Устройства приема оптического амплитудно-модулированного сигнала
Фотоприемные элементы и методы построения избирательных фотоприемников. Процессы преобразования оптического сигнала на фоторезисторе. Анализ преобразования амплитудно-модулированного света при его воздействии на приемник в присутствии переменного поля.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | дипломная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 28.10.2011 |
| Размер файла | 397,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
На вход амплитудного безынерционного (относительно МП) фотодетектора кроме импульсных сигналов МП
(2.4)
подается напряжение гетеродина, которое может быть произвольной частоты (в диапазоне от радио до КВЧ)
, (2.5)
с амплитудой, значительно превышающей напряжение принимаемого сигнала, причем частоты этих колебаний одинаковы, разность фаз между ними изменяется от импульса к импульсу.
В результате взаимодействия этих напряжений огибающая биений МП и гетеродина после АФП будет иметь вид видеоимпульсов положительной либо отрицательной полярности, в общем случае, различной амплитуды.
Если расстройка гетеродина относительно МП не превышает (где - длительность воздействующих импульсных сигналов), то на выходе АФП получаем видеоимпульсы, но с несколько скошенными вершинами. Если же расстройка больше или, если кроме указанных сигналов на выходе будут уже не видеоимпульс, а импульс, заполненный синусоидальными колебаниями с разностной частотой, равной частоте расстройки, т.е. в этом случае сигнал формируется на выходе АФД за счет эффекта преобразования частоты.
Таким образом, на выходе АФД в общем случае могут быть импульсные сигналы различного вида и происхождения: импульсы постоянного тока асинхронного или синхронного фотодетектирования; импульсы постоянного прямого тока, т.е. обычного фотодетектирования; импульсы промежуточной частоты. Из всех названных сигналов полезным является сигнал постоянного тока АФД, а все остальные являются вредными.
Сигналы, сформированные за счет прямого фотодетектирования, подавляются в самом АФД, если его характеристика идеально линейна и сам он безынерционный по отношению к МП, а сигналы сформированные за счет фотопреобразования частоты МП, ограничивается полосой пропускания ФНЧ последующего ВУ.
Таким образом, процесс в АФД сопровождается набором нелинейных эффектов, и такое устройство нельзя причислить к обычному ФД или к фотопреобразователю МП, хотя они и имеют между собой много общего. В АФД имеем не преобразование МП частоты полезного светового сигнала в обычном понимании, которое наблюдается в гетеродинном фотодетекторе или фотопреобразователях частоты, а демодуляция импульсов МП света в импульсы постоянного тока. При этом речь идет не о простой трансформации составляющих спектра светового сигнала из области МП в область ПЧ, как это происходит в фотопреобразователях, а о существенном изменении его внутренней структуры, когда на выходе АФД появляются импульсы постоянного тока, которых не было до фотодетектирования. Как и в радиотехнических системах, в АФД нагрузкой служит не резонансный, а апериодический контур, на котором выделяется напряжение биения нулевой частоты (селекция сигнала только за счет избирательных свойств ФД).
Как следует из описания, АФД отличается и от обычного ФД, демодулирующего оптический сигнал. Здесь демодуляция осуществляется не за счет взаимодействия спектральных компонент сигнала МП между собой, а за счет взаимодействия колебаний гетеродина со спектральными компонентами МП светового сигнала.
АФД будет отличаться и от фазовых (когерентных) фотодетекторов, которые могут найти применение в когерентно-импульсных оптических локаторах для выделения доплеровских частот. В этих устройствах фаза колебаний гетеродина равняется фазе зондирующих сигналов МП света и набег фазы здесь используется как полезная информация. При отсутствии такого равенства фаз когерентно-импульсный фотоприемник утрачивает свои основные функции. В АФД же начальная разность фаз между колебания зондирующего импульса света и местного гетеродина носит случайный характер от импульса к импульсу.
Развитие техники оптической связи теснейшим образом связано с применением статического анализа и синтеза приемопередающих систем как для обнаружения, так и для режима измерения на фоне шумов и мешающих сигналов.
Вопросы статистической теории радиоприема, анализа и синтеза оптимальных фильтров, теории оптимальных методов радиоприема разработаны достаточно подробно. Однако применение оптимальных методов и схем приема, реализующих потенциальную помехоустойчивость, даваемую теорией, часто наталкивается на технические трудности в радиодиапазоне, не говоря о световом диапазоне частот. Кроме того, желательно иметь более простое, надежное устройство с минимальными весогабаритными параметрами.
Асинхронный фотоприем МП в ряде случаев может удовлетворить этим требованиям. При этом, используя повторяемость импульсов МП, можно известными радиотехническими средствами обеспечить результат, лишь не намного отличающиеся от результатов оптимального фотоприема.
Если сопоставить асинхронный фотоприем МП с супергетеродинным ФП, то по некоторым характеристикам первый вид приема обладает рядом преимуществ перед вторым. Поэтому, когда требуется простота схемы, малые габариты, высокая избирательность и т.п. применение асинхронного фотоприема МП оказывается более целесообразным.
2.3 Шумы фотоприемника
Предельная чувствительность фотодиода определяется хаотическими флюктуациями напряжения и тока на выходе, которые имеются как в присутствие оптического сигнала, так и без него. Задача заключается в обнаружении сигнала среди хаотических флюктуаций, то есть на фоне шумов.
Шумы самого фотоприемника складываются из шумов фотодиода и шумов усилителя.
Шум обычного фотодиода представляет собой хаотическое наложение импульсов, наведенных каждым носителем заряда в отдельности. площадь такого одиночного импульса тока равна переносимому заряду, то есть заряду электрона q. Поскольку наведенные импульсы очень короткие с, то к ним применимо понятие дельта-импульса - бесконечно короткого импульса бесконечной амплитуды. Количественная характеристика дельта-импульса - площадь, которая по определению принимается равной единице:
.
Тогда импульс тока можно представить в виде:
.
Спектр такого импульса в заданной полосе частот не зависит от частоты, а его плотность равна удвоенной площади импульса:
Фаза, определяемая случайным положением импульса на интервале наблюдения Т, случайна. Поэтому введем спектральную плотность мощности шума, которая связана со спектром:
.
Если за время наблюдения Т пришло носителей заряда, то полный ток есть сумма токовых импульсов, индуцированных каждым носителем, и средний ток за время Т есть:
.
Поскольку дисперсия суммы равна сумме дисперсий независимых слагаемых, то получаем выражение для спектральной плотности:
.
Для p-i-n-фотодиодов характерны три шумовых параметра: эквивалентная шумовая мощность (NEP), чувствительность к обнаружению (D), удельная чувствительность к обнаружению (D*).
Чтобы оценить NEP на конкретной длине волны введем понятие темнового тока , который течет через диод даже в отсутствие оптического сигнала. Этот ток можно считать частью некоторого фототока , обусловленного падающим на диод фоновым излучением.
