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1、第八章 光發(fā)射機與光接納機 內(nèi)容摘要：光發(fā)射機的構(gòu)成和功能 由光源、驅(qū)動器和調(diào)制器組成。功能是未來自于電端機的信號對光源發(fā)出的光進展調(diào)制，再將已調(diào)的光信號耦合到光纖或光纜去傳輸。2. 光接納機構(gòu)成和功能 由(光放大器)光檢測器和放大電路組成。功能是將光纖或光纜傳輸來的光信號，經(jīng)光檢測器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，?jīng)放大電路放大，送到接納端的電端機。本章重點： 了解掌握光發(fā)射機、光接納機的功能、電路任務(wù)原理。. 一、光發(fā)射機應(yīng)滿足的技術(shù)要求 (1) 體積小，與光纖之間有較高的耦合效率； (2) 發(fā)射的光波波長應(yīng)位于光纖的三個低損耗窗口； (3) 可以進展光強度調(diào)制； (4) 可靠性高，要求它任務(wù)壽命長、任務(wù)穩(wěn)

2、定性好 功率、偏振、光譜、溫度； (5) 發(fā)射的光功率足夠高，以便可以傳輸較遠的間隔。 第一節(jié) 光發(fā)射機.激光二極管發(fā)光二極管1光功率較大，100mW 101 mw光功率較小，僅1mw 2mW2帶寬大、調(diào)制速率高，102 MHz101 GHz帶寬小、調(diào)制速率低，101102 MHz。3光束方向性強，發(fā)散度小。方向性差，發(fā)散度大。4與光纖的耦合效率高，可達80以上。與光纖的耦合效率低，僅百分之幾。5光譜較窄。光譜較寬。6制造工藝難度大，本錢高。制造工藝難度小，本錢低。7在要求光功率較穩(wěn)定時，需求APC和ATC?？稍谳^寬的溫度范圍內(nèi)正常任務(wù)。8輸出特性曲線的線性度較好。在大電流下易飽和。9有方式噪

3、聲。無方式噪聲。10可靠性普通?？煽啃暂^好。11任務(wù)壽命短。任務(wù)壽命長。. 光源發(fā)光的波長、通訊容量、方式以及通訊間隔四者之間的定性關(guān)系:.二、光發(fā)送原理 在光纖通訊系統(tǒng)中，由于信息由LED和LD發(fā)出的光波攜帶，因此光發(fā)射機主要有調(diào)制電路和控制電路組成。.光發(fā)送系統(tǒng)闡明: 在數(shù)字通訊中，輸入電路將輸入的PCM脈沖信號變換成NRZ碼后，經(jīng)過驅(qū)動電路調(diào)制光源(直接調(diào)制)，或送到光調(diào)制器調(diào)制光源輸出的延續(xù)光波(外調(diào)制)，加載到光源上。 對直接調(diào)制，驅(qū)動電路需給光源加不斷流偏置；而外調(diào)制方式中光源的驅(qū)動為恒定電流，以保證光源輸出延續(xù)光波。 自動偏置和自動溫度控制電路是為了穩(wěn)定輸出的平均光功率和任務(wù)溫度

4、。 光發(fā)射機中還有報警電路，用以檢測和報警光源的任務(wù)形狀。 .-從本質(zhì)上講，光載波調(diào)制和無線電波載波調(diào)制一樣，也即有調(diào)幅、調(diào)強、調(diào)頻、調(diào)相、調(diào)偏等多種調(diào)制方式。但為了便于解調(diào)，在光頻段多采用強度調(diào)制。- 從調(diào)制方式與光源的關(guān)系上來分，強度調(diào)制的方法有兩種：直接調(diào)制和外調(diào)制。直接調(diào)制用電信號直接調(diào)制光源器件的偏置電流，使光源發(fā)出的光功率隨信號而變化。優(yōu)點是簡單、經(jīng)濟、容易實現(xiàn)，但調(diào)制速率受載流子壽命及高速率下的性能退化的限制。外 調(diào) 制基于電光、磁光、聲光效應(yīng)，讓光源輸出的延續(xù)光載波經(jīng)過光調(diào)制器，光信號經(jīng)過調(diào)制器實現(xiàn)對光載波的調(diào)制。需求調(diào)制器，構(gòu)造復(fù)雜，但可獲得優(yōu)良的調(diào)制性能，特別適宜高速率光通

