Методические указания к контрольной работе для студентов заочной формы, обучающиеся по направлению 210700 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи»




Скачать 216.36 Kb.
НазваниеМетодические указания к контрольной работе для студентов заочной формы, обучающиеся по направлению 210700 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи»
страница1/3
Дата публикации18.01.2015
Размер216.36 Kb.
ТипМетодические указания
5-bal.ru > Право > Методические указания
  1   2   3
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ
Федеральное государственное образовательное бюджетное

учреждение высшего профессионального образования

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ

им. проф. М. А. БОНЧ-БРУЕВИЧА»

_________________________________________________________________


М. С. Былина, С. Ф. Глаголев


Оптоэлектронные и квантовые приборы и устройства

Методические указания к контрольной работе

для студентов заочной формы, обучающиеся по направлению 210700

«Инфокоммуникационные технологии и системы связи»

описание: c:\users\xz\desktop\logo_2.wmf
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2014
УДК 621.317.7 (077)

ББК 30.10я73

Б95

Рецензент

кандидат технических наук, профессор кафедры

Сетей связи СПбГУТ

Б.Г. Осипов
Рекомендованы к печати

редакционно-издательским советом университета





Былина, М. С.

Б95

Оптоэлектронные и квантовые приборы и устройства: методические указания к контрольной работе для студентов заочной формы обучения/ М. С. Былина, С. Ф. Глаголев ; СПбГУТ. – СПб., 2014. –  с.
Написаны в соответствии с рабочей программой дисциплины Б3.В.ОД.2 «Оптоэлектронные и квантовые приборы и устройства». Приведены необходимые для выполнения контрольной работы краткие теоретические сведения, а также рекомендации к выполнению работы.

Контрольная работа состоит из двух связанных между собой частей. Первая часть посвящена выбору схемы включения и расчету передающего устройства для волоконно-оптических сетей связи (ВОСС). Вторая часть посвящена выбору схемы включения и расчету приемного устройства для ВОСС.

Для выполнения контрольной работы рекомендуется использовать математическую программу, например MathCad.

Предназначены для студентов вузов, обучающихся по программам подготовки бакалавров по направлению 210700 «Инфокоммуника-ционные технологии и системы связи».


УДК 621.317.7 (077)

ББК 30.10я73

© Былина М. С., Глаголев С. Ф., 2014
© Федеральное государственное образовательное

бюджетное учреждение высшего профессионального

образования «Санкт-Петербургский государственный

университет телекоммуникаций

им. проф. М. А. Бонч-Бруевича», 2014
Введение
Дисциплина «Оптоэлектронные и квантовые приборы и устройства» входит в направление бакалаврской подготовки 210700 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи». Значительное внимание в дисциплине уделяется изучению принципов действия, конструкциям и параметрам источников и приемников оптического излучения, а также схемам их включения.

Предлагаемая контрольная работа для студентов заочной формы обучения предназначена для закрепления теоретических знаний по дисциплине и приобретения навыков разработки нестандартных передающих и приемных устройств для волоконно-оптических сетей связи (ВОСС).

В контрольной работе необходимо провести большой объем простых вычислений и представить результаты расчетов в виде графиков. Эти задачи успешно решаются с помощью математических программ. Рекомендуется пользоваться средой MathCad, а для придания большей наглядности графическим материалам рекомендуется использовать графический редактор Paint.

При оформлении контрольной работы необходимо приводить расчетные формулы в общем виде и с подставленными значениями параметров. Результат расчета должен иметь размерность. Все расчеты нужно сопровождать пояснениями. В конце контрольной работы должны быть выводы.

В качестве номера варианта исходных данных N выберите две последние цифры Вашего студенческого билета.


  1. Расчет передающего блока для ВОСС




    1. Общие сведения

В контрольной работе проводится расчет стабилизированного по мощности передающего устройства для ВОСС с прямой модуляцией источника излучения. Основным элементом передающего устройства является лазерный диод (ЛД) со встроенным контрольным фотодиодом (ФД). Упрощенная структурная схема передающего устройства показана на рис. 1.1.



Рис.1.1. Структурная схема стабилизированного по мощности передающего устройства.
Она включает источник излучения (ИИ), состоящий из ЛД и контрольного ФД, на который поступает часть мощности источника P. Величина фототока IF контрольного ФД пропорциональна этой мощности. Фототок преобразуется в напряжение U2 с помощью преобразователя тока в напряжение (усилителя фототока - УФТ), коэффициент преобразования которого R имеет размерность сопротивления. Такие УФТ часто называют трансимпедансными усилителями.

