Передающее оптоэлектронное устройство

Передающее оптоэлектронное устройство

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к оптоэлектронике и может быть использовано в волоконно-оптических системах передачи цифровых и аналоговых сигналов. Цель изобретения - повышение надежности работы устройства путем табилизации максимальной излучаемой мощности и ограничения максимального тока накачки полупроводникового излучателя и упрощение устройства. Для достижения поставленной цели в устройство введены преобразователь 1 напряжение-ток, источник 3 дополнительного тока, коммутатор 5, преобразователь 9 ток-напряжение, два двухполупериодных выпрямителя 11, 13, вычитатель 16, усилитель-ограничитель 18 постоянного тока, интегратор 20 и пороговый элемент 21. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

(19) (111

А1 (51) 4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ф(ф, " СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ ф, - РЕСПУБЛИК

Госуддрственный комитет

flQ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4322055/24 — 09 (22) 27.10.87. (46) 30.10.89. Бюл. М - 40 (7)) Минский радиотехнический институт (72) В. А. Ильинков, А.Н.Лаз арчик и А.h.Òàð÷åíêo (53) 621.396.6(088.8) (56) Патент США N - 4307469, кл. Н 04 В 9/00.

The Bell System, — Technical

Journal, 1983, v.62, N - 7, р,1, с.1923-1936., (54) ПЕРЕДА!И1ЕЕ ОПТОЭЛЕКТРОННОЕ

УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к оптоэлектронике и м.б. использовано в во1локонно-оптических системах перецаФ чи цифровых и аналоговых сигналов ° о

Цель изобретения — повьппение надежности работы устр-ва путем стабилизации максимальной излучаемой мощности и ограничения максимального тока накачки полупровод п кового излучателя и упрощение устр-ва. Для достижения поставленной цели в устр-во введены преобразователь 1 папряжение— ток, источник 3 дополнительного тока, коммутатор 5, преобразователь 9 ток-напряжение, два двухполупериодных выпрямителя 11, 13,вычитатель 16, усилитель-ограничитель 18 постоянного тока, интегратор 20 и пороговый элемент 21. 2 з.п ф лы, 2 ил.

151889 7

Изобретение относится к оптоэлектронике и может быть использовано в волоконно-оптических системах передачи цифровых и аналоговых сигналов.

Целью изобретения является повышение надежности работы устройства путем стабилизации максимальной излучаемой мощности и ограничения максимального тока накачки полупроводнико- 10 вого излучателя и упрощение устройства.

На фиг.1 изображена структурная схема предлагаемого устройства .на фиг.2 а,б,в,г,д — временные диаграм- t5 мы сигналов, поясняющие его работу.

Передающее оптоэлектронное устройство содержит преобразователь 1 напряжение-ток, источник 2 тока смещения, источник 3 дополнительного 20 тока, фотодетектор 4, коммутатор 5, сумматор 6, ключ 7, первый широкополосный усилитель 8, преобразователь 9 ток-напряжение, первый вычитатель 10, первый двухполупериодный выпрями- 25 тель 11, второй широкополосный усилитель 12, второй двухполупериодный выпрямитель 13, первый интегратор 14 источник 15 напряжения, третий 16 и второй 17 вычитатепи, усилитель-огра- 30 ничитель 18 постоянного тока, полупроводниковый излучатель 19, второй интегратор 20 и пороговый элемент 21.

Устройство работает следуюшим образом.

Входной сигнал Up поступает на вход преобразователя 1 тока, который преобразует его на инверсном своем выходе в ток Т, на прямых выходахв ток I и в ток I (p (фиг,2б в) 1при 40 чем полярность сигнальной составлякг-, щей тока I соответствует таковой фйодного сйгнала и противоположна полярности сигнальной составляющей тока

I . Квазимаксимальное и квазимини" 45 мапьное значения последнего равны соответственно I,+ I „ и Т, — Т размах сигнальйой составляющей тока

I составляет 2Itt,, значения тока Т равные. Iq>p Т рпв Iq>p I<рчэ Igpi

>I >о+ Т ц и Iqp+ Т< ... соответствуют мгйовенным значениям Up„, Uq» 0

-U „и -U«a сигнале Up (фиг.2а б).

Величину I -I „ необходимо выбирать возможно меньше (Т вЂ” I „ <Т I p55

I „t -0) .