Используя выражение для мощности оптического излучения
где Iф - фототок, текущий через фотодиод;
- величина квантового выхода;
h - постоянная планка;
с - скорость света в вакууме;
можно получить выражение для :
Если Iтемн >> Iф, то выражение для NEP приобретает вид:
Чувствительность к обнаружению определяется как
.
Чувствительность к обнаружению D* учитывает тот факт, что в p-i-n-диодах Iтемн пропорционален площади детектора:
где А - площадь детектора.
Приведенные выше соотношения справедливы и для шумов лавинного диода.
Пусть каждый входящий носитель умножается в М раз. Площадь элементарного импульса умножается также в М раз. В те же М раз увеличивается спектральная плотность одиночного импульса I(f)=2qM, а спектр шумов как квадрат спектра импульса возрастает в М2 раз. Получаем:
. (2.6)
Умножение также является случайным процессом: для N первичных носителей имеем N случайных значений коэффициента умножения. Поэтому (2.6) уточняется:
,
где - усредненный коэффициент умножения.
Флюктуация умножения привела к дополнительному шуму, который называется избыточным шумом лавины. Формулу (2.6) можно представить в виде:
,
где - шум-фактор, показывающий во сколько раз мощность шума реального лавинного диода выше мощности шума гипотетического идеального лавинного умножителя с постоянным значением М. Соответствующие расчеты приводят к следующим выражениям для F:
,
при ,
при и ,
при и .
Как видно, шумы лавины сильно зависят от соотношения коэффициентов ударной ионизации носителей К. если размножаются только электроны (), то развивается односторонняя лавина - в направлении движения электронов, шумы которой минимальны.
Зависимость шум-фактора F от среднего коэффициента умножения М в диапазоне типовых значений аппроксимируется степенной функцией, с учетом чего выражение для шумов лавинного диода имеет вид:
,
где - шумовой коэффициент, являющийся функцией соотношения коэффициентов ударной ионизации.
Найдем соотношение сигнал/шум на входе линейной части усилителя оптического приемника.
,
учитывает умноженный дробовой шум фотодиода;
I*тш - учитывает тепловой шум резистивных фотоэлементов;
I*у - учитывает эквивалентный токовый источник шума усилителя;
V*у - учитывает шумовой источник напряжения усилителя.
Токовые источники шума можно объединить:
.
Напряжение на выходных зажимах V*вых представляет собой результирующее среднеквадратическое значение напряжения шума. Оно может быть вычислено путем интегрирования усиленных усилителем среднеквадратических значений I*ош и V*у в требуемой полосе частот , в результате чего получим:
,
где G(f) - передаточная функция усилителя.
Для случая равномерной суммарной передаточной функции имеем:
.
Учитывая то, что требуемая полоса частот равна получаем:
.
Если величины Vу и I*ош не зависят от частоты в полосе , то:
.
Следовательно, отношение сигнала к среднеквадратическому значению шума имеет вид:
.
Если представить I*ош в виде суммы составляющих то получим окончательное выражение:
.
Обозначим для удобства анализа каждое слагаемое в знаменателе буквами а…д. Величина Кш определяет качество канала связи и используется для оценки характеристик проектируемой оптической системы связи.
В идеальном фотоприемнике коэффициент умножения должен быть достаточно большим, чтобы слагаемое в, учитывающее дробовой шум, преобладало над другими, а коэффициент шума F должен быть равен единице. В этом случае:
,
откуда требуемый фототок равен:
.
Это соотношение определяет квантовый предел для чувствительности идеального фотодетектора. Возможна ситуация когда слагаемое в будет доминирующим, а квантовый предел шума приблизится к коэффициенту шума фотодетектора. В этом случае, потребовав выполнения условия:
,
и учитывая чувствительность фотодиода R=I/Ф, получим выражение для минимального значения мощности принимаемого сигнала ФR:
,
где - квантовый выход.
2.4 Общие требования к избирательным фотоприемным устройствам
Рассмотренные выше схемы построения фотоприемников, принцип их работы и параметры позволяют сформулировать основные требования, предъявляемые к таким системам.
Минимальный коэффициент шума. Это требование является основным, т.к. оно определяет чувствительность (при заданном отношении с/ш на входе) или дальность действия канала открытой связи, либо максимальной протяженности участка ВОЛС. В случае ограничения дальности, обеспечение высокой чувствительности позволяет снизить мощность излучения оптического передатчика (которая в свою очередь определяет коэффициент шума фотоприемного устройства), а следовательно энергопотребление, габариты, вес, повысить срок службы и мобильность.
Широкополосность элементов ФП. Позволяет работать с перестройкой частоты МП оптического передатчика без существенного изменения характеристик фотоприемника. При этом полоса пропускания ФП должна быть больше минимально необходимой величины, определяемой диапазоном изменения и величинами и , что снижает влияние окружающей среды, упрощает эксплуатацию и настройку (которая при интегральной реализации ФП становится практически невозможной, либо реализуется системами ФАПЧ или АПЧ). Последнее требование, как показано выше с успехом выполняется в асинхронных фотоприемниках, которые переводятся из узкополосного режима в широкополосный путем подачи сигнала гетеродина.
Максимальный динамический диапазон входных сигналов и минимальный уровень гармоник промежуточной частоты. Указанное требование определяется линейностью амплитудной характеристики фотопреобразователя, причем отношение мощностей максимального и минимального оптических сигналов может достигать и даже превосходить 100 дБ. В этом диапазоне необходимо иметь минимальные амплитудные искажения, которые могут вести к потере информации.
Кроме того, выполнение этих требований является необходимым условием обеспечения стабильной работы систем ФАПЧ и АПЧ местного гетеродина ФП. Поскольку и частота и мощность МП оптического передатчика и гетеродина ФП, уровень гармоник и на входе фотопреобразователя в реальных каналах связи могут существенно изменяться, то схема т электрический режим канала АПЧ (ФАПЧ) должны строиться и выбираться так, чтобы изменения амплитуды сигнала промежуточной частоты на выходе фотопреобразователя и уровень гармоник были незначительны, относительно полезного сигнала.
Помехоустойчивость. Она определяется избирательностью (уменьшением коэффициента передачи на частотах МП, соседних и зеркальной) и устойчивость к воздействию мощных сигналов помех, что расширяет возможности функционирования систем оптической связи в условиях случайных и целенаправленных воздействий.
Стабильность характеристик ФП во времени и при изменении условий эксплуатации. Условия работы ФП (влажность, температура, условия прохождения оптического излучения, вибрация, радиационное облучение и др.) не должны изменять характеристики устройства за допустимые пределы значений.
Надежность - обеспечение безотказной работы в течение определенного промежутка времени. Как параметр ФП системы она оценивается вероятностью безотказной работы в течение заданного времени. По аналогии с радиотехническими системами, надежность фотоприемника определяется в значительной степени надежностью фотопреобразователя, которая ниже чем остальных элементов, входящих в устройство приема.