Выходная оптическая мощность P передающего устройства (рис. 1.2) должна повторять изменения входного напряжения U1, которое при передаче двоичных сигналов представляет собой случайную последовательность прямоугольных импульсов на пьедестале. Уровни мощности соответствующие передаче логических единиц и нулей обозначим P1 и P0. Отношение kext=P1/P0 называют коэффициентом экстинкции (гашения) и его величина определяется рекомендациями Международного союза электросвязи для различных типов систем передачи. В нашей контрольной работе его можно принять равным 10.



Рис. 1.2. Упрощенная форма сигнала на выходе передающего устройства при передаче двоичных сигналов с модуляцией по интенсивности с кодами NRZ и RZ.



    1. Математическое описание работы стабилизированного передающего устройства для ВОСС

При рассмотрении схемы стабилизированного передающего устройства необходимо в общем случае учитывать:

нелинейность модуляционной и вольтамперной характеристик ЛД,

инерционные свойства входящих в структурную схему операционных усилителей, на которых строятся все блоки структурной схемы.

При анализе структурной схемы сделаны следующие упрощающие предположении:

все операционные усилители полагаем идеальными,

модуляционную характеристику ЛД считаем линейной,

быстродействие определяется только эквивалентной постоянной времени ЛД τ.
Запишем основные формулы в операторной форме.

Излучаемая ЛД мощность P в первом приближении пропорциональна току накачки I

(1.1)

где S1– коэффициент преобразования ЛД.

Приведенное выражение соответствует фильтру нижних частот 1-го порядка с постоянной времени τ.

Ток контрольного ФД IF повторяет изменения оптической мощности

(1.2)

и преобразуется в напряжение U2 в преобразователе тока в напряжение (рис. 1.3а), коэффициент преобразования которого R имеет размерность сопротивления

. (1.3)






а

б

Рис. 1.3. Упрощенные принципиальные схемы преобразователя фототока в напряжение (а) и сумматора (б).
Напряжение сигнала U1 вместе с напряжением обратной связи U2 поступает на вход суммирующего усилителя (рис. 1.3б) с большим коэффициентом усиления K

. (1.4)

Напряжения U1 и U2 должны иметь разные знаки и их суммирование в схеме рис. 3б равноценно вычитанию (рис. 1.1). Выходное напряжение сумматора поступает на вход преобразователя напряжения в ток накачки I (рис.1.4)

(1.5)

Усилитель тока накачки имеет коэффициент преобразования G с размерностью проводимости См.



Рис. 1.4. Упрощенная принципиальная схема преобразователя напряжения в ток накачки.
Учитывая выражения (1.1-1.5), определим зависимость выходной оптической мощности передающего устройства от напряжения сигнала U1

, (1.6)

где – эквивалентная постоянная времени системы стабилизации оптической мощности.

Для того, чтобы устройство работало правильно, необходимо, чтобы числитель и знаменатель были бы положительными. Это возможно при U1 < 0 и

При коэффициенте петлевого усиления

(1.7)

выражение (5) упрощается

(1.8)

Таким образом, при выполнении условия (1.7) устраняется влияние на величину выходной мощности таких факторов, как нестабильность коэффициента усиления операционного усилителя K и коэффициента преобразования ЛД SI. Эти коэффициенты могут сильно зависеть от температуры. В то же время при использовании в качестве контрольного приемника ФД p-i-n структуры, параметры , которые входят в выражение (1.8), относятся к наиболее стабильным и мало зависят от температуры. Относительная погрешность поддержания оптической мощности при воздействии любого дестабилизирующего фактора уменьшается в А раз. Например, для изменения крутизны преобразования ЛД

(1.9)

Кроме того, из (1.8) видно, что в целом передающее устройство, стабилизированное по мощности, представляет собой фильтр нижних частот с постоянной времени . Таким образом, используя схему стабилизации, мы не только стабилизировали мощность излучения, но и увеличили быстродействие.


    1. Параметры источника излучения.

Рассмотрим параметры ЛД. Он характеризуется средней длиной волны излучения λ0 и шириной спектра излучения Δλ при определенной температуре T0.

ЛД может характеризоваться модуляционной характеристикой для прямой модуляции, т.е. зависимостью излучаемой мощности от тока накачки I (прямого тока через p-n переход), которую можно аппроксимировать следующими выражениями

,

, (1.10)

где S0, S1 и S2 – коэффициенты, характеризующие модуляционную характеристику ЛД, Ipr - пороговый ток ЛД, который в значительной степени зависит от температуры:

(1.11)

где T0- характеристическая температура, которая составляет 50-70 К для ЛД InGaAsP/InP (=1.3-1.55мкм), Ipr0 - пороговый ток при температуре T0.
Как элемент электрической цепи ЛД характеризуется вольтамперной характеристикой, т.е. зависимостью тока через переход от напряжения

, (1.12)

где I0T - тепловой обратный ток; - температурный потенциал;

e = 1.610-19 - заряд электрона, Кл; k = 1.3810-23 - постоянная Больцмана, Дж/К; m - коэффициент рекомбинации, зависящий от электрофизических свойств полупроводника. (для ЛД InGaAsP/InP m = 3).

