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光接收机常见故障分析及排除


光接收机常见故障分析及排除 [摘要]光接收机工作在光纤系统中的各光接收点, 接收光缆传送过来的光信 号,并把光信号转换为电信号(实现光电转换 O/E) ,输出是 RF 信号。 光接收机由光 电检测级、电信号放大级、衰减器、均衡器、AGC 电路、输出放大器、电源部 分等组成。 【关键词】工作原理;增益调节;故障分析 一、光接收机主要组成部分的工作原理 1.光接收器件原理与特性 光接收器件是光纤传输系统中不可缺少的器件,它是接收输入端口使用的半 导体二极管器件,其作用是将输入的光信号变换成输出的电信号,类似于电气通信 中的检波器,所以称它为光检测器或光电二极管(PD: Photo D iode), 从 PD 取出的 是与光功率成比例的电流, 也可以用负载电阻把这一电流变成电压。光功率与被 检测的电流或电压成比例的关系,说明被检测的光电场强度的平方值与电流成比, 所以可以认为是平方律检波。 光检测器对光接收机的工作速率、灵敏度等特性有重大影响, 因此对光检测 器有如下要求: (1)在系统工作的波段范围内有很高的响应效率,即对工作波段内入射的光信 号,光检测器能输出较大的光电流,实际上不同材料对各种波长的光的响应效率是 不一样的,在使用光检测器时必须合理选择所用的器件, 能满足系统要求。 (2)有足够的响应度,输出电流与输入光功率是线性关系,以保证信号不失真。 (3)噪声低,频带宽。光检测器在光电变换中引入的噪声应尽量小 , 因为光检 测器的入射光信号一般相当微弱 ,又是光接收机的最前级 , 对系统的载噪比影响 较大。 (4)可靠性高、寿命长、性能稳定,能适应一定的温度等环境条件变化。 光检测器的工作原理是:半导体晶体中的电子可能处于两种状态,一种是围绕 原子核旋转的状态,另一种是脱离原子核的束缚而自由运动的状态,该状态还由于 电子的自由运动,因而有助于产生导电状态。 处于这种状态的电子, 其能量比处于 前一种状态的要高。 如图 2 所示。 由图 2 可见,能量高的区域称为导带,能量低的区域为价带,处于它们中间的是 禁带, 它表示电子在其中不能存在的状态。当光入射半导体接收的光能量大于半 导体禁带时,会使半导体原子中价带的电子跃迁到导带,价带因失去电子以后而出 现空穴, 所以由光的入射就会产生电子、空穴对,当外部加上电压时,会使这些电 子、空穴对移动, 从而取出电流。 光电二极管的基本结构也是 P-N 结。在 P-N 结中,在 N 层当电子向导带跃迁 时,失去电子的晶体的原子就要带正电,在 P 层则空穴移动的轨迹要带负电,因此电 子和空穴受到这些电荷的排斥而远离强区,在结区附近出现一个不存在电子和空 穴等载流子的称为耗尽层的层, P 和 N 层之间因为带电而产生电位差,其能级就不 同,因而在中间形成倾斜状态。当光射入耗尽层而进一步产生电子、空穴对时,由 于上述倾斜,电子和空穴将被吸收而分别*在 N 层和 P 层,从而形成光电电动势,如 果加以反向偏压(正极在 N 层,负极在 P 层),电位的倾斜将进一步增大,由光产生的 载流子就能作为电流而有效地取出。 2.光接收机的功率放大 在光接收机中, 功率放大都采用集成一体化模块 ,依据信号的放大流程 ,前面 一级放大通常都采用低噪声、推挽放大模块,后面一级都采用功率倍增模块。光 接收机模块的选择有多种方式:可采用硅放大模块、GaAs 放大模块、进口模块、 国产模块等诸多配置,当光接收机在低电平输出时,放大模块的指标对光接收机的 整机指标影响不大 , 如果光接收机实现高电平输出则放大模块的影响将是主要 因素。

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