Передающее устройство одноволоконной оптической сети
Аннотация
Объектомисследованияявляются способыувеличенияпропускнойспособностиканалов волоконнооптическихсистем передачипутём передачисигналов поодному оптическомуволокну в двухнаправлениях.
Цель работы– определениеспособа увеличенияпропускнойспособностиканалов, подходящегодля использованияна соединительныхлиниях городскойтелефоннойсети. И разработкасоответствующегопередающегоустройства.
Выбрантип одноволоконнооптическойсистемы передачи,разработанаеё структурнаясхема, разработанапринципиальнаясхема передающегоустройстваи источникпитания.
В процессеработы составленобзор методовпередачи сигналовпо одному оптическомуволокну в двухнаправленияхи определёнспособ увеличенияпропускнойспособностиканалов, подходящийдля использованияна соединительныхлиниях городскойтелефоннойсети.
В дипломномпроекте данобзор существующихметодов организацииволоконнооптическихсистем передачи,а также освещенывозможныеспособы построенияодноволоконныхсистем передачи.
Входе работыосуществленаразработкаструктурнойсхемы передающегоустройства,кроме того,приведеныварианты структурныхсхем возможныхспособовпостроенияодноволоконныхсистем передачи.
Анотація
Об’єктом дослідженняявляютьсяметоди підвищенняпропускноїздатностіканалів волоконнооптичнихсистем передачішляхом передачісигналів поодному оптичномуволокну у двухнапрямках.
Ціль роботи - визначенняметоду підвищенняпропускноїздатностіканалів, придатного для експлуатацііна з’єднувальнихлініях міськоїтелефонноїмережі і разробкавідповідногопередавальногопристрою.
Вибран типодноволоконнооптичноїсистеми передачі,розробленаїї структурнаі функціональнасхема, розробленаелектричнапринциповасхема передавальногопристрою іблока живлення.
У процесіроботи складенийогляд методівпередачі сигналупо одному оптичномуволокну у двухнапрямках івизначений спосіб підвищенняпропускноїздатностіканалів, придатнийдля експлуатаціїна з’єднувальнихлініях міськоїтелефонноїмережі.
У дипломномупроекті викладенийогляд існуючихметодів організаціїволоконнооптичнихсистем передачі,а також освітленніможливі способипобудовиодноволоконнихсистем передачі.
У ході роботиздійсненарозробка структурноїсхеми передавальногопристрою, крімцього, приведеніваріанти структурнихсхем можливихметодів побудови оптичних системпередачі.
Annotation
Objectof research are the ways of increase of throughput capacity ofchannels of fiber optic transmission systems by signaling on oneoptic fibre in two directions.
The purpose of activity - definition of a wayof increase of throughput capacity of channels eligible for usage onconnecting lines of a urban voice circuit. And mining of theconforming transmission device.
The phylum one of a fiber optic transmissionsystem is selected, its skeleton diagram is designed, the principaldiagram of a transmission device and power source is designed.
During activity the view of methods ofsignaling on one optic fibre in two directions is compounded and theway of increase of throughput capacity of channels eligible for usageon connecting lines of a urban voice circuit is determined.
In the degree project the view of existingmethods of organization of fiber optic transmission systems is given,and also the possible ways of construction of one-fibre transmissionsystems are lighted.
During activity the mining of the skeleton diagramof a transmission device is carried out, besides the versions of theskeleton diagrams of possible ways of construction of one-fibretransmission systems are adduced.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение…………………………………………………………………………..4
2. Принципыпостроенияи основныеособенностиволокон-
нооптических системпередачи вгородскихтелефонныхсетях…………..5
2.1 Линейныекоды в волоконнооптическихсистемахпередачи....……………………7
2.2Источникиизлучения волоконнооптическихсистемах передачи…………………9
2.3Детекторы волоконнооптическихсистем передачи……………………………….10
2.4Оптическиекабели вволоконнооптическихсистемахпередачи………………….11
2.5Особенностиодноволоконныхоптическихсистем передачи……………………...13
2.6Построениепередающихи приемныхустройств вволоконнооптических
системахпередачи……………………………………………………………………..16
2.6.1 Видымодуляцииоптическихколебаний………………………………………...16
2.6.2 Оптическийпередатчикпрямоймодуляции…………………………………...18
2.6.3 Оптическийприемник……………………………………………………………20
3. Выбори обоснованиеструктурнойсхемы передатчика…………………..21
Методы построенияструктурныхсхем одноволоконныхоптических
системпередачи………………………………………………………………………..21
3.1.1Волоконнооптическиесистемы передачина основе различныхспособов
разветвленияоптическихсигналов…………………………………………...21
3.1.2 Волоконнооптическаясистема передачи,основаннаяна использовании
разделенияразнонаправленныхсигналов повремени………………………..24
3.1.3 Волоконнооптическаясистема передачи,на основеиспользования
различных видовмодуляции…………..………………………………………...25
3.1.4 Волоконнооптическаясистема передачис одним источникомизлучения…..28
3.2Окончательныйвыбор структурнойсхемы передатчика…………………………...30
3.2.1 Выборспособа организацииодноволоконногооптическоготракта………...30
3.2.2 Структурнаясхема оптическогопередатчика…………………………….…30
4. Расчётэлектрическойпринципиальнойсхемы……………………………32
4.1Общиесоображенияпо расчётупринципиальнойсхемы устройства………...…..32
4.2Расчёт мощностиизлученияпередатчикаи выбор типаизлучателя…………..….34
4.3Расчёт выходногокаскада…………………………………………………………....35
4.4Расчет согласующегоусилителя…………………………………………………..…39
4.5Расчет устройстваавтоматическойрегулировкиуровня оптическогосигнала…..41
4.6Расчёт схемы термостабилизации……………………………………………...……43
4.7Расчёт источникапитания одноволоконнойоптическойсистемы передачи……..45
4.8Расчёт ёмкостейв схеме оптическогопередающегоустройства………………….49
4.8.1 Расчётэмиттернойёмкости……………………………………………………49
4.8.2 Расчётразделительнойёмкости………………………………………………..49
4.8.3 Расчётёмкостейфильтров……………………………………………………...50
4.9Номиналы элементовсхемы……………………………………………………...…..50
принципиальнаясхема оптическогопередатчика………………………..……52
принципиальнаясхема источникапитания……………………………..……..53
5. Конструктивныйрасчёт печатнойплаты одноволоконной
оптическойсистемыпередачи……………………………………..…………54
5.1Выбор материалапечатнойплаты………………………………………….……….54
5.2Размещениеэлементов иразработкатопологиипечатнойплаты……..………….55
6. Расчетнадежностиволоконнооптическогопередающего
устройства………...………………………………………...…….……………..59
7. Технико-экономическийрасчет………………………………………………63
7.1Анализрынка……………………………………………………………………….…63
7.2Определениесебестоимостиодноволоконногооптическогопередатчика…….…65
7.2.1 Затратына приобретениематериалов…………………………………………65
7.2.2 Затратына покупныеизделия иполуфабрикаты………………………………66
7.2.3Основная заработнаяплата производственныхрабочих…………………...…67
7.2.4Калькуляциясебестоимостиблока волоконнооптическогопередатчика….…69
7.3Определениеуровня качестваизделия………………………………………………70
7.4Определениецены изделия…………………………………………………………..72
7.4.1 Нижняяграница ценыизделия……………………………………………………72
7.4.2 Верхняяграница ценыизделия……………………………………………………73
7.4.3Договорнаяцена……………………………………………………………………73
7.5Определениеминимальногообъемапроизводства…………………………………73
8. Мероприятияпо охранетруда………………………………………………..75
8.1Лазернаябезопасность……………………………………………………………….75
8.2Требованиябезопасностипри эксплуатации лазерныхизделий…………………78
8.3Мероприятияпо производственнойсанитарии………………………………….…79
8.4Требованиек освещениюи расчётосвещённости…………………………………84
8.5Мероприятияпо улучшениюусловийтруда…………………………………….…90
8.5.1Расчётместногоотсоса……………………………………………………...90
8.6Мероприятияпо пожарнойбезопасности………………………………………..…91
8.7Мероприятияпо молниезащитездания………………………………………..……94
Литература………………………………………………………………………95
Приложение…………………………………………………………...…………96
1. Введение
Цифроваясвязь по оптическимкабелям , приобретающаявсё большуюактуальность,является однимиз главныхнаправленийнаучно-техническогопрогресса .
Преимуществацифровых потоковв их относительнолёгкой обрабатываемостис помощьюЭВМ, возможностиповышенияотношения
сигнал/шуми увеличенияплотностипотока информации.
Преимуществаоптическихсистем передачи перед системамипередачи работающимипо металлическомукабелю заключаетсяв:
-возможностиполучениясветоводов с малым затуханиеми дисперсией,а значит увеличениедальностисвязи;
-широкойполосе пропускания,т.е. большойинформационнойёмкости;
-оптическийкабель не обладаетэлектропроводностьюи индуктивностью,то есть кабелине подвергаютсяэлектромагнитнымвоздействием;
-пренебрежимомалых перекрестныхпомех;
-низкойстоимостьюматерила оптическогокабеля, егомалый диаметри масса;
-высокойскрытностисвязи;
-возможностиусовершенствованиясистемы приполном сохранениисовместимостис другими системамипередачи.
Линейныетракты волоконнооптическихсистем передачи строятся какдвухволоконныеоднополосныеодно кабельные,одноволоконныеодно полосныеоднокабельные,одноволоконныемногополосныеодно кабельные(со спектральнымуплотнением).
Учитывая,что доля затратна кабельноеоборудованиесоставляетзначительнуючасть стоимостисвязи, а ценына оптическийкабель в настоящеевремя остаютсядостаточновысокими, возникаетзадача повышенияэффективностииспользованияпропускнойспособностиоптическоговолокна засчёт одновременнойпередачи понему большегообъёма информации.
Этого можнодобиться, например,передачейинформацииво встречныхнаправленияхпо одному оптическомукабелю.
Цельработы – определениеспособа увеличенияпропускнойспособностиканалов, подходящегодля использованияна соединительныхлиниях городскойтелефоннойсети. И разработкасоответствующегопередающегоустройства.
2.Принципыпостроенияи основныеособенности
волоконнооптическихсистем передачив городскихтелефонныхсетях.
Особенностьюсоединительныхлиний являетсяотносительнонебольшая ихдлина за счетглубокогорайонированиясетей. Статистикараспределенияпротяженностисоединительных линий городскойтелефоннойсети в крупнейшихгородах свидетельствует,что соединительныелинии протяженностьюдо 6 км составляют65% от всегочисла соединительныхлиний.
Значительныерасстояниямежду регенерационнымипунктами волоконнооптическихсистем передачидают возможностьотказатьсяот оборудованиярегенераторовв колодцахтелефоннойканализации,а также оторганизациидистанционногопитания (рис2.1).
В наиболееобщем видепринцип передачиинформациив волоконно-оптическихсистемах связиизображен на рис.2.2.
На передающейстороне наизлучательсвета, в качествекоторого в волоконнооптическойсистеме связииспользуетсясветодиод илиполупровод-никовыйлазер, поступаетэлектрическийсигнал, предназначенныйдля передачипо линии связи.Этот сигналмодулируетоптическоеизлучениеисточникасвета, в результатечего электрическийсигнал преобразуетсяв оптический.На прием-нойстороне сигнализ оптическоговолокна вводитсяв фотодетектор.В современныхволоконнооптическихсистемах передачив качествефотоде-тектораиспользуютp-i-n илилавинный фотодиод.
Фотодетекторпреобразуетпадающее нанего оптическоеизлучение висходныйэлектрическийсигнал. Затемэлектрическийсигнал поступаетна усилитель(регенератор)и отправляетсяполучателюсообщения.
Выборэлементнойбазы при реализации волоконнооптических систем передачи и параметрыеё линейноготракта зависятот скоростипередачи символовцифровогосигнала. Существуютустановленныеправила объединенияцифровых сигналови определенаиерархия аппаратурывременногообъединенияцифровых сигналовэлектросвязи.Сущность иерархиисостоит в ступенчатомрасположенииуказаннойаппаратуры,при которомна каждой ступениобъединяетсяопределённоечисло цифровыхсигналов, имеющиходинаковуюскорость передачисимволов,соответствующуюпредыдущейступени. Цифровыесигналы вовторичной,третичной, ит.д. системахполучаютсяобъединениемсигналов предыдущихиерархическихсистем. Дляевропейскихстран установленыследующиестандартныескорости передачидля различныхступеней иерархии(соответственноёмкости в телефонныхканалах):первая ступень-2.048Мбит/с (30 каналов),вторая-8.448 Мбит/с(120 каналов), третья-34.368 Мбит/с(480 каналов),четвертая-139.264Мбит/с (1920 каналов).В соответствиис приведеннымискоростямиможно говоритьо первичной,вторичной,третичной ичетвертичнойгруппах цифровыхсигналовэлектрическойсвязи (в этомже порядкеприсвоеныназвания системамИКМ).
Аппаратура,в которой выполняетсяобъединениеэтих сигналов,называетсяаппаратуройвременногообъединенияцифровых сигналов.На выходе этойаппаратурыцифровой сигналобрабатываетсяскремблером,то есть преобразуетсяпо структуребез измененияскорости передачисимволов длятого,чтобыприблизитьего свойствак свойствамслучайногосигнала (рис.2.3).Это позволяетдостигнутьустойчивойработы линиисвязи вне зависимостиот статистическихсвойств источникаинформации.Скремблированныйсигнал можетподаватьсяна вход любойцифровой системыпередачи, чтоосуществля-етсяпри помощиаппаратурыэлектрическогостыка.
Скремб-лер
Преобразова-телькода стыка
Преобразо-вателькода
Передающийоптическиймодуль
- Структурнаясхема волоконнооптическойсистемыпередачи
Аппаратурастыка
Аппаратураоптическоголинейноготракта
Рис.2.3
Аппаратуравременного
объединения
Для каждойиерархическойскоростирекомендуютсясвои коды стыка,например длявторичной –код HDB-3, для четверичной– код CMI и т.д. Операциюпреобразованиябинарногосигнала, поступающегоот аппаратурывременногообъединенияв код стыка,выполняетпреобразователькода стыка. Кодстыка можетотличатьсяот кода принятогов оптическомлинейном тракте.Операциюпреобразованиякода стыка вкод цифровой волоконнооптическойсистемы передачивыполняетпреобразователькода линейноготракта, на выходекоторого получаетсяцифровойэлектрическийсигнал, модулирующийток излучателяпередающегооптическогомодуля.Такимобразом,волоконно-оптическиесистемы передачистроятся набазе стандартныхсистем ИКМзаменой аппаратурыэлектрическоголинейноготракта на аппаратуруоптическоголинейноготракта.
Линейныекоды вволоконнооптических
системахпередачи
Оптическоеволокно, каксреда передачи,а также оптоэлектронныекомпонентыфотоприёмникаи оптическогопередатчиканакладываютограничивающиетребованияна свойствацифровогосигнала, поступающегов линейныйтракт. Поэтому между оборудованиемстыка и линейнымтрактом волоконнооптическойсистемы передачипомещаютпреобразователькода. Выборкода оптическойсистемы передачисложная и важнаязадача. На выборкода влияет,во-первых,нелинейностьмодуляционнойхарактеристикии температурнаязависимостьизлучаемойоптическоймощности лазера,которые приводятк необходимостииспользованиядвухуровневыхкодов.
Во-вторых,вид энергетическогоспектра, которыйдолжен иметьминимальноесодержаниенизкочастотных(НЧ) и высокочастотных(ВЧ) компонент.Энергетическийспектр содержитнепрерывнуюи дискретнуючасти. Непрерывнаячасть энергетическогоспектра цифровогосигнала зависитот информационногосигнала и типакода. Для того,чтобы цифровойсигнал не искажалсяв усилителепеременноготока фотоприёмника,желательноиметь низкочастотнуюсоставляющуюнепрерывнойчасти энергетическогоспектра подавленной.В противномслучае дляреализацииоптимальногоприёма передрешающим устройствомрегенераторатребуетсявведениедополнительногоустройства,предназначенногодля восстановленияНЧ составляющей,что усложняетоборудованиелинейноготракта. Существуетещё одна причинадля уменьшениянизкочастотнойсоставляющейсигнала - оптическаямощность, излучаемаяполупроводниковымлазером, зависитот окружающейтемпературыи может бытьлегко стабилизированапосредствомотрицательнойобратной связи(ООС) по среднемузначению излучаемоймощности тольков том случае,когда отсутствуетНЧ часть спектра,изменяющаясяво времени.Иначе в цепьООС придетсявводить специальныеустройства,компенсирующиеэти изменения.
В-третьих,для выборакода,высокое содержаниеинформациио тактовомсинхросигналев линейномсигнале. В приёмникеэта информацияиспользуетсядля восстановленияфазы и частотысинхронизи-рующегоколебания,необходимогодля управленияпринятиемрешения в пороговом устройстве.Осуществитьсинхронизациютем проще, чембольше числопереходовлогическогоуровня в цифровомсигнале. Лучшимс точки зрениявосстановлениятактовой частотыи простотыреализациисхемы выделениясинхронизирующейинформации, является сигнал,имеющий вэнергетическомспектре дискретнуюсоставляющуюна тактовойчастоте.
В-четвертых,код не должениметь каких-либоограниченийна передава-емоесообщение иобеспечиватьоднозначнуюпередачу любойпоследовательно-стинулей и единиц.
В-пятых, коддолжен обеспечиватьвозможностьобнаруженияи исправленияошибок. Основнойвеличиной,характеризующейкачество связи,является частостьпоявленияошибок иликоэффициентошибок, определяемыйотношениемсреднего количестванеправильнопринятых посылокк их общемучислу. Контролькачества связинеобходимопроизводить,не прерываяработу линии.Это требованиепредполагаетиспользованиекода, обладающегоизбыточностью,тогда достаточнофиксироватьнарушениеправил формированиякода, что быконтролироватькачество связи.
Кромевышеперечисленныхтребованийна выбор кодаоказываетвлияние простотареализации,низкое потреблениеэнергии и малаястоимостьоборудованиялинейноготракта.
В современныхоптоволоконныхсистемах связидля городскойтелефоннойсети ИКМ-120-4/5 иИКМ-480-5 для передачив качествелинейного кодаиспользуетсякод CMI, отвечающийбольшинствувышеперечисленныхтребований.Особенностьюданного кодаявляется сочетаниепростоты кодированияи возможностивыделениятактовой частотызаданной фазыс помощьюузкополосногофильтра. Кодстроится наоснове кодаHDB-3 (принцип построенияпредставленна рис.2.4).Здесь символ+1 преобразуетсяв кодовое слово11, символ –1 –вкодовое слово00, символ 0 -в 01. Изрисунка2.4 видно, чтодля CMI характернозначительноечисло переходов,что свидетельствуето возможностивыделенияпоследовательноститактовых импульсов.Текущие цифровыесуммы кодовимеют ограниченноезначение. Этопозволяетконтролироватьвеличину ошибкидостаточнопростыми средствами.Число одноименныхследующих другза другом символовне превышаетдвух – трех.Избыточностькода CMI можноиспользоватьдля передачислужебныхсигналов.
