AT392711B - Optischer sender - Google Patents

Description

AT 392 711 B

Die Erfindung bezieht sich auf einen optischen Sender, in dem elektrische Eingangssignale in entsprechende intensitätsmodulierte optische Signale umgewandelt werden, mit einer Parallelschaltung, welche aus zwei parallelen Zweigen besteht, wobei der eine Zweig eine Leuchtdiode umfaßt und der andere Zweig einen Feldeffekttransistor umfaßt, und mit einem Differenzverstärker, dessen Ausgang mit der Parallelschaltung gekoppelt ist, wobei der invertierende Eingang des Differenzverstärkers mit einem Widerstand gekoppelt ist, über welchem eine dem Strom durch die Leuchtdiode proportionale Spannung steht. In optischen Übertragungssystemen werden aus Kostengründen oft Leuchtdioden als Lichtquellen verwendet. Durch die nicht-lineare Strom-Licht-Übertragung dieser Lichtdioden treten höhere Harmonische und Intermodulationsprodukte auf, wodurch die Qualität der Übertragung in derartigen Übertragungssystemen stark beeinträchtigt werden kann. Aus diesem Grund werden diese Leuchtdioden daher im wesentlichen in optischen digitalen Übertragungssystemen und Übertragungssystemen mit analoger Intensitätsmodulation, an die keine all zu hohen Qualitätsanforderungen gestellt werden, verwendet

Es sind mehrere Ausgleichsverfahren bekannt, um den Einfluß der Nichtlinearitäten in der Übertragungskennlinie der genannten Leuchtdioden auszugleichen. So sind Rückkopplungsverfahren bekannL Bei diesen Verfahren sind teure optische Elemente, wie beispielsweise Leistungsteiler »forderlich, außerdem ist bei diesen Verfahren ein Teil der gesamten optischen Leistung nicht für Übertragungszwecke verfügbar. Weiterhin sind Vorwärtskopplungsverfahren bekannt Bei diesen Verfahren sind optische Leistungskopplungsanordnungen erforderlich, die ebenfalls nicht preisgünstig sind. Die beiden genannten Verfahren sind folglich aufwendig, so daß sie zur Anwendung in preisgünstigen Übertragungssystemen weniger geeignet sind.

Weiterhin sind Ausgleichsverfahren bekannt bei denen eine zweite gleichartige Leuchtdiode verwendet wird, die mit der auszugleichenden Leuchtdiode in Reihe geschaltet wird. Das Ausgangssignal der gleichartigen Leuchtdiode, das z. B. mit Hilfe einer PIN-Diode umgewandelt wird, wird zum Eingang zurückgeführt, wodurch ein Ausgleich der nicht-linearen Übertragungskennlinie der auszugleichenden Leuchtdiode auftritt. Die gegenseitige Gleichheit der Übertragung der beiden Lichtquellen läßt oft zu wünschen übrig, so daß nur ein geringer Ausgleich der Nichtlinearitäten mit Hilfe dieser Verfahren erzielt werden kann.

Ein aus der GB-A-2 025 121 bekannter optischer Sender für digitale Daten, der mit einer Leuchtdiode versehen ist, ist mit einem Rückkopplungssystem versehen, in dem ein relativ teurer Leistungsteiler vorgesehen ist, so daß ein Teil der gesamten optischen Leistung nicht für die Übertragung genützt werden kann; es ist bei diesem bekannten Sender in einem Parallelzweig zur Leuchtdiode ein Feldeffekttransistor angeordnet, und es wird der Arbeitspunkt der Leuchtdiode geregelt

Die Erfindung hat nun zur Aufgabe, einen optischen Sender der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei dem ein Ausgleich der genannten Nichtlinearitäten unter Vermeidung der oben genannten Nachteile erzielt wird, und der sich z. B. zur Anwendung in preisgünstigen Übertragungssystemen für Basisband-Femsehsignale eignet

Der erfindungsgemäße optische Send» der eingangs angegebenen Art weist das Kennzeichen auf, daß die Eingangssignale analoge Basisbandsignäle sind, daß der Feldeffekttransistor unterhalb der Schwellenspannung betrieben wird und daß die Parallelschaltung mit dem Widerstand in Reihe geschaltet ist, wobei der Verbindungspunkt der Parallelschaltung und des Widerstandes mit dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers gekoppelt ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen noch weiter erläutert Es zeigen: Fig. 1 einen ersten optischen Sender, Fig. 2 die statische Übertragungskennlinie ein» Leuchtdiode, Fig. 3 ein Strom-Spannungsdiagramm einer Leuchtdiode und Fig. 4 einen zweiten optischen Sender.