5、訊系統(tǒng)。-三、光波的調(diào)制.模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制按調(diào)制信號的方式來分：模擬調(diào)制，分為兩類：一類是利用模擬基帶信號直接對光源進展調(diào)制；另一類采用延續(xù)或脈沖的射頻波作副載波，模擬基帶信號先對它進展調(diào)制，再用該已調(diào)制的副載波去調(diào)制光載波。 模擬調(diào)制的調(diào)制速率較低，均運用直接調(diào)制方式。- -2. 數(shù)字調(diào)制,主要指PCM脈碼調(diào)制。即先將延續(xù)的模擬信號進展抽樣、量化、編碼，轉(zhuǎn)化成一組二進制脈沖代碼，再對光信號進展通斷調(diào)制。 數(shù)字調(diào)制也可運用直接調(diào)制和外調(diào)制。.模擬調(diào)制： 延續(xù)的模擬信號電流疊加在直流偏置電流上，選擇適當直流偏置的大小，使靜態(tài)任務(wù)點位于發(fā)光管特性曲線線性段的中點，可以減小光信號的非線性失真。 調(diào)

6、制線性的好壞取決于調(diào)制深度m。設(shè)調(diào)制電流幅值為I，偏置電流為IB，那么m定義為： (8-1)四LED的直接調(diào)制原理.數(shù)字調(diào)制： 信號電流為單向二進制數(shù)字信號，用單向脈沖電流的“有、“無(“1碼和“0碼)控制發(fā)光管的發(fā)光與否。 直接調(diào)制時，模擬系統(tǒng)或數(shù)字系統(tǒng)都是經(jīng)過控制流經(jīng)發(fā)光管電流的方法到達調(diào)制輸出光功率的目的。但由于二者功率不同，對驅(qū)動與偏置電路也不同。.1LED的模擬驅(qū)動電路 在模擬系統(tǒng)中，驅(qū)動電路提供一定的任務(wù)點偏置電流及足夠的信號驅(qū)動電流，以使光源可以輸出足夠的功率。 非線性失真必需低于 -30dB-50dB。但由于LED本身存在非線性失真，在高質(zhì)量要求的信號傳輸中，還需求線性補償電路

7、。 LED對溫度不很敏感，因此普通不采用 APC和ATC電路。五光源的驅(qū)動電路. 鍺二極管和電阻串聯(lián)后與LED并聯(lián)，在大電流時起分流作用，擴展驅(qū)動電流范圍，提高LED的線性。 圖為一種簡單而又具有高速特性的共發(fā)射極跨導(dǎo)式驅(qū)動器。 將基極電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榧姌O電流以驅(qū)動發(fā)光管。晶體管任務(wù)在甲類任務(wù)形狀，調(diào)整基極偏置，使晶體管和發(fā)光管都偏置在各自的線性區(qū)。. LED的數(shù)字驅(qū)動電路主要運用于二進制數(shù)字信號。 驅(qū)動電路應(yīng)能提供幾十至幾百毫安mA的“開“關(guān)電流。 碼速不高時，可以不加偏置；但在高碼速時，需加小量的正向偏置電流，有利于堅持二極管電容上的電荷。2LED的數(shù)字驅(qū)動電路. 圖8-6(a)為晶體管共射驅(qū)

