Передающее оптоэлектронное устройство

(51) 4 ЕНИЯ ИДЕТЕЛЬСТ системах пере говых сигндло нс титу злучате- достижепкового р-ва. Дп ели ель 1 па ние уеннойазоваик 3 ро стр-во ввепряжение -ния та дены прео ток, исто тока,9 олни тез рдзова к оммут ат орток-напряже упериод двухп 13,вы ель 18 ель оян тат теля 11 гр аничи ратор 2 з. п, ф-л ных выпрями усилиттока,мент 2 ль нт выи эле поро 2 воФ. ф, " СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ4,.с.РЕСПУБЛИК Госуддрственный комитетПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗ К АВТОРСКОМ(57) Изобретение относится кэлектронике и м,б. использован локонно-оптическ 1 чи циФровых и апалЦель изобретения сти работы устрздции максимальнои ти и ограничения м накачки полупровод повьппение надежа путем стабилиизлучдемой мощносксимапьного тока35 Изобретение относится к оптоэлектронике и может быть использовано вволоконно-оптических системах передачи цифровых и аналоговых сигналов.Целью изобретения является повышение надежности работы устройства путем стабилизации максимальной излучаемой мощности и ограничения максимального тока накачки полупроводникового излучателя и упрощение устройства.На фиг1 изображена структурнаясхема предлагаемого устройства,нафиг.2 а,б,в,г,д - временные диаграммы сигналов, поясняющие его работу.Передающее оптоэлектронное устройство содержит преобразователь 1напряжение-ток, источник 2 тока смещения, источник 3 дополнительного 20тока, фотодетектор 4, коммутатор 5,сумматор 6, ключ 7, первый широкополосный усилитель 8, преобразователь 9ток-напряжение, первый вычитатель 10,первый двухполупериодный выпрямитель 11, второй широкополосный усилитель 12, второй двухполупериодныйвыпрямитель 13, первый интегратор 14,источник 15 напряжения, третий 16 ивторой 17 вычитатепи, усилитель-ограничитель 18 постоянного тока, полупроводниковый излучатель 19, второйинтегратор 20 и пороговый элемент 21.Устройство работает следуюшим образом,Входной сигнал 11 поступает навход преобразователя 1 тока, которыйпреобразует его на инверсном своемвыходе в ток 1, на прямых выходахв ток 1и в ток 1(фиг.2 б,в),причем полярность сигнальной составлякг-,щей тока 1 соответствует таковойфйодного сйгнала и противоположна полярности сигнальной составляющей тока1 . Квазимаксимальное и квазимини"мальное значения последнего равны соответственно 1,+ 1 ри и 1 о 1 празмах сигнальйой составляющей тока1, составляет 21 , значения тока 1равные 1 1 1 фо 1 ф 1 ро:50о+ 1 н и 1 уо+ 1 п соответствуютмгйовенным значениям БпЦсн0 э-Бщи -Б, в сигнале Пс (фиг.2 аб),Величину 1 -1необходимо выбиратьвозможно меньше (1 о 1 п 1 уе 1 уо551 кО).7огда появление во входном сигнале Б положительных мгновенных значений, превышаюпцх 1.1,(положительных выбросов), приводит к уменьшению донуля (отсечка) точка 1,Р, что эквивалентно включению на входе передающего модуля ограничителя положительного максимума.Ток 1 Р, в отличие от 1 , принципиально может заходить в областьотрицательного тока, его квазимаксимальное и квазиминимальное значения1 1равны соответственно 1, + 1 пд и 11 пп Форма сигнальной составляющей1 точно соответствует форме 1 , а(р офразмах составляет 21.цТок 1 по форме точно повторяет1Е и отличается от него лишь масшФтабным коэффициентом, Ток 1 р изменяющийся в пределах от 1 - 1 до1,+ 1, поступает на информационный вход второго широкополосногоусилителя 12 постоянного тока, превращающего его в модулирующий ток,Усилитель 12 (инвертирующий) обладает равномерной амплитудно-частотнойхарактеристикой в диапазоне частотпреобразуемых сигналов и регулируемым коэффициентом усиления, причемрегулировка усиления, выполняемая поуправляющему входу, является частотно-независимой,В рассматриваемом случае управляющее напряжение с выхода второго интегратора 20 равно нулю. При этомкоэффициент усиления усилителя 12принимает номинапьное значение,Модулирующий ток, изменяющийся позакону преобразуемого сигнала, поступает на первый вход третьего вычитателя 16. На второй вход последнего спервого выхода усилителя-ограничителя 18 постоянного тока подается опорный ток. Вычитатель 17 образует токнакачки полупроводникового излучателя 19 в виде разности опорного и модулирующего токов. Инверсией полярностисигнальной составляющей тока 1 р наинверсном выходе преобразователя 1и повторной инверсией за счет операции вычитания в вычитателе 17 обеспечивается положительная полярностьсигнальной составляющей мощности оптического излучения, при которой минимальному и максимальному уровням сигнала соответствуют значения мощностиРиРС