Разработка блока управления фотоприёмником для волоконно-оптических систем передачи информации (стр. 7 из 11)
В нашем случае К(р) = К1(р) · К2(р) и К(р) = К1 · К2 = К2, так как К1 = 1 и усиление этих каскадов можно считать в нашем частотном диапазоне постоянным.
Тогда при использовании формулы Блеймана, найдем Zвх,F
,Fкз = 1, Fxx = 1 + кβ(р), где
В результате получим
.1+ B0 · K = F0 – глубина местной гальванической обратной связи.
В0 – коэффициент передачи по петле обратной связи.
Частота верхнего среза для входных каскадов ФПУ (первого и второго) при действии ООС равна
Определим напряжение шумов на выходе ФПУ
,I = IRГ + Iб + Iд0 = 50мкА + 20мкА + 180мкА = 0,25мА/
Чтобы пренебречь шумами измерительного приемника, которые в полосе частот 20 кГц составляет 0,5 мкВ, увеличим напряжение шумов на выходе ФПУ в 3 раза
4.4 Оптимизация характеристик цепи ПУ
Программы моделирования электрических цепей (такие как OrCAD PSPICE, Micro-Cap, Electronics Workbench) во многих задачах обеспечивают удовлетворительный анализ переходного процесса. Однако в некоторых случаях расчет занимает очень много времени и точность может быть значительно ниже, чем необходимо, так как множество точек переходного процесса необходимо вычислить с помощью традиционной процедуры интегрирования.
В программе FASTMEAN используются новые решения матричных рекуррентных уравнений. Этот алгоритм совершенно отличается от обычно используемых в программах. Вместо отдельных точек функции переходного процесса вычисляются коэффициенты разложения в ряд Тейлора в матричной форме. Это позволяет найти значение функции для любого момента времени внутри заданного шага, который может быть больше (в сотни, тысячи раз и более), чем обычный шаг в широко используемых программах. В некоторых случаях, переходный процесс во всем временном интервале может быть рассчитан за один шаг.
Увеличение числа членов разложения в ряд Тейлора вместо увеличения числа маленьких шагов позволяет существенно уменьшить время расчета и, в то же время, увеличить его точность. Однако, максимальное число членов ряда Тейлора ограничено возможностями современного компьютера и составляет 70–80 членов. Вычисление большего числа членов может привести к большей ошибке, чем ожидается, или к совершенно неверному результату (при вычислении более 100 членов), но это происходит не по вине метода, а из-за ограниченности разрядной сетки компьютера и, следовательно, из-за ошибок округления.
Математические основы этих решений разработаны проф. Артымом А.Д. и проф. Филиным В.А. (Россия, г. Санкт-Петербург, Государственный Университет Телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича, кафедра Теории Электрических Цепей). Впоследствии, проф. Артым, проф. Филин и их коллеги разработали совершенно новую программу и применили ее для решения серьезных практических задач. Данная версия FASTMEAN предназначена для привлечения внимания специалистов и научных коллективов ВУЗов, интересующихся проблемами анализа сложных переходных процессов в цепях (также с переключениями), которые трудно рассчитать с большой точностью и скоростью традиционными методами.
На панели инструментов есть 3 группы элементов: Основные, Источники и Активные. Выберите одну из них, и появится окно с доступными элементами. Выберите нужный нажатием на соответствующую кнопку и поместите его на схему щелчком левой кнопки мыши. После того, как вы закончили добавлять элемент, нажмите правую кнопку мыши или соответствующую кнопку в окне.
Вы можете легко изменить параметры элемента, дважды щелкнув на нем мышью и введя необходимые значения в окне диалога. Вы можете вращать и отображать элемент: выделите его и нажмите нужную кнопку на панели инструментов. Используйте команды Вырезать (Ctrl+X), Копировать (Ctrl+C), Вставить (Ctrl+V) для работы с буфером обмена. Когда Вы выделяете элементы и нажимаете Вырезать или Копировать, программа помещает их в буфер обмена, используя свой формат, и как точечный рисунок, так что Вы можете использовать изображение схемы в других приложениях.
Вы можете соединить элементы проводами с помощью мыши, перетаскивая указатель от одного вывода к другому. Чтобы соединить более двух проводов вместе, используйте Соединитель (группа Основных элементов). Можно подтащить провод от вывода к другому проводу – программа автоматически соединит их, добавив Соединитель.
Чтобы изменить масштаб, используйте команды: Увеличить масштаб (Ctrl++) и Уменьшить масштаб (Ctrl+-).