V огда появление во входном сигнале U положительных мгновенных значений, ttpeabtmatptttttx U,„(положительных выбросов), приводит к уменьшению до нуля (отсечка) точка 1Р, что эквивалентно включению на входе передающего модуля ограничителя положительного максимума.

Ток I, в отличие от I, принципиально может заходить в область отрицательного тока, его квазимаксимальное и квазиминимальное значения

I I равны соответственно I, + I u

Itt„ . Форма сигнальной составляющей

I точно соответствует форме Т, а

ttto размах составляет 2I„„. р

Ток I по форме точно повторяет

Е и отличается от него лишь масшФ табным коэффициентом. Ток I изменяющийся в пределах от I — I до

I«+ Т „, поступает на информационный вход второго широкополосного усилителя 12 постоянного тока, превращающего его в модулирующий ток, Усилитель 12 (инвертирующий) обладает равномерной амплитудно-частотной характеристикой в диапазоне частот преобразуемых сигналов и регулируемым коэффициентом усиления, причем регулировка усиления, выполняемая по управляющему входу, является частотно-независимой.

В рассматриваемом случае управляющее напряжение с выхода второго интегратора 20 равно нулю. При этом коэффициент усиления усилителя 12 принимает номинальное значение, Модулирующий ток, изменяющийся по закону преобразуемого сигнала, поступает на первый вход третьего вычитателя 16. На второй вход последнего с первого выхода усилителя-ограничителя 18 постоянного тока подается опорный ток. Вычитатель 17 образует ток накачки полупроводникового излучателя 19 в виде разности опорного и модулирующего токов. Инверсией полярности сигнальной составляющей тока Т р на инверсном выходе преобразователя 1 и повторной инверсией за счет операции вычитания в вычитателе 17 обеспечивается положительная полярность сигнальной составляющей мощности оптического излучения, при которой минимальному и максимальному уровням сигнала соответствуют значения мощности

Р „„и Р

С полупроводниковым излучателем 19 (лазером) оптически связан фотодетектор 4, выполнякзций линейное преобразование мощности оптического излу97

5 15188 чения в ток ° Ток фотодетектора 4 усиливается первым широкополосным усилителем 8 тока. Последний является неинвертируницим и имеет полосу пропускания, соответствующую верхней гранич5 ной частоте преобразуемых сигналов, В результате на его первом выходе присутствует ток I„ соответствующий модулирующему, который поступает на первый вход первого вычитателя 10 .

В рассматриваемом случае пороговый элемент 21 вырабатывает напряжение низкого уровня. Оно поддерживает коммутатор 5, являкщийся коммутатором тока, в состоянии, разрешающем прохождение сигнапа с первого входа.

Коэффициент передачи тока электронного коммутатора равен 1. В результате на второй вход сумматора 6 подается 20 ток I+ (фиг.2в). На первый вход

1 сумматора 6 поступает формируемый источникомом 2 т ок а смещения постоянный ток смещения . На нулевой стадии деградации полупроводникового излуча- 25 теля 19 при номинальной температуре окружающей среды напряжение низкого уровня с порогового элемента 21 поддерживает электронный ключ 7 в закрытом состоянии, и ток источника 3 дополни- 3р тельного тока не проходит на третий вход сумматора 6. На выходе последнего, таким образом, присутствует

I сумма тока смещения и тока I . Первая схема 10 вычитания образует раз35 ностный сигнал. Равенство размахов

I сигнальных составляющих токов I u

I д достигается соответствующим выбором параметров усилителя 8. На вход первого интегратора 14 вследствие 4О компенсации сигнальных составляющих токов I и I поступает постоянный ток. Интегратор имеет большую постоянную времени, ограниченную сверху лишь максимальной cKopocTbIo B3MBHeHHH энер-45 гетической характеристики полупроводникового излучателя 19 под влиянием факторов температуры и деградации.

Постоянный (отфильтрованный) ток с

его выхода усиливается усилителемограничителем 18 постоянного тока, формирунтцим на своем первом выходе необходимое значение опорного тока Iz

Преобразователь 9 осуществляет преобразование ток-напряжение и образует на выходе напряжение, прямо пропорциональное переменной составляющей входного сигнала. Второй двухполупериодный выпрямитель 13 выполняет опер,щи!о взятия модуля входного сигнала.