8、動電路，晶體管用作飽和開關(guān)，提供電流增益，其兩端的電壓降較小，飽和壓降Vcc0.3V。 圖(c)為發(fā)射極耦合開關(guān)式驅(qū)動電路，可傳輸300Mbs以上的數(shù)字信號。 晶體管Tl和T2是發(fā)射極耦合式開關(guān)，T3為恒流源。發(fā)光管的驅(qū)動電流由恒流源決議。這種電路類似線性差分放大器，實踐作開關(guān)用。由于它超越了線性范圍任務(wù)，輸入端過鼓勵時；仍沒有到達飽和，所以開關(guān)速率更高。圖(b)中的達林頓構(gòu)造使電路得到2.5ns的光上升時間，可傳輸100Mbs 的數(shù)字信號。 但發(fā)射極的負載不是純電阻，電路發(fā)生振蕩。RlCl并聯(lián)串接于發(fā)射極電路，組成發(fā)射極跟隨電路，提供電壓階躍，以補償驅(qū)動電流開場時， 對發(fā)光管電容充電所呵斥的

9、光驅(qū)動電流的下降，從而使驅(qū)動器可任務(wù)在高碼速情況下。. 由于LD通常用于高速系統(tǒng)，且是閾值器件，它的溫度穩(wěn)定性較差，與LED相比，其調(diào)制技術(shù)要復(fù)雜的多，驅(qū)動條件的選擇、調(diào)制電路的方式和工藝， 都對調(diào)制性能至關(guān)重要。 為了保證LD有穩(wěn)定的輸出光功率、光譜、消光比，需求有各種輔助電路，例如功率控制電路、溫控電路、限流維護電路和各種告警電路等。4. LD的驅(qū)動電路. 采用直接調(diào)制方式時，偏置電流的選擇直接影響激光器的高速調(diào)制性質(zhì)。選擇直流預(yù)偏置電流應(yīng)思索以下幾個方面： (1)加大直流偏置電流使其逼近閾值，可以大大減小電光延遲時間， 同時使張弛振蕩得到一定程度的抑制。偏置電流和調(diào)制電流的選擇 由圖中可

10、以看出，由于 LD 加了足夠的預(yù)偏置電流，調(diào)制電流脈沖幅度較??；預(yù)偏置后張弛振蕩大大減弱；譜線減少，光譜寬度變窄；電光延遲的減小。.(2)太大的直流偏置會使激光器的消光比惡化。消光比激光器在全l碼時發(fā)送的光功率(P1)與全0碼時發(fā)射的光功率(Po)之比，用dB表示為：光源的消光比將直接影響接納機的靈敏度。 為保證一定的靈敏度，消光比普通應(yīng)大于10dB。 激光器的偏置電流IB過大，會使消光比惡化，降低接納機的靈敏度。 通常取IB(0.850.90)Ith。驅(qū)動脈沖電流的峰-峰值Im普通取Im十IB(1.21.3)Ith。. 激光器的直接調(diào)制電路有許多種，但概括起來有兩類： 一類是單管集電極驅(qū)動電

11、路，另一類是射極耦合開關(guān)電路。圖中，三極管的輸出特性在放大區(qū)表現(xiàn)為恒流源，可以用集電極電流驅(qū)動光源。DT為驅(qū)動管，當電信號加在DT基極時，即可驅(qū)動集電極電路中的激光器，使之輸出的光功率隨信號的變化而變化。DT任務(wù)在開關(guān)形狀。激光器的直接調(diào)制電路.TTL開關(guān)式驅(qū)動電路 以下圖中晶體管BG2和BG3為發(fā)射極耦合對，組成非飽和電流選擇開關(guān)。當BG2基極電位高于BG3基極電位時，BG2導(dǎo)通，恒流源的驅(qū)動電流Im全部流過BG2，故流過LD的電流為零。反之，當BG2基極電位低于BG3基極電位時，BG3導(dǎo)通，一切驅(qū)動電流都經(jīng)過LD。 電流開關(guān)的轉(zhuǎn)換過程由輸入數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成ECL電平來控制，ECL電平l碼時，