полупроводниковым излучателем 19(лазером) оптически связан фотодетектор 4, выполнякзций линейное преобразование мощности оптического излу97 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 11выполняет функцию, аналогичную функции выпрямителя 13, и имеет одинаковые с ним рабочие характеристики,Второй,интегратор 20, как и первыйинтегратор 14, имеет большую постоянную времени, ограниченную сверху максимальной скоростью изменения энергетической характеристики под влияниемдестабилизирующих факторовНа еговыходе возникает постоянное отфильтрованное управляющее напряжение, поступаацее на управляющий вход второгоширокополосного усилителя 12 постоянного тока. Повышение температурыокружающей среды сопровождается увеличением порогового тока и уменьшениемнадпороговой крутизны энергетическойхарактеристики,При неизменных модулирующем и опорном токах это привело бы к уменьшениюуровней мощности оптического излучения Р, Р оР м из и уменьшению перепада уровней Р дс Р дравного размаху сигнальной составляющей мощности.При этом снижеш,е сигнальной составляющей мощности излучения приводит к уменьшению напряжения на втором выходе первого широкополосногоусилителя 8 постоянного тока, и соответственно, к появлению некоторогоположительного управллюшего напряжения на выходе второго интегратора 20.Второй широкополосный усилитель 12тока выполнен так, что увеличение напряжения на его управлявшем входе повышает коэффициент усиления, Иодулирующий ток возрастает до тех пор,пока напряжение на втором выходе усилителя 8 снова не окажется равным (снекоторой погрешностью) напряжениюна выходе преобразователя 9, Тем самым с заданной степенью точности поддерживается постоянства сигнальнойсоставляющей мощности оптического излучения, Точность регулирования, выполняемого цепью регулирования сигнальной составляющей, образуемой первым 11 и вторым 13 двухполупериодным Преобразователь 9 осуществляет преобразование ток-напряжение и образует на выходе напряжение, прямо пропорциональное переменной составляющей входного сигнала. Второй двухполупериод 5 15188 чения в токТок фотодетектора 4 усиливается первым широкополосным усилителем 8 тока. Последний является неинвертирунзцим и имеет полосу пропускания, соответствующую верхней гранич 5 ной частоте преобразуемых сигналов, В результате на его первом выходе присутствует ток 1 . соответствующий модулирующему, который поступает на первый вход первого вычитателя 10,В рассматриваемом случае пороговый элемент 21 вырабатывает напряжение низкого уровня. Оно поддерживает коммутатор 5, являкзцийся 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 1, (фиг.2 в). На первый вход1сумматора 6 поступает формируемый источником 2 тока смещения постоянный ток смещения . На нулевой стадии деградации полупроводникового излуча 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 тельного тока не проходит на третий вход сумматора 6, На выходе последнего, таким образом, присутствует сумма тока смещения и тока 1. Первая схема 10 вычитания образует раз 35 ностный сигнал. Равенство размахов1 сигнальных составляющих токов 1 и 1 достигается соответствующим выбором параметров усилителя 8. Па вход первого интегратора 14 вследствие 4 О компенсации сигнальных составляющих токов 1 и 1 поступает постоянный ток, Интегратор имеет большую постоянную времени, ограниченную сверху лишь максимальной скоростью изменения энергетической характеристики полупроводникового излучателя 19 под влиянием факторов температуры и деградации. Постоянный (отфильтрованный) ток с его выхода усиливается усилителем- ограничителем 18 постоянного тока, формирущцим на своемервом выходе необходимое значение опорного тока 1 О. ный выпрямитель 13 выполняет опер,щиювыпрямителями, второй схемой 7 вычитания, вторым интегратором 20 идругими блоками, прямо пропорциональна величине коэффициента петлевого5усиления, Последнюю можно выбратьвесьма большой, учитывая, что регулирование осуществляется на постоянномтоке. Второй интегратор 20 долженотрабатывать изменения энергетической 10характеристики под влиянием факторатемпературы и деградации, которыепроисходят достаточно медленно,поэтому его постоянную времени, как и постоянную времени первого интегратора 14, допустимо и желательно иметьзн ачи тел ьн ой.уменьшение уровней Рмакс еРо иР щпод влиянием температуры сопровождается уменьшением тока на выходеусилителя 8, Понижение уровня токаувеличивает входной ток усилителяограничителя 18 постоянного тока,чтопри неизменном коэффициенте его усиления приводит к повышеьл 1 о опорного 25тока 1и восстановлению исходныхуровней излучения. Требуемая точностьрегулирования, выполняемого цепьюрегулирования постоянной составляю-.