На втором выходе первого широкополосного усилителя 8 постоянного тока, являющемся, как и первый, неинвертирунщим, сигнал подвергается дополнительному преобразованию ток-напряжение и с потерей постоянной составляющей проходит на первый двухполупериодный выпрямитель 11. Выпрямитель 11 выполняет функцию, аналогичную функции выпрямителя 13, и имеет одинаковые с ним рабочие характеристики.Второй;интегратор 20, как и первый интегратор 14, имеет большую постоянную времени, ограниченную сверху максимальной скоростью изменения энергетической характеристики под влиянием дестабилизирующих факторов ° На его выходе возникает постоянное отфильтрованное управляющее напряжение, поступак цее на управляющий вход второго широкополосного усилителя 12 постоянного тока. Повышение температуры окружающей среды сопровождается увеличением порогового тока и уменьшением надпороговой крутизны энергетической характеристики.

При неизменных модулирующем и опорном токах это привело бы к уменьшению уровней мощности оптического излучения Р„„,„,, Ро Рм ц и умею.шению перепада уровней Р„„,— Р „„„, равного размаху сигнальной составляющей мощности.

При этом снижеш.е сигналт.най составляющей мощности излучения приводит к уменьшению напряжения на втором выходе первого широкополосного усилителя 8 постоянного така, и соответственно, к появлению некоторого положительного управллюшега напряжения на выходе второго интегратора 20.

Второй широкополосный усилитель 12 тока выполнен так, что увеличение напряжения на его управлявшем входе повышает коэффициент усиления. 11одули рующий ток возрастает да тех пар,пока напряжение на втором выходе усилителя 8 снова не окажется равным (с некоторой погрешностью) напряжению на выходе преобразователя 9. Тем самым с заданной степенью -.очности поддерживается постоянства сигнальной составляющей мощности оптического излучения. Точность регулирования, выполняемого цепью регулирования сигнальной составляющей, образуемой первым 11 и вторым 13 двухпалупериодным

1518897 выпрямителями, второй схемой 17 вычитания, вторым интегратором 20 и другими блоками, прямо пропорциональна величине коэффициента петлевого

5 усиления, Последнюю можно выбрать весьма большой, учитывая, что регулирование осуществляется на постоянном т ок е. Вт ор ой и нт е гр ат ор 20 должен отрабатывать изменения энергетической 10 характеристики под влиянием фактора температуры и деградации, которые происходят достаточно медленно,поэтому его постоянную времени, как и постоянную времени первого интегратора 14, допустимо и желательно иметь зн ачи тел ьн ой.

Уменьшение уровней Р1„,,Р и

Р,.щ„под влиянием температуры сопровождается уменьшением тока на выходе 20 усилителя 8. Понижение уровня тока увеличивает входной ток усилителяограничителя 18 постоянного тока,что при неизменном коэффициенте его усиJIBHHR приводит к повышеьлМ опорного 25 тока I „ и восстановлению исходных уровней излучения. Требуемая точность регулирования, выполняемого цепью регулирования постоянной составляю-. щей мощности излучения, образуемой первой схемой 10 вычитания, первым интегратором 14, усилителем-ограничителем 18 постоянного тока и другими блоками, обеспечивается выбором величины коэффициента петлевого усиления.

Аналогично осуществляется процесс регулирования при уменьшении температуры окружакщей среды.

До тех пор, пока I „меньше пре- . дельно допустимого тока, пороговый элемент 21 формирует на своем выходе напряжение низкого уровня, поддерживающее ключ 7 в закрытом состоянии, а коммутатор 5 — в состоянии, разре- 45 шающем прохождение сигнала с первого входа. При достижении I „ предельно допустимого. тока срабатывает пороговый элемент 21. На выходе последне- го появляется напряжение высокого уровня . оптоэлектронный модуль переходит в другой режим работы, который назовем режимом пониженной сигнальной составляющей. Наряду с этим усйлйтель-ограничитель 18 тока, выполняю,щий функцию ограничения сверху, не позволяет выходному току ни при каких условиях превзойти предельно допустимого значения, С целью исключения неустойчивого состояния введен источник 3 дополнительного тока. В первый момент после достижения опорным током I < максимально допустимой величины и следующего за ним открывания электронного ключа 7 на втором входе схемы 6 сложения появляется постоянный ток. Он увеличивает входной ток усилителяограничителя 18 и поддерживает последний в нелинейном режиме на всем этапе перехода оптоэлектронного модуля в режим пониженной. сигнальной составляющей, поэтому уменьшение цепью регулирования сигнальной составлянщей модулирующего тока и связанное с этим увеличение постоянной составляю-, щей тока на первом выходе усилителя 8 не выводят усилитель 18 из нелинейного режима, в результате чего отсутствует неустойчивое состояние.