12、輸出為-1.8V，0 碼時，輸出為十0.8V，經(jīng)過BGl和D1電平挪動后加到BG2基極，而BG3基極電平固定在-2.6V，它由溫度補償?shù)膮⒖茧娖絍bb經(jīng)BG4和D2電平挪動得到。Vbb-1.31 V是l碼和0碼電平的中間值。選擇適當?shù)妮斎腚妷海咕w管不驅(qū)動到飽和形狀， 就能起到快速開關(guān)作用，同時恒流源可使開關(guān)噪聲很小。. 在運用中，LD結(jié)溫的變化以及老化都會使Ith增大，量子效率下降，導(dǎo)致輸出光脈沖的幅度發(fā)生變化。 光功率自動控制有許多方法：一是自動跟蹤偏置電流，使LD偏置在最正確形狀；二是峰值功率和平均功率的自動控制；三是P-I曲線效率控制法等。 最簡的是經(jīng)過直接檢測光功率控制偏置電流。自

13、動功率控制電路(APC). 利用LD組件中的PIN光電二極管，監(jiān)測LD背向輸出光功率的大小。 假設(shè)功率小于某一額定值時，經(jīng)過反響電路后驅(qū)動電流添加，并到達額定輸出功率值。反之，假設(shè)光功率大于某一額定值，那么使驅(qū)動電流減小，以保證LD輸出功率根本上恒定不變。. 該PIN產(chǎn)生的信號與直流參考比較后送到放大器的同相端，直流參考經(jīng)過調(diào)理Rl控制預(yù)偏置電流IB。 調(diào)理R2使再生信號與PIN輸出獲得平衡，使IB堅持恒定。 當輸出光功率產(chǎn)生變化時，平衡破壞，反響偏置電路將自動調(diào)整IB， 使輸出功率恢復(fù)到原來的值，電路又恢復(fù)平衡形狀。IB. 圖8-13的原理：控制LD偏置電流堅持輸出光脈沖幅度的恒定。 在運放

14、的輸入端，再生信號由輸入信號再生處置后得到， 它固定在0V-lV間。 LD組件中PIN管接納LD的反面輸出光，它遭到與正面輸出光同樣的溫度及老化影響，從而可用來反響控制LD輸出光功率。 該PIN產(chǎn)生的信號與直流參考比較后送到放大器的同相端，直流參考經(jīng)過調(diào)理Rl控制預(yù)偏置電流IB。 調(diào)理R2使再生信號與PIN輸出獲得平衡，使IB堅持恒定。當輸出光功率產(chǎn)生變化時，平衡破壞，反響偏置電路將自動調(diào)整IB， 使輸出功率恢復(fù)到原來的值，電路又恢復(fù)平衡形狀。 R3Cl構(gòu)成LD的慢啟動網(wǎng)絡(luò)，開啟電源或有突發(fā)的電沖擊時，由于電路的時間常數(shù)很大(l ms)，IB只能漸漸增大。前面的控制電路首先進入穩(wěn)定控制形狀，然

15、后IB緩慢增大，維護LD免受沖擊。 . 溫度變化引起LD輸出光功率的變化，雖然可以經(jīng)過APC電路進展調(diào)理，使輸出光功率恢復(fù)正常值。但是，假設(shè)環(huán)境溫度升高較多，經(jīng)APC調(diào)理后，IB增大較多，那么LD的結(jié)溫因此也升高很多，致使Ith繼續(xù)增大，呵斥惡性循環(huán)，從而影響了LD的運用壽命。自動溫度控制電路(ATC) 因此，為保證激光器長期穩(wěn)定任務(wù)，必需采用自動溫度控制電路(ATC)使激光器的任務(wù)溫度一直堅持在20攝氏度左右。LD的溫度控制由微型制冷器、熱敏元件及控制電路組成，如下圖。. 圖8-17是溫度控制電路， LD組件中的熱敏電阻具有負溫度系數(shù)，在20時阻值 Rt10k12k，RtT-05。它與Rl，

