Устройство для преобразования электрических сигналов в оптические Советский патент 1989 года по МПК H03F17/00 

СП

0/Л.

ю СП

(jjue.i

315П

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в электронных схемах передающих модулей волоконно-оптических линий связи

Цель изобретения - повьш1ение стабильности работы в широком диапазоне изменения температуры.

На фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема устройства для преобразования электрических сигналов в оптические; на фиг.2 - принципиапьная электрическая схема одной из реализаций термозависимого источника напряжения; на фиг.З - ватт-амперная характеристика.лазерного диода.

Устройство для преобразования электрических сигналов в оптические содержит входной лазерный диод 1, фотодиод 2 обратной связи, операционный усилитель 3, регулирующий транзистор 4, резистор 5, дополнительный резистор 7, термозависимый источник 8 напряжения, отражатель 9 тока, выполненный на транзисторах 10, 11, ре зистивный делитель напряжения, выполненный на резисторах 12, 13.

Устройство для преобразования электрических сигналов в оптические работает следующим образом.

В нормальном режиме работы поло-. жение рабочей точки на ватт-амперной характеристике лазерного диода (фиг.З) будет определяться коэффициентом преобразования тока лазерного диода 1 в ток фотодиода 2, сопротивлением резисторов 12 и 13 и нап ряжением н неинвертирующем входе операционного усилителя 3, при этом будет выполняться условие .

1, (T)

+ V

эв(О

, I - рабочее напряжение и А А,

ток лазерного диода 1,

соответственно; R - сопротивление дополнительного резистора 7 V(T) - напряжение термозависимого источника 8 на- пряжения

- напряжение эмиттер - база дополнительного транзистора 6.

этом режиме весь ток регупир то- транзистора 4 течет через лазердиод 1, при этом транзистор 6

закрыт, а транзисторы 10 и 11 отражателя 9 тока не участвуют в работе схемы. При краткопременном достижеНИИ током лазерного диода 1 максимально-допустимого значения, которое соответствует максимально-допустимой оптической мощности, условие (1) перестает вьпюлняться, при этом транзисторы 6 и 10 открываются и дальней- ший рост тока через лазерный диод 1 ограничивается. При длительной перегрузке, схема работает в режиме стабилизации тока лазерного диода 1 за

счет цепи электрической отрицательной обратной связи: дополнительный транзистор 6 - транзк :торы 10 и 11 отражателя 9 тока - резистор 12, при этом величина сопротивления

резистора 12 выбирается такой, чтобы глубина электрической обратной связи не превышала единицы.

Определим требования к термозависимому источнику 8 напряжения. На фиг.З представлена ватт-амперная характеристика лазерного диода при двух значениях температуры.

Пороговый ток лазерного диода может быть представлен в виде:

In (--),

-о

П9

(Z)

где Т - рабочая температура; 1р5,Т - константы,

35 и Тр лежит в пределах от 80 до 120 К

Т Т + М,

(3)

где Тр - начальная температура,

ЬТ - приращение рабочей температуры за время управления. Подставляя (3) в (2) и разлагая в степенной ряд, имеем:

In.exp() (-) ехр(|-) - 1„ехр(|-). (4) о оо

,, . |1. f f) ....

L 0 , оi

Выражение (4) можно преобразовать к

виду:

55

Ч Ino UI,(T)

I Т fft-I -l() Г %о о т 2)4/

(5)

Т

MO

Т (-,-) - значение гю о

рогового тока при начш1ьной температуре Т ,

Полагая, что дифференциальная эффективность лазерного диода h

ид не зависит от температуры.

dP/dl

что для реальных приборов выполняется с достаточной степенью точности, можно считать справедливьм равенство:

Ып(Т) UI (Т),

MQKC

где

UI...)

температурный дрейф максимально-допустимого рабочего тока в заданном диапазоне температур.