Источникиизлучения волоконнооптическихсистем передачи
Источникиизлучения волоконнооптическихсистем передачидолжны обладатьбольшой выходноймощностью,допускатьвозможностьразнообразныхтипов модуляциисвета, иметьмалые габаритыи стоимость,большой срокслужбы, КПД иобеспечитьвозможностьввода излученияв оптическоеволокно смаксимальнойэффективностью.Для волоконнооптическихсистем передачи потенциальнопригоднытвердотельныелазеры, в которыхактивным материаломслужит иттрийалюминиевыйгранат, активированныйионами ниодимас оптическойнакачкой, укоторого основнойлазерный переходсопровождаетсяизлучениемс длиной волны1,064 мкм. Узкаядиаграмманаправленностии способностьработать водномодовом режиме с низкимуровнем шумаявляются плюсамиданного типаисточников.Однако большиегабариты, малыйКПД, потребностьво внешнемустройственакачки являютсяосновнымипричинами, покоторым этотисточник неиспользуетсяв современных волоконно-оптическихсистемах передачи.Практическиво всех волоконнооптическихсистемах передачи,рассчитанныхна широкоеприменение,в качествеисточниковизлучениясейчас используютсяполупроводниковыесветоизлучающиедиоды и лазеры.Для них характерныв первую очередьмалые габариты,что позволяетвыполнятьпередающиеоптическиемодули в интегральномисполнении.Кроме того, дляполупроводниковыхисточниковизлученияхарактерныневысокаястоимость ипростота обеспечениямодуляции.
Детекторы волоконнооптических
системпередачи
Функциядетектораволоконнооптическойсистемы передачисводится кпреобразованиювходного оптическогосигнала, которыйзатем подвергаетсяусилению иобработкесхемами фотоприемника.Предназначенныйдля этой целифотодетектордолжен воспроизводитьформу принимаемогооптическогосигнала, невнося дополнительногошума, то естьобладать требуемойширокополосностью,динамическимдиапазономи чувствительностью.Кроме того,фотодетектор должен иметьмалые размеры(но достаточныедля надежногосоединенияс оптическимволокном), большойсрок службыи быть не чувствительнымк изменениямпараметроввнешней среды.Существующиефотодетекторыдалеко не полноудовлетворяютперечисленнымтребованиям.Наиболее подходящимисреди них дляпримененияв волоконнооптическихсистемах передачиявляютсяполупроводниковыеp-i-nфотодиоды илавинные фотодиоды.Они имеют малыеразмеры и достаточнохорошо стыкуютсяс волоконнымисветоводами.
Достоинствомлавинных фотодиодовявляется высокаячувствительность(может в 100 разпревышатьчувствительностьp-i-nфотодиода), чтопозволяетиспользоватьих в детекторахслабых оптическихсигналов. Однако,при использованиилавинных фотодиодовнужна жесткаястабилизациянапряженияисточникапитания итемпературнаястабилизация,посколькукоэффициентлавинногоумножения, аследовательнофототок ичувствительностьлавинногофотодиода,сильно зависятот напряженияи температуры.Тем не менее,лавинные фотодиодыуспешно применяютсяв ряде современных волоконнооптическихсистемах связи,таких как ИКМ-120/5,ИКМ-480/5.
Оптическиекабели вволоконнооптическихсистемахпередачи
Оптическийкабель предназначендля передачиинформации,содержащейсяв модулированныхэлектромагнитныхколебанияхоптическогодиапазона. Внастоящее времяиспользуетсядиапазон длинволн от 0.8 до 1.6мкм, соответствующийближним инфракраснымволнам. оптическогодиапазона.
Передачасвета по любомусветоводу можетосуществлятьсяв двух режимах:одномодовоми многомодовом.
где - длина волныпередаваемогоизлучения, n1 иn2 – показателипреломленияматериаловсветовода.
Если неравенство(1.1) не удовлетворено,то в световодеустанавливаетсямногомодовыйрежим. Очевидно,что тип модовогорежима зависитот характеристиксветовода (аименно радиусасердцевиныи величиныпоказателейпреломления)и длины волныпередаваемогосвета.
Различаютсветоводы соступенчатымпрофилем, укоторых показательпреломлениясердцевиныn1одинаков повсему поперечномусечению, иградиентные - с плавнымпрофилем, укоторых n1уменьшаетсяот центра кпериферии(рис.2.6).
Фазоваяи групповаяскорости каждоймоды в световодезависят отчастоты, тоесть световодявляется дисперснойсистемой. Вызваннаяэтим волноводнаядисперсияявляется однойиз причин искаженияпередаваемогосигнала. Различиегрупповыхскоростейразличных модв многомодовомрежиме называетсямодовой дисперсией.Она являетсявесьма существеннойпричиной искажениясигнала, посколькуон переноситсяпо частям многимимодами. В одномодовомрежиме отсутствуетмодовая дисперсия,и сигнал искажаетсязначительноменьше, чем вмногомодовом,однако в многомодовыйсветовод можноввести большуюмощность.
На сегодняшнийдень промышленностьювыпускаютсяоптическиекабели имеющиечетыре и восемьволокон(маркиОК). КонструкцияОК-8 приведенана рис.2.7.Оптическиеволокна 1 (многомодовые,ступенчатые)свободнорасполагаютсяв полимерныхтрубках 2. Скруткаоптическихволокон – повивная,концентрическая.В центре – силовойэлемент 3 извысокопрочныхполимерныхнитей в пластмассовойтрубке 4. Снаружи– полиэтиленоваялента 5 и оболочка6. Кабель ОК-4 имеетпринципиальноте же конструкциюи размеры, ночетыре ОВ в немзамененыпластмассовымистержнями.
Кнедостаткамволоконнооптическойтехнологииследует отнести:
А. Необходимостьиспользованияоптическихконнекторов с малыми оптическимипотерями ибольшим ресурсомна подключение-отключение.Точность изготовлениятаких элементовлинии связиочень высока.Поэтому производствотаких компонентовоптическихлиний связиочень дорогостоящее.
Б.Монтажоптическихволокон требуетсяпрецизионное,а потому дорогое,технологическоеоборудование.
В.При аварии(обрыве) оптическогокабеля затратына восстановлениевыше,
чем при работес медными кабелями.
Тем не менее,преимуществаот примененияволоконнооптическихлиний связи настолькозначительны,что, несмотряна перечисленныенедостаткиоптическоговолокна, этилинии связивсе шире используютсядля передачиинформации.
Особенностиодноволоконныхоптических
систем передачи
Широкоеприменениена городскойтелефоннойсети волоконно-оптическихсистем передачидля организациимеж узловыхсоединительныхлиний позволяет решить проблемуувеличенияпропускнойспособностисетей. В ближайшиегоды потребность в увеличениичисла каналовбудет быстрорасти. Наиболеедоступнымспособом увеличенияпропускнойспособности волоконныхоптическихсистем передачив два раза являетсяпередача поодному оптическомуволокну двухсигналов впротивоположныхнаправлениях.Анализ опубликованныхматериалови завершенныхисследованийи разработокодноволоконныхоптических систем передачипозволяетопределитьпринципы построениятаких систем.
Наиболеераспространенныеи хорошо изученныеодноволоконныеоптическиесистемы передачи,работающиена одной оптическойнесущей, кромеоптическогопередатчикаи приемникасодержат пассивныеоптическиеразветвители.Замена оптическихразветвителейна оптическиециркуляторыпозволяетуменьшитьпотери в линии6 дБ, а длину линии– соответственноувеличить. Прииспользованииразных оптическихнесущих и устройствспектральногоуплотненияканалов можнов несколькораз повыситьпропускнуюспособностьи соответственноснизить стоимостьв расчете наодин канало-километр.
Увеличитьразвязку междупротивонаправленнымиоптическимисигналами,снизить требованияк оптическимразветвителям,а следовательно,уровень помехи увеличитьдлину линииможно путемспециальногокодирования,при которомпередача сигналоводного направленияосуществляетсяв паузах передачидругого направления.Кодированиесводится куменьшениюдлительностиоптическихимпульсов иобразованиюдлительныхпауз, необходимыхдля развязкисигналов различныхнаправлений.В волоконнооптическихсистемах передачи,построенныхподобным образом,могут бытьиспользованыэрбиевыеволоконнооптическиеусилители.Дуплекснаясвязь организуетсяпо принципуразделенияпо времени,которое изменяетсяс помощью изменениянаправлениянакачки.
Развязкумежду оптическимисигналами можноувеличить, неприбегая ксужению импульсов,если для передачив одном направлениииспользуетсякогерентноеоптическоеизлучение исоответствующиеметоды модуляции,а в другом –модуляциюсигнала поинтенсивности.При этом существенноуменьшаетсявлияние какоптическихразветвителей,так и обратногорассеянияоптическоговолокна.
Если позволяетэнергетическийпотенциалаппаратуры,на относительнокоротких линияхможет бытьиспользовантолько одиноптическийисточник излученияна одном концелинии. На другомконце вместомодулируемогооптическогоисточникаприменяетсямодуляторотраженногоизлучения.Такой методдуплекснойсвязи по одномуоптическомуволокну обеспечиваетвысокую надежностьоборудованияи применениеволоконнооптическихсистем передачив экстремальныхусловияхэксплуатации.
По достижениивысокого уровняразвитияволоконнооптическойтехники, когдастанет практическивозможнымпередаватьоптическисигналы наразличных модахоптическоговолокна с достаточнойдля волоконнооптическойсистемы передачиразвязкой,дуплекснаясвязь по одномуоптическомуволокну можетбыть организованана двух разныхмодах, распространяющихсяв разных направлениях,с использованиеммодовых фильтрови формирователеймод излучения.
Каждаяодноволоконнаяоптическаясистема передачи из рассмотренныхтипов имеетдостоинстваи недостатки.В таблице2.1показаны достоинства(знаком «+»)систем, ихвозможностив отношениидостижениянаилучшихпараметров.
Таблица2.1 - Сравнительнаяхарактеристикапринциповпостроенияодноволоконных оптическихсистем передачи.
| Тип волоконно-оптическойсистемы передачи | Минимальноезатухание,максимальнаядлина РУ | Защищен-ностьсигналов | Большойобъем передаваемойинформации | Относи-тельнонизкая стоимость | Высокаянадежностьи стойкостьк внешнимвоздействиям |
| С оптическимиразветвителями | + | ||||
| С оптическимициркуляторами | + | ||||
| Со спектральнымуплотнением | + | + | |||
| С разделениемпо времени сиспользованиемоптическихпереключателей | + | ||||
| С разделениемпо времени сиспользованиемоптическихусилителей | + | + | |||
| С когерентнымизлучениемв одном направлениии модуляциейинтенсивностив другом | + | + | |||
| С однимисточникомизлучения | + | + | |||
| С модовымразделением | + | ||||
| С когерентнымизлучениемдля обоихнаправленийс разными видамимодуляции | + | + | + |
Построениепередающихи приемныхустройств вволоконнооптическихсистемахпередачи
Видымодуляцииоптическихколебаний.
Для передачиинформациипо оптическомуволокну необходимоизменениепараметровоптическойнесущей в зависимостиот измененийисходногосигнала. Этотпроцесс называетсямодуляцией.
Существуеттри вида оптическоймодуляции:
Прямаямодуляция.При этом модулирующийсигнал управляетинтенсивностью(мощностью)оптическойнесущей. В результатемощность излученияизменяетсяпо закону изменениямодулирующегосигнала (рис.2.9).
Внешняямодуляция.В этом случаедля измененияпараметровнесущей используютмодуляторы,выполненныеиз материалов,показательпреломлениякоторых зависитот воздействиялибо электрического,либо магнитного,либо акустическогополей. Изменяяисходнымисигналамипараметры этихполей, можномодулироватьпараметрыоптическойнесущей (рис.2.10).
Внутренняямодуляция.В этом случаеисходный сигналуправляетпараметрамимодулятора,введённогов резонаторлазера (рис.2.11).
Для внешнеймодуляцииэлектрооптические(ЭОМ) и акустооптические(АОМ) модуляторы.
Принципдействияэлектрооптическогомодулятораоснован наэлектрооптическомэффекте – изменениипоказателяпреломленияряда материаловпод действиемэлектрическогополя. Эффект,когда показательпреломлениялинейно зависитот напряженностиполя, называетсяэффектом Поккельса.Когда величинапоказателяпреломлениянелинейнозависит отнапряженностиэлектрическогополя, то этоэффект Керра.
Акустооптическиемодуляторыоснованы наакустооптическомэффекте – изменениипоказателяпреломлениявещества подвоздействиемультразвуковыхволн. Ультразвуковыеволны возбуждаютсяв веществе спомощью пъезокристалла,на которыйподается сигналот генераторас малым выходнымсопротивлениеми большойакустическоймощностью.
Н
аиболеепростым с точкизрения реализациивидом модуляцииявляется прямаямодуляцияоптическойнесущей поинтенсивностина основеполупроводниковогоисточникаизлучения. Нарис.2.12представленасхема простейшегопрямого модулятора.Здесь исходныйсигнал черезусилительподаётся набазу транзистораV1,в коллекторкоторого включенизлучательV2.Устройствосмещения позволяетвыбрать рабочуюточку на ваттампернойхарактеристикеизлучателя.
Оптическийпередатчикпрямой модуляции
Структурнаясхема оптическогопередатчикапрямой модуляцииприведеннаяна рис.2.13,является оптимальной,т.к. наиболеерациональнореализует всефункциональныевозможностии достоинствавыбранноговида модуляции.
Преобразователькода ПК преобразуетстыковой код,в код, используемыйв линии, послечего сигналпоступает намодулятор.Схема оптическогомодулятораисполняетсяв виде передающегооптическогомодуля (ПОМ),который помимомодуляторасодержит схемыстабилизациимощности ичастоты излученияполупроводниковоголазера илисветоизлучающегодиода. Здесьмодулирующийсигнал черездифференциальныйусилитель УС-1поступает впрямой модуляторс излучателем(МОД). Модулированныйоптическийсигнал излучаетсяв основноеволокно ОВ-1.Для контролямощности излучаемогооптическогосигнала используетсяфотодиод (ФД),на которыйчерез вспомогательноеволокно ОВ-2подается частьизлучаемогооптическогосигнала. Напряжениена выходе фотодиода,отображающеевсе измененияоптическоймощности излучателя,усиливаетсяусилителемУС-2 и подаетсяна инвертирующийвход усилителяУС-1. Таким образом,создается петляотрицательнойобратной связи,охватывающаяизлучатель.Благодарявведению ООСобеспечиваетсястабилизациярабочей точкиизлучателя.При повышениитемпературыэнергетическаяхарактеристикалазерного диодасмещается(рис.2.14),и при отключенныхцепях стабилизациимощности уровеньоптическоймощности припередаче «0»(Р0) и при передаче«1» (Р1) уменьшаются,разность токасмещения Iби пороговоготока Iпувеличивается,а разностьР1-Р0 уменьшается.После времениустановленияпереходныхпроцессов вцепях стабилизацииустанавливаютсяновые значенияIби Iпи восстанавливаютсяпрежние значенияР1-Р0 и Рср. Дляуменьшениятемпературнойзависимостипороговоготока в передающемоптическоммодуле имеетсясхема термостабилизации(СТС), поддерживающаямощность излучения передающегооптическогомодуля постояннойпри изменениитемпературыот номинальногозначения.
Оптическийприемник
Структурнаясхема оптическогоприемника (ОПр)показана нарис.2.15. Приемниксодержит фотодетектор(ФД) для преобразованияоптическогосигнала вэлектрический.Малошумящийусилитель (УС)для усиленияполученногоэлектрическогосигнала дономинальногоуровня. Усиленныйсигнал черезфильтр (Ф), формирующийчастотнуюхарактеристикуприемника,обеспечивающуюквазиоптимальныйприем, поступаетв устройстволинейной коррекции(ЛК). В линейнойкоррекциикомпенсируютсячастотныеискаженияэлектрическойцепи на стыкефотодиода ипервого транзистораусилителя.После преобразованийсигнал поступаетна вход решающегоустройства(РУ), где поддействиемтактовых импульсов,поступающихот устройствавыделениятактовой частоты(ВТЧ), принимаетсярешение о принятомсимволе. Навыходе оптическогоприёмникаимеется преобразователькода (ПК), преобразующийкод линейныйв стыковой код.
3.Выбори обоснованиеструктурной
схемыпередатчика
3.1. Методы построенияструктурныхсхем одно-волоконныхоптическихсистем передачи
Как упоминалосьв предыдущейглаве, на сетяхсвязи находятширокое применениеволоконнооптическиесистемы передачисо спектральнымуплотнением.Кроме того,на низких скоростяхпередачи, до140 Мбит\сБ гденаблюдаетсявзаимодействиемежду противонаправленнымисигналами из-заобратногорассеяния,могут бытьэффективноиспользованысистемы с разделениемпо времени.
Нижерассмотренынесколькометодов и схемпостроенияодно-волоконныхоптическихсистем передачиразличных типови различногоназначения.
Волоконнооптическиесистемы передачина основе различныхспособов разветвления
оптическихсигналов.
Даннаягруппа схемвключает в себяодноволоконныеоптическиесистемы передачис оптическимиразветвителями,с оптическимициркуля-торами,устройствамиспектральногоуплотнения,а также фильтрамиразделениямод оптическогоизлучения. Нарисунке 3.1 показанасхема оптическойсистемы передачис модуляциейсигнала поинтенсивности,содержащаяблоки оптическогопередатчика(ОП), оптическогоприемника (ОП)устройствасоединениястанционногои линейногокабеля (УССЛК),разъемныесоединители(РС), устройстваобъединенияи разветвленияоптическихсигналов (УОРС).
Оптическийпередатчик(ОП) содержитпреобразователькода (ПК), преобразующийстыковой кодв код, используемыйв линии;усилитель (УC),усиливающий электрическийсигнал до уровня,необходимогодля модуляцииполупроводниковоголазера (ПЛ);лазерный генератор(ЛГ), включающийв себя устройствотермостабилизациии прямой модулятор;согласующиеустройства(С) полупроводниковоголазера с оптическимволокном.
Оптическийприёмник (ОПр)содержит согласующиеустройства(С) оптическоговолокна сфотодиодом;фотодетектор(ФД); малошумящийтранзисторныйусилитель (У);фильтр (Ф), формирующийчастотнуюхарактеристикуприёмника,обеспечивающуюквазиоптимальный приём сигнала;устройстволинейной коррекции(ЛК), компенсирующеечастотные
искаженияэлектрическойцепи на стыкефотодиода ипервого транзистораусилителя;решающее устройство(РУ), устройствовыделениятактовой частоты(ВТЧ) и преобразователькода (ПК), преобразующийкод линии встыковой код.
Устройстваобъединенияи разветвленияоптическихсигналов, взависимостиот типа одноволоконнойоптическойсистемы передачи,может представлятьсобой:оптическийразветвительили циркуляторпри работе наодной оптическойчастоте в обоихнаправлениях;устройствоспектральногоуплотненияпри работе наразных оптическихчастотах;модовый фильтрпри работе наразных модахизлученияоптическоговолокна.
С целью оценкиосновныххарактеристикодноволоконнойоптическойсистемы передачиможно использоватьприближенныесоотношениядля расчетадлины регенерационногоучастка (РУ).
М
аксимальнаядлина регенерационногоучастка волоконнооптическойсистемы передачиданного типаопределяетсясоотношением:
где Эми– энергетическийпотенциалодноволоконнойоптическойсистемы передачи, ДБ;
ов – затуханиесигнала наодном километреоптическоговолокна, ДБ/км;
уорс-то же, в устройствеобъединенияи разветвлениясигналов, ДБ;
усслк– то же, в УССЛК,ДБ;
рс, нс– то же, в разъемныхи неразъемныхсоединителях,ДБ;
l
с – строительнаядлина оптическогокабеля, км. Приэтом:
где Эми’ –энергетическийпотенциал, ДБ,волоконнооптическаясистема передачипри отсутствиишума обратногорассеянияизлучения воптическомволокне;
Ршор/Рш– доля шумаобратногорассеяния вполном шумена входе решающегоустройства.
