным 1мј, что соответствует номиналам резисторов:

††††††††

Ѕлижайшими к этим будут номиналы: 8,2(кќм) и 3,6(кќм), соответствующие резисторам R11 и R12.

†††††††† ћестную ќ— в цепи эмиттера “3 создает цепочка R10;C5, а также R17;C7 в III - ем каскаде ‘ѕ”.

Ќеобходимое значение ќ—: F = 1 + S Ј Rэос

 оэффициент усилени€ усилител€ без ќ— ( ) должен быть достаточным дл€ обеспечени€ заданного значени€  , при требуемой величине F:

†††††††† †

ѕо номиналу RЁќ—(R10) = 22(ќм), тогда требуетс€ глубина местной обратной св€зи равной:

†††††††† F = 1 + 0,2 Ј 2,2 = 5,5

÷епь √ Ц образных RC фильтров в цепи питани€ используетс€ из услови€ выполнени€ двух требований:

Ј       ћинимальные потери напр€жени€ источника питани€;

Ј       ќбеспечение устранени€ самовозбуждени€ из-за паразитной обратной св€зи между каскадами на сопротивлении питающих проводов и внутренним сопротивлением источника питани€;

            –асчет частотных характеристик цепи усилител€.

ќпределим граничную частоту усилени€ ‘ѕ”.  оэффициент усилени€   цепи, как функцию передачи информации линейной цепи, представить в операторной форме [9]:

††††††††

††††††††

где U2(p) Ц напр€жение на выходе фотоприемного устройства

U1(p) Ц напр€жение на нагрузке ‘ƒ т.е. на комплексном сопротивлении по переменному току, действующему между базой входного транзистора и общим проводом.

††††††††  (р) Ц общий коэффициент усилени€ всех каскадов ‘ѕ”, кроме выходного.

†††††††† Jф Ц фотопоток сигнала

†††††††† Zвх,F Ц входное сопротивление ‘ѕ” при действии общей ќ—, охватывающей первых 2 каскада:

†††††††† ¬ нашем случае  (р) =  1(р) Ј  2(р) и  (р) =  1 Ј  2 =  2, так как

 1 = 1 и усиление этих каскадов можно считать в нашем частотном диапазоне посто€нным.

†††††††† “огда при использовании формулы Ѕлеймана, найдем Zвх,F:

†††††††† †† [7]

†††††††† Fкз = 1;††††† Fxx = 1 + кβ(р) , где

††††††††

††††††††

¬ результате получим:

††††††††

††††††††

1+ B0 Ј K = F0 Ц глубина местной гальванической обратной св€зи.

¬0 Ц коэффициент передачи по петле обратной св€зи.

†††††††† „астота верхнего среза дл€ входных каскадов ‘ѕ” (первого и второго) при действии ќќ— равна:

††††††††

ќпределим напр€жение шумов на выходе ‘ѕ”:

††††††††

†††††††† I = IR + Iб + Iд0 = 50мкј + 20мкј + 180мкј = 0,25мј

„тобы пренебречь шумами измерительного приемника, которые в полосе частот 20 к√ц составл€ет 0,5 мк¬, увеличим напр€жение шумов на выходе ‘ѕ” в 3 раза:

††††††††


4.4. ќптимизаци€ характеристик цепи ѕ”

( при помощи программы моделировани€ электрических цепей Fastmean).

ѕрограммы моделировани€ электрических цепей (такие как OrCAD PSPICE, Micro-Cap, Electronics Workbench) во многих задачах обеспечивают удовлетворительный анализ переходного процесса. ќднако в некоторых случа€х расчет занимает очень много времени и точность может быть значительно ниже, чем необходимо, так как множество точек переходного процесса необходимо вычислить с помощью традиционной процедуры интегрировани€.

¬ программе FASTMEAN используютс€ новые решени€ матричных рекуррентных уравнений. Ётот алгоритм совершенно отличаетс€ от обычно используемых в программах. ¬место отдельных точек функции переходного процесса вычисл€ютс€ коэффициенты разложени€ в р€д “ейлора в матричной форме. Ёто позвол€ет найти значение функции дл€ любого момента времени внутри заданного шага, который может быть больше (в сотни, тыс€чи раз и более), чем обычный шаг в широко используемых программах. ¬ некоторых случа€х, переходный процесс во всем временном интервале может быть рассчитан за один шаг.

”величение числа членов разложени€ в р€д “ейлора вместо увеличени€ числа маленьких шагов позвол€ет существенно уменьшить врем€ расчета и, в то же врем€, увеличить его точность. ќднако, максимальное число членов р€да “ейлора ограничено возможност€ми современного компьютера и составл€ет 70-80 членов. ¬ычисление большего числа членов может привести к большей ошибке, чем ожидаетс€, или к совершенно неверному результату (при вычислении более 100 членов), но это происходит не по вине метода, а из-за ограниченности разр€дной сетки компьютера и, следовательно, из-за ошибок округлени€.