16、R2，R3組成橋式電路，其輸出電壓加到差分放大器的同相和反相輸入端， 在某溫度下，電橋到達平衡。 LD溫度升高時，Rt下降，BGl正導(dǎo)游通，經(jīng)過制冷器Rc的電流Ic加大，使LD的溫度下降。Rt TRt (電壓下降) 差分放大器輸入端壓降差分放大器輸出電壓IcT. 微制冷器多采用半導(dǎo)體制冷器。它是利用半導(dǎo)體資料的珀爾帖效應(yīng)制成的。當直流電流經(jīng)過兩種半導(dǎo)體組成的電偶時，出現(xiàn)一端吸熱另一端放熱的景象，這種景象稱為珀爾帖效應(yīng)。微型半導(dǎo)體制冷器的溫差可以到達3040。吸熱放熱. 不論內(nèi)制冷還是外制冷半導(dǎo)體制冷器都是非常重要的。圖8-16為半導(dǎo)體制冷器的構(gòu)造表示圖。圖中(a)為單個熱電偶的構(gòu)造簡圖，(b)

17、為熱電偶組件，它是由多個熱電偶按電學上串聯(lián)、熱學上并聯(lián)的方式組成的。 單個熱電偶是由P型和N型摻雜的半導(dǎo)體組成，它被焊接在銅銜接片上，并用陶瓷面板將銅銜接片與外外表電絕緣。當未接外電路時，跨越它兩端構(gòu)成的溫度差使它的兩端產(chǎn)生一與溫度差成比例的電位差。此時將其與外電路的負載銜接起來，將產(chǎn)生電流，從而輸出電功率，這就是一個熱電偶器件。 將熱電偶與直流電源相連，如圖(a)所示，直流電流經(jīng)過熱電偶將產(chǎn)生珀爾帖效應(yīng)，在它的一端吸收熱量，與之相連的物體將被冷卻；另一端排放熱量，將散熱器與之接觸，該熱電偶起到制冷器的作用。假設(shè)改動直流電流的方向，制冷器的吸熱、散熱端將互換。 由于熱電偶堆是由多個熱電偶串聯(lián)起

18、來的， 熱電偶的個數(shù)越多，制冷量越大，在實踐運用過程中，可根據(jù)所需的溫差，選擇不同的熱電偶堆。.-制冷方式分為內(nèi)制冷和外制冷兩種。半導(dǎo)體LD總是和其他一些部件封裝在一同，構(gòu)成一個完好的LD組件，其內(nèi)部構(gòu)造如圖8-15所示，它將LD芯片、半導(dǎo)體制冷器和具有負溫度系數(shù)的熱敏電阻等封裝在一個體積很小的密封盒內(nèi)，控制電路放在盒外，這屬于內(nèi)制冷方式。內(nèi)制冷方式構(gòu)造緊湊、控制效率高、使激光器有較恒定的輸出光功率和發(fā)射波長。通常內(nèi)制冷較外制冷方式更直接、有效。-外制冷方式是將外加半導(dǎo)體制冷器與山組件的密封盒嚴密接觸，經(jīng)過控制電路給外加制冷器加直流， 到達控制LD周圍環(huán)境溫度的目的。. 詳細控制過程如下：TR

19、t差分放大器輸入端壓降差分放大器輸出電壓IcT。 實踐上激光器在延續(xù)任務(wù)時，管芯溫度會繼續(xù)上升，從而使得熱敏電阻Rt總堅持在RtR3即電橋總不平衡，于是Ic維持一定值，即控制電路一直為致冷器提供恒定的任務(wù)電流Ic。 在光發(fā)送電路中，由于采用了ATC 和 APC電路，使LD輸出光功率 的穩(wěn)定度堅持在較高的程度上。在環(huán)境溫度為十5十50范圍內(nèi)，LD輸出光功率的不穩(wěn)定度小于5。.光源的過流維護電路 為了使光源不致因經(jīng)過大電流而損壞，需對光源進展過流維護。圖8-18所示是激光器的過流維護電路，圖中T3為激光器提供偏流IB。維護電路由晶體管T4、電阻Rl組成。- 正常情況下，電阻Rl上的電壓小于T4的導(dǎo)