Рассчитаемдлину регенерационногоучастка одноволоконнойоптическойсистемы передачипервого типапри следующихисходных данных:Эми=35 ДБ, Зэ=6 ДБ,ов=1ДБ, нс=усслк=0.1ДБ, рс=1ДБ, lс=2км. Так поформуле(2.1), при использованииоптическихразветвителейс уорс=4ДБ:
Волоконнооптическаясистема передачи,основаннаяна использованииразделенияразнонаправленных
сигналов повремени.
Во второйгруппе схемдля разделенияразнонаправленныхсигналов повремени используютсяоптическиеразветвители,переключателии оптическиеусилители (ОУ).В схеме одноволоконнойоптическойсистемы передачисигнала с модуляциейпо интенсивности,в отличие отпервой группысхем, вместоустройстваобъединенияи разветвленияоптическихсигналов использованыустройстваоптическогопереключенияУОП (рисунок3.2).
Будем рассматриватьустройстваоптическогопереключениядвух вариантов– оптическиепереключатели(П) и соединениеоптическогоразветвителяОР с оптическимусилителемОУ. Управляющийсигнал поступаетв первом случаена управляющийвход переключателя,во втором – поцепи управлениянаправлениемоптическойволны накачкиоптическогоусилителя.
Максимальнаядлина регенерационногоучастка длявторой группысхем определяетсясоотношением:
,
гдеуоп– затуханиесигнала в УОП,ДБ;
Эми” – энергетическийпотенциалодноволоконнооптическойсистемы передачи, определяемыйсоотношениями:
Эми”=Эми’при использованииоптическихпереключателей(Эми’–
энергетическийпотенциалобычной волоконнооптическойсистемы
передачи с учётом специального кодирования).
Эми”=Эми’-10lg(1+Ршоу/РШ)при использованииоптическогоразветвителяс оптическимусилителем,где Ршор и Рш– мощностиэквивалентногошума на входеоптическогоприемника ишума оптическогоусилителя наего выходе,ДБ.
Затуханиесигнала в устройствеоптическогопереключенияопределяетсясоотношениями:
уоп=ппри использованииоптическогопереключателя,где п– затуханиесигнала в оптическом переключателе;
уоп=ор-Коупри использованииоптическогоразветвителяс оптическимусилителем,где Коу – коэффициентусиления ОУ,ДБ.
Длинарегенерационногоучастка l2 дляприведённыхвыше значенийпараметроваппаратурыи использованииоптическихпереключателей(уоп=3.5ДБ),согласно формуле(2.3), составляет:
На стоимостьодноволоконнооптическойсистемы передачивторой группысущественновлияет выбортипа устройстваоптическогопереключения,особенно вслучае использованияоптических усилителей.Надежностьволоконнооптическойсистемы передачиэтой группы,в отличие отрассмотреннойвыше, существеннозависит отнадежностиустройстваоптическогопереключенияв случае примененияоптическогоусилителя, таккак для накачкитаких усилителейприменяютсяполупроводниковыелазеры.
Волоконнооптическаясистема передачи,на основеиспользованияразличных видовмодуляции.
Третья группасхем одноволоконныхоптическихсистем передачиоснована наиспользованииразных видовмодуляцииоптическихи электрическихсигналов. Исоответствующихметодов обработкисигналов сцелью устранениявзаимноговлияния разнонаправленныхсигналов.
В схемеэтой группы(рисунок3.3) примененыкогерентныеметоды передачии приема оптическогосигнала, амплитудная(для одногонаправленияпередачи) ичастотная (длядругого направления)модуляциясигнала. В отличиеот волоконнооптическойсистемы передачипервой группы(рисунок3.1), оптическиепередатчики– когерентные(КОП) и содержатсистемы стабилизацииоптическойчастоты иформированияузкой линииизлучения(СЧУЛ) и блоки,обеспечивающиеобработкусигналов сзаданной модуляцией.
В когерентныхоптическихприемниках(КОПр) используетсяместный лазерныйгенератор (МЛГ)с узкой линиейизлучения иустройствоавтоматическойподстройкиего частоты(АПЧ), оптическийсумматор (ОС),усилительпромежуточнойчастоты (УПЧ),а также демодулятор(ДМ), амплитудныйили частотный,в зависимостиот вида модуляциипринимаемогосигнала. В такойсхеме достигаетсямаксимальнаядлина регенерационногоучастка.
Кроме тоговозможна другаясхема одноволоконнойоптическойсистемы передачитретьей группы,в которой водном направлениипередачи использованамодуляция поинтенсивности,а в другом –когерентнаямодуляция(КОИ-АМ или КОИ-ЧМ)оптическогосигнала.
На рисунке3.4 приведенасхема, в которойиспользованамодуляция поинтенсивностиоптическихсигналовэлектрическимисигналами,описываемымиортогональными(на тактовоминтервале)функциями. Вотличие отволокон-нооптическойсистемы передачипервой группы(рисунок3.1), оптическиепередатчикитаких системсодержат генераторыортогональныхсигналов (ГОС1и ГОС2), а в оптическихприёмникахиспользованыкорреляционныедемодуляторы(КДМ). Для подстройкигенератораГОС2 используетсявыделительортогональногосигнала (ВОС)и компаратор(КОМ).
Для передачиинформационногосигнала можетбыть использованаподнесущаячастота, расположеннаявыше диапазоначастот, гденесущественновлияние обратногорассеяния воптическомволокне нахарактеристикиодноволоконной оптическойсистемы передачи(выше 200 Мгц). Такимобразом, устраняетсяшум обратногорассеяния итем самым повышаетсяэнергетическийпотенциал. Вотличие отволоконнооптическойсистемы передачипервой группы,в данной системеиспользуютсягенераторыподнесущейчастоты, полосовыефильтры и устройствавосстановленияподнесущейчастоты.
Максимальнаядлина регенерационногоучастка одноволоконнойоптическойсистемы передачитретьей группыопределяетсявыражением:
г
де:
n=11;22;33;
Э11’=Экои-ам,Э22’=Экои-чм,Э33’=Эми’– энергетическийпотенциалкогерентныхволоконнооптическойсистемы передачис амплитуднойи частотноймодуляциейи волоконнооптическойсистемы передачис модуляциейпо интенсивности.
В отличиеот рассмотренныхвыше одноволоконныхоптическихсистем передачипервой и второйгрупп, системыданной группымогут бытьнесимметричными,а максимальныедлины регенерационныхучастков дляпередачи вразных направлениях– различными.В частностиЭ11’большеЭ33’ на10..15 ДБ, а Э22’больше Э11’на 3 ДБ.
Длинарегенерационногоучастка длянаправленияпередачи, гдеиспользуетсяКОИ-АМ (Э11’=45ДБ)составляет:
Стоимостькогерентныхполупроводниковыхлазеров и системстабилизациичастоты лазеров,используемыхв волоконнооптическихсистемах передачитретьей группы,пока ещё высока,что в значительнойстепени ограничиваетобласть примененияодноволоконныхоптическихсистемах передачис использованиемкогерентныхметодов передачии обработкисигнала. Показателинадежностиопределяютсяглавным образомнадежностьюработы полупроводниковыхлазеров и системстабилизацииих частоты.
Волоконнооптическаясистема передачис одним
источникомизлучения.
В особыхусловиях эксплуатациимогут бытьиспользованыметоды построенияодноволоконныхоптическихсистем передачипо схеме нарис.3.5 В оптическомпередатчикена одном концелинии вместополупроводниковоголазера используетсямодуляторотраженногоизлучения(МОИ), устройствоснятия модуляции(УСМ) и оптическийразветвительс большим отношениеммощности навыходах 1 и 2.Большая мощностьпоступает вмодуляторотраженногоизлучения, аменьшая – воптическийприёмник. Воптическомпередатчикепринятый сигналподвергаетсямодуляциивторым информационнымсигналом. Ичерез устройствообъединенияи разветвленияоптическихсигналов (УОРС)поступает воптическийкабель и далеев оптическийприёмник надругом концелинии.
Такие волоконнооптическиесистемы передачимогут бытьиспользованыв экстремальныхусловиях эксплуатациина одном концелинии, так какполупроводниковыелазеры чрезвычайночувствительнык нестабильностиусловий эксплуатации.
Максимальнаядлина регенерационногоучастка рассматриваемойодноволоконнооптическойсистемы передачизначительноменьше, чем усистем, описанныхвыше, и определяетсясоотношением:
Где ор1,мои– соответственнозатуханиесигнала в оптическомразветвителе на выходе 1 ив модуляторотраженногоизлучения, ДБ.
Длина l4для ор1=1ДБ, мои=3ДБ и приведенныхв пункте 2.1.1 значенийдругих параметроваппаратурысогласно формуле(2.6) составляет:
П
оказателинадежностиодноволоконной оптическойсистемы в данномслучае определяютсяглавным образомнадежностьюоптоэлектронныхэлементовоборудования,находящегосяв экстремальныхусловияхэксплуатации.
3.2.Окончательныйвыбор структурнойсхемы передатчика.
Выборспособа организацииодноволоконногооптическоготракта.
При проектированииодноволоконныхоптическихсистем передачис оптимальнымихарактеристикамивыбор структурнойсхемы системыи используемыхтехническихсредств определяетсякритериямиоптимальности.Если критериемявляется минимальнаястоимость, тов оптимальнойсистеме должныиспользоватьсяоптическиеразветвители.
Максимальнаядлина регенерационногоучастка требуетпримененияоптическихциркуляторов,переключателей,оптическихусилителей,когерентныхметодов передачисигнала. Требованиявысокой надежностии стойкостик внешнимвоздействиямопределяютвыбор системыс оптическимисточникомна одном концелинии, а требованиемаксимальногообъема передаваемойинформации– системы соспектральнымуплотнениемили с когерентнымиметодами передачи.
С учётом того,что проектируемыйоптическийпередатчикпредназначендля использованияна соединительныхлиниях городскойтелефоннойсети, для негохарактерныследующиекритерииоптимальности:
- Стоимостьи простотареализации;
- Длинарегенерационногоучастка неменее 8 км;
- Относительнонизкая скоростьпередачи (8.5Мбит\с).
Наилучшимвариантомреализацииодноволоконнойоптическойсистемы передачи,с точки зренияприведённыхкритериевоптимальности,является схемаволоконнооптическойсистемы связис модуляциейпо интенсивности,с применениемоптическихразветвителей(рисунок3.1).Данная схемаотличаетсяпростотойреализацииоптическогопередатчикаи приемника,невысокойстоимостьюустройствобъединенияи разветвленияоптическихсигналов (оптическихразветвителей).Схема обеспечиваетдлину регенерацион-ногоучастка до 18км, что удовлетворяетвышеприведённымкритериямоптимальности.
Структурнаясхема оптическогопередатчика.
Структурнаясхема оптическогопередатчикапредставленана рис.3.6. Сигнал в кодеHDBот цифровойсистемы уплотненияканалов поступаетна преобразователькода (ПК), в которомкод HDBпреобразуетсяв линейный кодоптическойсистемы передачиCMI.Полученныйэлектрическийсигнал поступаетна усилитель(УС), состоящийиз двух каскадов:предварительногокаскада усиления(ПКУ) и оконечногокаскада усиления(ОКУ), где усиливаетсядо уровня,необходимогодля модуляцииоптическойнесущей. Усиленныйсигнал поступаетна прямой модулятор(МОД), состоящийиз устройствасмещения (УСМ),служащего длязадания рабочейточки на ватт- амперной характеристикеизлучателяи, собственно,самого прямогомодулятора,собранногопо классическойсхеме из полупроводниковогооптическогоизлучателяV1и транзистораV2.Для обеспечениястабильностиработы излучателя,в схему лазерногогенератора(ЛГ) введеныустройствообратной связи(УОС) и систематермостабилизации(СТС). С выходамодулятораоптическийсигнал, промодулированныйпо интенсивностицифровымэлектрическимсигналом в кодеCMI,поступает наустройствосогласованияполупроводниковогоизлучателяс оптическимволокном (СУ).
В следующейглаве, на основанииструктурнойсхемы передатчика,будет разрабатыватьсяего принципиальнаясхема и электрическийрасчет основныхузлов.
4.Расчёт электрическойпринципиальнойсхемы
Общиесоображенияпо расчётупринципиальнойсхемы устройства
Первым этапомпри проектированиипринципиальнойсхемы передающегоустройстваволоконнойоптическойсистемы передачиявляется выбортипа и маркиоптическогоизлучателяисходя изпредъявляемыхк его техническимхарактеристикамтребований.К основнымтехническимхарактеристикамизлучателейотносятся:
-мощностьизлучения;
-длина волныизлучения;
-ширина спектраизлучения;
-частотамодуляции;
-ток накачки;
-пороговыйток.
Принципиальнаясхема будетсоставлятьсяисходя израссмотренныхпунктов «2.6.1.Видымодуляции» и «3.Выбори обоснованиеструктурнойсхемы».Как уже говорилось,наилучшимвариантомреализацииодноволоконнойоптическойсистемы передачиявляется схемас модуляциейпо интенсивностис применениемоптическихразветвителей(см. рис 3.1.).
В нашем случаепроектированиесхемы волоконнооптической системы передачивключает в себясоставлениеследующихузлов:
-входнойсогласующийусилитель;
-выходнойкаскад(схемапрямого модулятора);
-устройствоавтоматическойрегулировкиуровня (АРУ)оптическогосигнала навыходе;
-систематермостабилизации;
-источникпитания разрабатываемойволоконнооптическойсистемы передачи;
Упрощённаясхема оптическогопередающегоустройствапредставленана рис. 4.1.
Согласующийусилитель(СУ) предназначендля усилениясигнала, поступающегос преобразователякода (с уровнямилогическогонуля и единицы0.7 и 5В), до уровнянеобходимогодля модуляцииоптическойнесущей.
Модулятор(МОД) предназначендля измененияпараметровоптическойнесущей в зависимостиот измененийвходного сигнала.В нашем случаевыбрана классическаясхема прямоймодуляции вкоторой модулирующийсигнал управляетмощностьюоптическойнесущей. В результатемощность излученияизменяетсяпо закону изменениямодулирующегосигнала .
Схематермостабилизации(СТС) предназначенадля обеспеченияпостоянствавыходной мощностиизлучателя.
Схемаавтоматическойрегулировкиусиления(АРУ) предназначенадля обеспечениястабилизациисредней мощностилазерногоизлучения.
Оптическийизлучательвыбираетсяисходя из данныхв техническомзадании (ТЗ).Окончательноерешение о выборетой или иноймарки излучателяпринимаетсяна основаниисоответствиятехническиххарактеристикприбора требуемойдлине волны излучения,ширине спектраизлучения ивремени нарастаниямощности оптическогосигнала.
Вторымэтапом являетсявыбор транзистораV2в схеме прямогомодулятора(МОД) и расчётмодулятора.Транзисторвбирают исходяиз характеристикопределённогона предыдущемэтапе оптическогоизлучателя,а именно токанакачки и пороговоготока. При этомнеобходимоучитыватьмаксимальнодопустимуюмощность транзистораи его граничнуючастоту. Затемзадаётся рабочаяточка и производитсярасчёт элементовсхемы модулятора.
На третьемэтапе необходиморассчитатьсогласующийусилитель(СУС).Здесь представляетсяцелесообразнымиспользованиебыстродействующегооперационногоусилителя,включенногопо схеме преобразователянапряжение– ток. Требуетсяправильновыбрать типоперационногоусилителя всоответствиис требуемойверхней частотойи рассеиваемоймощностью, атакже рассчитатьэлементы схемыпреобразователянапряжение– ток.
Четвёртыйэтап – организацияустройстваавтоматическойрегулировкиуровня оптическогосигнала навыходе передающегоустройства(АРУ). Для этогобудет использоватьсяфотодиод VD3,подключенныйк одному изполюсов направленногооптическогоответвителяОР и детекторАРУ, выполненныйна интегральнойсхеме К175ДА1 (рис.4.1).
Пятый этап- разработкасхемы термостабилизациии источника питания дляодноволоконногооптическогопередатчика.
Расчётмощности излученияпередатчикаи выбор типаизлучателя
Значениеразности мощностина выходе оптическогоизлучателяи на входеоптическогоприёмникадолжно превышатьмаксимальноезатухание,вносимое станционнымии линейнымисооружениямина участкепередатчик– приёмник.Существующиев настоящеевремя приёмныеоптическиемодули обеспечиваютдостаточнонизкий уровеньприёма. Приёмныеустройстванекоторыхсистем обеспечиваютуровень приёма0.01мквт (-50ДБ), вдальнейшем,для расчётов,будем использоватьэто значениекак типовое.
Дляпроектируемойодноволоконнойсистемы связизатуханиеучастка составит:
,где l=8км - длина участка;
ов=5ДБ/км - затуханиесигнала наодном километреоптическоговолокна;
уорс=2ДБ - затуханиесигнала в устройствеобъединенияи разветвления
сигналов;
усслк=1ДБ - затуханиесигнала в устройствеУССЛК;
рс=1ДБ, нс=0.5ДБ - затуханиесигнала в разъемныхи неразъемных
соединителях;
lс=1 км- строительнаядлина оптическогокабеля.
Тогда минимальныйуровень мощности:
Или:
где Pпр=-50ДБ – уровеньоптическогосигнала наприёме.
То есть мощностьизлучения навыходе передающегомодуля должнабыть не менее1.5 мвт, что и требуется в техническомзадании. Кометого, источникизлучения поТЗ должен работатьна длине волны0.85 мкм и обеспечиватьчастоту модуляциине менее 8.5 МГц.Полупроводниковыйлазер ИЛПН-203наилучшимобразом отвечаетприведённымтребованиями имеет следующиехарактеристики:
мощностьизлучения:Риз=3.5 мВт;
длинаволны излучения:=0.85мкм;
ширинаспектра излучения:=3нм;
частотамодуляции:Fмод=250МГц;
ток накачки:Iн=120мА;
пороговыйток: Iпор=40мА.
Расчётвыходногокаскада
При выборетранзисторабудем руководствоватьсяследующимитребованиямик его техническимхарактеристикам:
-постоянныйток коллекторане менее 120 мА;
-предельнаячастота усиленияболее 8.5 МГц;
Приведённымтребованиямудовлетворяеткремниевыйn-p-nтранзисторКТ660Б. Данныйтранзисторпредназначендля примененияв переключающихи импульсныхустройствах,в цепях вычислительныхмашин, в генераторахэлектрическихколебаний иимеет следующиеэлектрическиепараметры:
-статическийкоэффициентпередачи h21этока в схемеОЭ при Uкб=10В, Iэ=2мА: h21эмин= 200, h21эмакс= 450;
-напряжениенасыщенияколлектор –эмиттер Uкэнаспри Iк=500мА, Iб=50мА, не более:0.5 В;
-напряжениенасыщенияколлектор –эмиттер Uкэнас’при Iк=10мА, Iб=1мА, не более:0.035 В;
-напряжениенасыщения база– эмиттер Uбэнаспри Iк=500мА, Iб=50мА, не более:1.2 В;
-емкостьколлекторногоперехода Скпри Uкб=10В, не более: 10 пФ;
-обратныйток коллектораUкобрпри Uкб=10В, не более: 1 мкА;
-обратныйток эмиттераUэобрпри Uбэ=4В, не более: 0.5 мкА;
Предельныеэксплуатационныеданные:
-постоянноенапряжениеколлектор–база Uкбmax:30 В;
-постоянноенапряжениеколлектор–эмиттер Uкэmaxпри Rбэ
-постоянноенапряжениеколлектор–эмиттерUкэmaxпри Iэ10мА:25 В
-постоянноенапряжениебаза–эмиттерUбэmax:5 В;
-постоянныйток коллектораIкmax:800 мА;
-постояннаярассеиваемаямощность коллектораPmax:0.5 Вт.