11о»о > два варианта реализации третьего вычитателя: первый соответствует подключению к выходу усилителя 12 базы транзистора типа п-р-п, к выходу усилителя-огр аничителя 18 транзистора типа р-п-р и соединению отрицательного электрода полупроводникового излучателя 19 с общей шиной (корпусом); второй — применению транзисторов типов р-и-р и и-р-и соответственно и подключению к корпусу положительного электрода полупроводникового излучателя.

Применение при формировании тока накачки IH схема вычитания и предложенная реализация последней обеспечивают соблюдение условия I I поH- on 1 скольку при таком построении модулирующий ток может принимать только положительные значения.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

1. Передающее оптоэлектронное устройство, содержащее последовательно соединенные источник тока смещения, сумматор, первый вычитатель и первый интегратор, последовательно соединенные фотодетектор и первый широкополосный усилитель, первый выход которого соединен с вторым входом первого вычитателя, ключ, источник опорного напряжения, второй вычитатель, второй широкополосный усилитель и полупроводниковый излучатель, оптически

)5) 8897 связанный с фотодетектором, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности в работе устройства путем стабилизации максимальной излучаемой мощности и ограничения максимапьного тока накачки полупроводникового излучателя, введены преобразователь напряжение — ток, первый двухполупериодный выпрямитель, последовательно соединенные коммутатор, преобразователь ток — напряжение и второй двухполупериодный выпрямитель, последовательно соединенные усилитель-ограничитель постоян- f5 ного тока и третий вычитатель, ис точник дополнительного тока, выход которого соединен с входом ключа, второй интегратор и пороговый элемент, выход которого соединен с управляющими входами коммутатора и ключа, выходы неинвертированных сигналов преобразователя напряжение — ток соединены соответственно с первым и вторым входами коммутатора, выход ко- )5 торого соединен с вторым входом сумматора, выход ключа соединен с трет ьим входом сумм ат ор а, выход п ер в о r o интегратора соединен с входом усилителя-ограничителя постоянного тока, к входу управления величиной максимального тока которого подключен источник опорного напряжения, выход усилителя-orpаничителя постоянного тока соединен с входом порогового элемента, вход преобразователя напряжение — ток является входом устройства, инверсный выход преобразователя напряжение — ToK соединен с рхо дом второго широкополосного усилителя, выход которого соединен с вторым входом третьего вычитателя, выход которого соединен с полупроводниковым излучателем, выход первого широкополосного усилителя тока соединен с вхо дом первого двухполупериодного выпрямителя, выходы первого и второго двухполупериодных выпрямителей соединены соответственно с первым и вторым входами второго вычитателя, выход которого через второй интегратор соединен с управляющим входом второго широкополосного усилителя.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения, усилитель ограничитель постоянного тока выполнен в виде дифференциального усилителя с управляе-, мым источником тока в цепи эмиттеров,. инверсный вход которого соединен с источником постоянного напряжения, а управлякщий вход источника тока дифференциального усилителя- является входом управления величиной максимального тока. усилителя-ограничителя постоянного тока.

3. Устройство по п.1 о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения, третий вычитатель выполнен в виде двух транзисторов противоположного типа, включенных по схеме с общим эмиттером, коллекторы которых соединены и являются выходом вычитателя, а базы — входами вычитателя.

1518897

v«(t) t/cn

0 0 /сн /сп

I@1(t) IpoeIpn

Iðî +Ън

jpo шс- рн

1фо-Iq H

I p, (t) Ipo eInn до+;Ъ

Ю, Imo

1ри -он

I o -Inn

Inr(t) Eno e Inn

Ino +1нн г Ino Ino -1лн

Ino -Аю

О /в() иап /Вн

© 8. 2

Составитель А.Апександров

Техред Д.Олийнык Корректор С,Черни

Редактор А.Маковская

Подписное

Тираж 626

Заказ 6612/57

ВШ1ИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям прп 1 ЕНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, у . l i арина, 101