Простота обслуживания, малые весогабаритные параметры. Первое из требований сохраняет требуемые характеристики ФП в течение всего срока службы, а весогабаритные параметры позволяют реализовать компактные локальные системы связи, что обеспечивает их скрытность и мобильность.
Как следует из приведенных требований полное и одновременное их выполнение невозможно, что вызывает принятие компромиссных решений, ориентированных на техническую значимость параметров и характеристик ФП.
3. Теоретическое исследование приемников оптического излучения
Одной из задач работы является расчет и исследование устройства приема модулированного оптического сигнала, которое состоит из фотоприемника и усилителя выходного сигнала. Причем, в качестве фотоприемника предполагается как фоторезисторы, так и различные виды фотодиодов (обычные и с лавинным умножением носителей). При этом на фотоприемник воздействует как световой сигнал, модулированный по амплитуде, с несущей частотой , так и электрическое поле, переменная составляющая которого имеет частоту . Эффект преобразования происходит в результате взаимодействия этих частот в теле фотоприемника: в объеме полупроводника в случае фоторезистора и в области p-n-перехода в случае фотодиода. Физической основой этого эффекта служат процессы оптической генерации и рекомбинации носителей. Для анализа генерационно-рекомбинационных процессов используется уравнение непрерывности. Рассмотрим процессы преобразования в случае фоторезистора и фотодиода.
3.1 Анализ процессов преобразования оптического сигнала на фоторезисторе
Схема включения фоторезистора представлена на рис. 3.1. На резистор воздействует как оптический сигнал, так и постоянное и переменное электрическое поле. Полный ток (плотность тока) протекает через нагрузочный резистор и формирует на нем выходной сигнал. Рассмотрим изменение концентрации носителей n носителей. Уравнение непрерывности в этом случае имеет вид
Рис. 3.1.
, (3.1)
где Ф - интенсивность световой генерации (число носителей, генерируемых светом в единицу времени в единице объема);
- член, описывающий линейную рекомбинацию носителей.
Время жизни определяется следующим образом
, (3.2)
где - скорость носителей; - их подвижность; - тепловая скорость; - концентрация центров рекомбинации (центров захвата, ловушек).
Здесь использовалась следующая аппроксимация поперечного сечения рекомбинации от скорости:
,
где и - параметры рекомбинации, которые в общем случае могут зависеть от температуры и от электрического поля. Таким образом
, (3.3)
Учитывая, что
,
,
,
запишем
, (3.4)
Для стандартного случая, когда переменные сигналы отсутствуют (разделение постоянной и переменной составляющих) получим
, , (3.5)
Для переменных составляющих
, (3.6) или
, (3.7)
т.е. пришли к дифференциальному уравнению
, (3.8)
где , .
Решение уравнения (3.8) имеет вид
.
После громоздких вычислений, используя выражения
,
,
,
получаем выражение для
(3.9)
Где ,
,
,
,
,
, ,
, (3.10)
,
,
,
,
,
, ,
, ,
где и - функции Бесселя первого рода нулевого и первого порядка, соответственно, от аргумента .
Плотность переменного тока находится как
. (3.11)
3.2 Анализ преобразовательных свойств фотодиода
В последнее время немалое внимание, особенно в области оптической связи, уделяется приборам с лавинным умножением носителей (лавинные фотодиоды, фототранзисторы и т.д.), а именно, усовершенствованию способов приема световых сигналов, повышению многоканальности, чувствительности приемников на основе указанных приборов. В связи с этим рассмотрим обратносмещенный p-n-переход, в котором происходят процессы лавинного умножения под действием внешнего электрического поля, оптической генерации и рекомбинации носителей. Найдем плотность полного тока p-n-перехода при таких условиях. Анализ базируется на основе уравнений непрерывности для дырочной и электронной составляющих тока, которые в случае линейной рекомбинации и пренебрежения диффузией имеют вид
, (1а)
(1б)
где - интенсивность лавинного умножения носителей ( - коэффициент лавинного умножения (для обычного диода ), j = j n + j p - плотность полного тока, а j n и j p - соответственно электронная и дырочная составляющие плотности тока), - скорость световой генерации, которая в нашем случае падения оптического сигнала нормально плоскости p-n-перехода меняется вдоль x по закону = 0 e - x (0 определяется параметрами светового потока, - коэффициент поглощения); R n = n/ и R p = p/ - скорости рекомбинации электронов и дырок, где время жизни носителей определяется выражением 1/ = Vnл » 00nл(VТ+mE0)1-m + 00nл(1-m)(VТ+E0)-mE~= a+bE~, в котором зависимость поперечного сечения рекомбинации от скорости V=VT+V0+E~ аппроксимируется соотношением /1/ = 00V - m (VТ -тепловая скорость носителей, V0= E0, nл -концентрация центров рекомбинации , - подвижность носителей); 00 и m - параметры полупроводникового материала, которые приближенно можно оценить, воспользовавшись графиком температурной зависимости эффективного сечения рекомбинации для германия /2/ и перестроив его в координатах ln = ln00 - m lnV c учетом перехода от абсолютной температуры T к скорости носителей по известной формуле
где k - постоянная Больцмана;
m0 - масса частицы.
Проводя затем касательную линию к полученной зависимости в окрестности точки, соответствующей температуре 300 К, по наклону этой линии определяем m, а по пересечению с осью ординат - 00 . В нашем случае получаем m = 5,71; 00 = 25796,65 м 2+m / с m.
Переходя в выражениях (1) к плотности тока и складывая почленно эти выражения получаем
(2)
Интегрируя последнее соотношение по координате x от 0 до L (L - ширина p-n-перехода) с учетом условий на границе перехода: при x = 0 j n = 0, j p = j; при x = L j n = j - j 0, j p = j 0 (где j 0 - плотность тока насыщения обратносмещенного перехода, который представляет собой ток экстракции неосновных носителей, учитывающий также их тепловую генерацию), а также с учетом того, что плотность полного тока j и поле E (а значит и ) в пределах перехода постоянны вдоль x, получаем уравнение
. (3)
Учитывая, что 0 = П + ~ , = 0 + 1 E ~ , j = j П + j ~ , в условиях отсутствия переменных сигналов, получаем выражение для постоянных составляющих
, (4)
откуда получаем соотношение для плотности постоянного тока p-n-перехода при воздействии на него только постоянных сигналов
. (5)
С учетом того, что коэффициент лавинного умножения определяется электрическим полем, например для германия, соотношением /3/
, (6)
выражение (5) определяет вольт-амперную характеристику p-n-перехода. фотоприемник оптический сигнал фоторезистор
При наличии на p-n-переходе переменных сигналов появится переменная составляющая плотности полного тока j~, для определения которой используем выражение (3), разделяя в нем постоянные и переменные составляющие и получая дифференциальное уравнение
, (7)
где , ,
, ,
,
, .