Далее зададимрежим работытранзистора(рабочую точку).Для выборарежима используетсясемействовыходныххарактеристиктранзисторадля схемы собщим эмиттером,параметромкоторых являетсяток базы (рис.4.2).
При этомдолжно выполнятьсяследующееусловие длянапряженияпокоя коллектора:Uкэо0.45Еп. Пусть (с учётомприведённогоусловия) Uкэо=6В. Посколькудля модуляцииполупроводниковоголазера необходимпороговый ток40 мА, то Iко=40мА, тогда токпокоя базыIбо=0.135мА. Посколькумаксимальныйток накачкилазера 120 мА, томаксимальныйток коллекторасоставит Iкmax=120мА, тогда Uкэmax=1.7В и Iбmax=0.47мА. По входнымхарактеристикамтранзистора(рис.4.3)определимнапряжениебазы покояUбо=0.71В и амплитудноезначение Uбmax=0.74В.
Таким образом,режим работытранзистораопределяетсяследующимипараметрами:
-напряжениепокоя коллектора:Uкэо=6В;
-ток покояколлектора:Iко=40мА;
-ток покоябазы: Iбо=0.135мА;
-напряжениепокоя базы:Uбо=0.71В;
-амплитудатока базы: Iбmax=0.47мА;
-амплитуданапряженияна коллекторе:Uкэmax=1.7В;
-амплитудатока коллектора:Iкmax=120мА;
-амплитуданапряженияна базе: Uбmax=0.74В.
Задав режимработы транзистора,переходим красчету элементовсхемы модулятора(рис. 4.4).Здесь транзисторвключен посхеме с общимэмиттером, аполупроводниковыйлазер находитсяв цепи коллектора.
Падениенапряженияв эмиттернойцепи должноудовлетворятьусловию:
,где Еп – напряжениепитания модулятора.
Зададимся напряжениемпитания Еп=15В, тогда:
СопротивлениеRэрассчитываетсяпо формуле:
ТокделителяIддолжен не менее,чем в 5…10 разпревосходитьток покоя базыIбо:
Соотношениемежду напряжениемна эмиттерномсопротивлениии сопротивлениифильтра можнораспределитьпо-разному. Дляобеспеченияболее глубокой стабилизациирежима лучшевзять URэ>Uф.
Пусть:
,тогда сопротивлениефильтра определяетсяследующимобразом:
Падениенапряженияна сопротивленииделителя Rб’’равно суммепадения напряженияна сопротивлениив цепи эмиттераи напряжениисмещения набазе транзистора:
Тогдасопротивлениеделителя Rб’’:
Аналогичнонайдём сопротивлениеRб’:
Для схемыс эмиттернойстабилизациейнапряжениепитания распределяетсямежду тремярезисторамивыходной цепи(Rэ,Rк,Rф),лазерным излучателеми транзистором:
где Uд= 2 В – падениенапряженияна полупроводниковомлазере;
URф– падение напряженияна сопротивлениив цепи коллектора.
Отсюда:
Тогда сопротивлениев цепи коллектораравно:
Расчетсогласующегоусилителя
Здесь вкачествеусилительногоэлементапредполагаетсяиспользоватьбыстродействующийоперационныйусилитель,включенныйпо схеме преобразователянапряжение– ток (известнойтак же в качествеусилителя скомплекснойкрутизнойпередачи). Схемасогласующегоусилителяпредставленана рис.4.1(функциональнаягруппа СУС).Резистор R5,отбирающийток, предназначендля обеспеченияобратной связина положительныйвходной зажим.
ЗначениесопротивленияR5,определяетсяисходя из следующегоусловия:
,где Rн– сопротивлениенагрузки усилителя.
Сопротивлениемнагрузки усилителяявляется входноесопротивлениепрямого модулятораи равно параллельномусоединениюсопротивленийделителя Rд(из двух параллельносоединённыхсопротивленийв цепи базы Rб’и Rб’’)и входногосопротивления транзистораRвхэ.
Сопротивлениевхода транзистораопределяетсяследующимсоотношением:
Сопротивлениеделителя:
Тогда сопротивлениенагрузки усилителяравно:
Такимобразом, сопротивлениеR5:
Амплитудноезначение падениянапряженияна сопротивленииR5:
Требуемыйот схемы коэффициентусиления равенотношениюамплитудывыходногонапряжения(напряжениеΔUR5)к амплитудевходного напряжения.Поскольку навход согласующегоусилителясигнал поступаетс преобразователякода, собранногона микросхемахсерии КМДП суровнями логическогонуля и единицысоответственно0.7 и 5 В, то амплитудавходного сигналасоставитΔUвх=5-0.7=4.3В.
Тогдакоэффициентусиления схемысоставит:
Обычнономиналы резисторовR1,R3и R4выбираютсяодинаковыми,при этом каждый из них долженпревышатьсопротивлениеR5не менее чемв 20 раз.
Примем всоответствиис этим условиемследующиезначениясопротивлений:
СопротивлениеR2задаёт коэффициентусиления схемыи определяетсяследующимобразом:
В настоящеевремя созданряд быстродействующихоперационныхусилителей(ОУ). Наилучшимикачествамис точки зренияавтора обладаетоперационныйусилительКР140УД11. Данныйприбор выполненпо планарно-эпитаксиальнойтехнологиис изолированнымp-nпереходом,имеет скоростьнарастаниявыходногонапряжения50 В/мкс и частотуединичногоусиления 15 МГц.Кроме того, засчёт оригинальнойсхемы ОУ отличаетсявысокой стабильностьюпараметровво всём диапазонепитающих напряженийот ±5 до ±16 В.
Быстродействующиеусилители менееустойчивы посравнению суниверсальнымиОУ, поэтому дляпредотвращениягенерации ссхеме необходимоуменьшитьпаразитнуюёмкость междувыходом ОУ иего инвертирующимвходом. Дляуменьшенияуказаннойёмкости применяютвнешние цепикоррекции,состав которыхзависит отзадачи, которуюрешает операционныйусилитель. Внашем случаебудем использоватьстандартнуюсхему частотнойкоррекции,предназначеннуюдля увеличенияскорости нарастаниявыходногонапряжения.
Расчетустройстваавтоматическойрегулировкиуровня оптическогосигнала
Устройствоавтоматическойрегулировкиуровня оптическогосигнала навыходе передающегоустройствадолжно обеспечиватьстабилизациюсредней мощностилазерногоизлучения.Устройство АРУ включаетв себя следующиеосновные элементы(функциональнаягруппа АРУ нарис.4.1):
фотодатчик,детекторавтоматическойрегулировкиуровня и усилительпостоянноготока.
Следуетобратить вниманиена то, что чувствительностьфотодиода вданном случаероли не играет,по этому привыборе типафотодиода будемруководствоватьсятакими параметрамикак надёжностьи низкая стоимость.
В нашем случае,при использованииполупроводниковоголазера ИЛПН-203,производительэтого лазера предусмотрел,что при примененииполупроводниковыхлазеров в различныхустройствах,разработчикибудут использоватьметод стабилизацииизлученияоснованныйна обратнойсвязи. И по этомуконструкцияполупроводниковоголазера ИЛПН-203уже содержитфотодатчикс оптическимответвителем.
Т
.е.схема полупроводниковоголазера ИЛПН-203имеет следующийвид:Рассчитаемсреднее значениенапряжения,поступающегона вход детектораАРУ. Для этогоопределимсреднюю оптическуюмощность, попадающуюна фотодиодVD1.2:
,где Рпер= 2,43 Дб – средняямощность оптическогосигнала навыходе излучателя;
уорс= 2 Дб – затуханиеоптическогоразветвителя.
Тогдафототок, протекающийв цепи VD1.2под действиемРфд:
,где S= 0.3 А/Вт – монохроматическаятоковая чувствительностьиспользуемогофотодиода.
Среднеезначение напряженияна входе микросхемыравно среднемузначению падениянапряженияна сопротивленииRфдв цепи фотодиода:
,где Rару= 200 Ом.
В качестведетектора АРУи усилителяпостоянноготока предполагаетсяиспользованиеинтегральнойсхемы К175ДА1. Еёосновныехарактеристики:
-напряжениепитания: Uп= 6 В;
-коэффициентпередачи АРУ:Кару = 20
-верхняяграничнаячастота: Fв= 65 МГц.
Значениенапряженияна выходе микросхемы:
Далеерассчитаемсопротивлениев цепи эмиттераRэ’’,служащее длявведения напряженияобратной связи,поступающегос устройстваАРУ. Для этогозададимсяглубиной обратнойсвязи 10 Дб (Fос= 3), и определимсквозную крутизнуэмиттерноготока Sэ:
,где
- среднеезначение статическогокоэффициентапередачи транзистора.Тогда сопротивлениев цепи эмиттера:
Следовательно:
Пустьпадение напряженияна сопротивлениифильтра URф1= 1.2 В, тогда значениенапряженияАРУ Uаруна сопротивленииRэ’’:
Для сохраненияранее рассчитанногорежима работытранзисторапри введенииАРУ необходимоуменьшитьвеличинусопротивленияRэ’’:
Тогда:
Сопротивлениефильтра Rф1равно:
- Расчёт схемы термостабилизации
Приповышениитемпературыэнергетическаяхарактеристикалазерного диодасмещается. Дляобеспечениястабильностиработы излучателя,в схему лазерногоизлучателянеобходимоввести системутермостабилизации,цель которой,обеспечиватьстабилизациюрабочей точкиизлучателяпри отклоненияхтемпературы.
Нарис. 4.5 представленапринципиальнаясхема термостабилизацииодноволоконногооптическогопередатчика.Эта схема построенаиз следующихсоставныхчастей:
-генераторстабильноготока(ГСТ);
-температурныйдатчик(диод);
-усилитель;
В генераторестабильноготока токчерез транзисторVT2,при равенствесопротивленийR1и R2,одинаков стоком черезVT1и не зависитот сопротивлениянагрузки коллекторнойцепи VT2.
В правуюветвь включендиод VDу которого ВАХпри различныхпоказанияхтемпературыимеет следующийвид (рис.4.6):
Так какток проходящийчерез VDимеет постоянноезначение и независит оттемпературы то при изменениитемпературыVD с t1до t2- изменяетсянапряжениена нём. Это обстоятельствои даёт намвозможностьуправлять выходным напряжениемусилителя.
Рассчитаемосновные элементысхемы:
Пусть токІR1=1мАи сопротивленияR1и R2равны по 1кОм.
Тогда
ПадениенапряженияUбэсоставит0.6В.
НайдёмзначениесопротивленияR3:
VT1и VT2выберем изсправочникаКТ337А. VDвыбираем КД102A.
В качествеусилителявозьмём операционныйусилительК544УД1 включенныйпо классическойсхеме. ПитаниеОУ двух полярное15В.
ДиаппазонизмененияUвыхоудолженсоставлятьне менее 0,15 В приизменениитемпературыот 10Сдо 40С.При этом изменениеUVDсоставляет18мВ (0,6мВ/К по справочнымхарактеристикам).Тогда коэффициентусиления понапряжениюдолжен составлять:
Принимаемзначение R6=10кОм,тогда:
Такимобразом напряжениена выходе ОУбудет прямопропорциональнозависеть отпадения напряженияна VD,которое в своюочередь имеетзависимостьот температурытермодатчика.
Начальногозначение
будет регулироватьсяпеременнымсопротивлениемR5=1,5кОм.4.7 Расчётисточникапитания одноволоконнойоптическойсистемы передачи
В составленной схеме оптическогопередатчикаимеем следующиеноминальныенапряженияпитания: +6В, +15В,-15В. Необходиморазработатьблок питания для одноволоконногооптическогопередающегоустройстваи рассчитатьосновные егоэлементы.
Найдём токипотребляемыепередатчикомдля разныхноминальныхнапряжений.
Для Uн=+6В:
В цепи АРУмикросхемаК175ДА1 потребляет3мА.
Возьмёмток нагрузкина выходеБП равным 20мА,т.е. с небольшимзапасом.ІН(+6)=20мА
Для Uн=-15В:
Вцепи входногоусилителямикросхемаК140УД11 потребляет5мА
В цепи температурногостабилизатораК544УД1 потребляет7мА.
Примемток нагрузкиІН(-15)=20мА
Для Uн=+15В:
В цепи входногоусилителямикросхемаК140УД11 потребляет10мА
В цепитемпературногостабилизатораК544УД1 потребляет7мА и на транзисторахVT2и VT3– 2мА.
Оптическиймодуляторпотребляет200мА.
Примемток нагрузкиІН(+15)=250мА
Исходныеданнные:
На выходеБП должно быть+6В, +15В, -15В при токахнагрузкисоответсвенно20мА, 250мА и 20мА.
На рис.4.8представленаэлектрическаясхема предполагаемогоблока питания.
Выборстабилизаторовнапряжения
Для получениястабильногопостоянногонапряженияна нагрузкепри изменениипотребляемоготока к выходувыпрямителяподключаютстабилизатор.Расчет позволитвыбрать всеэлементыстабилизатора,исходя из заданноговыходногонапряженияUни максимальноготока нагрузкиIн.Однако оба этипараметра недолжны превышатьпараметры ужерассчитанноговыпрямителя.А если это условиенарушается,тогда сначаларассчитываютстабилизатор,а затем - выпрямительи трансформаторпитания.
Так как потребляемая схемой мощность небольшая, в качестве стабилизатора DA5 возьмем специально предназначенную микросхемуКР142ЕН5, обеспечивающую выходное напряжение + 6В и ток в нагрузке до 1А. Данная микросхема обеспечивает коэффициент пульсаций на выходе примерно 0.03. Для нормальной работы напряжение на входе микросхемы должно быть не менее 10Вольт, поэтому конденсатор С19 выбираем на рабочее напряжение 25В и емкостью 1000мкФ. VD20обеспечиваетиндикацию.СтабилизаторDA5включен потиповой схеме.С20=С21=2,2мкФ.
Для выходногонапряженияпитания 15Вцелесообразновзять микросхемустабилизатораКР142ЕН6А (DA4),обеспечивающуювыходное напряжение15Впри токах внагрузке до300мА. Для нормальнойработы микросхемы,напряжениена входах DA4должно составлять20В,поэтому конденсаторыС11 и С12 выбираемна рабочеенапряжение25В и ёмкостью1000мкФ. СтабилизаторDA4включен потиповой схемевключения иего основныеэлементы имеютзначения:С13=С14=С15=С16=0,1мкФ;С17=С18=2,2мкФ.
Расчётдиодных выпрямителей
Посколькув преобладающембольшинствеконструкцийблоков питанияиспользуетсядвухполупериодныйвыпрямитель,диоды котороговключены помостовой схеме,о выборе егоэлементов здесьи пойдет речь.
При расчетевыпрямителянужно правильновыбрать выпрямительныедиоды и конденсаторфильтра, а такжеопределитьнеобходимоепеременноенапряжение,снимаемое длявыпрямленияс вторичнойобмотки сетевоготрансформатора.Исходнымиданными длярасчета выпрямителяслужат: требуемоенапряжениена выходе диодногомоста (или входеследующихцепей) UвыхVD и потребляемыйток Iн.
Рассчитаемдиодный выпрямительдля Uн=+6В. Исходнымиданными будутUвыхVD= 10В и Iн.=20мА.
Определимпеременноенапряжение,которое должнобыть на вторичнойобмотке сетевоготрансформатора:
, гдеВ - коэффициент,зависящий оттока нагрузки,который определяютпо таблице4.1.
Таблица4.1
| Коэффициент | Ток нагрузки,А | |||||
| 0.1 | 0.15 | 0.2 | 0.25 | 0.3 | 0.35 | |
| В | 0,8 | 0,9 | 1 | 1,1 | 1,2 | 1,3 |
| С | 2,4 | 2,3 | 2,2 | 2,15 | 2,1 | 2 |
По току нагрузкиопределяеммаксимальныйток, текущийчерез каждыйдиод выпрямительногомоста:
, гдеС-коэффициент,зависящий оттока нагрузки(определяютпо табл. 4.1).
Подсчитываемобратное напряжение,которое будетприложено ккаждому диодувыпрямителя:
Дляуменьшениягабаритовпечатной платыцелесообразноиспользоватьдиоднуюсборку КЦ407А(DA6) , у которойзначениявыпрямленноготока и допустимогообратногонапряженияпревышаютрасчетные.
Определяемемкость конденсаторафильтра:
Выбираемконденсаторфильтра 1000мкФХ 25Вольт.
Так жепо аналогиирасчитываем выпрямительныедиоды и ёмкостифильтров длястабилизаторана 15В:
С12=С11=1000мкФх25В,и выбираемдиодную сборкуКЦ412А (DA7).
Расчеттрансформатора
Зная необходимоенапряжениена вторичнойобмотке (UІІ)и максимальныйток нагрузки(Iн),трансформаторрассчитываютв такой последовательности:
Определяемзначение тока,текущего черезвторичныеобмотки трансформатораІІ и ІІ’:
Определиммощность,потребляемуювыпрямителемот вторичныхобмоток трансформатора:
Подсчитываеммощностьтрансформатора:
Определяемзначение тока,текущего впервичнойобмотке:
,где UІ- напряжениена первичнойобмотке трансформатора(сетевое напряжение).
Исходяиз полученныхрасчётныхданных выбираемиз справочника трансформаторпитания типаТПП261-127/220-50.
4.8Расчёт ёмкостейв схеме оптическогопередающегоустройства
Расчётэмиттернойёмкости
Ёмкостьэмиттера Сэопределяетсязначениемсквозной крутизныэмиттерноготока и периодомповторенияимпульсов винформационномсигнале. Посколькускорость передачипроектируемогоустройства8.5Мбит/с, то частотаHDBсигнала навходе преобразователякода FHDB=8.5МГц.Поскольку влинейном кодеСМIдлительностьимпульсов вдва раза короче,чем в HDBсигнале, точастота модулирующегосигнала FCMI=8.52=17МГц.
Отсюда периодследованияимпульсов:
.Тогда ёмкостьэмиттера:
4.8.2 Расчётразделительнойёмкости
Разделительнаяёмкость Срдолжна вноситьминимальныеискажения вофронт импульсов.Для этого постояннаявремени цепидолжна удовлетворятьусловию:
,где и= T= 59нс – длительностьимпульса (длясигнала CMIравна периодусигнала).
Тогда значениеразделительнойёмкости:
,где Rн– сопротивлениенагрузки согласующегоусилителя(входное сопротивлениепрямого модулятора).
Rвыхсус– выходноесопротивлениесогласующегоусилителя:
,где Rвыхоу= 300 Ом – выходноесопротивлениеоперационногоусилителя
Расчётёмкостей фильтров
Ёмкостьфильтра в цепимодулятораСф определимпо формуле:
,где ф= 10% - подъём плоскойвершины импульса.
Значениеёмкости фильтрав цепи АРУ найдемпо следующейформуле:
,где Fн= FCMI/10000= 850 Гц – частотасреза фильтра.