ћатематические основы этих решений разработаны проф. јртымом ј. ƒ. и проф. ‘илиным ¬. ј. (–осси€, г.—анкт-ѕетербург, √осударственный ”ниверситет “елекоммуникаций им. проф. ћ. ј. Ѕонч-Ѕруевича, кафедра “еории Ёлектрических ÷епей). ¬последствии, проф. јртым, проф. ‘илин и их коллеги разработали совершенно новую программу и применили ее дл€

решени€ серьезных практических задач. ƒанна€ верси€ FASTMEAN предназначена дл€ привлечени€ внимани€ специалистов и научных коллективов ¬”«ов, интересующихс€ проблемами анализа сложных переходных процессов в цеп€х (также с переключени€ми), которые трудно рассчитать с большой точностью и скоростью традиционными методами.

Ќа панели инструментов есть 3 группы элементов: ќсновные, »сточники и јктивные. ¬ыберите одну из них, и по€витс€ окно с доступными элементами. ¬ыберите нужный нажатием на соответствующую кнопку и поместите его на схему щелчком левой кнопки мыши. ѕосле того, как вы закончили добавл€ть элемент, нажмите правую кнопку мыши или соответствующую кнопку в окне.

¬ы можете легко изменить параметры элемента, дважды щелкнув на нем мышью и введ€ необходимые значени€ в окне диалога. ¬ы можете вращать и отображать элемент: выделите его и нажмите нужную кнопку на панели инструментов. »спользуйте команды ¬ырезать(Ctrl+X),  опировать(Ctrl+C), ¬ставить(Ctrl+V) дл€ работы с буфером обмена.  огда ¬ы выдел€ете элементы и нажимаете ¬ырезать или  опировать, программа помещает их в буфер обмена, использу€ свой формат, и как точечный рисунок, так что ¬ы можете использовать изображение схемы в других приложени€х.

¬ы можете соединить элементы проводами с помощью мыши, перетаскива€ указатель от одного вывода к другому. „тобы соединить более двух проводов вместе, используйте —оединитель (группа ќсновных элементов). ћожно подтащить провод от вывода к другому проводу - программа автоматически соединит их, добавив —оединитель.

„тобы изменить масштаб, используйте команды: ”величить масштаб(Ctrl++) и ”меньшить масштаб(Ctrl+-).

ѕосле того, как ¬ы создали схему, ее можно сохранить, использу€ команды меню ‘айл.

√руппы элементов: ќсновные, »сточники и јктивные элементы (линейные модели).

ќсновна€ группа включает :

–езистор. ѕараметры: сопротивление(R) в омах

†††††††† »ндуктивность. ѕараметры: индуктивность(L) в √н; начальные услови€(Ќ”) в ј.

††††††††  онденсатор. ѕараметры: емкость(C) в ‘; начальные услови€(Ќ”) в ¬

†††††††† ”нистор. ѕараметры: крутизна(S) в —м

†††††††† »деальный трансформатор. ѕараметры: коэффициент трансформации(n)

†††††††† —оединитель. ƒл€ соединени€ более двух проводов вместе.

†††††††† "«емл€". ƒл€ обозначени€ нулевого узла. ¬ы должны присоединить "«емлю" к схеме, чтобы выполнить анализ.

√руппа источников включает :

»сточник напр€жени€. ѕараметры:

†††††††† “ип источника - посто€нный, гармонический или меандр

†††††††††††††††††† ¬ зависимости от типа источника доступны различные параметры.

†††††††††††††††††† ƒл€ посто€нного: напр€жение(U0) в ¬

†††††††††††††††††† ƒл€ гармонического: амплитуда(U0) в ¬; частота(f) в √ц; начальна€ фаза(phi0) в градусах; ¬рем€ окончани€ радиоимпульса в сек (по выбору)

†††††††††††††††††† ƒл€ меандра: частота(f) в √ц; длительность в %; напр€жение(U0) в ¬; смещение в ¬

†††††††† »сточник тока. ѕараметры:

“ип источника - посто€нный или гармонический

†††††††††††††††††† ¬ зависимости от типа источника доступны различные параметры.

†††††††††††††††††† ƒл€ посто€нного: ток(I0) в ј

†††††††††††††††††† ƒл€ гармонического: амплитуда(I0) в ј; частота(f) в √ц; начальна€ фаза(phi0) в градусах; ¬рем€ окончани€ радиоимпульса в сек (по выбору)

†††††††† »сточник тока управл€емый напр€жением (»“”Ќ). ѕараметры: проводимость(g) в —м

†††††††† »сточник напр€жени€ управл€емый напр€жением (»Ќ”Ќ). ѕараметры: коэффициент управлени€(k) в ¬/¬

»сточник тока управл€емый током (»“”“). ѕараметры: коэффициент управлени€(h) в ј/ј

†††††††† »сточник напр€жени€ управл€емый током (»Ќ”“). ѕараметры: сопротивление(r) в омах

†††††††† √иратор. ѕараметры: крутизна(Sg) в —м

√руппа активных элементов включает :

Ћампа. ѕараметры: крутизна(S) в —м; внутреннее сопротивление(Ri) в омах.

†††††††† Ѕипол€рный транзистор n-p-n типа. ѕараметры: коэффициент передачи тока(alpha); омическое сопротивление эмиттера(Re); омическое сопротивление коллектора(Rc); омическое сопротивление базы(Rb);

†††††††† »деальный операционный усилитель(ќ”). ѕараметры: коэффициент усилени€(k) в ¬/¬

ƒл€ всех элементов, кроме резистора, за положительное направление отсчета тока принимаетс€ направление от узла с большим номером к узлу с меньшим номером.