Beim optischen Sender gemäß Fig. 1 ist ein Differenzverstärker (1) mit seinem Ausgang über die Reihenschaltung aus einem regelbaren Widerstand (5), einer Leuchtdiode (2) und einem Widerstand (3) mit einem Punkt konstanten Potentials verbunden. Zwischen dem Ausgang des Differenzverstärkers (1) und dem Verbindungspunkt der Leuchtdiode (2) und des Widerstandes (3) liegt die Reihenschaltung aus einer Gleichspannungsquelle (6) und der Hauptstrombahn eines Feldeffekttransistors (4). Die Steu»elektrode des Feldeffekttransistors (4) ist über eine Gleichspannungsquelle (7) mit der Drain-Elektrode des Feldeffekttransistors (4) verbunden. Der invertierende Eingang des Differenzverstärkers (1) ist mit dem Verbindungspunkt d» Leuchtdiode (2) und des Widerstandes (3) verbunden. Der genannte V»bindungspunkt ist ebenfalls mit dem inv»tierenden Eingang eines Differenzverstärkers (8) verbunden, dessen Ausgang mit dem nicht-invertierenden Eingang des Differenzverstärkers (1) verbunden ist. Der nicht-invertierende Eingang des Differenzverstärkers (8) ist über eine regelbare Gleichspannungsquelle (9) mit einem Punkt konstanten Potentials verbunden. Das Eingangssignal (U) wird über einen Widerstand (11) und einen Kondensator (10) dem nicht-invertierenden Eingang des Differenzverstärkers (1) zugeführt

Die statische stromoptische Leistungskennlinie einer Leuchtdiode sieht aus, wie in Fig. 2 dargestellt Das Gebiet (A) links von der Linie I = 1(0) ist wegen der starken Krümmung für Übertragungszwecke nicht verwendbar. In dem Gebiet (B) rechts von der Linie I = 1(0) ist die Kennlinie mehr oder weniger gerade und dadurch für Üb»tragungszwecke verwendbar. Die Beziehung zwischen der optischen Leistung und dem Strom (0 durch die Leuchtdiode in diesem Gebiet (B) entspricht der Beziehung: -2-

AT 392 711 B (1) P = P0 + a(l).I(s)-a(2)I2(s) worin (a(l)) und (ot(2)) positive Konstanten sind und (I(s)) der Signalstrom, z. B. ein Video-Signal ist. Der Bodenpegel der Synchronimpulse entspricht dann (1(0)) und der Maximalweißpegel entspricht (I(max)). Die optische Leistung (P) muß bei richtigem Ausgleich dem Steuerstrom (1(1)) durch die Kombination der Leuchtdiode (2) und des Feldeffekttransistors (4) proportional entsprechen. Dafür gilt die Beziehung 1(1) = 1(0)' + ß(l). I(s) - ß(2). I2(s) (2) worin ß(2) «(2) ß(l) «(1) und (1(0)') der Strom durch den Feldeffekttransistor (4) ist.

Der Feldeffekttransistor (4) ist im Triodenbereich eingestellt, d. h. in dem Bereich, in dem die Spannung zwischen der Drain-Elektrode und der Gate-Elektrode des Feldeffekttransistors (4) kleiner ist als die Schwellenspannung bzw. "pinch-off" Spannung (U(p))· In diesem Gebiet kann die Wirkung des Feldeffekttransistors durch die folgende Gleichung angegeben werden: I(d) = g0.U(d).^ U(g) 1-- U(p) U(d) - ► 2U(p) (3)

Darin ist: (U(g)) (U(d)) (I(d)) (U(p)) die Spannung an der Gate- Elektrode gegenüber der Source-Elektrode, die Spannung an der Drain-Elektrode gegenüber der Source-Elektrode, der Drain-Strom, die pinch-off Spannung,

W mit g0 = U.C0- • U(p), wobei (W) die Kanalbreite, (L) die Kanallänge, und (U) die Beweglichkeit der Elektronen bei einem N-FET oder die Beweglichkeit von Löchern bei einem P-FET ist.