4.9Номиналы элементовсхемы
Номиналырезисторови конденсаторовсхемы определяютсяв соответствиис существующимистандартныминоминалами,выпускаемымипромышленностью.
Такимобразом, всхеме модулятораимеем следующиеноминалы элементов:
R10=5.6кОм; С2=10пФ;
R11=1.8кОм; С4=0,068мкФ;
R13=33Ом; С5=100мкФ;
R14=10Ом; С3=0,022мкФ;
R12=33Ом;
R9=22Ом.
В схемесогласующегоусилителя:
R1=R3=R4=180кОм; R7=50кОм;
R2=120Ом; R8=27кОм;
R5=10Ом; R20=3кОм;
R6=27кОм; С1=0.01мкФ;
В схемеустройстваАРУ:
R15=220Ом;
R16=22Ом; С10=0,1мкФ;
С6=0,1мкФ; С8=0,1мкФ;
С7=0,1мкФ; С9=0,1мкФ;
В схеметемпературнойстабилизации:
R25=R26=1кОм; R31=100кОм; R30=10кОм; R28=1,44кОм;
R27=13кОм; R29=15кОм; R32=100Ом;
В схеме блокапитания:
R40=750Ом;
C11=C12=C19=1000 мкФ;
C13=C14=C15=C16=0,1 мкФ;
C17=C18=C20=C21=2,2 мкФ;
Остальные:
К140УД11(DA1), К175ДА1(DA2), К544УД1(DA3),КР142ЕН6А(DA4),
КР142ЕН5(DA5), КЦ407А(DA6), КЦ412А(DA7),
ИЛПН-203(VD1),КД102A(VD3), АЛ102А(VD20),
КТ660Б(VT1),КТ337А(2шт)(VT2,VT3),
ТПП261-127/220-50(T1).
Окончательныйвариант принципиальнойсхемы оптическогопередаю-щегоустройстваи блока питанияприведён нарисунке4.9. и 4.10.
От Автора.
Темадипломногопроекта:«Передающееустройствоодноволоконнойоптическойсети». Сдавалсяв Киевскомполитехническоминституте (КПИ)на Радиотехническом ф-те в феврале2001г. Сдан на «отлично»,хотя любойдругой егоможет сдать на 3 балла, есливообще «бестолочь»J.Вообще-то оценказависит на 90%от ващего доклада!Т.е. как вы комиссиисвой диломизложите, какна вопросыбудете отвечать- так и оценкупоставятJ.
Диплом имеетдостаточносовременнуюи актуальнуютему, котораяподходит практическидля любого вузаили техн. училищаПО СПЕЦИАЛЬНОСТИРАДИОТЕХНИКА,СВЯЗЬ, и томуподобные.
Данныйдиплом в полномварианте(!!!) т.е.уже практическив чистовомвиде. Выпоненполный расчётпринципиальнойсхемы передатчикаи расчёт источникапитания. Есливы хотите переделатьего под себя– вам остаётсятолько внимательноего прочитатьи изменитьнекоторыеназвания городови ГОСТов. Например в разделе“ Мероприятияпо Охране Труда”есть такаяфраза: “В рабочемпомещениивыполнены всетребованияпо пожарнойбезопасности в соответствиис требованиямиНАПБ А.01.001-95 «Правилпожежної безпекив Україні».И вы должнынаписать типтребованийкоторый действуету вас в Россиинапример. А всёостальное впринципе остаётсябез изменений.
К дипломупрелагается7 чертежей форматаА1:
Сборочныйчертёж передающегоустройства.
Сборочныйчертёж источникапитания.
Платапечатная передающегоустройства(две сторонына 1-м чертеже).
Платапечатная источникапитания (двестороны на 1-мчертеже).
Схемаэлектрическаяпринципиальная.
Схемаэлектрическаяструктурная.
Схемаэлектрическаяфункциональная.
Нок сожалениюя эти чертежирисовал в ручную,а не в какой-тографическойпрограмме(дорого былараспечаткаА1 формата и ярешил рисоватьручками). Но уменя осталисьОчень качественныексерокопиивсех чертежейв масштабе 1:1.Так, что есликому-нить надо– милости просим.Обращайтесьи я обязательнопомогу вам ихприслать(еслиуж кому-то сильноприпечёт). Унас напримерв группе 2 человекаотчислили из-затого, что вовремяне было всёготово.
Еще,в 4-м разделе(Расчёт электрическойпринципиальнойсхемы) отсутствуютрисунки: 4.1, 4.4, 4.5,4.8, 4.9, 4.10. Я эти рисунки просто вклеивална страницы диплома . У меняостались качественныексерокопии.Мой товарищиз Институтасвязи взял мойдиплом в качестве«козы» . Он мнепоклялся всеэти рисункинарисоватьв электронномвиде, а так жевсе чертежиА1 формата. Так,то к тому времени,пока кому-нитьпонадобитсямой диплом, яуверен у менявсе рисункии чертежи будутв электронномвиде. И вам останетсятолько поставитьих на свои местаи распечатать(Кому не по карману– рисуйте рукамиJ).Я думаю, чтомой диплом ещене раз спасётдушу ленивогостудента. Аможет и не ленивого,а работящегоJ,у которого нетвремени заниматьсяерундой, а кормитьсемью все такинадо. Найтименя можно поадресам:rostik61@ukrpost.net,rostik61@rtf-15.ntu-kpi.kiev.ua,rostik61@mail.ru или по телефону(044)476-27-18. Ростислав.
Удачи вамна этом поприще…
5. Конструктивныйрасчёт печатной
платыодноволоконной
оптическойсистемы передачи
5.1 Выборматериалапечатной платы
Материалпечатной платыдолжен обладатьвысокой механическойпрочностью,хорошимиэлектроизоляционнымисвойствами,иметь высокуюнагревостойкость,а также иметьвысокую степеньагдезии печатныхпроводников.
Основныминаиболее частоупотребляемымиматериаламипечатных платявляются гетинакси стеклотекстолит.Проведёмсравнительныйанализ этихматериалов.
Основные характеристики гетинакса истеклотекстолитаприведены втаблице 4.1.
Таблица5.1 Основныехарактеристикиматериаловпредназначенныхдля изго-товленияпечатных плат.
Материал | Плотность  |  | Рабочаятемпература С | Удельноесопротивление  |
| Гетинакс ГФ1-50 ГОСТ 10316-78 | 1,4 | 78 | -60 +105 |  |
| Стеклотекстолит СФ-2-35 ТУ16-503-161-83 | 1,5 | 294 | -60 +105 |  |
Гетинаксзначительнодешевле стеклотекстолита.Гетинакс такжелегче обрабатывается,что способствуетповышениютехнологичностиплаты.
По электроизоляционнымсвойствамгетинакс уступаетстеклотекстолиту.Тангенс угладиэлектрическихпотерь у гетинакса0.06, у стеклотекстолита0.03. Гетинакс такжеуступает и помеханическойпрочности ижесткости, чтоприводит кувеличениютребуемойтолщины платы.Гетинакс болееподверженвоздействиямхимическихреактивов прихимическомметоде изготовленияпечатной платы.Это еще большеухудшает егодиэлектрическиесвойства
Прочностьсцепленияпроводящегопокрытия сгетинаксовымоснованием невысокая ирезко падаетпри повышениитемпературы.Это затрудняетпроизводствоплат высокихклассов точностина гетинаксовомосновании, атакже практическиисключаетвозможностьзамены элементовиз-за отслаиванияконтактныхплощадок. Приизготовлениидвухстороннихпечатных платна гетинаксовомосновании,практическиневозможновыполнитькачественнуюметаллизациюотверстий.
Рассмотренныенедостатки делают гетинакспрактическинепригоднымдля изготовленияпечатной платыодноволоконногооптическогопередатчика.Поэтому выбираемв качествематериалапечатной платыстеклотекстолитмарки СФ2-35-15.
5.2 Размещениеэлементов иразработкатопологиипечатной платы
При размещенииэлементов напечатной платенеобходиморуководствоватьсяследующимипринципами:
Длинна соединениймежду элементамидолжна бытьминимальной.
Необходимомаксимальноразнести наиболеетермочувствительныеэлементы схемыи тепловыделяющиеэлементы, заисключениемтермодатчиков,специальнопредназначенныхдля обнаруженияизменениятемпературытепловыделяющихэлементовсхемы.
Для обеспечения наибольшеймеханическойпрочностиплаты необходиморавномерно(с точки зрениямассы) разместитьэлементы наповерхностипечатных плат.
Элементыстабилизаторовдолжны находитсяна максимальномудалении(расстоянии)от входныхсигнальныхцепей для увеличенияпомехозащищённостиустройства.
Для удобствамонтажа однотипныеЭРЭ рекомендуетсяразмещатьгруппами.
Рассчитаемнеобходимыеразмеры печатнойплаты.
В конструкцииразрабатываемогоблока присутствуютдва устройства:источник питанияи передающееустройство.Целесообразноразместитьэти устройствана разных печатныхплатах.
Тогда площадьзанимаемаявсеми ЭРЭ впередающемустройстверассчитываемпо формуле:
(5.1)где
площадизанимаемыерезисторами,конденсаторами, диодами, транзисторами,интегральнымимикросхемамии разъемамисоответсвенно.Рассчитаемэти площади:
где
количестворезисторовС2-23-0.125, С2-23-1, СП3-19А всхеме соответсвенно.Тогда:
Аналогичнонаходим площади,занимаемыеостальнымиэлементами:
Тогда:
Необходимуюплощадь печатнойплаты рассчитываемпо формуле:
(5.3)где
коэффициентзаполненияплаты, дляпрофессиональной передающейаппаратуры 
Тогда:
В соответствиис требованиямитехническогозадания ширинаплаты должнабыть не более100мм. Тогда находимнеобходимуюдлину печатнойплаты:
Значитмаксимальныйразмер печатнойплаты для передающегоустройствасоставляет100х138мм.
Найдёмплощадь занимаемуювсеми ЭРЭ висточникепитания:
,где
площадизанимаемыерезисторами,конденсаторами, диодами, диоднымисборками иразъемамисоответсвенно.Рассчитаемэти площади:
Тогда:
Необходимуюплощадь печатнойплаты источникапитания рассчиты-ваемпо формуле:
В соответствиис требованиямитехническогозадания ширинаплаты должнабыть не более80мм. Тогда находимнеобходимуюдлину печатнойплаты:
Значитмаксимальныйразмер печатнойплаты для источникапитания составляет80х86мм.
По конструкциипечатные платыделятся натипы:
односторонние
двусторонние
многослойные
Для данногоизделия необходимоиспользоватьдвустороннююпечатную платус металлизированнымимонтажнымии переходнымиотверстиями.Несмотря навысокую стоимость,двусторонниепечатные платыс металлизи-рованнымиотверстиямихарактеризуютсявысокимикоммутационнымисвойствами,повышеннойпрочностьюсоединениявывода навесногоэлемента спроводящимрисунком платыи позволяетуменьшитьгабаритныеразмеры платыза счет плотногомонтажа навесныхэлементов.
Двухсторонниеплаты с дискретнымиэлементами,микросхемами,имеющими штыревыеи планарныевыводы, присредней насыщенностиповерхностипечатной платынавеснымиэлементами,относятся к3-му классу точностипо ГОСТ 23751-86. Основныеконструктивныепараметрыпечатных плат,соответствующихэтому классуточности, приведеныв таблице5.3.
Таблица5.3
| № | Наименованиепараметра | Значение |
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 |
| 0,25 0,25 0,10 >0.33 +0.05, -0.10 +0.03, -0.05 0.08 0.20 0.05 |
,мм. 
,мм. 
,мм. 
,мм. 
,мм. Платаотносится ковторому классуплотностипечатногорисунка, которыйхарактеризуетсяследующимизначениямипараметров:
расстояниемежду проводниками0.25мм;
разрешающаяспособность2.0 линий на 1 мм;
Шаг координатнойсетки выберем1.25мм. По данным[17]для второгокласса плотностирабочее напряжениене должно превышать30В, ток по печатномупроводнику,при толщинефольги 50мкм,не должен превышать250мА. Электрическийрежим блокане превышаетэтих требований.
На печатнойплате имеютсяэлементы сдиаметромвыводов 
=0.8мм(построечныерезисторы,конденсаторы,диоды, трансформаторы),а также 
=0.5мм(конденсаторы,резисторы,микросхемыи т.д.).
Выбираемдиаметр монтажныхплощадок:
где значенияпараметроввзяты из таблицы5.3.
Рассчитавнеобходимыепараметры спомощью системыавтоматизированногопроектированияP-CAD вдиалоговомрежиме производимразмещениеэлементов итрассировкуплаты. Полученнаятопологияпечатных платприведена начертежах “Передающееустройство,платапечатная”и “Источникпитания, платапечатная”.
6. Расчетнадежностиволоконнооптическогопередающегоустройства
Надежностьюназываетсясвойство объекта,системы, изделия,устройстваили их частейвыполнятьзаданные функции,сохраняя вовремени значенияустановленныхэксплуатационныхпоказателейв заданныхпределах,соответствующихзаданным режимами условиямэксплуатации,техническогообслуживания,хранения итранспортировки.
Расчет надежностиосновываетсяна следующихдопущениях:
-
Все элементыданного типаравнонадежны,т. е. интенсивностьотказов
для этихэлементоводинакова; Все элементыработают внормальныхтехническихусловиях;
Интенсивностьотказов всехэлементов независит отвремени (срокаслужбы);
Отказы элементовявляются событиямислучайнымии независимыми;
Все элементыработаютодновременно;
Отказ любогоэлемента приводитк отказу всейсистемы;
При расчетенадежностиблока волоконнооптическогопередающегоустройстванеобходимоопределитьвероятностьбезотказнойработы устройствав произвольноминтервалевремени t, котораяопределяетсявыражением:
, где – интенсивностьотказов устройства;
t –время, за котороеопределяетсявероятностьбезотказнойработы.
Расчётнадёжностипроизведёмпо методикеизложеннойв [17].
Интенсивностьотказов элементовв рабочем режимеопределяетсяпо формуле:
(6.1)где
номинальнаяинтенсивностьотказов, определяемаяпо таблицамсредне групповыхинтенсивностейотказов длякаждой группыэлементов (табл.4.1 [17]);
коэффициентучитывающийуровень электрическойнагрузки итемпературусреды непосредственноу элемента; 
коэффициентучитывающийусловия эксплуатации.
(6.2)где коэффициент
для стационарнойаппаратурыиз табл.4.3[17]; 
для относительнойвлажности до98% при температуре40Сиз табл.4.3 [17]; 
при эксплуатациина высотах до1км, из табл.4.3[17];Подставляячисленныезначения в(6.2) получаем:
Значения
находим длякаждой группыэлементов изтабл.4.2 [17],учитывая чтопри разработкепринципиальнойсхемы выборэлементнойбазы был произведёниз условия, чтобы коэффициентынагрузки элементовне превышалирекомендуемыхзначений изтабл.4.6 [17],а эксплуатацияпроисходитв наихудшихусловиях (tmax= 60C).Исходныеданные длярасчёта надёжностиблока волоконнооптическогопередающегоустройстваприведены втаблице6.1:
| № | Схемноеобозначение | Типэлемента | Кол-во | Параметрырежима | Кн |   |  |  |  |   |  | |
| ТУ | Факт. | |||||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 |
1 | R2, R6, R32, R8,R10,R12, R25, R26, R40 | C2-23 | 9 | 1 Вт | 0,5 Вт | 0,5 | 0,016 | 0,8 | 0,03 | 0,3 | 0,3 | 0,09 |
| 2 | R11,R13, R14, R9, R1, R3, R4, R5, R20, R15, R16,R30, R31, R27, R29 | C2-23 | 15 | 0,125 Вт | 0,08 Вт | 0,64 | 0,016 | 1,0 | 0,04 | 0,64 | 0,3 | 0,19 |
3 | R7, R28 | СП3-2 | 2 | 0,125 Вт | 0,09 Вт | 0,72 | 0,1 | 1,4 | 0,37 | 0,75 | 0,3 | 0,23 |
4 | С11, С12, С19 | К50-35 | 3 | 25В | 15В | 0,6 | 0,7 | 1,6 | 2,9 | 8,9 | 0,4 | 3,6 |
5 | С1- С10, С13- С18, С20, С21 | К10-17А | 18 | 50В | 15В | 0,3 | 0,1 | 0,3 | 0,08 | 1,44 | 0,4 | 0,57 |
6 | VT1 | КТ660Б | 1 | 800 мА | 120мА | 0,15 | 0,5 | 0,2 | 0,25 | 0,25 | 0,3 | 0,08 |
7 | VT2, VT3 | КТ337А | 2 | 10мА | 1мА | 0,1 | 0,5 | 0,2 | 0,25 | 0,5 | 0,3 | 0,15 |
9 | VD3 | КД102А | 1 | 20мА | 1мА | 0,05 | 0,4 | 0,2 | 0,214 | 0,214 | 0,3 | 0,06 |
10 | VD20 | АЛ102А | 1 | 10мА | 2мА | 0,2 | 0,05 | 0,2 | 0,03 | 0,03 | 0,3 | 0,01 |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 |
12 | T1 | ТПП261-127/220-50 | 1 | 0,5А | 0,35А | 0,7 | 0,8 | 0,2 | 0,43 | 0,43 | 0,7 | 0,3 |
13 | VD1 | ИЛПН-203 | 1 | 3,5мВт | 1,6 мВт | 0,45 | 0,05 | 0,2 | 0,02 | 0,02 | 0,9 | 0,03 |
14 | DA1 | К140УД11 | 1 | - | - | 0,8 | 0,02 | 2,5 | 0,13 | 0,13 | 0,6 | 0,08 |
15 | DA2 | К175ДА1 | 1 | - | - | 0,8 | 0,02 | 2,5 | 0,13 | 0,13 | 0,6 | 0,08 |
16 | DA3 | К544УД1 | 1 | - | - | 0,8 | 0,02 | 2,5 | 0,13 | 0,13 | 0,6 | 0,08 |
17 | DA4 | КР142ЕН6А | 1 | - | - | 0,8 | 0,02 | 2,5 | 0,13 | 0,13 | 0,6 | 0,08 |
18 | DA5 | КР142ЕН5 | 1 | - | - | 0,8 | 0,02 | 2,5 | 0,13 | 0,13 | 0,6 | 0,08 |
| DA6 | КЦ407А | 1 | 80мА | 25мА | 0,3 | 0,5 | 0,5 | 0,67 | 0,67 | 0,3 | 0,2 | |
| DA7 | КЦ412А | 1 | 80мА | 25мА | 0,3 | 0,5 | 0,5 | 0,67 | 0,67 | 0,3 | 0,2 | |
19 | Пайка | - | 200 | - | - | - | 0,01 | - | 0,01 | 2 | 0,5 | 1 |
20 | Платапечатная | - | 1 | - | - | - | 0,1 | - | 0,1 | 0,1 | - | - |
21 | Сумма | 21,6 | 7,32 | |||||||||
Среднеевремя восстановления
взяты из табл.4.8 [17].Интенсивностьотказов элементовi-йгруппыопределяемпо формуле:
(6.3)где
количествоэлементов вi-йгруппе.Для определенияпараметрапотока отказоввсего блокавоспользуемсяследующейформулой:
(6.4)где k-количествогрупп элементов.