ƒл€ всех элементов за положительное направление отсчета напр€жени€ принимаетс€ направление от узла с меньшим номером к узлу с большим номером.

«амечание. ѕринимаетс€, что нулевой узел имеет наибольший номер.

ѕрограмма показывает сообщение об ошибке в следующих случа€х:

"—хема физически некорректна", если ¬аша схема некорректна (например, 2 источника тока, 2 индуктивности или индуктивность и источник тока, соединенные последовательно).

"ќшибка: »сточник напр€жени€ соединен параллельно с конденсатором";

"ќшибка: 2 источника напр€жени€ соединены параллельно";

"ќшибка: 2 конденсатора соединены параллельно", если соединить параллельно 2 источника напр€жени€, 2 конденсатора или конденсатор и источник напр€жени€.

"Е : элемент закорочен", если элемент закорочен. “ак как он не вли€ет на токи или напр€жени€ в цепи, его следует убрать.

"Е : элемент не соединен", если элемент разомкнут. ¬ы можете избежать этого сообщени€, присоединив выводы элемента к —оединител€м, но только в том случае, если это будет физически корректно (так можно сделать с резистором, но нельз€ с индуктивностью).

"ƒобавьте землю к ¬ашей схеме.", если в схеме нет земли. ¬ы должны присоединить землю к схеме, чтобы выполнить анализ.

†††††††† Ёквивалентна€ схема приведена на рис. 4.4.







5.  онструктивна€ разработка фотоприемного устройства.

†††††††† –азработка конструкции ‘ѕ” проводитс€ с целью получени€ требуемых технических характеристик устройства самым целесообразным способом с точки зрени€ техники и экономики.

†††††††† ¬ результате выбрана следующа€ конструкци€: устройство размещаетс€ во фрезерованном латунном корпусе размерам膆††

70×55×30 мм, что обеспечивает прочность конструкции, надежную экранировку от помех и наводок, играет роль теплоотвода.

†††††††† Ќа современном этапе развити€ –Ёј монтируют на печатных платах, что дает возможность механизировать и автоматизировать процесс сборки –Ёј, повышает ее надежность, облегчает ремонт, обеспечивает повтор€емость монтажа от образца к образцу.

†††††††† Ёлектрическа€ схема размещаетс€ на плате, котора€ изготавливаетс€ из листового электроизол€ционного материала с наклеенной с одной стороны медной фольгой.

†††††††† ѕроцесс выделени€ токоведущих проводников осуществл€етс€ путем травлени€ в специальных растворах. Ќеобходима€ топологи€ печатной платы задаетс€ рисунком лакового сло€ , наносимого на фольгу и предохран€юща€ отдельные ее участки (будущие токоведущие дорожки) от соприкосновени€ с реагентом.

†††††††† —хема выполн€етс€ по гибридно-пленочной технологии .

—опротивлени€ напыл€ютс€, а полупроводниковые приборы и емкости выполн€ютс€ навесными. ƒл€ изол€ционного основани€ выберем стеклотекстолит , как достаточно прочный в механическом плане и имеющий низкую проводимость в электрическом плане материал.

†††††††† “олщина платы 2,5 мм, что достаточно дл€ получени€ механической жесткости готовой печатной платы и ее размеров. ƒиаметр отверстий в печатной плате должен быть больше диаметра вставл€емого в него вывода радио детали, что обеспечивает возможность свободной установки радио элементов. ќтверсти€ на плате располагаютс€ таким образом, чтобы рассто€ние между кра€ми отверстий было не менее толщины платы. »наче эта перемычка не будет иметь

достаточной механической прочности.  онтактные площадки, к которым будут припаиватьс€ выводы высокочастотных транзисторов, необходимо делать пр€моугольными.

†††††††† –азводка печатных проводников делаетс€ таким образом , чтобы они имели минимальную длину. ѕри разработки усилител€, работающего на частотах выше 100 ћ√ц необходимо предусматривать максимальное удаление друг от друга входных и выходных радиоэлементов. “ака€ технологи€ изготовлени€ позвол€ет снизить трудоемкость сборки усилител€, повысить срок службы.

†††††††† ‘отодиод и высокочастотные контакты наход€тс€ в уплотнительных отверсти€х в стенках корпуса.

†††††††† √отова€ печатна€ плата устанавливаетс€ в корпусе, который наглухо закрываетс€ жест€ной крышкой. —тык пропаиваетс€, что обеспечивает надежную защиту от наводок и помех. Ќа этом корпусе также установлен проходной конденсатор, обеспечивающий ввод в конструкцию питающего напр€жени€.

†††††††† “опологи€ блока приведена в приложении 3, где тонкими лини€ми изображены перемычки, выполненные золотой проволокой.


6. ќбеспечение безопасности жизнеде€тельности.

6.1 јнализ характеристик объекта проектировани€ ,трудовой

де€тельности человека , производственной среды.

†††††††† ‘отоприемное устройство €вл€етс€ модулем приемной† части волоконно-оптической системы передачи. Ќадежность и безопасность работы этого устройства очень важна. ‘ѕ”† устанавливаетс€ в стойку оконечного оборудовани€, или в подземном, в качестве ретрансл€торов.