20、通降壓，因此T4截止，維護電路不任務(wù)。激光器的維護及告警電路 當偏流IB過大， 致使Rl上的壓降VRl劇增，并超越T4的導(dǎo)通壓降時， T4飽和導(dǎo)通，使Vce40，從而導(dǎo)致T3截止，激光器不因IB過大而被損壞。.無光告警電路 -圖8-19所示為無光告警原理圖。 圖中A2的反向端為直流參考電壓VD，其同相端那么為代表LD輸出光功率平均值的Vf。當LD發(fā)光正常時，PIN管檢測到的光電流經(jīng)A1放大后送入A2的同相端。這時， VfVD，因此A2輸出高電平， 致使無光告警指示燈LED不亮。當LD不發(fā)光時，PIN管檢測不到光信號，因此VfVD， A2輸出低電平， 使無光告警燈發(fā)出紅色告警顯示。另一路高電平為

21、正常、低電平為告警的無光告警信號那么被送入監(jiān)控系統(tǒng)處置。.壽命告警電路 當閾值電流增大到開場運用時的1.5倍時，就以為LD的壽命終止。所以壽命告警電路通常采用監(jiān)測偏流IB的值來判別激光器壽命能否終止。即當IB1.5Itho(Itho為LD開場啟用時的閾值電流)時，壽命告警電路就告警。-圖8-20所示為壽命告警電路原理圖。圖中T3為激光器提供偏流IB，T4、R1組成過流維護電路。由于VlIBRl，所以調(diào)整電位器W使V21.5IthoR1。當LD任務(wù)正常時，IB1.5Itho，那么VlV2，A1輸出高電平，壽命告警燈不亮。假設(shè)IB1.5Itho，那么激光器壽命終止，這時VlV2，A1輸出低電平，壽

22、命告警燈發(fā)黃色告警顯示。 同樣有一路高電平正常、低電平告警的壽命告警信號送到監(jiān)控系統(tǒng)。. 光接納機的義務(wù)是以最小的附加噪聲及失真恢復(fù)出由光纖傳輸、光載波所攜帶的信息。 其輸出特性綜合反映了整個光纖通訊系統(tǒng)的性能。本章重點討論接納機前端的噪聲特性、模擬及數(shù)字接納機的性能，如信噪比或誤碼率、接納機靈敏度等。第二節(jié) 光接納機. 光接納機也有數(shù)字接納機和模擬接納機兩種方式，見上圖所示。它們均由反向偏壓下的光電檢測器、低噪聲前置放大器及其他信號處置電路組成，是一種直接檢測(DD)方式。 與模擬接納機(a)相比，數(shù)字接納機(b)更復(fù)雜，在主放大器后還有平衡濾波、定時提取與判決再生、峰值檢波與AGC放大電路

23、。它們在高電平下任務(wù)，不影響對光接納機根本性能的分析。一、光接納機的構(gòu)造模擬式數(shù)字式. 光電檢測器是光接納機的第一個關(guān)鍵部件，其作用是把接納到的光信號轉(zhuǎn)化成電信號。 目前在光纖通訊系統(tǒng)中廣泛運用的光電檢測器是PIN光電二極管和雪崩光電二極管APD。(1)PIN管比較簡單，只需10V20V的偏壓即可任務(wù)，且不需偏壓控制，但它沒有增益。因此運用PIN管的接納機的靈敏度不如APD管的高；(2)AFD管具有10200倍的內(nèi)部電流增益，可提高光接納機的靈敏度。但運用APD管比較復(fù)雜，需求幾十到200V的偏壓。1、光電檢測器. 溫度變化較嚴重地影響APD管的增益特性。 通常需對APD管的偏壓進展控制以堅持