Подставляячисленныезначения изтабл.6.1 получаем:
Средняянаработка наотказ
для нормальногозакона распределенияопределяетсяпо формуле:
(6.5)Вероятностьбезотказнойработы устройстваp(t) определяемпо формуле:
(6.6)График зависимостиприведён нарис.6.1.
Используяформулу (6.6) определимвероятностьбезотказнойработы в теченииодного года(8760часов):
Среднее времявосстановленияработоспособности блока волоконнооптическогопередающегоустройстваопределим поформуле:
(6.7)где
-коэффициентодновременнойзамены элементов, 
.
Коэффициентготовности
определяетсяпо формуле:
(6.8)7. Технико-экономическийрасчет
Любое техническоерешение можетбыть признаноэффективными принято квнедрению лишьпосле того, какбудет доказанаего техническаяпрогрессивностьи экономическаяцелесообразность.Поэтому экономическоеобоснованиетехническихрешений являетсяобязательнойсоставнойчастью дипломногопроекта.
В данномразделе представленоследующее:себестоимость,цена, уровенькачества, прибыльна единицуизделия, прогнозсбыта, прибыльна годовойвыпуск.
Все расчётывыполнены понормам, нормативами ценам действующимна заводе«Генератор»по состояниюна 1.12.2000г.
7.1 Анализрынка
В данномдипломномпроекте разрабатываетсяволоконнооптическоепередающееустройство.Передатчикрассчитан наработу в составецифровыхмногоканальныхсистем передачи,работающих со скоростью8 Мбит/с. А также для работы насоединительныхлиниях городскойтелефоннойсети.
Цифроваясвязь по оптическимкабелям , приобретающаявсё большуюактуальность,является однимиз главныхнаправленийнаучно-техническогопрогресса .
Преимуществацифровых потоковв их относительнолёгкой обрабатываемостис помощьюЭВМ, возможностиповышенияотношениясигнал/шум иувеличенияплотностипотока информации.
Учитывая,что доля затратна кабельноеоборудованиесоставляетзначительнуючасть стоимостисвязи, а ценына оптическийкабель в настоящеевремя остаютсядостаточновысокими, возникаетзадача повышенияэффективностииспользованияпропускнойспособностиоптическоговолокна засчёт одновременнойпередачи понему большегообъёма информации.
Широкоеприменениена городскойтелефоннойсети волоконно-оптическихсистем передачидля организациимеж узловыхсоединительныхлиний позволяет решить проблемуувеличенияпропускнойспособностисетей. В ближайшиегоды потребность в увеличениичисла каналовбыстро растет.Наиболее доступнымспособом увеличенияпропускнойспособности волоконныхоптическихсистем передачив два раза являетсяпередача поодному оптическомуволокну двухсигналов впротивоположныхнаправлениях.
Первоепоколениепередатчиковсигналов пооптическомуволокну быловнедрено в 1975году. Основупередатчикасоставлялсветоизлучающийдиод, работающийна длине волны0.85 мкм в многомодовомрежиме. В течениепоследующихтрех лет появилосьвторое поколение- одномодовыепередатчики,работающиена длине волны1.3 мкм. В 1982 годуродилось третьепоколениепередатчиков- диодные лазеры,работающиена длине волны1.55 мкм. Исследованияпродолжались,и вот появилосьчетвертоепоколениеоптическихпередатчиков,давшее началокогерентнымсистемам связи.Специалистыфирмы NTT построиликогерентнуюВОЛС STM-16 на скоростьпередачи 2.48832Гбит/с протяженностьюв 300 км, а в лабораторияхNTT в начале 1990 годаученые впервыесоздали системусвязи с применениемоптическихусилителейна скорость2.5 Гбит/с на расстояние2223 км. Анализопубликованныхматериалови завершенныхисследованийи разработокодноволоконныхоптических систем передачипозволяетсделать выводы,что волоконнооптическиесистемы передачиимеют оченьхорошие перспективыв будущем времени.
В настоящеевремя на нашемрынке предлагаетсяразличныеустройстваволоконнооптическойсистемы передачи.Все они имеютразличныефункциональныевозможности и приспособленына работу вразных условияхи под конкретнопоставленнуюзадачу. Почтивсе устройстваподобного типаявляются импортными,из-за отсутствия конкуренцииотечественногопроизводителя.Только единичныеустройства(очень малыйпроцент от всехдействующихустройств)изготовленыв Украине. Узарубежныханалогов естьодин серьезныйнедостатоки это их высокаяцена, не смотряна низкуюсебестоимостьизделия. Следовательноу нас естьальтернатива– выпуск устройствпользующихсяспросом, присущественноменьшей цененашего устройства в отличии егоближних аналогов.
Насегодняшнийдень одним изконкурентоврынка волоконноопти-ческихсистем передачия являютсяпроизводителиРоссии. Внедрение волоконнооптическихсистем передачи в сетях Российскихгородов началосьв 1986 г. вводом вэксплуатациюв городскихтелефонныхсетях во вторичнойцифровойволоконнооптическойсистеме передачина базе аппаратуры«Соната-2». Сеё использованиемво многих городахсооружены линиисвязи. Аппаратура«Соната-2»сопрягаетсясо стандартнымканало- и группо-образующимоборудованиемтипов ИКМ-30 иИКМ-120. В 1990 г. начатпромышленныйвыпуск оборудованиявторичнойцифровой системыпередачи длягородских сетейИКМ-120-5, предназначеннойдля передачипо градиентномуоптическомукабелю линейноготракта, работающегона длинах волн0,85 или 1,3 мкм. Разработанатакже волоконнооптическаясистема передачи «Сопка-Г»,предназначеннаядля организацииоптическоголинейноготракта со скоростьюпередачи 34,368 Мбит/с по одномодовомуи градиентномуоптическомукабелю, с рабочейдлиной волны1,3 мкм. Аппаратура«Сопка-Г» выполненав конструкцииИКМ-30-4, ИКМ-120-5 ианалогичнаим по системетехническогообслуживания,то есть являетсяпродолжениемединого семействацифровой системыпередачи длягородской сети.
Так как блокоптическогопередатчикавходит в составоптическоголинейноготракта передающейсистемы и сопрягаетсясо стандартнымканало- и группо-образующимоборудованием,то количествовыпускаемыхизделий можнонапрямую связатьс планом внедренияволоконнооптическихсистем передачив отечественныхтелефонныхсетях.
А так жевозможен промышленныйвыпуск волоконнооптическойсистемы передачидля внедренияи реализацииего в ближнемзарубежье.Возможный объем производстваустройствсоставляетот 100шт/год.
7.2 Определениесебестоимостиодноволоконногооптическогопередатчика
Расчет себестоимостиустройствапроизводитсяс помощьюутверждённогоперечня затрат. Сущность методасводится ктому, что прямыезатраты наединицу продукцииопределяютсяпутем нормативногорасчета себестоимостипроектируемогоустройствапо статьямкалькуляции.Тип производства–мелкосерийное.
7.2.1 Затратына приобретениематериалов
Эта статьявключает в себязатраты наприобретениеосновных материалов,расходуемыхв нашем случаепри изготовлениипечатного узла.Затраты определеныпо каждомунаименованиюи приведеныв таблице 7.1
Таблица7.1
| Материал | Маркаили стандарт | единица | Нормарасхода | Ценаза единицу,грн | Сумма,грн | Обоснованиецены |
| Стеклотекстолит Припой Канифольсосновая Лак Клей | СФ-2-35 ГОСТ10816-88 ПОС-61 ГОСТ21931-86 ГОСТ14256-69 УР-231.023 ТУ-6-10-863-76 ВК9 ОСТУГО.029.204 | кг кг кг кг кг | 0,2 0,1 0,8 0,15 0,1 | 0,5 12,22 0,78 4,1 3,0 | 0,1 1,222 0,624 0,615 0,3 | договорная договорная договорная договорная договорная |
| Всего,грн | 2,861 | |||||
| Неучтённыематериалы,10%, грн Транспортнозаготовительныерасходы, 5%, грн | 0,286 0,143 | |||||
Итого,грн | 3,29 | |||||
7.2.2 Затратына покупныеизделия иполуфабрикаты
Эта статьявключает в себязатраты наприобретенныеготовые изделияи полуфабрикаты.Список изделийи полуфабрикатовсоставляетсяв соответствиисо схемойэлектрическойпринципиальнойи сборочнымчертежом блока.Составим таблицудля расчетастоимостипокупныхкомплектующихизделий.
Таблица7.2 Затратына покупныеизделия иполуфабрикаты.
Изделие | Стандартили марка | Кол-во, шт. | Цена, грн. | Сумма, грн. | Обоснованиецены |
| Резисторы C2-23-0,125 C2-23-1 СП3-13А Конденсаторы К10-17А К50-35 Транзисторы КТ660Б КТ337А Диоды КД102А АЛ102А Микросхемы К140УД11 К175ДА1 К544УД1 КР142ЕН5 КР142ЕН6А КЦ407А КЦ412А Трансформатор ТПП261-127/220-50 Лазерполупроводниковый ИЛПН-203 | ОЖО467.093ТУ ОЖО467.093ТУ ОЖО468.134ТУ ОЖО460.107ТУ ОЖО464.136ТУ СБО336.051ТУ аАо339.256ТУ дР3362.173ТУ СМ3362.839ТУ бКО347.455-02ТУ бКО347.304СТУ бКО347.266-02ТУ бКО347.098-03СТУ бКО347.098ТУ5 бКО347.090-04СТУ бКО347.305СТУ ТПП477.001ТУ ИЛПН-203 | 15 9 2 18 3 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 | 0.02 0.02 0.15 0,02 0,5 2 0.4 0.4 0.1 0.9 0.7 1.2 0.3 0.3 0.5 0.5 10 200 | 0,3 0,18 0,3 0,36 1,5 2 0,8 0,4 0,1 0,9 0,7 1,2 0,3 0,3 0.5 0.5 10 200 | Договорная Договорная Договорная Договорная Договорная Договорная Договорная Договорная Договорная Договорная Договорная Договорная Договорная Договорная Договорная Договорная Договорная Договорная |
| Всего,грн | 223,6 | ||||
| Транспортнозаготовительныерасходы 5%, грн | 11,18 | ||||
Итого,грн | 234,7 | ||||
7.2.3 Основнаязаработнаяплата производственныхрабочих
Этастатья включаетв себя основнуюзаработнуюплату производ-ственныхрабочих и другихкатегорийработниковза работу,непосредственносвязанную сизготовлениемпродукции.Основная зарплатарабочих включаеттарифную зарплату,доплаты и надбавки.Тарифную заработнуюплату определяютпо каждой операции(виду работ)как произведениенорм времении часовых тарифныхставок рабочих.
Найдёмтарифную заработнуюплату по формуле:
, (7.1)где
-общаятрудоёмкостьизготовленияблока волоконнооптическогопередающегоустройства; 
-средняя ставкарабочих. Нормативсредней ставкирабочих назаводе «Генератор»составляет 
Общуютрудоёмкостьизготовленияустройства,можно рассчитатьпо формуле:
(7.2)где
-трудоёмкостьмотажно сборочныхработ; 
-удельныйвес данноговида работ вобщей трудоёмкости,для изделийтипа оптическийпередатчикполагаем 
.Трудоёмкостьмонтажно сборочныхработ определяемпо типовымнормам временина монтажно-сборочныеработы. Нормывремени наотдельныеоперации приветденыв таблице7.3.
Поформуле (7.2):
Подставляячисленныезначения в(7.1) получаем:
Таккак надбавкии доплаты назаводе «Генератор»составляют 60%, то основнаязаработнаяплата будетсоставлять:
Таблица 7.3Расчёт нормвремени.
| Операция | Кол-во | Нормавремени, мин | Всеговремени, мин | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | |
| 2 26 21 3 3 7 1 1 26 21 3 3 7 1 1 300 3 - - - | 160 0,129 0,129 0,129 0,164 0,192 1,5 0,95 0,15 0,15 0,15 0,216 0,42 1,4 0,9 0,15 1,05 5 2,5 5 | 320 3,354 2,709 0,387 0,492 1,344 1,5 0,95 3,9 2,9 0,45 0,648 2,94 1,4 0,9 45 3,15 5 2,5 5 | |
| Всего,мин час | 483 8,06 | |||
7.2.4Калькуляциясебестоимостиблока волокон-нооптическогопередатчика
Используяполученныеданные, составимкалькуляциюсебестоимостиблока волоконнооптическогопередатчикаи занесём втаблицу7.4.
Таблица7.4. Калькуляциясебестоимостипродукции.
| № | Статьирасходов | Сумма,грн | Удельныйвес, % |
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| 1 2 3 4 5 6 7 8 | Основныематериалы Покупныеизделия иполуфабрикаты Основнаязаработнаяплата основныхпроизводственныхрабочих Дополнительнаязаработнаяплата(20% отосн.з/п.) Начисленияна заработнуюплату:
Износинструментови приспособленийцелевогоназначения(20% от осн.з/п.) Затратына содержаниеи эксплуатациюоборудования(80% от осн.з/п.) Цеховыерасходы (60%от осн.з/п.) | 3,29 234,7 39,7 7,94 12,7 2,18 7,94 31,616 23,82 | 0,9 60,5 11,08 2,21 3,54 0,6 2,21 7,83 6,4 |
| 9 | Цеховаясебестоимость,грн | 314,2 | |
| 11 | Общезаводскиерасходы, (90%от осн.з/п.) | 35,7 | 8,97 |
| 12 | Заводскаясебестоимость,грн | 350,9 | |
| 13 | Внепроизводственныерасходы 2% | 6,8 | 1,89 |
14 | Полнаясебестоимость,грн | 358 | 100 |
7.3Определениеуровня качестваизделия
Дляопределенияуровня качестванового изделиянеобходимосравнить показателинового и базовогоизделий. Экспертнаяоценка производитсяспециалистами.Для обеспеченияобъективнойоценки и удобстваобработкиданных целесообразнопривлекатьк оценке неменее пятиспециалистов,так как группаэкспертовдолжна бытьдостаточно велика.
Вкачестве базовогоизделия взятблок передающегооптическогомодуля вторичнойцифровойволоконно-оптическойсистемы передачина базе аппаратуры"Соната-2", введённыйв эксплуатациюна городскихтелефонныхсетях в России.
Показателькачества можноопределитьпо формуле:
(7.6)где
коэффициентучитывающийвесомость i-гопоказателяизделия; 
коэффициентизмененияпараметра i-гопоказателяизделия;Коэффициентизменения покаждому показателюнаходят, какотношениечисловогозначения параметранового и базовогоизделий поформулам:
(7.7)или
(7.8)где
числовыезначения показателейсоответсвенно базового инового изделий.Причём
,если происходитулучшениепоказателейи наоборот, 
,если происходитухудшение i-гопараметра. Длябазового изделияпринято заэталоном 
.Техническиехарактеристикибазового инового изделийприведены втаблице7.5.Таблица7.5. Техническиехарактеристикиизделий
-
Показатели Индекс Вариант Коэфициентизменения Базовый Новый Энергопотребление,Вт
Пропускнаяспособность,Мбит/сек
Количествоканалов
Длиннаволны, мкм
Оптическаямощность навых., мВт
Расстояниедо следующегорегенерационногопункта, км
X1
X2
X3
X4
X5
X6
15
6
30
0.85
1
5
11
8,5
120
0.85
1,5
8,5
1,36
1,4
4
1
1,5
1,7
Результатыэкспертныхсравненийважности параметровприведены втаблице7.6:
-
Показатели Эксперты Итоговаяоценка Числовоезначение 1 2 3 4 5 6 X1 и X2
X1 и X3
X1 и X4
X1 и X5
X1 и X6
X2 и X3
X2 и X4
X2 и X5
X2 и X6
X3 и X4
X3 и X5
X3 и X6
X4 и X5
X4 и X6
X5 и X6
=
=
>
>
=
>
=
=
=
>
>
>
=
=
>
=
>
>
>
>
=
=
=
=
>
=
>
>
=
>
=
=
=
=
>
>
>
>
>
=
=
=
=
>
>
>
>
=
>
=
>
>
=
>
=
=
0.5
0.5
1.5
0.5
0.5
1
1.5
1.5
1
1.5
1
0.5
0.5
0.5
1
Наоснованиипринятой системысравнениясоставляемквадратнуюматрицу
таблица7.7.Коэфициентучитывающийважность (весомость)каждого показателя
находим поформулам:
(7.9)
(7.10)гдеn –числопоказателей.
Таблица7.7 Результатырасчёта приоритета(относительныхоценок)показателей
-
Показатели 1-йшаг 2-йшаг Х Х1 Х2 Х3 Х4 Х5 Х6 вi
Квi
вi’
К’вi
Х1
Х2
Х3
Х4
Х5
Х6
1
1.5
1.5
0.5
1.5
1.5
0.5
1
1
0.5
0.5
1
0.5
1
1
0.5
1
1.5
1.5
1.5
1.5
1
1.5
1.5
0.5
1.5
1
0.5
1
1
0.5
1
0.5
0.5
1
1
4,5
7,5
6,5
3,5
6,5
7,5
0,125
0,21
0,18
0,1
0,18
0,21
23,75
43,25
36,25
19,72
36,25
43,25
0,12
0,21
0,18
0,1
0,17
0,21
36
1
202,5
1
Относительныеоценки рассчитываютнесколько раз,до тех пор показначения будутзначительноотличатьсяот предыдущих.На втором ипоследующихшагах находимтак:
(7.11)
Подставляемчисловые значения
и 
в формулу (7.6)получим коэфициенткачества:
7.4 Определениецены изделия
Среди разных методовценообразованияна ранних стадияхпроектированияочень распространённыйметод лимитныхцен. При этомопределяетсянижняя и верхняяграница цены.
7.4.1 Нижняяграница ценыизделия
Нижняяграница ценыизделия (
)защищает интересыпроизводителяпродукции ипредвидит, чтоцена должнапокрыть затратыпроизводителя,связанные спроизводствоми реализациейпродукции, иобеспечитуровень рентабельности не ниже за тот,который имеетпредприятиепри производствесвоей основнойпродукции.
,где
оптоваяцена изделия,грн; 
полнаясебестоимостьизделия, 358грн; 
нормативныйуровень рентабельности,%, на опытномзаводе “Генератор”,где будет выпускатьсяпроэктируемоеизделие Рн= 17%; 
налогна дополнительнуюстоимость, %,по состояниюна 1.12.2000г. –20%.Необходимостьвключенияналога надополнительнуюстоимостьвозникает всвязи с тем,что когда будетопределятсяверхняя границацены, а потомдоговорнаяцена, то ценабазового изделияуже составляетэтот налог.
Тогда:
7.4.2 Верхняяграница ценыизделия
Верхняяграница ценыизделия (
)защищает интересыпотребителяи определяетсятой ценой, которуюпотребительготовый заплатитьза продукциюс лучшим потребительскимкачеством.
,где
ценабазового изделияи онасоставляет420грн; 
коэффициенткачества изделияотносительнобазового;
7.4.3 Договорнаяцена
Договорнаяцена может бытьустановленаза договорённостьюмежду производителеми потребителемв интервалемежду нижнейи верхней граничнымиценами.
7.5. Определениеминимальногообъема производства
Потенциальныепотребителии возможныеобъёмы производстваопределяютсяв разделе “Анализрынка”. Ноэкономическиепоказателиопределяютминимальныйобъем производства,из-за котороговыпуск продукциибудет целесообразным.Это зависитот отношения условно-переменных,условно-постоянныхрасходов всоставе себестоимостипродукции идоговорнойцены.