†††††††† Ќормальное функционирование ‘ѕ” обеспечиваетс€ в диапазоне температур от -30º— до +30º— , относительной влажности† от 20% до 99%,атмосферным давлением от 400 до 900 мм.рт.ст. ѕитающие† напр€жен舆 равно +12¬. Ёлектропитание ‘ѕ” осуществл€етс€ на оконечной станции от стабилизированного источника посто€нного напр€жени€, подключенного к трехфазной, четырехпроходной с заземленной нейтрально 380/220 ¬, 50√ц  онструктивно, устройство размещаетс€ в фрезерованном латунном корпусе 70х55х30мм,что обеспечивает прочность конструкции. ћасса устройства около 300г.

†††††††† “рудова€ де€тельность человека при работе с устройством заключаетс€ либо в изготовлении, настройке , либо в ремонте .

†††††††† ¬се эти виды де€тельности €вл€ютс€ алгоритмизированными. Ќастройка и ремонт производ€тс€ при использовании испытательного стенда (при настройке возможно применение слесарного инструмента ).

†††††††† ¬се работы с устройством производ€тс€ в закрытом помещении, либо на специально оборудованных рабочих местах, снабженных выт€жной вентил€цией , дл€ удалени€ вредных, дл€ здоровь€ человека паров свинца, возникающих при пайке, либо на автоматических лини€х.

†††††††† ќсвещение† рабочего места искусственное† или совмещенное. ¬ св€зи с тем, что питающие напр€жени€ равны -12¬ и +12¬, человек при работе с ними опасному воздействию не подвержен.

†††††††† ќсобенностью технического процесса €вл€ютс€ малые размеры элементов устройства.

†††††††† ƒл€ ремонта и настройки ‘ѕ” требуютс€ следующие инструменты и приборы:

Ј       ѕа€льник 42¬, пинцет, отвертка, узкогубцы;

Ј       »сточник монохроматического света с длиной волны 1,3 мкм, модулируемый по интенсивности в диапазоне

до 1 √√ц;

Ј       »змеритель комплексных коэффициентов передачи –4-11;

Ј       јмпервольтметр ¬7-22;

Ј       ќсциллограф —7-13;

Ј       »змеритель оптической мощности;

Ј       —табилизированный источник питани€, присоединенный у шине занулени€ в одной точке.

ƒл€ обеспечени€ здоровых условий труда работающих по настройке и ремонту необходимо определить параметры окружающей среды, воздействующей на человека, необходимые меропри€ти€ дл€ обеспечени€ безопасных условий труда, меропри€тий по обеспечению пожарной безопасности.

6.2. ћеропри€ти€ по эргономическому обеспечению.

†††††††† ‘ѕ” работает в автоматическом режиме. ¬ св€зи с этим ввод€тс€ следующие меры по обеспечению труда в процессе ремонта :

†††††††† - на поверхности печатной платы нанесены позиционные обозначени€ элементов;

†††††††† - выделенные контрольные точки дл€ быстрого определени€ неисправного узла по характерным параметрам сигнала;

†††††††† - конструкци€ выполнена в легко доступной форме, крышки экранов легко отпаиваютс€, открыва€ доступ к элементам ‘ѕ”.

ѕростота схемного решени€ усилител€ фотоприемника , удобна€ компоновка элементов на плате и соответствующа€ маркировка элементов сокращают врем€ отыскани€ неисправностей и регулировки ремонтируемого издели€, не перегружа€ внимание регулировщика по чтению ремонтируемой схемы. Ќезначительное напр€жение питани€ устройства и токи снижают опасность подведени€ действием электрического тока на ремонтника.

†††††††† ¬се перечисленные факторы позвол€ют быстро , без ошибок найти неисправность и отрегулировать фотоприемное устройство специалистом четвертого разр€да.

†††††††† ¬ зону рабочего места настройщика вход€т: стол ,стул и стеллаж.  онструктивно стол выполнен из гнутых по форме стальных труб, облицованных деревом и пластиком. —тол имеет секции общей вентил€ции, а также секции электропроводки с колодками Ц зажимами дл€ подключени€ измерительных приборов. Ѕольшие удобства дают выдвижные €щики стола с левой стороны от оператора , в них хорошо хранить различные элементы и к ним обеспечиваетс€ быстрый и легкий доступ (особенно, если они наход€тс€ в неглубоких €чейках). —теллаж располагаетс€ над столом на высоте 300 мм, где устанавливаетс€ блок питани€ ¬5-12. √енератор сигналов расположен слева на столе, а справа помещаетс€ па€льник и инструмент, необходимый при настройке и регулировке ремонтируемого блока.

–абочее пространство , высота и расположение органов управлени€ измерительных приборов создают, удобную зону дл€ работы настройщика в пределах дос€гаемости выт€нутой руки.

†††††††† ¬ св€зи с тем, что при пайке выдел€ютс€ вредные дл€ человека пары свинца, рабочее место оборудовано выт€жной вентил€цией, а все помещение приточно-выт€жной .

†††††††† “ак как работоспособность человека снижаетс€ при низких и высоких температурах воздуха в помещени€х, рационально примен€ть кондиционеры.

†††††††† ќпределим нормы на температуру, относительную влажность и скорость движени€ воздуха. ’арактер выполн€емых работ Ц легкий (механизированный, сид€чий труд). ѕроизводственное помещение с незначительным избытком €вного тепла, поэтому на рабочем месте оптимальными будут: температура 18÷210C, относительна€ влажность 40÷60%, скорость движени€ воздуха 0,1..0,2 м/с, атмосферное давление 750..770 мм.рт.ст., содержание кислорода в воздухе 19-20% и 1% углекислого газа.