После того, как Вы создали схему, ее можно сохранить, используя команды меню Файл.
Группы элементов: Основные, Источники и Активные элементы (линейные модели).
Основная группа включает:
– Резистор. Параметры: сопротивление(R) в Омах;
– Индуктивность. Параметры: индуктивность(L) в Гн; начальные условия (НУ) в А;
– Конденсатор. Параметры: емкость(C) в Ф; начальные условия(НУ) в В;
– Унистор. Параметры: крутизна(S) в См;
– Идеальный трансформатор. Параметры: коэффициент трансформации (n);
– Соединитель. Для соединения более двух проводов вместе;
– «Земля». Для обозначения нулевого узла. Вы должны присоединить «Землю» к схеме, чтобы выполнить анализ.
Группа источников включает:
– Источник напряжения. Параметры: Тип источника – постоянный, гармонический или меандр.
В зависимости от типа источника доступны различные параметры:
а) Для постоянного: напряжение(U0) в В;
б) Для гармонического: амплитуда(U0) в В; частота(f) в Гц; начальная фаза(phi0) в градусах; Время окончания радиоимпульса в сек (по выбору).
в) Для меандра: частота (f) в Гц; длительность в%; напряжение (U0) в В; смещение в В.
– Источник тока. Параметры: Тип источника – постоянный или гармонический. В зависимости от типа источника доступны различные параметры. Для постоянного: ток (I0) в А. Для гармонического: амплитуда (I0) в А; частота (f) в Гц; начальная фаза (phi0) в градусах; Время окончания радиоимпульса в сек (по выбору).
– Источник тока управляемый напряжением (ИТУН). Параметры: проводимость(g) в См;
– Источник напряжения управляемый напряжением (ИНУН). Параметры: коэффициент управления (k) в В/В;
– Источник тока управляемый током (ИТУТ). Параметры: коэффициент управления(h) в А/А;
– Источник напряжения управляемый током (ИНУТ). Параметры: сопротивление (r) в Омах;
– Гиратор. Параметры: крутизна (Sg) в См.
Группа активных элементов включает:
а) Лампа. Параметры: крутизна (S) в См; внутреннее сопротивление(Ri) в Омах;
б) Биполярный транзистор n-p-n типа. Параметры: коэффициент передачи тока (alpha); омическое сопротивление эмиттера(Re); омическое сопротивление коллектора (Rc); омическое сопротивление базы (Rb);
в) Идеальный операционный усилитель (ОУ). Параметры: коэффициент усиления (k) в В/В.
Для всех элементов, кроме резистора, за положительное направление отсчета тока принимается направление от узла с большим номером к узлу с меньшим номером.
Для всех элементов за положительное направление отсчета напряжения принимается направление от узла с меньшим номером к узлу с большим номером.
Замечание. Принимается, что нулевой узел имеет наибольший номер.
Программа показывает сообщение об ошибке в следующих случаях:
– «Схема физически некорректна», если Ваша схема некорректна (например, 2 источника тока, 2 индуктивности или индуктивность и источник тока, соединенные последовательно);
– «Ошибка: Источник напряжения соединен параллельно с конденсатором»;
– «Ошибка: 2 источника напряжения соединены параллельно»;
– «Ошибка: 2 конденсатора соединены параллельно», если соединить параллельно 2 источника напряжения, 2 конденсатора или конденсатор и источник напряжения;
– "…: элемент закорочен», если элемент закорочен. Так как он не влияет на токи или напряжения в цепи, его следует убрать;
– "…: элемент не соединен», если элемент разомкнут. Вы можете избежать этого сообщения, присоединив выводы элемента к Соединителям, но только в том случае, если это будет физически корректно (так можно сделать с резистором, но нельзя с индуктивностью);
– «Добавьте землю к Вашей схеме.», если в схеме нет земли. Вы должны присоединить землю к схеме, чтобы выполнить анализ.
5. Конструктивная разработка фотоприемного устройства
Разработка конструкции ФПУ проводилась с целью получения требуемых технических характеристик устройства самым целесообразным способом с точки зрения техники и экономики.
В результате выбрана следующая конструкция: устройство размещается во фрезерованном латунном корпусе размерами 70×55×30 мм, что обеспечивает прочность конструкции, надежную экранировку от помех и наводок, играет роль теплоотвода.
На современном этапе развития РЭА монтируют на печатных платах, что дает возможность механизировать и автоматизировать процесс сборки РЭА, повышает ее надежность, облегчает ремонт, обеспечивает повторяемость монтажа от образца к образцу.