Решая уравнение (7) и учитывая, что переменные поля определяются как , ( 0 - разность фаз между переменными электрическим и оптическим сигналами), а также ограничиваясь в спектре j ~ постоянной составляющей, гармоническими составляющими и комбинационными составляющими второго порядка, находим плотность полного тока p-n-перехода в виде
, ,
,
, , ,
, , , ,
, , ,
, ,
функции Бесселя первого рода, соответственно, нулевого и первого порядка от аргумента a1.
4. Расчетная часть
4.1 Программирование и расчет теоретических зависимостей
Для расчета полученных в разделе 3 выражений составлена программа на базе оболочки математического моделирования MathCad 7.0. Расчет плотности тока разностной частоты производился по формуле:
где, , ,
, ,
, , ,
, , ,
, ,
L = 10 мкм - толщина p-n-перехода;
Фm - количество носителей генерируемых в единице объема в единицу времени;
Е - напряженность электрического поля;
= 105 - скорость носителей;
- заряд электрона;
= 11 МГц и = 10 МГц - частоты гетеродина и модулирующей;
Рис. 4.1. Зависимость плотности тока разностной частоты от напряженности электрического поля
Рис. 4.2 Зависимость плотности тока разностной частоты от интенсивности света
= 0.34 - подвижность носителей;
Графики полученных зависимостей j(Е) и j(Ф) представлены на рис. 4.1 и рис. 4.2 соответственно.
4.2 Расчет элементов устройства приема оптического сигнала
Рассчитаем номиналы элементов электрической схемы фотоприемника, приведенной на рис. 4.3.
При расчете используем следующие данные:
f = 1 МГц - величина промежуточной частоты;
Uпит = 20 В - напряжение питания схемы.
Найдем элементы фильтра L1L2C2. Выберем L1 = L2 = 1 мкГн, тогда С2 найдем из выражения:
,
Фильтр L3С4 является нагрузкой транзистора VT1 и настроен на частоту ПЧ. Выбрав L3 = 1 мкГн, найдем величину емкости С3:
.
Следующим найдем сопротивление в цепи истока транзистора VT1. Найдем его исходя из условия Ic = 6 мА, Uзи = 3 В. Тогда:
Ом.
Рабочую точку транзистора VT2 выберем следующую: Iк = 20 мА,
Uбэ = 0.7 В. Выбрав резистор R10 = 100 Ом, получим падение напряжения на нем равным UR10 = В. Для того чтобы получить необходимое смещение на база-эмиттерном переходе нужно создать на резисторе R9 падение напряжения равное 2.7 В. Выбрав сопротивление в цепи коллектора R11 = 1 кОм, сопротивление обратной связи R8 = 27 кОм и зная Uпит можно найти R9 как:
,
откуда получаем R11 = 4.55 кОм.
Корректирующие емкости С6 и С8 выбираем номиналом 0.022 мкФ.
Разделительные емкости С1 и С7 выбираем номиналом 0.1 мкФ.
4.3 Расчет параметров генерации и рекомбинации
Интерес представляют величины, определяющие процессы оптической генерации и рекомбинации; это фигурирующие в предыдущих разделах величины и . В связи с тем, что эти величины имеют вполне определенный физический смысл и определяются посредством реальных параметров, характеризующих оптическое излучение, а также полупроводниковый материал, на который оно воздействует, рассмотрим эти параметры подробнее и определим их примерные значения.
Рассмотрим сначала величину , которая характеризует количество носителей, генерируемых под действием излучения в единицу времени в единичном объеме вещества. Для фотоприемника с p-n-переходом важна величина и общее число возникающих пар как в области самого перехода, в которой присутствует сильное электрическое поле, увлекающее носители, так и в тонких слоях, прилегающих к переходу. При этом время жизни носителей обычно значительно превышает время перехода носителей через обедненный слой, так что потери носителей вследствие рекомбинации невелики. Носители, образующиеся за пределами p-n-перехода, вследствие более медлительного процесса диффузии снижают квантовый выход и ухудшают частотную характеристику. Поэтому долю этих носителей желательно снижать. Рассмотрим поток излучения, который падает на поверхность фотодиода и поглощается в его объеме. Этот процесс схематически иллюстрируется на рис. 4.4. Из этого рисунка видно, что для поглощения как можно большего потока излучения в p-n-переходе и уменьшения доли носителей, рождаемых за его пределами, нужно снижать расстояние x1 и расширять область перехода (x2 - x1). В соответствии с рис. 4.4, интенсивность света при поглощении в полупроводнике экспоненциально уменьшается с расстоянием в толще кристалла и описывается законом Бугера - Ламберта:
, (4.1)
где I0 - интенсивность света на поверхности полупроводника;
- коэффициент поглощения излучения, причем величина 1/ определяет расстояние, на котором интенсивность света уменьшается в e раз. Коэффициент поглощения зависит от энергии фотонов, т.е. от длины волны падающего излучения и для разных материалов различен. На рис. 4.5 приведены зависимости коэффициента поглощения от энергии фотонов для различных полупроводниковых материалов /30/.
Необходимо учитывать также и тот факт, что падающее излучение частично отражается от поверхности полупроводника. Это учитывается коэффициентом отражения R. Для снижения R применяют просветляющее покрытие - покрывают поверхность прозрачной диэлектрической пленкой толщиной в четверть длины волны. В идеальном случае показатель преломления пленки должен быть равен корню квадратному из показателя преломления полупроводника.
Рис. 4.5 Зависимости коэффициента поглощения от энергии фотонов
На основании выражения (4.1) и рис. 4.4 с учетом отражения и вышеприведенных рассуждений, получим выражение для квантового выхода (при условии, что каждый поглощенный фотон рождает одну электронно-дырочную пару):
. (4.2)
Обозначим плотность падающей мощности через P, имеющую размерность Вт см-2, а ширину перехода через d = x2-x1. Тогда количество генерируемых светом носителей в единице объема перехода в единицу времени, на основании изложенного выше, будет определяться следующим выражением:
, (4.3)
где h - постоянная Планка, - частота оптического излучения, а величина h определяет энергию каждого отдельного фотона.
Определим значение величины , исходя из реальных параметров приборов. Допустим, что осуществляется прием потока оптического излучения с длиной волны =1мкм. При этом величина h = 1,986 10-19 Дж. Значения остальных параметров примем следующими: x1=0,5 мкм, d=5 мкм, x2=x1+d=5,5 мкм, =105 м-1, R=0,4. На основании этого из (5.2) определим квантовый выход :
,
а из выражения (5.3) получим
м-3с-1,
что для потока мощности P=1 Вт м-2 дает =1024 м-3 с-1.