†††††††† ¬ помещении в котором производитс€ настройка, регулировка блока предусмотрена система отоплени€. ќна обеспечивает достаточное, посто€нное и равномерное нагревание воздуха в помещении в холодный период года. ѕри этом колебании температуры в течении суток недолжны превышать 2-30—.

†††††††† Ќормы освещенности выбираютс€ в соответствии с коэффициентом отражени€ фона и объекта, а также исход€ из точности работы, определ€емой по наименьшему объекту различимости в мм. ѕринима€ дл€ печатной платы коэффициент отражени€ равным

†† где - коэффициент отражени€ от светлого фона,

†††††††† †- коэффициент отражени€ от темного фона.

ƒанное значение соответствует средней контрастности. »сход€ из этих данных, при размере объекта различимости равном

0,5 мм, наименьша€ освещенность при комбинированном освещении должна составл€ть 300 лк.

†††††††† ƒл€ обеспечени€ нормальных условий работы при настройке и регулировке ‘ѕ” освещение используетс€ искусственное или комбинированное. ƒл€ создани€ высокого уровн€ освещенности может быть использовано местное освещение.

†††††††† –азработанное ‘ѕ” выполнено по гибридной технологии на дискретных элементах с использованием »ћ—. Ёто значительно улучшило повтор€емость конструкции и позволило снизить затраты времени на настройке и ремонте ‘ѕ”.

6.3.† ћеропри€ти€ по технике безопасности.

†††††††† ¬ св€зи с тем , что питание измерительных приборов осуществл€етс€ от сети напр€жением 220 ¬ и не исключаетс€ возможность одновременного прикосновени€ человека к корпусам оборудовани€, имеющих соединени€ с землей и токоведущими част€ми, ремонтное помещение относитс€ к категории помещений с повышенной опасностью поражени€ электрическим током.

†††††††† “ак как питающее напр€жение ‘ѕ” равно +12¬ оно практически безопасно дл€ оператора. ќднако , все приборы (а также их корпуса) ,примен€емые в испытательном стенде , на котором производитс€ настройка . должны быть об€зательно занулены во избежании несчастных случаев с людьми .либо порчи устройства.

†††††††† ѕримен€емые на оконечных станци€х блоки питани€ об€зательно имеют электронную защиту по току, кроме того об€зательно применение калибровочных, плавких вставок дл€ ограничени€ токов в цепи питани€ 220 ¬. ƒл€ предотвращени€ случайных прикосновений к токоведущим част€м высокого напр€жени€, все эти цепи надежно изолированы.

†††††††† Ќадежное зануление всех приборов обеспечит требуемую защиту рабочему персоналу.

6.4.† ћеропри€ти€ по пожарной безопасности.

†††††††† Ќа рабочем месте могут быть следующие наиболее веро€тные причины пожара:

†††††††† - небрежное обращение с открытым огнем;

†††††††† - короткое замыкание в силовой сети;

†††††††† - короткое замыкание из-за недостаточной жесткости конструкции;

†††††††† - искрение.

††††††††  ороткое замыкание может произойти либо при пробое изол€ции, либо при нарушении изол€ции, вследствие посторонних причин, например: расплавлении при попадании провода на гор€чее жало па€льника. —ечение проводов в устройстве необходимо выбирать с учетом возможных перегрузок (дл€ тока 0,1ј требуетс€ провод с площадью сечени€ не менее 0,05мм2 (диаметр 0,12мм), при плотности тока 5ј/мм2, запас равен 2,5).

†††††††† »скрение возникает в местах ненадежных соединений (разболтанные или окислившиес€ контакты). ƒл€ его предотвращени€ необходимо посто€нно следить за состо€нием разъемов и контактов, воврем€ их чистить или замен€ть.

†††††††† ƒл€ предотвращени€ пожаров необходимо содержать рабочее место в чистоте и пор€дке, не допускать на рабочем месте скоплени€ бумаги, а Ћ¬∆ хранить в специально отведенных местах.

†††††††† ѕрименение открытого огн€ на рабочем месте €вл€етс€ нарушением техники безопасности и потому не рассматриваетс€.

†††††††† Ќеобходимо нахождение в помещении одного - двух углекислотных огнетушителей типа ќ”-2, ќ”-5, ќ”-8, а также пожарной сигнализации “Ћќ-30, котора€ подает сигналы о пожаре в случае, если люди в помещении отсутствуют.

6.5 ¬ыводы.

†††††††† 1. –азработанное устройство отвечает эргономическим требовани€м.

†††††††† 2. ѕримен€емые меры по электробезопасности исключают поражени€ электрическим током.

†††††††† 3. ћеры пожарной профилактики исключают возникновени€ пожара в разработанном устройстве.


7. “ехнико Ц экономические расчеты.

7.1. –асчет полной себестоимости.

†††††††† –асчет проводим по следующим элементам затрат:

- материальные затраты (за вычетом стоимости возвратных отходов) ;

- затраты на оплату труда ;

- прочие расходы.

7.1.1. –асчет материальных затрат (ћз).

(за вычетом стоимости возвратных отходов)

а) –асчет сырь€ и основных материалов (ћс).