Ток I0 называют тепловым обратным током в соответствии с механизмом его образования и сильной зависимостью от температуры. Функцию I0(T) характеризуют температурой удвоения ΔTy, то есть приращением температуры, вызывающим удвоение тока

(1.13)

где - средняя температура перехода, K; ν – частота излучения ЛД. Для заданной температуры тепловой ток определяется из выражения:

(1.14)

Определим электрическую мощность, рассеиваемую в p-n переходе ЛД при протекании по нему тока накачки I

(1.15)


    1. Исходные данные для расчетов.

Исходные данные для расчета передающего устройства определяются путем расчетов по нижеприведенным выражениям для каждого из N вариантов.

Для температуры T0=300 K

  1. Длина волны излучения

(1.16)

  1. Параметры для расчета модуляционной характеристики ЛД



(1.17)



  1. Тепловой обратный ток

(1.18)

Расчеты по пунктам 1-3 необходимо проводить для 3-х температур T=T0 ±20K. При этом надо учесть влияние температуры на длину волны излучения и крутизну модуляционной характеристики

(1.19)



  1. Пороговый ток определяется для каждой температуры по выражению

. (1.20)

  1. Чувствительность контрольного ФД определяется по выражению

(1.21)

  1. Скорость передачи определяется по выражению

. (1.22)

  1. Эквивалентная постоянная времени ЛД определяется по выражению

. (1.23)

В данной работе будем считать, что максимальная рассеиваемая мощность не должна превышать 150 мВт, при этом средняя мощность при равной вероятности передачи логических единиц и нулей будет в два раза меньше.

Стабильность излучаемой мощности должна быть не хуже 0.5%. Используемый код RZ.
  1   2   3

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Методические указания к контрольной работе для студентов заочной формы, обучающиеся по направлению 210700 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи» iconМетодические указания по выполнению курсовой работы для студентов...
Инфокоммуникационные технологии и системы связи) и предназначены для студентов очной формы обучения на базе среднего (полного) общего...

Методические указания к контрольной работе для студентов заочной формы, обучающиеся по направлению 210700 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи» iconМетодические указания по выполнению курсового проекта для студентов...
«Инфокоммуникационные технологии и системы связи» (квалификация (степень) «бакалавр»), 210400. 62 Телекоммуникации (бакалавр техники...

Методические указания к контрольной работе для студентов заочной формы, обучающиеся по направлению 210700 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи» iconРабочая программа учебной дисциплины (рпуд) Иностранный язык Направление...
Об утверждении и введении в действие фгос впо по направлению подготовки 210700. 68 Инфокоммуникационные технологии и системы связи...

Методические указания к контрольной работе для студентов заочной формы, обучающиеся по направлению 210700 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи» iconМетодические указания к контрольной работе 1 по курсу «Иностранный...
Данные методические указания составлены в соответствии с рабочей программой кафедры иностранных языков Энгельсского технологического...

Методические указания к контрольной работе для студентов заочной формы, обучающиеся по направлению 210700 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи» iconОбщие методические указания к контрольной работе
Методические указания и задания к контрольным работам для студентов заочного отделения предназначены для организации самостоятельной...

Методические указания к контрольной работе для студентов заочной формы, обучающиеся по направлению 210700 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи» iconМетодические указания к выполнению контрольной работы для студентов заочной формы обучения
Содержание теоретического раздела дисциплины, необходимого для выполнения контрольной работы

Методические указания к контрольной работе для студентов заочной формы, обучающиеся по направлению 210700 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи» iconМетодические указания по выполнению контрольной работы Для студентов, обучающихся по направлению
Волкова Т. Н. Институциональная экономика Методические указания по выполнению контрольной работы для студентов, обучающихся по направлению...

Методические указания к контрольной работе для студентов заочной формы, обучающиеся по направлению 210700 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи» iconЗадания и методические указания
Му к контрольной работе по дисциплине «Механика. Теория машин и механизмов. Детали машин» для студентов специальности оос заочной...

Методические указания к контрольной работе для студентов заочной формы, обучающиеся по направлению 210700 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи» iconМетодические указания к выполнению контрольной работы по дисциплине «Финансовый менеджмент»
Выполнение контрольной работы по курсу «Финансовый менеджмент» предусмотрено учебным планом специальности 080109. 65 «Бухгалтерский...

Методические указания к контрольной работе для студентов заочной формы, обучающиеся по направлению 210700 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи» iconМетодические указания по выполнению контрольной работы Для студентов, обучающихся по направлению
Методические указания по выполнению контрольной работы утверждены на заседании Учебно-методического совета зфэи


Учебный материал


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
5-bal.ru