【文章內容簡介】 放熱量，將散熱器與之接觸，該熱電偶起到制冷器的作用。如果改變直流電流的方向，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起來的， 熱電偶的個數越多，制冷量越大，在實際使用過程中，可根據所需的溫差，選擇不同的熱電偶堆。圖816 半導體制冷器的結構示意圖圖817是溫度控制電路， LD組件中的熱敏電阻具有負溫度系數，在20℃時阻值 Rt＝10kΩ～12kΩ，ΔRt／ΔT≈0．5％／℃。它與Rl，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，電橋達到平衡。 LD溫度升高時，Rt下降，BGl正向導通，通過制冷器Rc的電流Ic加大，使LD的溫度下降。圖817 溫度控制電路。 具體控制過程如下：T↑→Rt↓→差分放大器輸入端壓降↑→差分放大器輸出電壓↑→Ic↑→T↓。實際上激光器在連續(xù)工作時，管芯溫度會持續(xù)上升，從而使得熱敏電阻Rt總保持在Rt≠R3即電橋總不平衡，于是Ic維持一定值，即控制電路始終為致冷器提供恒定的工作電流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)定度保持在較高的水平上。在環(huán)境溫度為十5℃～十50℃范圍內，LD輸出光功率的不穩(wěn)定度小于5％。7．激光器的保護及告警電路光源是光發(fā)送電路的核心，它價格昂貴又較容易損壞。因此在光發(fā)送電路中必須設有保持電路，以防止意外的損壞。另外，當光發(fā)送電路出現故障時，告警電路應發(fā)出相應的聲、光告警信號，以便于工作人員維護。①光源的過流保護電路 為了使光源不致因通過大電流而損壞，一般需對光源進行過流保護。圖818所示是激光器的過流保護電路，圖中T3為激光器提供偏流IB。保護電路由晶體管T電阻Rl組成。圖818 激光器的過流保護電路。正常情況下，電阻Rl上的電壓小于T4的導通降壓，因而T4截止，保護電路不工作。當偏流IB過大， 致使Rl上的壓降VRl劇增并超過T4的導通壓降時， T4飽和導通，使Vce4≈0，從而導致T3截止，保護了激光器不致因偏流IB過大而被損壞。②無光告警電路 當光發(fā)送機電路出現故障，或輸入信號中斷、或激光器損壞時，都可能使LD長時間不發(fā)光。這時，無光告警電路都應動作，發(fā)出相應的聲光告警信號。圖819 無光告警原理圖。圖中A2的反向端為直流參考電壓VD，其同相端則為代表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A1放大后送入A2的同相端。這時， Vf＞VD，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，因而Vf＜VD， A2輸出低電平， 使無光告警燈發(fā)出紅色告警顯示。另一路高電平為正常、低電平為告警的無光告警信號則被送入監(jiān)控系統(tǒng)處理。③壽命告警電路隨著使用時間的增長，LD閾值電流也將逐漸增大。，就認為激光器的壽命終止。由于IB≈Ith， 所以壽命告警電路通常采用監(jiān)測偏流IB的值來判斷激光器壽命是否終止。也就是說，當IB＞(Itho為LD開始啟用時的閾值電流)時，壽命告警電路就發(fā)出告警指示。圖820所示為壽命告警電路原理圖。圖中T3為激光器提供偏流IB，TR1組成過流保護電路。由于Vl≈IBRl，所以調整電位器W使V2＝。當激光器工作正常時， IB＜，則Vl＜V2，A1輸出高電平，壽命告警燈 不亮。如果IB＞，則激光器壽命終止，這時Vl＞V2， A1輸出低電平，壽命告警燈發(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)。圖820 壽命告警電路原理圖第二節(jié) 光接收機光發(fā)送機輸出的光信號，在光纖中轉輸時，不僅幅度會受到衰減，而且脈沖的波形也會被展寬。光接收機的任務是以最小的附加噪聲及失真恢復出由光纖傳輸、光載波所攜帶的信息，因此光接收機的輸出特性綜合反映了整個光纖通信系統(tǒng)的性能。本章重點討論接收機前端的噪聲特性、模擬及數字接收機的性能，如信噪比或誤碼率、接收機靈敏度等。 概述光纖通信系統(tǒng)有模擬和數字兩大類，和光發(fā)射機一樣，光接收機也有數字接收機和模擬接收機兩種形式，見圖821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理電路組成，是一種直接檢測(DD)方式。與模擬接收機相比，數字接收機更復雜，在主放大器后還有均衡濾波、定時提取與判決再生、峰值檢波與AGC放大電路。