†††††††† «десь учитываетс€ стоимость всех используемых материалов.   полученной сумме добавл€етс€ 20% (в соотв. с реком. Ћ.3. приним. от 10 до 30%) от стоимости материалов на транспортные и заготовительные расходы. ÷ены на сырье и материалы вз€ты из каталога 2001 года. –асчеты приведены в таблице 7.1.1.б.†

†††††††††††††††††† “аб.7.1.1.б. –асчет стоимости основных материалов.

Ќаименование материала.≈д.изм.

Ќорма расхода.

÷ена в рубл€х.

«а 1кг.

—умма в рубл€х.

ƒюраль, кг.

0,1

80

8,0

Ёмаль, кг.

0,05

84

4,2

Ћак, кг.

0,05

68

3,4

—теклотекстолит,кг.

0,05

87

4,35

 анифоль, кг.

0,02

48

0,96

ѕрипой, кг.

0,05

153

7,65

ѕровод, кг.

0,05

2,3

0,2

¬инт, кг.

0,03

70

2,1

√айка, кг.

0,03

70

2,1

»того :

32,96

“ранспортн. и заготовит.расх.20%

6,6

¬сего :

40,0

††††††††

б) –асчет затрат на покупные комплектующие издели€.(ѕ)

†††††††† ¬ этой статье учитываем стоимость всех покупных и комплектующих изделий.   полученной сумме добавл€ем расходы на транспорт (в соотв.с реком.Ћ.3.принимаетс€ от 20 до 30%) в размере 30% от суммы затрат на покупные комплектующие издели€. –асчет затрат на покупные издели€ и полуфабрикаты приведены в таб.7.1.1.б.

††† “аблица 7.1.1.б ѕокупные издели€ и полуфабрикаты.

Ќаименование изделий.

“ип .

 оличество .

÷ена за единицу в руб.

—умма в руб.

»ћ—

ћ 45121-2

1

80

80

“ранзисторы

2“3114¬-6

2

25

50

‘отодиод

‘ƒ Ћ‘ƒ√-7—ѕ

1

360

360

–езисторы

ћЋ“- 0,125

22

0,3

6,6

 онденсаторы

 10-42

3

2,6

7,8

 ћ-5ј-Ќ90

6

3

18

 орпус

ћеталлический

1

110

110

–азъем

√–ѕћ 9-14

1

15

15

»того

647,4

“ранспортные расходы,30%

194,2

¬сего

842,0

в) ¬озвратные отходы.(ћвозв)

†††††††† –ассчитываем в соответствии с формулой :

†††††††††††††††††† ћвозв = ЌотхЈћс (руб.)

√де Ќотх Ц процент, учитываемый при расчете возвратных отходов. ¬ расчетах принимаем Ќотх = 1%† (в соотв.с реком.Ћ.3)

†††††††††††††††††† ћвозв = 0,01Ј40 = 0,4 (руб.)

¬ывод: »того материальные затраты (за вычетом стоимости возвратных отходов) составл€ют:

†††††††††††††††††† ћз = ћс + ѕ - ћвозв (руб.)

†††††††††††††††††† ћз = 40 + 842 Ц 0,4 = 881 (руб.)

7.1.2. –асчет затрат на оплату труда («).

†††††††† ѕод затратами на оплату труда понимают начислени€ на оплату труда по всем основани€м, включающие следующие статьи затрат: затраты на оплату труда основного производственного персонала предпри€ти€ и дополнительную заработную плату, включающую предусмотренные законодательством компенсирующие и стимулирующие надбавки.

†††††††† а) –асчет затрат на оплату труда основного производственного персонала предпри€ти€. («пр)

†††††††† Ќайдем часовую ставку (Dt)

†††††††† †††††††† Dt = (ћ–ќ“ЈKt) / ‘,

гд円†† ћ–ќ“ Ц минимальный размер оплаты труда (450 руб.)

†††††††† †Kt Ц коэффициент, учитывающий тарифный разр€д.

†††††††† †‘ Ц рабочие часы за 1 мес€ц( за май 159 часов)

†††††††††††††††††† Kt 3 = 1,59 (3-ий разр€д)

†††††††††††††††††† Kt 4 = 1,73 (4-ый разр€д)

†††††††††††††††††† Kt 5 = 1,82 (5-ый разр€д)

†††††††††††††††††† Kt 6 = 2,0†† (6-ой разр€д)

тогда† †††††† Dt3 = 4,5 (руб.)

†††††††††††††††††† Dt4 = 4,8 (руб.)

†††††††††††††††††† Dt5 = 5,1 (руб.)

†††††††††††††††††† Dt6 = 5,6 (руб.)

–асчет затрат на оплату труда производим в таблице 7.1.2 :

“аблица 7.1.2 ќсновна€ заработна€ плата.

¬иды работ

“арифный разр€д

„асова€ ставка

“рудоемкость, час.

«арплата, руб.

«аготовительные

3

4,5

2,5

11,25

—лесарные

4

4,8

2,5

12,0

»зготовление печатной платы

4

4,8

3,0

14,4

ћонтажно-сборочные

5

5,1

4,0

20,4

Ќастройка

5

5,1

3,0

15,3

»того† «пр

74,0

†††††††† б) –асчет дополнительной заработной платы («доп)

ƒополнительна€ заработна€ плата составл€ет 20% (в соотв.с реком.Ћ..3.) от основной заработной платы производства.