Исходя из выражения (5), с учетом (6) закон изменения напряжения от температуры термозависимого источника 8 напряжения должен иметь вид:

V(T) У„ + &V(T)

о

RI

no

U.T

Т

- +

J(T),

2 Т

о

макс

где Vo - постоянная составляющая, uV(T) - температурньш дрейф термозависимого источника 8 напряжения;

R - сопротивление дополнителного резистора 7;

максимально-допустимый рабочий ток при температуре Т .

Сложность схемотехнической реализации термозависимого источника напряжения зависит от величины при- рапения рабочей температуры UТ. ПриДТеЮ в выражениях (5) и (7) можно пренебречь членами высших порядков, при этом закон изменения термозависимого источника будет линейным

. макс о

RI

по

1. (8)

Схема простейшего термозависимого источника напряжения с линейным законом изменения напряжения вида (8) представлена на фиг.2. Температурный дрейф напряжения UV(T) в схеме (фиг.2) определяется температурным дрейфом последовательно включенных р-п-переходов (2 мВ/С: - для каждого перехода), постоянная составляющая

0 источником напряжения V, при

от конкретного напряжение источника может изменяться вплоть знака на противополож

:

10

15

20

25

типа лазера, напряжения V до изменения ный,

При схемотехническая реализация термозависимого источника 8 напряжения будет сложнее и зависит от точности предъявляемой к схеме защиты.

Необходимо отметить, что температурные дрейфы лазерного диода 1 и напряжения эмиттер - база дополнительного транзистора 6, входящие в выражение (1), одинаковы по знаку и приблизительно раяны по величине и поэтому компенсируют друг друга.

Таким образом предлагаемое техническое решение позволяет достичь поставленной цели путем защиты лазерного диода 1 от пробоя в широком диапазоне температур.

Формула изобретены, я

0

5

Устройство для преобразования электрических сигналов в оптические, содержащее выходной лазерный диод, анод которого соединен с положительной шиной источника питания и катодом фотодиода обратной связи, анод которого соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, регулирующий транзистор, база которого соединена с выходом операционного услителя, эмиттер через резис ор соединен с об- Q щей шиной, от л и сающееся тем, что, с целью г опыпгения стабильности работы в широком диапазоне изменения температуры, введены до- полнительньй транзистор, имеющий структуру регулирующет-о транзистора, отражатель тока, термозависимьй источник напряжения, дополнительный резистор, резистивн1,п{ делитель напряжения, включенный между общей шиной и инвертируюаим входом операционного усилителя, неинвертирующий вход которого является входом устройства для преобразования электрических сигналов, при этом катод входного лазерного диода через дополни- тельный резистор соединен с коллектором регулирующего транзистора и эмиттером дополнителт.ного транзистора, коллектор которого соединен с

5

0

5

I ioi: -,;8

tixoAOM отражателя тока, вывод питл- жения подключена база дополнительного

Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - повышение стабильности работы в широком диапазоне изменения температуры. Устройство содержит лазерный диод 1, фотодиод 2 обратной связи, операционный усилитель 3, регулирующий транзистор (Т) 4, резисторы 5 и 7, Т 6, термозависимый источник 8 напряжения, выполненный на Т 10 и 11, резистивный делитель напряжения,выполненный на резисторах 12 и 13. При длительной перегрузке устройство работает в режиме стабилизации тока лазерного диода 1 за счет цепи электрической отрицательной обратной связи: Т 6 - Т 10 и 11 - резистор 12. При этом величина сопротивления резистора 12 выбирается такой, чтобы глубина обратной связи не превышала единины. Цель достигается путем защиты лазерного диода 1 от побоя в широком диапазоне температур. 3 ил.

кия которого подключен к положитгль- нон И1ине источника питания, к ксп ороп через термозависимый источник напряфир2

траизистора, а выход отражателя тока соединен г отводом резистивного делителя напряжения.

Л1г.()1 / I (r} I

JfTO TaTfOttoТ 2)

фиг.З