24、其增益不變，或采用溫度補償措施以堅持其增益不變。 對光檢測器的根本要求是高的轉(zhuǎn)換效率、低的附加噪聲和快速的呼應(yīng)。 由于光檢測器產(chǎn)生的光電流非常微弱(nAA)，必需先經(jīng)前置放大器進展低噪聲放大，光電檢測器和前置放大器合起來叫做接納機前端，其性能的優(yōu)劣決議接納靈敏度的主要要素。. 經(jīng)光電檢測器檢測而得的微弱信號電流，流經(jīng)負載電阻轉(zhuǎn)換成電壓信號后，由前置放大器加以放大。但前置放大器在將信號進展放大的同時，也會引入放大器本身電阻的熱噪聲和晶體管的散彈噪聲。 主放大器在放大前置放大器的輸出信號時，也會將前置放大器產(chǎn)生的噪聲一同放大。前置放大器的性能優(yōu)劣對接納機的靈敏度有非常重要的影響。為此，前置放大器必

25、需是低噪聲、寬頻帶放大器。- 主放大器主要用來提供高的增益，將前置放大器的輸出信號放大到適宜于判決電路所需的電平。前置放大器的輸出信號電乎普通為mV量級，而主放大器的輸出信號普通為1V3V(峰峰值)。 2、前置放大器. 平衡器的作用是對主放大器輸出的失真的數(shù)字脈沖信號進展整形，使之成為最有利于判決、碼間干擾最小的升余弦波形。 平衡器的輸出信號通常分為兩路，一路經(jīng)峰值檢波電路變換成與輸入信號的峰值成比例的直流信號，送入自動增益控制電路，用以控制主放大器的增益；另一路送入判決再生電路，將平衡器輸出的升余弦信號恢復(fù)為“0或“1的數(shù)字信號。3、平衡器. 定時提取電路用來恢復(fù)采樣所需的時鐘。 衡量接納機

26、性能的主要目的是接納靈敏度。在接納機的實際中，中心的問題是如何降低輸入端的噪聲，提高接納靈敏度。 光接納機靈敏度主要取決于光電檢測器的呼應(yīng)度以及檢測器和放大器的噪聲。. 由光電檢測器、前置放大器、主放大器和平衡器構(gòu)成的這部分電路稱為線性通道。線性通道主要完成對信號的線性放大，以滿足判決電平的要求。1前置放大器 接納機的前端包括反向偏壓下的光電二極管和前置放大器。光電二極管接納由光纖耦合來的光信號。在實踐電路分析中，可將光電二極管看成是一個與其結(jié)電容Cd并聯(lián)的電流源，等效電路如右圖所示，其中RL為負載電阻。二、線性通道. 接納機前端的設(shè)計需求綜合思索接納靈敏度和帶寬兩個要素，普通來說有三種不同的

27、方式，即低阻抗、高阻抗和跨阻抗前端，如右圖所示。 圖中Ci為總的輸入電容，其中包括光電二極管的結(jié)電容和前置放大器的晶體管引起的電容。右圖為接納機前端設(shè)計。1、接納機前端. 在高阻抗前置放大器中，由于輸入電路的總電阻Ri較大，優(yōu)點：增大前置放大器的輸入電壓，較大的Ri值也可以降低熱噪聲和添加接納靈敏度；缺陷是帶寬f較窄。這種電路的帶寬可表示為 6-3 輸入電路的總電阻Ri由放大器的輸入電阻Rb和光電二極管的直流負載電阻RL并聯(lián)而成。等效輸入電阻Ri表示為 6-4輸入電路引入的熱噪聲表示為 6-5. 由此可見：RL越大，帶寬越小?？梢圆捎闷胶馄鲗Ω哳l提升的方法來添加帶寬，在接納靈敏度到達要求的前提