†††††††††††††††††† «доп = 0,2Ј«пр = 0,2Ј74 = 15 (руб.)

†††††††† в) »того фонд оплаты труда (‘ќ“):

†††††††††††††††††† « = «прдоп = 74+15 = 89 (руб.)

7.1.3.     ѕрочие расходы.

а) –асчет отчислений на единый социальный налог (–соц).

ќтчислени€ на единый социальный налог в соответствии с законодательством составл€ют 35,6 % от фонда оплаты труда, в том числе :†

Ј       ¬ фонд государственного социального страховани€ –‘

Ј       ¬ пенсионный фонд –‘

Ј       ¬ государственный фонд зан€тости

Ј       Ќа об€зательное медицинское страхование

–ассчитываем по формуле:

†††††††† –соц = 0,356 Ј « = 0,356 Ј 89 = 32 (руб.)

б) ѕрочие расходы включают в себ€ : расходы на содержание и эксплуатацию оборудовани€, цеховые расходы , общехоз€йственные расходы, коммерческие расходы, которые составл€ют 150 % от расходов на оплату труда(«).

†††††††† –прочТ = 1,5 Ј « = 1.5 Ј89 = 134 (руб.)

»того прочие расходы включа€ амортизацию основных расходов:

†††††††† –проч = –соц + –прочТ† (руб.)

†††††††† –проч = 32 + 134 = 166 (руб.)

Ќа основе выполненных расчетов составл€ем калькул€цию полной себестоимости и сводим ее в таблицу 7.1.3

“аблица 7.1.3 ѕолна€ себестоимость издели€.

Ќаименование статей затрат

—умма, руб

”дельный вес, %

1. ћатериальные затраты(за вычетом возвратных отходов) ,

††††††††††††† в том числе :

881

77,5

†† - сырье и основные материалы

40

†† - комплектующие издели€

†††††††††† и полуфабрикаты

842

2. «атраты на оплату труда,

†††††††††††† в том числе :

89

7,8

†† - основна€ зарплата

74

†† - дополнительна€ зарплата

15

3. ѕрочие расходы, в том числе :

166

14,6

†† - единый социальный налог

32

†- расходы на содержание и эксплуатацию† обор., цеховые, общехоз., коммерческие расходы.

††††

134

»“ќ√ќ полна€ себестоимость :

††

1136

100

                       –асчет отпускной и розничной цены.

†††††††† а) ќтпускна€ цена† определ€етс€ как сумма цены предпри€ти€ и налога на добавленную стоимость (Ќƒ—).

††††††††††††††††††

†††††††††††††††††† ÷отп = ÷п + Ќƒ—

÷ена предпри€ти€ это сумма себестоимости и плановой прибыли предпри€ти€:

†††††††††††††††††† ÷п = —п + ѕпл (руб.)

ѕланова€ прибыль принимаетс€ 30 % от себестоимости и составл€ет:

†††††††††††††††††† ѕпл = 0,3 Ј 1136 = 341 (руб.)

тогда†††††††† ÷п = 1136 + 341 = 1477 (руб.)

Ќƒ— составл€ет 20 % от цены предпри€ти€ :

††††††††††††††††††

†††††††††††††††††† Ќƒ— = 0,2 Ј ÷п (руб.)

†††††††††††††††††† Ќƒ— = 0,2 Ј1476 = 295 (руб.)

тогда††††† ÷отп = 1477 + 295 = 1772 (руб.)

†††††††† б) –ознична€ цена определ€етс€ как :

†††††††††††††††††† ÷розн = ÷отп + Ќторг (руб.),

гд円†††† Ќторг Ц наценка торговых организаций, она составл€ет 25 % от отпускной цены предпри€ти€

†††††††††††††††††† Ќторг = 0,25 Ј ÷отп (руб.)

†††††††††††††††††† Ќторг = 0,25 Ј 1772 = 443 (руб.)

тогда††††††† ÷розн = 1772 + 443 = 2215 (руб.)

7.3.        “ехнико-экономические показатели.

“ехнико-экономические показатели проектируемого ‘ѕ” и аналога приведены в таблице 7.3.

“аблица 7.3. “ехнико-экономические показатели.

Ќаименование показателей, ед. измерений

”словные обозначени€

“ребован舆 “.«.

ѕроектир.

‘ѕ”

ƒ÷¬

јналог

‘ѕ”

 ¬

1. ƒинамически醆†††† диапазон, дЅ.

D

≥ 50дЅ

60

40

2. ƒиапазон частот, ћ√ц.

F

150 ÷ 450

150 ÷ 450

1,5 ÷ 10

3. »спользуема€ длина волны, мкм.

λ

1,3

1,3

1,3

4. Ёлементна€ база(тип микросх)

ћ45121-2

Ч

5. ¬рем€ наработки на отказ , ч.

50.000

50.000

6. ѕотребл€ема€ мощность, м¬т.

260

200

7. √абариты, мм.

90×55×30

100×50×35

8. ћасса, кг.

ћ

0,45

0,5

9. ќтпускна€ цена, руб.

÷опт.

1772

Ч

7.4.        јнализ технико-экономического расчета.

¬ результате проведени€ технико-экономического расчета был сделан анализ себестоимости разрабатываемого ‘ѕ” и сравнение его основных технических характеристик с коротковолновым аналогом УЅазис Ц 5Ф.

