ал. 5). Колі передається нуль, Передавальний Пристрій відключено, оптичні віпромінювання відсутнє. Фотоелектроні підлягають статістіці Пуассона. Если середня кількість фотоелектронів на імпульс дорівнює, то згідно розподілу Пуассона, ймовірність того, что появится точно фотоелектронів на імпульс, дорівнює
. (1)
Оптичний імпульс з енергією Е Складається з фотонів з енергією шкірний, тоб
, (2)
де - Постійна Планка, n - частота оптичного коливання.
приймач віпромінювання перетворює фотони в Електрон з квантовими ефектівністю
. (3)
Отже, середня кількість фотоелектронів, что вініклі при прійомі оптичного імпульсу з енергією Е, дорівнює
. (4)
Згідно прийнятя припущені, при генерації даже одного електрона в ідеальному квантовому детекторі его можна зареєструваті та уявіті як наявність оптичного імпульсу (Поріг вірішувального прилаштую настроєно на З'явилися одного електрона). Єдина можлівість помилки - відсутність генерації ідеальнім квантова детектором електронів при наявності оптичного імпульсу, Який віпромінює Передавальний Пристрій. Ймовірність Такої події можна візначіті, ЯКЩО пріпустіті у (1) Ne = 0
(5)
Енергія та середня Потужність оптичного сигналу (рис. 5) пов'язані співвідношенням Е = 2Р0Т, оскількі трівалість ПОСИЛАННЯ та пауз однакова и смороду слідкують з однакової ймовірністю. ВРАХОВУЮЧИ, что смуга пропускання тракту прийому F, при трівалості ПОСИЛАННЯ Т дорівнює 1/Т, з (5) маємо
(6)
вирази (6) візначають квантова межу чутлівості цифрового Приймальна прилаштую, что дозволяє розрахуваті середнє Значення оптічної потужності, необхідної для забезпечення заданої ймовірності помилки РПОМ. Наприклад, для забезпечення РПОМ = 10-9 потрібна середня Потужність пріблізно в 10 квантів на 1 Гц смуги пропускання.
Квантова межа існує и для аналогових Приймальна прістроїв. Крітерієм якості аналогових систем є відношення сигналу до шуму, а точніше, відношення середньоквадратічного Значення Струму сигналом до середньоквадратічного Значення Струму шуму
. (7)
Єдиним Джерелом шуму в ідеальному квантовому детекторі є квантовим шум внаслідок флуктуації постійної складової сигналу. Наведіть повний виклад для квантової Межі чутлівості Приймальна прістроїв аналогових сігналів
. (8)
вирази (8) аналогічній вирази (6), відрізняється Тільки значень числових Коефіцієнтів, та параметрами, что візначають Якість прийому. Слід Зазначити, что вирази (8) є вірнім для випадка 100% модуляції. Вирази (8) можна навести у вігляді
. (9)
цею вирази дозволяє підрахуваті кількість фотонів Nф, что пріпадає на 1 Гц смуги пропускання, необхідніх для Досягнення потрібного відношення сигналу до шуму. Наприклад, для Досягнення y = 1 в ідеальному випадка звітність, 4 квант на 1 Гц смуги пропускання. У реальних Приймальна прилаштувати, крім квантова ефектів Присутні такоже ї Другие факторі, Які обмежують чутлівість. Це, дере за все, Темнова струм фотодетектора, что протікає через НАВАНТАЖЕННЯ у відсутності оптичного сигналу внаслідок теплової генерації електронів у фотодетекторі. Темнова струм має й достатньо ровері чисельного значень у довгохвільовому діапазоні, что змушує збільшуваті рівень оптичного сигналу для забезпечення необхідної якості прийому на декілька порядків відносно квантової Межі. Для зниженя темнового Струму іноді Використовують охолодження фотодетектора до температури рідкого азоту. Іншим фактором, что обмежує чутлівість, є шуми НАВАНТАЖЕННЯ фотодетектора та підсілювача, Який підключено до цього НАВАНТАЖЕННЯ. У реальних Приймальна прилаштувався вихідний відклік підсілювача на одноелектронній імпульс фотодетектора на декілька порядків (НЕ Менш трьох) нижчих середньоквадратічного показник теплової шуму самого підсілювача. Внаслідок переліченіх факторів реальні приймальні Пристрої, что Використовують Довжину Хвилі близьким 1 мкм, потребуються на 15-20 ДБП Більшу Потужність, что пріймається, чем звітність, для ідеального квантового детектора.
3. Розрахунок шумів попередніх каскадів підсілювачів
активними елементами вхідніх каскадів оптичних Приймальна прістроїв є як польові, так и біполярні транзистори. Частіше Використовують польові транзистори, смороду мают великий вхідній Опір, того узгоджуються з великим опором фотодетектора без! застосування Додатковий узгоджуючіх Кіл. При вікорістанні біполярніх транзісторів необхідне узгодженням великого опору фотодетектора з вхіднім опором Наступний каскадів, тому в цьом разі транзистор включається за схем Із загально емітером, что має великий вхідній та малий вихідний опори, тоб є узгоджуючім колом. Вхідній каскад на Польових транзісторі. Знайдемо вирази для спектральної щільності шумів вхідного каскаду підсілювача на Польових транзісторі, что включень за схем...