但因它們在高電平下工作，并不影響對光接收機基本性能的分析。圖821 光纖通信接收機框圖光電檢測器是光接收機的第一個關鍵部件，其作用是把接收到的光信號轉化成電信號。目前在光纖通信系統(tǒng)中廣泛使用的光電檢測器是PIN光電二極管和雪崩光電二極管APD。PIN管比較簡單，只需10V～20V的偏壓即可工作，且不需偏壓控制，但它沒有增益。因此使用PIN管的接收機的靈敏度不如APD管；AFD管具有10～200倍的內部電流增益，可提高光接收機的靈敏度。但使用APD管比較復雜，需要幾十到200V的偏壓，并且溫度變化較嚴重地影響APD管的增益特性，所以通常需對APD管的偏壓進行控制以保持其增益不變，或采用溫度補償措施以保持其增益不變。對光檢測器的基本要求是高的轉換效率、低的附加噪聲和快速的響應。由于光檢測器產生的光電流非常微弱(nA～μA)，必須先經前置放大器進行低噪聲放大，光電檢測器和前置放大器合起來叫做接收機前端，其性能的優(yōu)劣決定接收靈敏度的主要因素。經光電檢測器檢測而得的微弱信號電流，流經負載電阻轉換成電壓信號后，由前置放大器加以放大。但前置放大器在將信號進行放大的同時，也會引入放大器本身電阻的熱噪聲和晶體管的散彈噪聲。另外，后面的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生的噪聲一起放大。前置放大器的性能優(yōu)劣對接收機的靈敏度有十分重要的影響。為此，前置放大器必須是低噪聲、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合于判決電路所需的電平。前置放大器的輸出信號電乎一般為mV量級，而主放大器的輸出信號一般為1V～3V(峰／峰值)。均衡器的作用是對主放大器輸出的失真的數字脈沖信號進行整形，使之成為最有利于判決、碼間干擾最小的升余弦波形。均衡器的輸出信號通常分為兩路，一路經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，將均衡器輸出的升余弦信號恢復為0或1的數字信號。定時提取電路用來恢復采樣所需的時鐘。 衡量接收機性能的主要指標是接收靈敏度。在接收機的理論中，中心的問題是如何降低輸入端的噪聲，提高接收靈敏度。光接收機靈敏度主要取決于光電檢測器的響應度以及檢測器和放大器的噪聲。 線性通道由光電檢測器、前置放大器、主放大器和均衡器構成的這部分電路稱為線性通道。在光接收機中，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．前置放大器接收機的前端包括反向偏壓下的光電二極管和前置放大器。光電二極管接收由光纖耦合來的光信號。在實際電路分析中，可將光電二極管看成是一個與其結電容Cd并聯的電流源，等效電路如圖822所示，其中RL為負載電阻。圖822 光電二極管等效電路。 接收機前端的設計需要綜合考慮接收靈敏度和帶寬兩個因素，一般來說有三種不同的方式，即低阻抗、高阻抗和跨阻抗前端，如圖823所示。 圖中Ci為總的輸入電容，其中包括光電二極管的結電容和前置放大器的晶體管引起的電容。圖823 在高阻抗前置放大器中，由于輸入電路的總電阻Ri較大，可以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增加接收靈敏度， 但其缺點是帶寬Δf較窄。這種電路的帶寬可表示為 （83）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并聯而成。等效輸入電阻Ri表示為 （84）輸入電路引入的熱噪聲表示為 （85）由此可以看出，RL越大，帶寬越小。可以采用均衡器對高頻提升的辦法來增加帶寬，在接收靈敏度達到要求的前提下， 可以用降低Ri的辦法來增加帶寬， 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，接收靈敏度也較低。(1)高阻抗放大器的均衡：要解決高阻抗放大器帶寬窄、信號脈沖失真嚴重引起的碼間干擾，必須用很強的均衡。通過微分網絡補償高頻分量的滾降，使接收機的頻響特性在要求的帶寬內變?yōu)槠街?，以改善輸出脈沖的波形。但嚴格的均衡是很困難的，因放大器的輸入導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。圖824為均衡器電路的幾個例子。 其中圖(a)為無源均衡器，圖(b)和圖(c)分別為采用運算放大器及采用雙極晶體管的有源均衡器。無源均衡器是簡單的RC網絡，其傳遞函數為：(86)式中,。對于完全均衡，ω1與前置放大器的轉折頻率相匹配， 這樣放大器帶寬因均衡器而展寬到ω2。傳遞函數值減小了ω2/ω1倍，將其稱為均衡比，一般可達到