Другой рассматриваемой величиной является , которая определяет процессы рекомбинации носителей в полупроводнике. Эта величина называется эффективным поперечным сечением рекомбинации и служит для количественной оценки рекомбинационных процессов. зависит от скорости движения носителей по степенному закону
,
где параметры и m определяется процессами, происходящими в конкретных полупроводниковых приборах и в общем случае зависит от температуры и электрического поля.
Для определения параметра рекомбинации m можно воспользоваться следующей методикой. В // приведена экспериментальная зависимость поперечного сечения рекомбинации от температуры для Ge. Перестраивая эту зависимость в зависимость поперечного сечения от тепловой скорости, а затем строя ее в логарифмических координатах, путем графического дифференцирования (по наклону касательных к графику ln()=ln(V)) можно определить зависимость параметра m от скорости носителей, график которой приведен на рис. 4.6.
Рис. 4.6 Зависимость поперечного сечения рекомбинации от тепловой скорости
5. Экспериментальная часть
Экспериментальное исследование преобразовательных свойств полупроводниковых приборов, содержащих p-n-переход, при приеме амплитудно-модулированного света проводилось в лаборатории кафедры радиотехнической электроники.
В качестве фоточувствительного элемента, выполняющего также и роль смесителя, использовался фотодиод типа ФД 256, обладающий следующими параметрами:
- рабочее напряжение - 10 В ;
- темновой ток при напряжении 10 В - 0.005 мкА ;
- спектральная токовая чувствительность на длине волны 0.9 мкм-0.6 А Вт-1 ;
- диапазон спектральной чувствительности - (0.4 - 1.1) мкм;
- максимум спектральной чувствительности - 0.75 - 0.9 мкм ;
- спектральная плотность шума при напряжении 10 В и сопротивлении нагрузки - 4.7 кОм - 3 10-8 В Гц-1/2 ;
- порог чувствительности в единичной полосе частот - 1 10-11 лм / Гц1/2 ;
- время релаксации заряда - 210 -9 с ;
- собственная емкость при напряжении 10 В - 6 пФ .
При проведении эксперимента использовалась экспериментальная установка, структурная схема которой приведена на рис. 5.1.
В качестве источника оптического излучения используется газоразрядный лазер типа ЛГН-224-1. Лазерное излучение модулируется с помощью акустооптического дефлектора МЛ 201-2. С генератора гармонических колебаний Г4-107 на дефлектор подается напряжение с частотой 160 Мгц, модулированное по амплитуде другим сигналом с частотой 80 кГц от генератора низкой частоты. При этом дифрагированный световой луч оказывается про модулированным по амплитуде частотой 80 кГц.
Приемный блок состоит из фотоприемного устройства на основе фотодиода и усилителя. Фотодиод, в свою очередь, играет и роль смесителя - на него подается напряжение сигнала гетеродина с низкочастотного генератора (частота 81 кГц). При этом на выходе усилителя наблюдаются колебания разностной частоты (1 кГц). Для питания фотодиода и усилителя используется двухканальный источник питания “STATRON” TYP3205. Сигнал с выхода усилителя подается на вход селективного милливольтметра, который позволяет измерять среднеквадратичное значение амплитуды сигнала в нужной полосе частот. Это позволяет более точно определить амплитуду разностной частоты после преобразования в смесителе. Для визуального наблюдения формы сигналов в данной установке используется осциллограф типа С1-93, ко входу которого подключается выход милливольтметра.
На описанной выше экспериментальной установке были сняты следующие зависимости :
- зависимость напряжения сигнала разностной частоты UР от амплитуды модулирующего свет напряжения UФ , при различных амплитудах напряжения гетеродина UГ - представлена на рис.5.2;
- зависимость напряжения сигнала разностной частоты UР от амплитуды напряжения гетеродина, при различных значениях амплитуды модулирующего сигнала - представлена на рис.5.3.
UФ - показания осциллографа для сигнала, снимаемого с выхода генератора низких частот для модуляции дефлектора ;
UГ - показания осциллографа для сигнала, снимаемого с выхода гетеродина.
Как следует из экспериментальных зависимостей, изменение напряжения сигнала с изменением напряжения модуляции света и гетеродина происходит по линейному закону, что согласуется с выкладками и результатами, полученными в теоретической части.
При изменении несущей частоты колебаний, подаваемых на вход акустооптического дефлектора, добивались снижения интенсивности дифрагированного оптического излучения до уровня не различимого на фоне шумов, при этом в режиме гетеродинного приема регистрировалась более высокая (в несколько раз) чувствительность фотоприемного устройства, чем в режиме прямого детектирования.
Рис. 5.2 Зависимость напряжения сигнала разностной частоты от амплитуды модулирующего свет напряжения
Рис. 5.3 Зависимость напряжения сигнала разностной частоты от амплитуды напряжения гетеродина
6. Конструкция и технология изготовления фотоприемника
6.1 Описание конструкции
Разрабатываемый приемник оптического АМ излучения конструктивно состоит из приемного блока и гетеродина. В качестве гетеродина может быть использован любой генератор, по возможности меньших габаритных размеров.
Приемный блок состоит из платы фотоприемника заключенной в корпусе. Плата фотоприемника выполнена из фольгированного стеклотекстолита. Питание на плату подается через универсальный разъем от источника питания. Плата крепится к основанию корпуса винтами М3х5.
Корпус фотоприемника состоит из трех основных частей: основания, крышки и втулки.
К крышке припоем ПОС-61 припаивается втулка с внутренней резьбой М42, осевая линия которой совпадает осевой линией размещения фотодиода. В эту втулку, через уплотняющую резиновую прокладку, вкручивается объектив, предназначенный для фокусировки луча на кристалл фотодиода.
Крышка припаивается к основанию корпуса по периметру припоем ПОС-61. Перед пайкой в пазы в основании вкладывается фторопластовая прокладка, препятствующая попаданию припоя внутрь корпуса при пайке. Крышка и основание изготавливаются из латуни марки Л-63.
6.2 Вопросы технологии изготовления фотоприемника
На данном этапе необходимо выбрать технологию рисунка токоведущих частей на плате. Выберем субтрактивную технологию, названную так по способу формирования рельефа. Данная технология применяется для диэлектрических подложек, предварительно металлизированных, и включает в себя следующие технологические операции:
формирование защитной маски, представляющей собой позитивный рисунок платы;
травление металлизации через окна в защитной маске;
удаление защитной маски.
Вариант субтрактивной технологии называется негативным, если роль позитивной защитной маски при травлении выполняет фоторезист (негативный фотохимический метод). Достоинствами этого метода являются короткий технологический цикл, полная защита элементов схемы антикоррозийным покрытием.
Рассмотрим основные операции технологического цикла для данной технологии.
Механическая обработка фольгированных заготовок.
Сверление технологических отверстий.
Подготовка поверхности фольгированного диэлектрика.
Формирование позитивного защитного рисунка платы.
Травление слоя меди.
Удаление защитной маски фоторезиста.
Заключительная механическая обработка.
