Электроэлектрический преобразователь (ЭЭП)

Сигнальный процессор (ЭЭП) на рис. 2.2, г характеризуется коэффициентом усиления по мощности

К_р = Р _{э вых}(Вт)/ Р _{э вх}(Вт), k _р(дБ) = 10lg К_р,

где Р _{э вх} и Р _{э вых} – средние во времени значения мощности электрического сигнала на входе и выходе соответственно. Если эти мощности выражены в единицах дБм, то k _р(дБ) = р _{э вых}(дБм) – р _{э вх}(дБм). Обычно ЭЭП устанавливают за ОЭП для усиления электрического сигнала, поэтому всегда К_р > 1 (k_р > 0 дБ). Если он работает в режиме усиления токов, то коэффициент передачи по току

К_i = I _вых(А)/ I _вх(А), k_i (дБ) = 20lg К_i,

где I _вх и I _вых – ток сигнала на входе и выходе ЭЭП соответственно. Справедливо соотношение

k _р(дБ) = 2 k_i (дБ) + 10lg(R _н/ R _и).

Отметим, что значение k _р(дБ) растет с увеличением отношения R _н к R _и.

Используем полученные формулы для анализа типовых оптических линейных трактов.

3 РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ОДНОВОЛНОВЫХ ВОЛТ

3.1 Линейный тракт «точка-точка» (ЭОП-ООП-ОЭП)

Каскад ЭОП-ООП-ОЭП является моделью ВОЛТ симплексной ВОСП «из точки в точку» без ретрансляторов, рис. 3.1. Проанализируем его основные СЭП. Коэффициенты передачи по току

К_i = I _вых/ I _вх = R_рК _о R_i,

мощности

К _{э р} = Р _{э вых}/ Р _{э вх} = (I _вых/ I _вх)²(R _н/ R _и) = (R_рК _о R_i)²(R _н/ R _и),

а также передаточное сопротивление

R _п = U _вых/ I _вх = R_рК _о R_iR _н = R_рК _о R_u, Ом.

Полученные при помощи соотношений из табл. 2.1 и 2.3 формулы расчета параметров тракта ЭОП-ООП-ОЭП в относительных единицах приведены в табл. 3.1. Применение полученных соотношений проиллюстрируем на следующем примере.

Пример 3.1. Рассчитать параметры ВОЛТ (рис. 3.1) для следующих значений:
R _и = R _н = 50 Ом; i _вх = 10^–2 А, R_р = 10^–1 Вт/А, К _о = 10^–1, R_i = 0,5 А/Вт. Находим Р _{э вх} = R _и = 5×10^–3 Вт (7 дБм); r _р = 20lg10^–1 = –20 дБ; k _о = –10 дБ, Р _{о вх} = 10^–1×10^–2 = 10^–3 Вт (0 дБм); Р _{о вых} = 10^–3×10^–1 = 10^–4 Вт (–10 дБм); r _i = 20lg0,5 = –6 дБ. Расчетные значения параметров тракта ЭОП-ООП-ОЭП приведены в табл. 3.1 для значений R _н/ R _и = 1 и 10³.

Таблица 3.1 – Расчетные соотношения и результаты расчета параметров тракта
ЭОП-ООП-ОЭП

Расчетное соотношение	Результаты расчета для R н/ R и =
	103
ki (дБ) = rр(дБ) + 2 k о(дБ) + r i (дБ)	–46 дБ	–46 дБ
k эр(дБ)=	r р (дБ) + 2 k о(дБ) + r i (дБ) + 10lg(R н/ R и); k о(дБ) + [ ki (дБ) + rр(дБ) + r i (дБ)]/2 + 10lg(R н/ R и); k о(дБ) + [rр(дБ) – u вх(дБ) + r u (дБ) + i вх(дБ)]/2.	–46 дБ	–16 дБ
r п(дБ) = rр(дБ) + 2 k о(дБ) + r i (дБ) + r н(дБ)	–12 дБ (0,25 Ом)	50 дБ (316 Ом)
p э вых (дБм) = p э вх (дБм) + 2 k о(дБ) + r i (дБ) + 10lg(R н/ R и)	–39 дБм	–9 дБм

Диаграммы уровней мощности ВОЛТ для условий примера 3.1 и значений R _н/ R _и = 50 Ом/50 Ом = 1 и 50 кОм/50 Ом = 10³ приведены на
рис. 3.3, а.

Отметим, что коэффициент передачи по току не зависит от значений R _и и R _н, а коэффициент передачи по мощности пропорционален отношению R _н к R _и. Поэтому, при выборе R _н >> R _и может быть достигнут «эффект усиления по мощности» тракта. Например, увеличение значения R _н/ R _и с 1 до 10³ (R _и = 50 Ом, R _н = 50 кОм) дает увеличение значений: k _{э р} с –46 дБ до –16 дБ (КПД с 0,005% до 15,8%); уровня мощности выходного сигнала с –39 дБм до –9 дБм; передаточного сопротивления с –12 дБ до +50 дБ (с 0,25 до 316 Ом).

Резистор R _и обычно имеет стандартный номинал (50 или 75 Ом), поэтому на практике позволительно увеличивать лишь значение R _н. Это, кроме роста уровня мощности выходного сигнала, обеспечивает снижение среднеквадратического значения тока теплового шума, создаваемого сопротивлением нагрузки ОЭП ( = 4 kT× D f/R _н, где kT – произведение постоянной Больцмана на абсолютную температуру, D f – эквивалентная шумовая полоса пропускания ОЭП). Таким образом, высокоомная нагрузка ФД позволяет улучшить отношение сигнал/шум на выходе ОЭП, что используется при построении высокоимпедансных ПрУ [1, 2].