28、下， 可以用降低Ri的方法來添加帶寬， 這種前端叫作低電阻前端。但這種電路方式的熱噪聲較大，當然，接納靈敏度也較低。(1)高阻抗放大器的平衡：要處理高阻抗放大器帶寬窄、信號脈沖失真嚴重引起的碼間干擾，必需用很強的平衡。經(jīng)過微分網(wǎng)絡(luò)補償高頻分量的滾降，使接納機的頻響特性在要求的帶寬內(nèi)變?yōu)槠街?，以改善輸出脈沖的波形。但嚴厲的平衡是很困難的，因放大器的輸入導(dǎo)納主要取決于總的輸入電容且又隨晶體管的不同及雜散電容大小而變化。. 右圖為平衡器電路的幾個例子。 (a) 為無源平衡器；(b) 為采用運算放大器的平衡器；(c) 雙極晶體管的有源平衡器。. 無源平衡器是簡單的RC網(wǎng)絡(luò)，其傳送函數(shù)為：- -(6-6

29、)式中 , 。 對于完全平衡，1與前置放大器的轉(zhuǎn)機頻率相匹配， 這樣放大器帶寬因平衡器而展寬到2。傳送函數(shù)值減小了2/1倍，將其稱為平衡比，普通可到達幾十。對于這種無源平衡器，高頻時增益為1，對低頻的衰減等于平衡比。 . 對于圖(b)、(c)中的有源平衡濾波器，其傳送函數(shù)為： (6-7)式中1、2與無源平衡器一樣，但kR3/R2，即平衡器的增益決議于R3，可與1、2獨立進展選擇。 高阻抗放大器存在的第二個問題是動態(tài)范圍小。 例如，在無源平衡器中，平衡過程本質(zhì)上是經(jīng)過對帶內(nèi)低頻信號的衰減來實現(xiàn)的。因此放大器的增益必需非常高，以保證放大器輸出至平衡器的信號足夠強，而最大輸出電壓受電源電壓和偏置條件

30、的限制，因此接納機的動態(tài)范圍遭到了限制。 .(2)跨阻抗放大器 跨阻抗前置放大器同時具有高接納靈敏度和頻帶寬的特點，與高阻抗前置放大器相比，具有較大的動態(tài)范圍。 在跨阻抗前置放大器設(shè)計中，電阻RL作為一個反響電阻跨接在反向放大器的兩端。 雖然RL很大，但負反響作用使放大器的等效輸入阻抗降低G倍，G是放大器的增益，這樣帶寬與高阻抗前置放大器比較添加了G倍。因此在大多數(shù)光接納機中，均采用跨阻抗前置放大器的方式。. 圖6-25為跨阻抗前置放大器的電路圖。 圖中Rf為并聯(lián)反響電阻；Cf為漏散電容；Rb為光電檢測器及晶體管的偏置電阻；C為并聯(lián)電容。 如光電檢測器與接納放大器直流耦合，那么反響電阻又可作光

31、電檢測器的負載電阻，Rb可不用，該電路的傳送函數(shù)為:. 適用中RbRf，Al。那么放大器的頻響特性如圖8-27(b)所示，其3dB帶寬為： (6-9) 假設(shè)漏散電容Cf很小，CfAC，那么2=A/RfC 。與高阻抗放大器相比跨阻抗前置放大器帶寬要寬得多，至少展寬了A倍，而且經(jīng)過跨阻的添加，帶寬還會進一步擴展，這時接納機可以不需平衡，或只需少量平衡，動態(tài)范圍增大了等于平衡比的量。. 雖然跨阻抗放大器的帶寬比高阻抗放大器提高了A倍，但也不能經(jīng)過無限增大開環(huán)增益來不斷提高帶寬。 由于它遭到了兩個限制： 一是隨著A的添加，漏電容的影響也隨之添加，最后變?yōu)橹饕挠绊懀?二是為了到達高A，必需添加并聯(lián)反響環(huán)內(nèi)的放大級數(shù)，對寬帶運用來說，會引起附加的傳播延遲及相位漂移，使噪聲及相位的富有度減小，引起不穩(wěn)定。 因此反響環(huán)內(nèi)的放大級數(shù)限于三級以下(100MHz)或僅一級(1GHZ)。 . 當然反響電阻的引進，在高阻放大器上