Первая операция включает в себя резку фольгированных заготовок на платы необходимого размера. Для этого заготовка с помощью термопластичного канифольного состава приклеивается к стеклянному основанию. После этого производится резка алмазными дисками на специальном фрезерном станке.
На втором этапе осуществляется ультразвуковая пробивка отверстий - наиболее универсальный способ получения отверстий в подложках, который дает возможность получать отверстие необходимой формы.
Третья операция заключается в механической зачистке поверхности фольгированного диэлектрика или химическая обработка последовательно в щелочном моющем растворе и в мягком травителе для меди. В качестве такого травителя используем 10%-ый раствор .
На четвертом этапе осуществляется нанесение позитивного слоя фоторезиста, повторяющего рисунок платы. В качестве фоторезиста используем позитивный фоторезист ФП-27-18БС, который обладает высокой разрешающей способностью, повышенной адгезией к подложке, легко удаляется с подложки. Для нанесения фоторезиста применяем центрифугирование. После нанесения на подложку фоторезист подвергают термической сушке для удаления растворителя и окончательного формирования слоя фоторезиста, а так же для обеспечения большей адгезии между подложкой и фотослоем. Сушку осуществляют в течение 15-20 мин при температуре +90оС с предварительной подсушкой на воздухе (при защите от пыли и активного излучения) в течение 20…30 мин. Затем производится экспонирование - формирование заданного рельефа в пленке фоторезиста с помощью фотошаблона под действием актиничного излучения. В качестве актиничного источника применяем ртутно-кварцевую лампу ПРК. При этом время экспонирования необходимо подобрать. Проявление фотослоя производится при погружении подложки в раствор проявителя. При этом используем обработку в ванне при движении проявителя относительно слоя фоторезиста. В качестве проявителя используем 1%-ый раствор KOH. После этого производим задубливание - вторую сушку, которая позволяет удалить проявляющий растворитель и улучшить адгезию к подложке.
На пятом этапе осуществляется травление незащищенных маской из фоторезиста участков меди. При этом используется установка струйного травления в замкнутом цикле с корректировкой травильного раствора и регенерацией отработанного состава. Это дает существенную экономию реактивов и обеспечивает уменьшение клина подтравливания. Используем раствор следующего состава: FeCl3 - 163 г/л, CuCL2 - 170 г/л, KCl - 180г/л, HCl - 50 мл.
На шестом этапе осуществляется удаление защитной маски фоторезиста плазмохимическим травлением в кислородосодержащей атмосфере с добавками 1…10% азота.
На заключительном этапе производится зачистка торцов платы.
7. Технико-экономическое обоснование проекта (элементы бизнес-плана)
7.1 Идея проекта
На современном этапе научно-технический прогресс определяется объёмом и скоростью передаваемой информации, что делает частотную область светового диапазона ещё более актуальной, так как оптические методы передачи и приема информации позволяют резко повысить не только этот параметр, но и улучшить помехозащищенность, широкополосность каналов передачи на ряду со снижением стоимости оптоэлектронных систем связи.
Состояние рынка беспроводных технологий передачи данных таково, что лидерство на нем принадлежит иностранным производителям. При этом следует отметить такие продукты, как "VIPSLAN-10" компании JVC и "COLLABORATIVE" фирмы PHOTONICS. Первое из устройств позволяет реализовать передачу данных в условиях прямой видимости со скоростью 10 Mbps, второе обеспечивает дальность связи до 8 м при скорости передачи 1 Mbps. Однако для российского потребителя они мало доступны вследствие высокой стоимости (цены на комплект аппаратуры приемопередатчика в зависимости от дальности связи колеблется от 200 до нескольких тысяч У. Е.)
Среди дешевых продуктов следует отметить микросхему UK приемопередатчика CS8130 фирмы CRISTAL SEMICONDACTOR. Но невысокая дальность связи (до 1 м) позволяет использовать её лишь для беспроводной связи компьютера и периферийных устройств.
Необходимо упомянуть, что вышеупомянутые продукты реализуют передачу данных при относительно небольших скоростях передачи данных (то есть на невысоких рабочих частотах), что делает их применение в условиях повышающегося быстродействия компьютеров нецелесообразно.
Таблица 7.1
Затраты на проектирование прибора
|
Этап работ |
Исполнитель |
Оклад, руб. |
Стоимость работ, руб. |
|
|
Разработка технического задания |
Начальник отдела |
1500 |
125 |
|
|
Изучение литературы |
Инженер |
800 |
333 |
|
|
Разработка схем |
Инженер |
800 |
233 |
|
|
Расчет узлов |
Инженер |
1100 |
229 |
|
|
Разработка конструкции |
Инженер |
900 |
380 |
|
|
Изготовление чертежей |
Инженер |
780 |
162 |
|
|
Разработка технологии |
Инженер |
1050 |
131 |
|
|
Составление отчета |
Инженер |
1100 |
91 |
Таблица 7.2
План-график проектирования прибора
|
Этап работ |
Срок выполнения работ |
||||||||
|
Январь |
Февраль |
Март |
|||||||
|
Разработка технического задания |
5-6 |
||||||||
|
Изучение литературы |
8-21 |
||||||||
|
Разработка схем |
22-30 |
||||||||
|
Расчет узлов |
2-6 |
||||||||
|
Разработка конструкции |
9-20 |
||||||||
|
Изготовление чертежей |
23-27 |
||||||||
|
Разработка технологии |
2-4 |
||||||||
|
Составление отчета |
5-6 |
7.2 Оценка затрат на проектирование прибора
Оценим затраты на проектирование прибора на этапе о выдачи технического задания до изготовления опытного образца. Результаты расчета с учетом трудоемкости каждого этапа и ставки исполнителей приведены в таблице 7.1. План-график работ на этом этапе приведен в таблице 7.2.
С учетом отчислений на страхование, дополнительной заработной платы и накладных расходов, получаем, что сумма затрат на проектирование прибора составляет 2680 руб.
7.2.1 Расчет себестоимости
По сравнению с ближайшим отечественным конкурентом (фотоприемным модулем ЛФДП-3) данный приемник оптического излучения имеет интегральный знак качества Ки=2, рассчитанный по формуле:
,
где m - число технических показателей;
Ар - относительное значение данного параметра разрабатываемого устройства;
Ак - относительное значение параметра данного параметра у конкурента;
b - удельный вес параметра.
Сравнительные показатели приведены в таблице 7.3.
При расчете себестоимости проектируемого изделия необходимо учесть следующие виды затрат:
затраты на сырьё и материалы;
затраты на покупные комплектующие изделия;
заработную плату производственных рабочих.
Затраты на сырье и материалы, необходимые для изготовления одного изделия, сведены в таблицу 7.4.
Затраты на приобретение готовых комплектующих, сведены в таблицу 7.5.