Aus der in Fig. 3 dargestellten Kennlinie geht hervor, daß eine Leuchtdiode als die Reihenschaltung aus einer konstanten Spannungsquelle mit der Spannung (U(t)) und einem Widerstand, dessen Wert cotg (a) entspricht, angesehen werden kann. Für die Spannung (U(d)) aus dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 gilt die nachstehende Beziehung: (4) (5)

U(d) = U(t) - U(b) + I(s). R worin (R) der Summenwiderstand des Widerstandes (5) und der Leuchtdiode (2) ist. Weiterhin gilt: 1(1) = I(o) + I(s) + I(d) -3-

AT 392 711B worin (I (s)) der Signalstrom durch die Leuchtdiode (2) und (I(d)) der Drain-Strom des Feldeffekttransistors (4) ist

Eine Kombination der Beziehungen (3), (4) und (5) liefert die Gleichung: I(l) = I1(o) + ß(l).I(s)-ß(2)I2(s) (6) worin Ι*(θ) = I(o) + g0.U(o) < U(g) U(o) 1----> U(p) 2U(p) _ U(g) U(o) ß(l) = l + g0.R(l----) U(p) U(p) R2 ß(2) = g0.- ist 2U(p)

Die beiden Koeffizienten (ß(l)) und (ß(2)) können mit Hilfe der Spannungsquelle (7) und des Widerstandes (5) auf die erwünschten Werte zum Ausgleichen der nicht-linearen statischen Übertragungskennlinie der Leuchtdiode (2) eingestellt werden.

Ein Femsehsignal kann der Leuchtdiode in Form eines Stromes derart zugeführt werden, daß der Bodenpegel der Synchronimpulse dem Wert (I(o)) entspricht und daß der maximale Weißpegel dem Wert (I(max)) entspricht, siehe Fig. 2. Dies läßt sich auf bekannte Weise mit Hilfe des Operationsverstärkers (8) und der Quelle der Bezugsspannung (9) verwirklichen. Der Operationsverstärker (8) liefert nur während des Vorliegens des Grundpegels der Synchronimpulse des Videosignals Strom. Der nichtinvertierende Eingang des Verstärkers (8) wird während des Vorliegens des Grundpegels der Synchronimpulse auf eine derartige Spannung eingestellt, daß durch die Parallelkombination der Leuchtdiode (2) und des Feldeffekttransistors (4) ein Strom Ι^(ο) = U(9)/R(3) fließt, wobei (I^o)) in der Beziehung (6) definiert ist, (U(g)) die Spannung an der Bezugsquelle ist und (R(3)) der Widerstandswert des Widerstands (3) ist Der Strom (I*(o)) entspricht dem Strom (I(o)) durch die Leuchtdiode (2), wodurch die optische Leistung der Leuchtdiode während des Auftritts der Synchronimpulse auf dem Wert (P(o)) gehalten wird, siehe Fig. 2.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 wird ein Transkonduktanzverstärker (12) dazu benutzt, eine Eingangsspannung (U) in einen Eingangsstrom (I) umzuwandeln, der dem Eingang (-) des Verstärkers (1) und der Hauptstromstrecke des Feldeffekttransistors (4) zugeführt wird, dessen Gate-Elektrode über die regelbare Spannungsquelle (7) mit einem Punkt konstanten Potentials verbunden ist. Der Ausgang des Verstärkers (1) ist über die Reihenschaltung aus der Leuchtdiode (2) und dem Widerstand (3) mit einem Punkt konstanten Potentials verbunden. Der Verbindungspunkt der Diode (2) und des Widerstandes (3) ist über die Haupstromstrecke des Transistors (4) mit dem invertierenden Eingang des Verstärkers (1) verbunden. Parallel zu dem Widerstand (3) und zwischen den beiden Eingängen des Verstärkers (8) liegt eine Stromquelle (14). Der Ausgang des Verstärkers (8) ist mit dem Eingang des Verstärkers (12) verbunden.