щей мощности излучения, образуемойпервой схемой 10 вычитания, первыминтегратором 14, усилителем-ограничителем 18 постоянного тока и другими блоками, обеспечивается выборомвеличины коэффициента петлевого усил ения,Аналогично осуществляется процессрегулирования при уменьшении температуры окружакщей среды,До тех пор, пока 1, меньше пре- . 40дельно допустимого тока, пороговыйэлемент 21 формирует на своем выходенапряжение низкого уровня, поддерживающее ключ 7 в закрытом состоянии,а коммутатор 5 - в состоянии, разрешающем прохождение сигнала с первоговхода, При достижении 1предельнодопустимого. тока срабатывает пороговый элемент 21. На выходе последне-го появляется напряжение высокогоуровня. оптоэлектронный модуль переходит в другой режим работы, которыйназовем режимом пониженной сигнальной составляющей, Наряду с этим усйлйтвпь-ограничитель 18 тока, выполняю.,щий функцию ограничения сверху, непозволяет 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 1 О максимально допустимой величины и следующего за ним открывания электронного ключа 7 на втором входе схемы 6 сложения появляется постоянный ток, Он увеличивает входной ток усилителя- ограничителя 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,Возможны два варианта реализации третьего вычитателя: первый соответствует подключению к выходу усилителя 12 базы транзистора типа п-р-п, к выходу усилителя-ограничителя 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 1 н схема вычитания и предложенная реализация последней обеспечивают соблюдение условия 1 (1 поН- оп скольку при таком построении модулирующий ток может принимать только положительные значения,Формула изобретения1. Передакщее 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, оптическисвязанный с фотодетектором, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности в работе устройства путем стабилизации максимальнойизлучаемой мощности и ограничениямаксимапьного тока накачки полупроводникового излучателя, введены преобразователь напряжение - ток, первый двухполупериодный выпрямитель, 1 Опоследовательно соединенные коммутатор, преобразователь ток - напряжение и второй двухполупериодный выпрямитель, последовательно соединенные усилитель-ограничитель постоянного тока и третий вычитатель, источник дополнительного тока, выходкоторого соединен с входом ключа,второй интегратор и пороговый элемент, выход которого соединен с управляющими входами коммутатора и ключа, выходы неинвертированных сигналов преобразователя напряжение - токсоединены соответственно с первым ивторым входами коммутатора, выход которого соединен с вторым входом сумматора, выход ключа соединен с третьим входом сумматора, выход первогоинтегратора соединен с входом усилителя-ограничителя постоянного тока,к входу управления величиной максимального тока которого подключен источник опорного напряжения, выходусилителя-ограничителя постоянноготока соединен с входом пороговогоэлемента, вход преобразователя напряжение - ток является входом устрой.ства, инверсный выход преобразователя напряжение - ток соединен с входом второго широкополосного усилителя, выход которого соединен с вторымвходом третьего вычитателя, выход которого соединен с полупроводниковымизлучателем, выход первого широкополосного усилителя тока соединен с входом первого двухполупериодного выпрямителя, выходы первого и второгодвухполупериодных выпрямителей соединены соответственно с первым и вторымвходами второго вычитателя, выходкоторого через второй интегратор соединен с управляющим входом второгоширокополосного усилителя,2, Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюупрощения, усилитель ограничительпостоянного тока выполнен в виде дифференциального усилителя с управляе-,мым источником тока в цепи эмиттеров,.инверсный вход которого соединен систочником постоянного напряжения,а управлякщий вход источника токадифференцизльного усилителя- являетсявходом управления величиной максимального тока усилителя-ограничителя постоянного тока. 3Устройство 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 7 стй втсп анси О О 7 сни Составитель А,АпександровРедактор А.Маковская Техред Л.Олийнык Корректор С,Черни Под пи ираж 626 Зака 6612/57 иям ири 1 ЕНГ СССР митета по изобрсква, Ж, Рауш Ш 1 ИПИ Государственного 113035, ени и открнаб., д,ая ронзводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород арина,