Кроме основной заработной платы производственных рабочих при расчете себестоимости необходимо учесть дополнительную заработную плату: оплату отпусков, льготных часов подростков, вознаграждение за выслугу лет и так далее. Она составляет 20% от фонда основной заработной платы.
Также кроме перечисленных выше статей расходов, при расчете себестоимости необходимо учесть следующие статьи:
отчисление на социальное страхование - составляет 39% от фонда основной и дополнительной заработных плат;
расход на содержание и эксплуатацию оборудования - составляет 20% от фонда основной заработной платы;
цеховые расходы - расходы на содержание зданий и инвентаря общественного назначения, и составляет 50% от фонда основной заработной платы;
общезаводские расходы - 50% от фонда основной заработной платы;
внепроизводственные расходы - расходы на реализацию продукции - 5% от производственной себестоимости.
Основную заработную плату производственных рабочих рассчитываем по формуле:
где З0 - основная заработная плата;
R - трудоемкость данного вида работ;
L - часовая тарифная ставка исполнителя;
n - количество видов работ.
Таблица 7.3
Сравнительные параметры конкурента и разработки
|
Параметр |
Разработка |
Конкурент |
|
|
Потребляемая мощность, Вт |
0.8 |
2.1 |
|
|
Рабочая частота, МГц |
10 |
10 |
|
|
Габаритные размеры, мм |
90х58х78 |
80х50х30 |
|
|
Наработка на отказ (не менее), ч |
5000 |
5000 |
Таблица 7.4
Затраты на покупные материалы
|
Материал |
Единица измерения |
Цена, руб. |
Количество |
Стоимость, руб. |
|
|
Латунь Л-63 ГОСТ 15127-70 |
Кг |
15 |
0,4 |
6 |
|
|
Припой ПОС-61 |
Кг |
20 |
0,05 |
1 |
|
|
Стеклотекстолит |
Кг |
35 |
0,01 |
0,35 |
|
|
Химические реактивы |
20 |
||||
|
Транспортно-заготовительные расходы (20%) |
5,68 |
||||
|
Итого |
33,05 |
Таблица 7.5
Затраты на покупные изделия
|
Наименование |
Тип |
Количество, штук |
Цена единицы, руб. |
Стоимость, руб. |
|
|
Фотодиод |
ФД-256 |
1 |
20 |
20 |
|
|
Схема усилителя |
1 |
50 |
50 |
||
|
Объектив |
1 |
40 |
40 |
||
|
Винт М3х5 |
2 |
0,1 |
0,2 |
||
|
Гетеродин |
1 |
100 |
100 |
||
|
Транспортно-заготовительные расходы (20%) |
34,04 |
||||
|
Итого |
246,24 |
Результат расчета фонда основной заработной платы приведены в таблице 7.6.
Калькуляция на изготовление одного образца устройства представлена в таблице 7.7.
Полная себестоимость одного экземпляра продукции составляет 581,98 рубль.
7.2.2 Расчет годовых эксплутационных расходов
Годовые эксплутационные расходы включают в себя следующие статьи затрат:
расходы на электроэнергию;
амортизационные отчисления;
затраты на монтаж устройства.
Стоимость электроэнергии рассчитываем по формуле:
,
где - потребляемая устройством мощность;
Ск - тарифная ставка;
Fэф - время работы в календарном режиме;
Кип - коэффициент полезного действия источника питания.
Определим стоимость электроэнергии, при условии, что Fэф=1000 ч и минимальная мощность, потребляемая блоком питания от сети составляет 2 Вт:
руб.
руб.
Амортизационные отчисления рассчитываем по формуле:
Таблица 7.6. Расчет основной заработной платы производственных рабочих
|
Вид работ |
Трудоемкость, ч |
Часовая тарифная ставка, руб. |
Сумма, руб. |
|
|
Изготовление плат |
12 |
4,7 |
56,6 |
|
|
Монтажные |
2 |
3,12 |
6,25 |
|
|
Литье |
1 |
5,57 |
5,57 |
|
|
Штамповочные |
1 |
3,66 |
3,66 |
|
|
Шлифовальные |
0,5 |
4,16 |
2,08 |
|
|
Сверлильные |
0,25 |
4,16 |
1,04 |
|
|
Сборочные |
2 |
4,53 |
9,06 |
|
|
Настройка |
0,25 |
4,68 |
1,17 |
|
|
Лакокрасочные |
0,5 |
4,06 |
2,03 |
|
|
Контрольные |
0,25 |
4,37 |
1,09 |
|
|
Процент премии (20%) |
17,7 |
|||
|
Итого |
106,2 |
Таблица 7.7. Калькуляция на изготовление образца
|
Наименование статьи калькуляции |
Сумма, руб. |
|
|
1. Сырье и материалы |
34,05 |
|
|
2. Покупные комплектующие |
246,24 |
|
|
Итого |
290,29 |
|
|
3. Основная заработная плата |
106,2 |
|
|
4. Дополнительная заработная плата |
21,2 |
|
|
5. Отчисления на соцстрахование |
32,3 |
|
|
6. Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования |
21,2 |
|
|
7. Цеховые расходы |
53,1 |
|
|
8. Общезаводские расходы |
53,1 |
|
|
Производительная себестоимость |
462,65 |
|
|
9. Внепроизводственные расходы |
23,13 |
|
|
Полная себестоимость |
581,98 |
,
где ST - полная себестоимость товара.
Получаем, что:
Ак=200 руб.
Ар=124.48 руб.
Расходы на монтаж устройства представляют собой заработную плату исполнителю монтажа с учетом отчислений на социальное страхование и премии. Монтаж устройства ведет один инженер с месячным окладом 1000 руб. Как на монтаж разрабатываемого устройства, так и на монтаж конкурирующего товара ему потребуется 8 часов. С учетом этого получаем, что затраты на монтаж устройства составляют Z=66.16 руб.
Поэтому сумма годовых эксплуатационных расходов составляет:
руб.
руб.
7.2.3 Расчет годового экономического эффекта
При расчете годового экономического эффекта учтем, что затраты на проектирование прибора составляют 15% от затрат на технологическую подготовку производства.
Расчет производим по формуле:
,
где En=0.5,
Кдоп - затраты на техническую подготовку производства;
Sk, Sp - себестоимость конкурента и разработки соответственно.
Из расчета, что в год будет производится 100 изделий, получаем:
руб.
7.3 Оценка рынка сбыта
Сферу применения систем оптической передачи данных можно разделить на два направления: короткие каналы связи между компьютерами и периферийными устройствами и средств объединения компьютеров в локальные вычислительные сети (ЛВС). Для пользователей ЛВС актуальна задача беспроводного доступа к портативной сети (как со стационарных, так и с портативных компьютеров). В первом случае это позволяет избежать проблемы прокладки кабеля (там где это дорого или вообще невозможно), во втором - обеспечивает мобильность пользователя в пределах здания.