¬се расчеты сведены в таблицу.  алькул€ци€ себестоимости издели€ показала, что наибольший удельный вес затрат приходитс€ на материальные затраты Ц 77,6 % . ѕоэтому снижение себестоимости св€зано со снижением цен на детали. ≈динственным путем, которым это можно осуществить, €вл€етс€ улучшение технологичности производства.

¬недрение в эксплуатацию нового ‘ѕ” открывает возможность дл€ освоени€ нового диапазона с частотой Ц 450 ћ√ц, что не мало важно при нынешней плотности загрузки линий св€зи.


«аключение.

†††††††† ќсновными элементами при построении волоконно-оптической линии св€зи €вл€ютс€ : усилитель модул€тор, лазерный или светодиодный излучатель , волоконно-оптический кабель, фотоприемное устройство. ¬ќ—ѕ» , используемые дл€ передачи информации, не должны ухудшать характеристики электрических сигналов, т. е. удовлетвор€ть заданному динамическому и частотному диапазонам.

†††††††† ƒл€ удовлетворени€ этих требований всей ¬ќ—ѕ» необходимо обеспечить их выполнени€ каждым элементом ¬ќ—ѕ»: лазерным излучателем, ”ћ, ¬ќ , ‘ѕ”.

†††††††† ¬ данном дипломном проекте разработано фотоприемное устройство, обеспечивающие необходимые требовани€: динамический диапазон ≥ 60 дЅ, малые собственные шумы.

†††††††† “ехнико-экономический расчет показал, что разработанное фотоприемное устройство целесообразно дл€ внедрени€ в эксплуатацию.

Ћитература.

†††††††† 1.–.–. ”байдулаев У¬олоконно-оптические сетиФ

†††††††††††††††††† - ћ., УЁко Ц трендзФ, 2000 г.

†††††††† 2. Ё.ј. Ўвецов, ћ.≈. Ѕелкин У‘отоприемные устройства †††††††† †††††††† волоконно-оптических систем передачиФ Ц

†††††††††††††††††† ћ., У–адио и св€зьФ 1992 г.

†††††††† 3. ћетодические указани€ по технико-экономическому †††††††††††† †††††††† обоснованию дипломных проектов, ЋЁ»—, 1985 г.

†††††††† 4. ѕ. . „ео У¬олоконна€ оптикаФ Ц ћ., Ёнергоиздат, 1988 г.

†††††††† 5. ƒ. √ауэр Уќптические системы св€зиФ Ц

†††††††††††††††††† ћ., У–адио и св€зьФ, 1989 г.

†††††††† 6. ѕод редакцией ”. √енича У“ехника оптической св€зи ††††††††††† †††††††† фотоприемникаФ Ц ћ., УћирФ , 1988 г.

†††††††† 7. —. √онда , ƒ. —эко Уќптоэлектроника в вопросах и †††††††††††††††††††††††††† ответахФ Ц Ћ., Ёнергоиздат , 1989 г.

†††††††† 8. Ќ.ј. √роднев, —.ћ. ¬ерник УЋинии св€зиФ Ц ћ., У–адио и †††††††††††††† св€зьФ , 1988 г.

†††††††† 9. √.¬. ¬ойшвилло У”силительные устройстваФ Ц ћ., У–адио †††††††††††† и св€зьФ , 1989 г.

†††††††† 10. ћетодические указани€ по разработке вопросов охраны ††††††††††††† труда в дипломных проектах, ЋЁ»—, 1982 г.

†††††††† 11. Ќ.». Ѕакланов и др. Уќхрана труда на предпри€ти€х †††††††††††††††††††† св€зиФ Ц ћ., У–адио и св€зьФ, 1985 г.

†††††††† 12. “. ќкоси и др. У¬олоконно-оптические датчикиФ Ц Ћ., †††††††† †††††††† Ёнергоиздат, 1991г.

–еферат. ѕо€снительна€ записка† дипломного проекта на тему: У–азработка фотоприемного устройства ¬ќ—ѕ» диапазона ƒ÷¬.Ф —одержит:†††††††† 88††† страниц 11 таблиц 20† рисунков.  лючевые слова: волоконно-оптическа€ система передачи информа

 

 

 

¬нимание! ѕредставленный ƒиплом находитс€ в открытом доступе в сети »нтернет, и уже неоднократно сдавалс€, возможно, даже в твоем учебном заведении.
—оветуем не рисковать. ”знай, сколько стоит абсолютно уникальный ƒиплом по твоей теме:

Ќовости образовани€ и науки

«аказать уникальную работу

ѕохожие работы:

”стойство измерени€ отношени€ двух напр€жений
ѕроектирование радиолокационной станции дл€ обнаружени€ надводных целей в пределах речного шлюза ”сть- аменогорской гидроэлектростанции
–азработка программатора микросхем ѕ«”
ѕЋ»— Xilinx семейства VirtexЩ
–емонт и регулировка мониторов дл€ компьютеров
–азработка блока управлени€ электромеханическим замком
ѕередающее устройство одноволоконной оптической сети
–азработка управлени€ тюнером спутникового телевидени€
—истема дистанционного контрол€ акустического окружени€ (шумомер)
Ёлектромагнитна€ совместимость сотовых сетей св€зи

—вои сданные студенческие работы

присылайте нам на e-mail

Client@Stud-Baza.ru