Der Transkonduktanzverstärker (12) wandelt das Eingangssignal (U) in einen Strom gleich: I = U/R(13) um, worin (R(13)) der Wert eines Widerstandes (13) ist. Wenn die Schleifenverstärkung des Verstärkers (1) groß genug ist, gilt für den Strom (1(1)) durch die Leuchtdiode (2) die folgende Beziehung: R(4) R(4) 1(1) = (1+-) .1 =-.1 (7). R(3) R(3)

Darin ist (R(4)) der Widerstand zwischen den Punkten (15) und (Id) aus Fig. 4 und (R(3)) der Widerstandswert des Widerstandes (3). Normalerweise istR(4)» R(3). Die optische Ausgangsleistung (P) der -4-

Claims (4)

1. AT392711B Leuchtdiode (2) und der entbrechende Strom (1(1)) durch die Leuchtdiode (2) entsprechen auch hier den bereits genannten Beziehungen (1) und (2). Eine einfache Berechnung zeigt, daß in diesem Fall die positiven Konstanten (1) und (2) der folgenden Gleichung entsprechen: U(g) R2(3) ß(D = g0G--). R(3) und ß(2) = gQ- (8) U(p) 2U(p) Im Vergleich zu dem eisten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 braucht nun nur die Spannung (U(g)) der Quelle (7) eingestellt zu werden, um den gewünschten Ausgleich der nichtlinearen statischen Übertragungskennlinie der Leuchtdiode (2) zu erhalten. Mit Hilfe des Verstärkers (8) wird die Spannung am Kondensator (10) derart eingestellt, daß während des Vorliegens der Synchionimpulse die Spannung am Widerstand (3) gleich 0 ist Dadurch wird während dieser Zeit der Strom (I(o)) der Stromquelle (14) durch die Leuchtdiode (2) fließen, wie dies erforderlich ist (siehe Fig. 2) PATENTANSPRÜCHE 1. Optischer Sender, in dem elektrische Eingangssignale in entsprechende intensitätsmodulierte optische Signale umgewandelt werden, mit einer Parallelschaltung, welche aus zwei parallelen Zweigen besteht, wobei der eine Zweig eine Leuchtdiode umfaßt und der andere Zweig einen Feldeffekttransistor umfaßt, und mit einem Differenzverstäiker, dessen Ausgang mit der Parallelschaltung gekoppelt ist, wobei der invertierende Eingang des Differenzverstärkers mit einem Widerstand gekoppelt ist, über welchem eine dem Strom durch die Leuchtdiode proportionale Spannung steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangssignale analoge Basisbandsignale sind, daß der Feldeffekttransistor (4) unterhalb der Schwellenspannung betrieben wird und daß die Parallelschaltung (2, 4) mit dem Widerstand (3) in Reihe geschaltet ist, wobei der Verbindungspunkt der Parallelschaltung (2,4) und des Widerstandes (3) mit dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers (1) gekoppelt ist.
2. 2. Optischer Sender nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang des Differenzverstärkers (1) und der Leuchtdiode (2) ein einstellbarer Widerstand (5) vorgesehen ist und die Hauptstromstrecke des Feldeffekttransistors (4) zwischen dem Ausgang des Differenzverstärkers (1) und dem Verbindungspunkt der Leuchtdiode (2) und des Widerstandes (3) liegt.
3. 3. Optischer Sender nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungspunkt der Leuchtdiode (2) und des Widerstandes (3) unmittelbar mit dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers verbunden ist.
4. 4. Optischer Sender nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptstromstrecke des Feldeffekttransistors (4) zwischen dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers (1) und dem Verbindungspunkt der Leuchtdiode (2) und des Widerstandes (3) liegt. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen -5-