В связи с тем, что предложенное устройство является довольно новым, а также возникает необходимость в специальной программной оболочке и устройствах обработки информации, можно предположить, что потребность в разрабатываемых устройствах составит 100 штук в год. Поэтому расчет строился из расчета производства 100 изделий в год.
Основываясь на вышеизложенных расчетах можно построить график, показывающий жизненный цикл прибора (рис. 7.1).
8. Безопасность и экологичность проекта
8.1 Анализ безопасности при работе с приемником оптического излучения
В настоящее время наблюдается расширение парка вычислительных средств и периферийных устройств как мобильных так и нет предусматривающих возможность обмена данными между собой. Такая возможность может быть реализована при помощи телефонных средств и радиоприема, а так же при помощи оптических средств передачи информации.
В данной дипломной работе разрабатывается приемник модулированного оптического сигнала.
Рассмотрим цепь событий, которые могут привести к нанесению вреда здоровью человека - к событию А, при работе с фотоприемником в лабораторных условиях.
событие Б (возникновение пожара), которое может являться следствием нарушения токоведущих проводов (событие Д) или нарушения нормального режима работы электроприборов (событие Е);
событие В (поражение электрическим током), которое может произойти вследствие поражения при прикосновении к подводящему питание лазера кабелю (событие Ж) или поражение при прикосновении к незаземленному блоку питания лазера (событие З); событие Ж в свою очередь является следствием неисправности в работе блока питания лазера (событие Л) или нарушение изоляции кабеля (событие М);
событие Г (поражение сетчатки глаза лазерным лучом), которое является следствием несоблюдения правил работы с лазером (событие И) или случайного отражения лазерного луча (событие К);
8.2 Оценка наиболее вероятной чрезвычайной ситуации при изготовлении приемника оптического излучения в лабораторных условиях
При изготовлении приемника оптического излучения в лабораторных условиях широко применяются приборы с питающим от сети напряжением ~220 В (контрольно-измерительная аппаратура, паяльник, настольное освещение), твердые горючие материалы (мебель, пластмассовые корпуса аппаратуры), а также жидкие горючие вещества (спирты, органические растворители). При этом согласно СНиП 2.09.02-85 лаборатория по взрывной и взрывопожарной безопасности относится к категории "В".
Наиболее вероятной чрезвычайной ситуацией при изготовлении приемника в лабораторных условиях является пожар, который может возникнуть в результате короткого замыкания в различной аппаратуре, неправильного обращения с паяльником, окисления контактов на разъемах источников питания, неосторожного обращения с жидкими горючими веществами.
Для первичного пожаротушения необходимо иметь углекислотные огнетушители ОУ-2.
Рассчитаем количество огнегасящего вещества на случай возникновения пожара по формуле:
,
где - объем помещения = 150 м3; - концентрация огнегасящего вещества (для составляет 20% от объема); - плотность огнегасящего вещества = 1,977 кг/м3; - коэффициент утечки = 1,5; - нормативное время прекращения горения = 45 с.
кг.
Следовательно огнегасящего вещества огнетушителя ОУ-2достаточно чтобы предотвратить начинающийся пожар, дальность струи такого огнетушителя 2 м, время действия 60 с.
Возможность быстрой ликвидации возникшего пожара так же зависит от своевременного извещения о возгорании. Для этого целесообразно использовать автоматическую пожарную сигнализацию с комбинированными извещателями типа КИ, реагирующими на дым и тепло. Извещатели устанавливаются на потолке лаборатории. Приемную установку типа СПДУ-1, предназначенную для световой и звуковой сигнализации открытого огня и дыма в лаборатории, необходимо установить в помещении охраны. Комбинированные извещатели и всю систему в целом необходимо проверять не реже одного раза в месяц.
8.4 Защита атмосферы и гидросферы на этапе изготовления приемника оптического излучения
Разрабатываемый приемник модулированного оптического излучения представляет наибольшую экологическую опасность на этапе производства.
Особую опасность представляют операции обезжиривания и травления меди. При этом могут применятся различные кислоты (азотная, хромовая и другие), органические растворители и щелочные растворы.
Подобные документы
Три схемы модуляции: амплитудная, угловая и импульсная. Особенности и подходы к реализации данных схем модуляции, предъявляемые к ним требования. Схемы перемножителей и направления исследования их элементов. Спектр амплитудно-модулированного сигнала.
контрольная работа [735,4 K], добавлен 13.06.2012Проектирование устройства полупроводникового усилителя оптического сигнала ВОЛС, работающего на длине волны нулевой хроматической дисперсии кварцевых волокон – 1,3 мкм. Энергетический расчет, особенности конструирования узла оптического усилителя.
дипломная работа [1,2 M], добавлен 19.04.2011Определение параметров линейной схемы на резонансной частоте. Нахождение передаточной функции цепи по напряжению. Процесс построения управляющего сигнала. Отклик схемы на спектр амплитудно-модулированного колебания. Импульсная характеристика схемы.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 08.10.2012Аналитическое и экспериментальное исследование прохождения амплитудно-модулированного (АМ) колебания через одиночный колебательный контур и систему связанных колебательных контуров. Частота модулирующего сигнала. Входное и выходное напряжение.
лабораторная работа [666,1 K], добавлен 20.11.2008Расчёт ширины спектра, интервалов дискретизации и разрядности кода. Автокорреляционная функция кодового сигнала и его энергетического спектра. Спектральные характеристики, мощность модулированного сигнала. Вероятность ошибки при воздействии "белого шума".
курсовая работа [1,0 M], добавлен 07.02.2013Расчет характеристик треугольного, прямоугольного и колоколообразного сигнала. Определение интервала дискретизации и разрядности кода. Расчет характеристик кодового и модулированного сигнала. Расчёт вероятности ошибки при воздействии белого шума.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 07.02.2013Анализ условий передачи сигнала. Расчет спектральных, энергетических характеристик сигнала, мощности модулированного сигнала. Согласование источника информации с каналом связи. Определение вероятности ошибки приемника в канале с аддитивным "белым шумом".
курсовая работа [934,6 K], добавлен 07.02.2013Оптический сигнал как световая волна, несущая определенную информацию, ее особенности и математическое обоснование, основные характеристики. Сущность и виды дифракции света. Пути преобразования световых полей различными элементами оптических систем.
курс лекций [604,9 K], добавлен 13.12.2009Векторное представление сигнала. Структурная схема универсального квадратурного модулятора. Процесс преобразования аналогового сигнала в цифровой. Наложение и спектры дискретных сигналов. Фильтр защиты от наложения спектров. Расчет частоты дискретизации.
курсовая работа [808,3 K], добавлен 19.04.2015Тональное амплитудно-модулированное колебание. Спектральная диаграмма при произвольном законе модуляции. Результат свертки. Частичная демодуляция нагрузкой. Энергетические соотношения для амплитудно-модулированного колебания. Комбинационные частоты.
презентация [547,3 K], добавлен 15.05.2014