Определениеусловно-переменныхи условно-постоянныхрасходов определяетсяследующимобразом:
Дляпродукцииприборостроительныхпредприятихможно принять,что в составесбестоимостипродукцииусловно-переменныерасходы составляют65-75%, а условно-постоянные– 25-35%. Тогда пригодовой мощностипроизводстваХштук себестоимостьгодового выпускапродукции Срсоставляет
,где
полнаясебестоимостьединицы продукции,грн; 
соответсвенноусловно-переменныеи условно-постоянныерасходы в составесебестоимостипродукции ( 
) 
годоваямощность производствапродукциишт/год 
годовойобьём выпускапродукции,шт/год;
Стоимостьгодовоговыпуска продукции:
принимаемсреднее значение:(501+651)/2=576[грн]Строимграфик, на которомопределим прикаком объемепродукции
выторг от реализациипродукции и её себестоимостьсовпадают (прибыль равнанулю), что отвечаетбезубыточностипроизводства.И определимобъемпродукции 
, при которомбудет достигнутнеобходимыйуровень рентабельности 
(Рисунок7.1).Аналитически
и могут бытьрассчитаныпо формулам:
Годоваяприбыль призапланированномуровне рентабельностисоставит:
8.Мероприятияпо охране труда
Вданном дипломномпроекте требуетсяразработатьпередающееустройствоодноволоконнойоптическойсистемы передачи,рассчитаннойна работу сдлиной волны0.85 мкм, котораяотносится кближнемуинфракрасномудиапазонуизлучения.
Посколькупередающееустройстворассчитанона работу всоставе многоканальныхсистем связина соединительныхлиниях городскойтелефоннойсети, то в главеосвещены вопросыорганизацииохраны трудана предприятиях.
8.1 Лазернаябезопасность
Воздействие лазерногоизлучения наорганы зрения
Основнойэлемент зрительногоаппарата человека- сетчатка глаза- может бытьпоражена лишьизлучениемвидимого ( от0.4 мкм ) и ближнегоИК-диапазонов( до 1.4 мкм ), чтообъясняетсяспектральнымихарактеристикамичеловеческогоглаза. При этомхрусталик иглазное яблоко,действуя какдополнительнаяфокусирующаяоптика, существенноповышают концентрациюэнергии насетчатке, что,в свою очередь,на несколькопорядков понижаетмаксимальнодопустимыйуровень ( МДУ) облучениязрачка.
Технико-гигиеническаяоценка лазерныхизделий
Внашей странена базе проведенныхкомплексныхисследованийи современныхпредставленийо влиянии лазерногоизлучения наорганизм человекаразработани утвержденряд нормативныхдокументов,обеспечивающихбезопаснуюэксплуатациюлазерных изделий.Эти документыустанавливаютединую системуобеспечениялазернойбезопасности.В такую системувходят: техническиесредства сниженияопасных и вредныхпроизводственныхфакторов,организационныемероприятия,контроль условийтруда на лазерныхустановках.В современнойотечественнойнаучно-техническойи нормативнойлитературедано нескольковариантовклассификациилазерных изделий.С позиции обеспечениялазерной безопасностиих классифицируютпо основнымфизико-техническимпараметрами степени опасностигенерируемогоизлучения.
Взависимостиот конструкциилазера и конкретныхусловий егоэксплуатацииобслуживающийего персоналможет бытьподверженвоздействиюопасных и вредныхпроизводственныхфакторов. Уровниопасных и вредныхпроизводственныхфакторов нарабочем местене должны превышатьзначений,установленныхпо электробезопасности,взрывоопасности,шуму, уровнямионизирующегоизлучения,концентрациитоксическихвеществ и др.
Классыопасностилазерногоизлучения
Степеньвоздействиялазерногоизлучения наоператоразависит отфизико-техническиххарактеристиклазера — плотностимощности (энергииизлучения),длины волны,времени облучения,длительностии периодичностиимпульсов,площади облучаемойповерхности.Биологическийэффект лазерногооблучениязависит какот вида воздействияизлучения наткани организма(тепловое,фотохимическое),так и от биологическихи физико-химических особенностейсамих тканейи органов.
Наиболееопасно лазерноеизлучение сдлиной волны:
3801400нм — для сетчаткиглаза,
180380нм и свыше 1400 нм— для переднихсред глаза,
180105нм (т.е. во всемрассматриваемомдиапазоне) —для кожи.
Гигиенистамивыдвинутытребования,в соответствиис которыми, воснову проектирования,разработкии эксплуатациилазерной техникидолжен бытьположен принциписключениявоздействияна человека(кроме лечебныхцелей) лазерногоизлучения, какпрямого, таки зеркальноили диффузноотраженного.
Лазерныеизделия постепени опасностигенерируемогоизлученияподразделяютна 4 класса. Приэтом классопасностилазерногоизделия определяетсяклассом опасностииспользуемогов нем лазера.Классификациюлазеров с точкизрения безопасностипроводитпредприятие-изготовительпутем сравнениявыходныххарактеристикизлучения спредельнодопустимымиуровнями (ПДУ)при однократномвоздействии.Определяяпринадлежностьлазерногоизделия к томуили иному классупо степениопасностилазерногоизлучения,необходимоучитыватьвоздействиепрямого илиотраженноголазерного пучкана глаза и кожучеловека ипространственныехарактеристикилазерногоизлучения (приэтом различаютколлимированноеизлучение, тоесть заключенноев ограниченномтелесном угле,и неколлимированное,то есть рассеянноеили диффузноотраженное).Использованиедополнительныхоптическихсистем не входитв понятие"коллимация",а оговариваетсяотдельно. Лазерныеизделия с точкизрения техникибезопасностиклассифицируютв основном постепени опасностигенерируемогоизлучения.Установленыследующие 4класса лазеров:
1.Полностьюбезопасныелазеры, выходноеизлучениекоторых непредставляетопасности дляглаз и кожичеловека;
2. Лазеры,выходное излучениекоторых представляетопасность приоблучении кожиили глаз человекаколлимированнымпучком. В то жевремя диффузноотраженноеизлучениелазеров этогокласса безопаснокак для кожи,так и для глаз;
3. Лазерныеустройства,работающиев видимой областиспектра и выходноеизлучениекоторых представляетопасность приоблучении какглаз (коллимированными диффузноотраженнымизлучениемна расстояниименее 10 см ототражающейповерхности),так и кожи (толькоколлимированнымпучком);
4. Наиболееопасный — кнему относятлазерные устройства,даже диффузноотраженноеизлучениекоторых представляетопасность дляглаз и кожи нарасстояниименее 10 см.
При определениикласса опасностилазерногоизлученияучитываютсятри спектральныхдиапазона.
Таблица 8.1– Диапазонылазерногоизлучения
| Класс | |||
| опасности | 180380нм | 3801400нм | 1400105 нм |
| лазерного | Диапазон | ||
| излучения | I | II | III |
| 1 | + | + | + |
| 2 | + | + | + |
| 3 | — | + | — |
| 4 | + | + | + |
Гигиеническоенормированиелазерногоизлучения
Длякаждого режимаработы лазераи его спектральногодиапазонарегламентируютпредельнодопустимыйуровень излучения.Нормируемымипараметрамис точки зренияопасностилазерногоизлученияявляются энергияW и мощность Pизлучения,прошедшегоограничивающуюапертуру диаметрамиdа=1.1мм (в спектральныхдиапазонахI и II) и dа=7мм (в диапазонеII); энергетическаяэкспозицияH и облученностьE, усредненныепо ограничивающейапертуре:
H=W/Sa;E=P/Sa ,(3.1)
гдеSa— площадьограничивающейапертуры.
Таблица 8.2- Предельныедозы при однократномвоздействиина глаза коллимированноголазерногоизлучения
Длинаволны ,нм | Длительностьвоздействияt, с | WПДУ,Дж |
380600 | t2.310-11 |  |
2.310-11t510-5 | 810-8 | |
510-5t1 |  | |
600750 | t6.510-11 | |
6.510-11t510-5 | 1.610-7 | |
510-5t1 |  | |
7501000 | t2.510-10 | |
2.510-10t510-5 | 410-7 | |
510-5t1 |  | |
10001400 | t10-9 | |
10-9t510-5 | 10-6 | |
510-5t1 |  |
Примечания:1. Длительностьвоздействияменьше 1 с.
2. Ограничивающаяапертура = 710-3м.
Предельнодопустимыйуровень лазерногоизлученияустанавливаютдля двух условий- однократногои хроническогооблучения. Подхроническимпонимают"систематическиповторяющеесявоздействие,которому подвергаютсялюди, профессиональносвязанные слазерным излучением".
Предельнодопустимыйуровень приэтом определяюткак:
1.Уровни лазерногоизлучения, прикоторых "существуетнезначительнаявероятностьвозникновенияобратимыхотклоненийв организме"человека;
2.Уровни излучения,которые "приработе установленнойпродолжительностив течение всеготрудового стажане приводятк травме (повреждению),заболеваниюили отклонениюв состоянииздоровья каксамого работающего,так и последующихего поколений".
Предельнодопустимыйуровень хроническоговоздействиярассчитываютпутем уменьшенияв 510раз ПДУ однократноговоздействия.
8.2 Требованиябезопасностипри эксплуатации лазерных изделий
Требованияк размещениюлазерных изделий
Размещениелазерных изделийв каждом конкретномслучае производитсяс учётом классаопасностиизделий, условийи режима трудаперсонала,особенностейтехнологическогопроцесса, подводкакоммуникаций.
Требованиядля класса 3Б:
Расстояниемежду лазернымиизделиями должно обеспечиватьбезопасныеусловия трудаи удобствоэксплуатации,ремонта иобслуживания.Рекомендуетсядля класса 3Б:
- Со стороныорганов управления:при однорядномрасположении–1,5м;
- при двухрядном не менее - 2,0 м;
- c другихсторон не менее– 1,0 м;
-траекторияпрохождениялазерного пучкадолжна бытьзаключена воболочку изнесгораемогоматериала илииметь ограждение,снижающие уровень лазерногоизлучения кдопустимомууровню и исключающиепопаданиелазерного пучкана зеркальнуюповерхность.Открытые траекториив зоне возможногонахождениячеловека должнырасполагатьсязначительновыше уровняглаз. Минимальнаявысота траектории2,2 м.
- Рабочееместо должнобыть организованотаким образом,чтобы исключатьвозможностьвоздействияна персоналлазерногоизлучения иличтобы его величинане превышаладопустимыйуровень дляпервого класса;
-рабочее местообслуживающегоперсонала,взаимное расположениевсех элементов(органов управления,средств отображенияинформациии др.) должнаобеспечиватьрациональностьрабочих движенийи максимальноучитыватьэнергетические,скоростные,силовые ипсихофизическиевозможностичеловека.
-Следует предусматриватьналичие местдля размещениясъемных деталей,переноснойизмерительнойаппаратуры,хранения заготовок,готовых изделий.
Классификацияусловий и характератруда
По степенизашиты персоналаот воздействиялазерногоизлученияусловия и характертруда приэксплуатациилазерных изделийнезависимоот класса изделияподразделяются:
А) оптимальные– исключающиевоздействиена персоналлазерногоизлучения;
Б)допустимые– уровень лазерногоизлучения,воздействующегона персонал,меньше предельнодопустимогоуровня.
В)вредные и опасные– уровень лазерногоизлучения,воздействующегона персонал,превышаетпредельнодопустимыйуровень.
Требованиябезопасностипри эксплуатациии обслуживаниилазерных изделий
Выполнениеследующихтребованийбезопасностидолжно обеспечиватьисключениеили максимальноеуменьшениевозможностиоблученияперсоналалазерным излучением,а также воздействияна него другихопасных факторов:
- К ремонту,наладке и испытаниямлазерных изделийдопускаются лица,
имеющиесоответствующуюквалификациюи прошедшие инструктажпо
техникебезопасностив установленномпорядке.
К работе слазернымиизделиями допускаютсялица, достигшиевосем-надцатилет, не имеющиемедицинскихпротивопоказаний,
прошедшиекурс специальногообучения вустановленномпорядке работе
с конкретнымилазернымиизделиями иаттестациюна группу поохране
труда приработе наэлектроустановкахс соответствующимнапряжением.
При эксплуатацииизделий вышекласса 2 должноназначатьсялицо, ответственноеза охрану трудапри их эксплуатации.
Лазерныеизделия, находящиесяв эксплуатации,должны подвергатьсярегулярной профилактическойпроверке. При проведениипрофилактическойпроверки следуетобращать особоевнимание набезотказностьработы всехзащитных устройств,надёжностьзаземления.
8.3 Мероприятияпо производственнойсанитарии
Обоснованиевида пайки
Всвязи с незначительнымобъемом производства(предполагаемыйобъем производствасоставляет100 штук за год),а также учитываяформу и размерыпечатного узла,количестворадио элементовна печатнойплате устройства,при изготовленииданного блокацелесообразноприменятьручную пайку.А для обеспеченияэлектробезопасностинеобходимоприменитьэлектропаяльникмощностью20-40Вт при напряжениипитания 36В.
Всоответствиисо сборочнымчертежомволоконнооптическогопередающегоустройства,пайку печатныхплат нужнопроизводитьприпоем ПОС-61ГОСТ 21931-76. Химическийсостав этогоприпоя приведёнв таблице8.3
Таблица8.3. Химическийсостав низкотемпературныхприпоев
| Марка припоя | Олово | Свинец | Висмут | Примеси |
| ПОС-61 | 60-62% | 37,7 –39,7% | нет | 0,29% |
Пайка в атмосфереобычными припоямипроизводится,обычно, с применениемфлюсов. В качествефлюсов применяютсяканифоль, стеарин,их спиртовыерастворы, атакже флюсысодержащиесолянокислыйгидразин.
Для пайкивыше вышеперечисленныминизкотемпературнымиприпоями применимнаиболеераспространённыйи дешёвыйсмолосодержащийфлюс марки ФКСПпо ОСТ4.ГО.033.000. Составфлюса:
70-60% сосновойканифоли.
30-40% спиртаэтилового.
В качествемоющего средствадля удаленияостатков флюсаприменим
смесьбензина и этиловогоспирта в соотношении1:1.
Опасныеи вредныевоздействия,вызванные
процессамипайки
Потенциальноопасные и вредныепроизводственныефакторы припайке:
Запыленностьи загазованностьвоздуха рабочейзоны;
Наличиеинфракрасныхизлучений;
Неудовлетворительнаяосвещенностьрабочих местили повышеннаяяркость;
Неудовлетворительныеметеорологическиеусловия в рабочейзоне;
Воздействиябрызг и капельрасплавленногоприпоя;
Возможноепоражениеэлектрическимтоком;
Психофизиологическиеперегрузки.
Описаниебиологическогодействия опасныхи вредных веществнаходящихсяв воздухе рабочейзоны
Процессыпайки сопровождаютсязагрязнениемвоздушной средыаэрозолямиприпоя, флюса,парами различныхжидкостей,применяемыхдля флюса, смывкии растворениялаков.
Находясьв запыленнойатмосфере,рабочие подвергаютсявоздействиюпыли и паров.Вредные веществаоседают накожном покрове,попадают наслизистыеоболочки полостирта, глаз, верхнихдыхательныхпутей, заглаты-ваютсяв пищеварительныйтракт, вдыхаютсяв лёгкие.
Особенновредны припайке оловяно-свинцовымиприпоями парысвинца. Свинеци его соединенияядовиты. Частьпоступившегов организмсвинца выводитсяиз него черезкишечник ипочки, а частьзадерживаетсяв костном веществе,мышцах, печени.При неблагоприятныхусловиях свинецначинаетциркулироватьв крови, вызываяявления свинцовогоотравления.Для предотвращенияострых заболеванийи профессиональныхзаболеванийсодержаниесвинца не должнопревышатьпредельнодопустимыхконцентраций.Биологическоедействие ипредельнодопустимыеконцентрациикомпонентоввходящих всостав используемыхприпоев приведеныв табл.8.4.
Применениефлюсов припайке такжеоказываетвредное влияниена организмчеловека. Компонентывходящие всостав флюса,обладаютраздражающим,наркотическимдействием.
Таблица8.4. Биологическоедействие, классопасности иПКД в воздухерабочей зоныисходных компонентоввходящих всостав припоев.
| Компонент | Характертоксичностии действие | Класс опасности | ПКД в воздухе рабочей зоны |
| Олово | Поражениебронхов, вызываетпрофилактивно-креточнуюреакцию в легких.При длительномвоздействиивозможенпневмокониоз. | 3 | 10мг\  |
| Свинец | При отравлениинаблюдаетсяпоражениенервной системы,крови, желудочно-кишечноготракта, сердечно-сосудистойсистемы, половойсистемы, нарушениетечения беременности. | 1 | 0.01мг\ |
| Висмут | Подобнодействию другихметаллов вызываетугнетениеактивностиферментов,оказываетэмбриотропное и гонадотропноедействие. | __ | __ |
Достаточновысокую токсичностьимеют компоненты,входящие всостав флюсаи моющих средств.
Токсическиедействия ипредельнодопустимыеконцентрациидля компонентоввходящих всостав флюсови моющего средстваприведены втаблицах8.4 и 8.6соответственно.
Таблица8.5. Токсичноедействие компонентов,входящих всостав флюсамарки ФКСП.
| Компонент | Токсичностьи характердействия | Класс опасности | ПДК в воздухерабочей зоны,мг\ |
| Канифольсосновая | Обладаетраздражающимдействием.При длительномвоздействиина кожу вызываетдерматит. | __ | __ |
| Спирт этиловый | Обладаетнаркотическими раздражающимдействием.Вызывает измененияпечени, сердечно-сосудистойи нервной системы,сухость кожипри длительномконтакте. | 4 | 1000 |
Таблица8.6. Токсическиесвойства моющихсредств, классопасности иПДК в воздухерабочей зоны.
Компонент | Токсичностьи характердействия | Класс опасности | ПДК в воздухерабочей зоны,мг\ |
Бензин | Обладаетраздражающимдействием икак наркотик…Функциональныенервные расстройства,сопровождаемыемышечнойслабостью,вялостью,сонливостьюили бессонницей.Расстройствапищеварительноготракта, печени,дрожание пальцеви языка, поражениекожи. Характерноразвитие судорог, понижаетсякровяное давление,пульс замедляется. | 4 | 300 (в пересчётена углерод) |
Биологическоедействиеинфракрасногоизлучения наорганизм человека.
По физическойоснове инфракрасноеизлучениепредставляетсобой потокэнергии, обладающийволновыми икорпускулярнымисвойствами.На человекаинфракрасноеизлучениеоказывает восновном тепловоевоздействие.Эффект действияинфракрасныхизлученийзависит отдлинны волныИК излученияи подразделяетсяна три области:А,В,С, (таблица8.7)
Таблица8.7 Областиинфракрасногоизлучения.
ОбластьИК излучения | Длиннаволны, нм |
А | 760…15000 |
| В | 1500…3000 |
| С | 3000…10000 |
Эффект действиязависит отпринадлежностиизлучения кодной из областейинфракрасногоизлучения.Наиболее опаснымявляется излучениеобласти А, т.к.обладает большойпроницаемостьючерез кожу.Действие инфракрасныхлучей при поглощенииих в различныхслоях кожиприводит к еёперегреванию,что обуславливаетпереполнениекровеносныхсосудов кровьюи усилениеобмена веществ.Увеличиваетсясодержаниефосфора и натрияв крови человека,происходитповышениемаксимальногодавлений, повышениетемпературытела, заболеваемостьсередчно-сосудистойсистемы и органовпищеварения.
ОпределениеинтенсивностиИК излучения
И
нтенсивностьоблучения Еот нагретойповерхностиопределяемпо формуле: ,(7.1)
гдеl – расстояниедо источникатепловогоизлучения(принимаемl=100мм);
F– площадь излучающейповерхности(F=300
); А=85для кожи человекаи хлопчатобумажнойткани;
Т– температураизлучающейповерхности,складывающейсяиз температурыплавленияприпоя Тпп=483К, избыточнойтемпературыжала паяльникаТж=70 К, тогда Т=Тпп+ Тж=483 + 70=553 К.
По законуВина находимдлину волныИК излучениятела с температурой553 К.
Д
анноеизлучениеотносится кобласти С. Допустимаяплотностьпотока энергиидля нашегослучая в соответствиис требованиямисоставляет85
.Приходим квыводу, чтоинфракрасноеизлучение небудет оказывать вредногодействия наорганизм человека.Определениеконцентрацииаэрозолейсвинца
в воздухерабочей зоны
Количествоаэрозоля свинца,выделяемоепри пайке ватмосферусоставляет0.02-0.04мг на 100 паек.
Исходнымиданными длярасчета концентрациисвинца припайке является:
N– количестворабочих мест,на которыхведётся пайка;N=4;
Размерыпомещения,5х5х3м,
n– количествопаек в минуту,n=10;
Концентрацияаэрозоля свинцав атмосферепри ручнойпайке определяетсяпо формуле:
y– удельноеобразованиеаэрозоля свинца;y=0.03мг/100паек.
t– длительностьсмены; t=8ч;
V– объёмпомещения,
Тогда:
Концентрациясвинца в воздухерабочей зоныв 7 раз превышаетпредельнодопустимуюконцентрацию,поэтому необходимопредусмотретьместную вентиляцию,расчёт которойприведен далее.
8.4 Требованиек освещениюи расчёт освещённости
При монтажепечатных платуровень освещённостидолжен бытьоптимальным.При излишнеярком освещениивозникаетбыстрое утомлениерабочего, чтоможет привестик потере работоспособностии травмы.
Естественноеосвещениепомещенияосуществляетсябоковым светомчерез световыепроёмы в наружныхстенах иличерез прозрачныечасти стен.
Основнаявеличина длярасчёта освещения(КЕО). Он зависитот широты местности,времени годаи погоды. По нему производитсянормированиеестественногоосвещения.
При одностороннембоковом освещениинормируетсяминимальноезначение КЕОв точке, расположеннойна расстоянии1 метр от наиболееудаленной отсветовых проёмовстены, на пересечениихарактерногоразмера помещенияи условнойрабочей поверхности.
Методикарасчёта изложенав [8].Согласно СНиПІІ-4-79/85нормированноезначение КЕОдля работ высокойточности(объектразличенияот 0.3 до 0.5мм) сосредним контрастомобъекта различенияс фоном и среднимфоном для ІІІ-гопояса
.Дляг.Киев (ІVпояс световогоклимата)КЕО: 
(7.2) ,где
-КЕОдля ІІІ-гопояса;m –коэффициентсветовогоклимата; потаблице 1.2 из[8]находим m=0.9
c-коэффициентсолнечностиклимата потабл. 1.3. [8],для световыхпроёмов ориентированныхпо азимуту70град. коэффициентс=0.8
(7.3) Фактичесокезначение КЕО для боковогоовещения расчитываемпо формуле:
(7.4), где 
-геометрическиеКЕО в расчётнойточке при боковомосвещении,учитывающие прямой светнеба и светотражённыйот противостоящегоздания соответсвенно;n1,n1`,n2,n2`-количестволучей по графикамІ и ІІ[8] проходящимот неба и противостоящегоздания в расчётнуюточку на поперечномразрезе и планепомещения;
(7.5)
(7.6)q–коэффициент,учитывающийнеравномернуюяркость облачного неба из таблицы2.4. [8] дляугловой высотысередины световогопроёма надрабочей поверхностью(рис.8.1);
R– коэффициентучитывающийотносительнуюяркость противосто-ящегоздания, дляздания из кирпичас учётом индексовпротивостоящегоздания в планеZ1и в разрезеZ2.
; 
; (7.7) 
-соответственнодлинна и высотапротивостоящегоздания ; 
-расстояниеот расчётнойточки в помещениидо внешнейповерхностинаружной стеныздания;р–расстояниемежду рассматриваемымизданиями;
а –ширинаокна в плане;
r1-коэффициентучитывающийувеличениеКЕО при боковомосвещении из-заотражения отповерхностейпомещения иподстилающегослоя. Зависитот отношенияглубины Вк высоте верхаокна до уровнярабочей поверхностиh1,отношения lк В, иотношениядлинны помещениядлинны помещения
к его глубинеВ,средневзвешенногокоэфициентаотраженияповерхностейпомещения 
: 
(7.8) 
-коэффициентыотражениясоответственнопотолка, стен,пола из таблицы1.7 [8] 
- площадисоответсвеннопотолка, полаи стен; 
- общийкоэффициентсветопропускания; 
(7.9) 
- коэффициентсветопропусканияматериалаостекления,берётся изтаблицы 1.8 [8]для двойногооконного листовогостекла; 
- коэффициентучитываующийпотери в переплётахсветопроёмаиз таблицы 1.9.[8] 
- коэффициентзапаса, определяемыйпо таблице 1.12 [8].Значенияпараметровопределяемыепо таблицам[8], а такжепо плануи разрезу помещения, результатыпромежуточныхвычисленийсведены в таб.8.7 подставляячисленныезначения находим:
Таюлица8.7 Исходныеданные и значениякоэффициентовнеобходиыхдля расчётаКЕО.
| Исходныеданные коэффициенты | Значение | Исходные данныекоэффициенты | Значение |
| n1 n1` n2 n2`   q   p a h1` h1 B  Z1 Z2
 | 4 1 31 19 1.24 0.19 14 0.64 30м 10м 4,25м 40м 3,6м 2,8м 2,1м 5м 5м 0,8 0,27 0,7 |
      B/h1         R | 0,7 0,1 25 49 25 0,55 2,4 0,8 1 2,5 0,8 0,7 1 1 1 0,56 1,5 0,25 |
, 
В результатеполучаем:
РасчитанныйКЕО в 2 раза меньшенормированного.Следовательнорабочие местаследует располагатьближе к окнампомещения, такчтобы они находилисьв зоне, в пределахкоторой фактичесокезначение КЕОбольше илиравно нормированному,либо нужноприменитьсовмещённоеосвещение присоответсвующейему норме КЕО
при этом поформуле(7.2) определяем: 
При этомнормы СНиПІІ-4-79/85будут выполнятсяв пределахвсего помещения.
Произведёмпроверочныйрасчёт искусственного освещения пометодике изложенной в [9].На рисунке8.2 Представленасхема для определенияусловий примененияметодов расчёта. При рядах небольшойпротяжённости(ln/n
(7.10)N– количествосветильниковв помещении;
n– количестволамп в светильнике;
- Световойпоток лампы,лм; 
- коэффициентучитывающийувеличениеосвещённости;
-относительнаяосвещённостьв расчётнойточке, создаваемаяi-мполурядомсветильников.
- коэффициентзапаса;h– высота подвесовсветильника;
lp– длиннаряда светильников;
Высотаподвеса светильников h=3-0.3-0.8=3м
Длиннаряда светильниковlp=3.4м
Для ламптипа ЛБ40, применяемыхдля освещенияданного помещения,световой потокпо таблице1.1.[9]
=3120лмИмеем n=4,N=4, =1.5, =1.2,m=2
Дляопределениятабличногозначения функции
находим отношение p` и l` :
p`=p/n , p– расстояниеот расчётнойточки до проекцииряда светильниковна горизонтальнуюплоскость.
l`=l2/n, l2– расстояниедо расчётнойточки от стены.
p`=1/4=0.25 l`=2.5/4=0.62
Для угла=25под которымпадает светУ=162лм.По табл.1.10 [9]по У,для светильников9-й группы определяемf(p`,l`)=0.55
Тогда =f(p`,l`) У=0.55*162=89
Поставляячисленныезначения вформулу (7.10), получаем:
По таблицеП1 [9] определяемзначениенормированнойосвещённости.Для работ высокойточности (объектразличенияот 0.3 до 0.5 мм) сосредним контрастомобъекта различенияс фоном присреднем фоненаходим Ен=400лк.
Так как рассчитанноефактическоезначение освещенностибольше нормированного,делаем выводо пригодностисистемы освещенияв помещении.
8.5 Мероприятияпо улучшениюусловий труда
8.5.1Расчётместного отсоса
Посколькуконцентрацияаэрозоля свинцав воздухе превышаетпредельнодопустимуюнорму, то необходимоприменитьместную вентиляцию.
Вентиляционнаяустановкавключаетсядо начала работыи выключаетсяпосле её окончания.Работа вентиляционныхустановокконтролируетсяс помощью световойсигнализации.
Разводкавентиляционнойсети и конструкцияместных отсосовобеспечиваетвозможностьрегулярнойочистки воздуховодов.
Электропаяльникв рабочем состояниинаходится взоне действиявытяжной вентиляции.
Метеорологическиеусловия нарабочих местахдолжны соответствоватьГОСТ 12.1 005-88.
Местнаявентиляцияпри пайке являетсянаиболее эффективными экономическимсредствомобеспечениясанитарно-гигиеническихпараметроввоздушной средыв рабочей зоне.Широкое применениепри пайке имеетместная вытяжнаявентиляция, которая условноразделяетсяна местныеотсосы открытогои закрытоготипа.
В данномслучае, дляулавливаниявыделяющихсяпри пайке вредныхпаров используемместный отсосв виде прямоугольногоотверстия(рис.8.3)
Определяемколичествоотсасываемоговоздуха [11]:
(7.12)S –площадьвысасывающегоотверстия,
;Е –большая сторонаотверстия, м;
Х –расстояние от плоскостивсасывающегоотверстия дозоны пайки;
- скоростьвоздуха в зонепайки.Задаёмся =0.6 
Величины Е и Хвыбираем всоответствиисо сборочнымчертежомволоконнооптическогопередатчикакак наибольшуюи меньшую сторонысоответствующегоблока. Габаритыблока одноволоконногооптическогопередатчика304,5 х101мм. ПринимаемЕ=0.31м, аХ=0.11м.Определимоптимальныйразмер наименьшейстороны всасывающегоотверстия [11]:
(7.13)Площадьвсасывающегоотверстия:
По формуле(7.12) определяем количествоотсасываемоговоздуха:
Определимдопустимуюконцентрациюпыли в удаляемомвоздухе. Таккак для всехрабочих местпомещения общееколичествоотсасываемоговоздуха:
то в соответствиис [11]
(7.14), гдеК –коэффициентзависящий отПДК пыли в воздухерабочей зоны(для аэрозолясвинца К=0.3);
L– объём удаляемоговоздуха, тыс.
;
(7.15)y– удельноеобразованиесвинца
;y=0.03;n– количествопаек в минуту,n=10;
N– количестворабочих мест.
Так как
>> 
,то в примененииспециальныхмероприятийпо охране окружающейсреды нетнеобходимости.8.6 Мероприятияпо пожарнойбезопасности
Некоторыевещества иматериалы,применяемыена участкемонтажа пожаровзрывоопасны.Эти вещества,некоторые иххарактеристикии средствапожаротушенияприведены втаблице8.8.
Для тогочтобы определитькатегориюпомещения повзрывопожарнойи пожарнойопасности всоответствиис ОНТП 24-86, необходиморассчитатьизбыточноедавление взрывав помещении.Избыточноедавление взрываопределим поформуле [8]:
Таблица8.8 Пожаровзрывоопасныевещества применяемыепри производствепечатного узла
-
Наименованиевещества
Температуравоспламенения Температурасамовоспламе-нения Пределывзрываемости Средствапожаротушения Нижний Верхний Канифоль - 850
12,6
- Химическаяи воздушно-механическаяпена, распыленнаявода Спиртэтиловыйбензиновый 18
104
3,6%; 68
19%;
340
Химическаяпена, вода,инертные газы бензины 17-44
255-474
0,76-1,1% 5,16-8,12% Пена,водяной пар,инертные газы
Стекло-текстолит - - - - Вода,химическаяпена
(7.16), где 
- максимальноедавление взрывастехиометрическойгазо-воздушнойили паро-воздушнойсмеси в замкнутомобъёме ( =750кПА); 
- начальноедавление, =101кПа;m – массагорючего вещества,кг;
Z– площадь испарения,
; 
- Свободныйобъём помещения; 
- плотностьгаза и пара ( 
)Сст– стехиометрическаяконцентрациягорючего газаили
паров ЛВЖ,%;
Ки - коэффициентучитывающийнегерметичностьпомещения инедиабатностьпроцесса горения, Ки=3;
Свободныйобъём помещенияопределяемпо формуле:
(7.17)Стехиометрическаяконцентрацияпопределяетсяпо формуле:
- стехиометрическийкоэффициенткислорода вреакции горения.
- числоатомов С, Н, Ои галоидов вмолекуле горючего;Расчитываем
по вышеуказаннойметодике принимая 
Ежедневнона участкемонтажа расходуется0.3л спирта; расчётпроизведёндля самогонеблагоприятногослучая; всесодержимоепоступает впомещение (для0.3л легко воспламеняющейсяжидкости площадь
разлива0.3
);Массу паровжидкости определимпо формуле:
- интенсивностьиспарения, 
; 
- площадьиспареня, ; 
- длительностьиспарения ( 
)Интенсивностьиспаренияопределим так:
(7.18) 
- коэффициентвыбираемыйиз [8] взависимостиот скоростии температурынад поверхностьюжидкости ( 
); 
- молекулярнаямасса ( 
); 
- давлениенасыщенностипара 
( 
);Из справочныхданных для
:
Тогда:
, 
,
, 
,
В результатерасчёта делаемвывод о принадлежностипомещения ккатегории Впожароопасное(табл 10 [11]).Посколькув помещениивзрывчатыесмеси горючихгазов и паровс воздухом необразуется,а образуютсяони только врезультатеаварии илинеисправности,то помещениеможно отнестик классу В-lбвзрывоопасныхзон [11].
Основнымипричинамивозникновенияпожара являются:
-Нарушениеустановленныхправил пожарнойбезопасностии неосторожноеобращение согнём;
-неисправностьи перегрузкаэлектрическихустройств(короткое замыкание);
-неисправностьвентиляционнойсистемы, вызывающаясамовозгоранияили взрыв пыли;
-халатноеи неосторожноеобращение согнём;
-самовоспламенениехлопчатобумажнойткани пропитанноймаслом, бензиномили спиртом;
-статическоеэлектричество,образующеесяот трения пылиили газов ввентиляционныхустановках;
-грозовыеразряды приотсутствииили неисправностимолниеотводов.
В помещениях,где производитсямонтаж печатныхплат предусматриваемэлектрическуюпожарную сигнализацию(пять извещателейтипа ПОСТ-1), котораяслужит длябыстрого извещенияслужбы пожаротушенияо возникновениипожара.
Количестворазмещённыхогнетушителейв рабочем помещениисоответствуеттребованиямISO 3941-77.
В рабочемпомещениивыполненывсе требованияпо пожарнойбезопасности в соответствиис требованиямиНАПБ А.01.001-95 «Правилпожежної безпекив Україні».
Вход в помещение,проходы междустолами и коридорыне разрешаетсязагромождатьразличнымипредметамии оборудованием.Для хранениявсех веществи материаловпредусматриваемспециальныешкафы и ёмкости.
С рабочимии обслуживающимперсоналомпредусматриваемпроведениепротивопожарногоинструктажа,занятий и бесед.
8.7 Мероприятияпо молниезащитездания
Зданиепо молниезащитеможно отнестик категории2, какздание помещенияв которых относятсяк классу В-1б.
Ожидаемоечисло поражениймолнией в годзданий и сооруженийвысотой неболее 60м, необорудованныхмолниезащитой,определяютпо формуле[12]:
(7.19), гдеS–шириназащищаемогоздания, м;
h–высотаздания по его боковым сторонам,м;
L– длинназащищаемогоздания, м;
n– среднеечисло поражениймолнией на1кв.км. земнойпов. за год;
В нашемслучае имеем S=20м;L=150м;h=20m; n=9;(так какгодовая продолжительностьгроз для Киева– 60-80часов, чтосоответствует9-ти поражениямна 1кв.км. за год)
Согласнотаблице 2 [12]тип защиты– зона Б, таккак зданиеотносится ккатегории 2, аожидаемое числопоражениймолнией в годN.
Здание должнобыть защищеноот прямых ударовмолнии электростатическойи электромагнитнойиндукции изаноса высокихпотенциаловчерез наземныеи подземныеметаллическиекоммуникации.Используютсясетчатыемолниеотводы.Защита зданийот электростатическойиндукцииобеспечиваетсяприсоединениемвсего оборудованияи аппаратов,находящихсяв здании к защитномузаземлениюоборудования.
9.Литература
Брискер А.С.,Гусев Ю.М., ИльинВ.В. и другие.Спектральноеуплотнениеволоконнооптическихлиний ГТС.Электросвязь,1990, №1, с41-42.
Брискер А.С.,Быстров В.В.,Ильин В.В.. Способыувеличенияпропускнойспособностиволоконнооптическихлиний ГТС.Электросвязь,1991, №4, с28-29.
М.М. Бутусов,С.М. Верник, С.Л.Балкин и другие.Волоконнооптическиесистемы передачи.-М.: Радио и связь,1992 –416с.
МигулинИ.М., ЧаповксийМ.З. Усилительныеустройствана транзисторах.–К.: Техника,1974.
Методичнівказівки додипломногопроєктуваннядля студентівспеціальності“Радіотехніка”К: КПІ, 1993.
Методическиеуказания ккурсовомупроектированиюустройстврадиоприёмаи обработкисигналов подисциплине«Радиотехническиеустройства»,для студентовспециальности«Радиотехника».К: КПИ, 1992.
Методическиеуказания квыполнениюконтрольныхработ по курсу:«Охрана трудаи окружающейсреды». КПИ,1990г.
Методическиеуказания повыполнениюрасчёта естественногоосвещения вдипломныхпроектах сприменениемЭВМ. КПИ, 1987г.
Методическиеуказания квыполнениюрасчёта искусственногоосвещения вдипломныхпроектах сприменениемЭВМ. КПИ, 1989г.
Шапиро Д.Н.Расчёт каскадовтранзисторныхрадиоприёмников– Л.: Энергия,1968г.
Методическиеуказания квыполнениюдомашних заданийпо разделу«Мероприятияпо охране трудапри пайке», КПИ, 1984г.
Методическиеуказания помолниезащитепромышленныхобъектов, КПИ,1985г.
Лазернаябезопасность.Общие требованиябезопасностипри разработкеи эксплуатациилазерныхизделий.-М.:Издательствостандартов,1995
Полупроводниковыеприборы.Транзисторы.Группа 6341. РД11.0799.2.-91.Сборник справочныхлистов –РНИИ№ «Электростандарт».1992г.
Микросхемыинтегральные.Том 2. РД11.0488.2-88.Сборник справочныхлистов –РНИИ№ «Электростандарт».1989г.
К.К. Александров,Е.Г. Кузьмина.Электротехническиечертежи и схемы.М: Энергоатомиздат1990.
Практическоепособие поучебномуконструированиюРЭА. Под редакциейК.Б. Круковского,Ю.Л. Мазора.–К.Высш.шк.,1992г.
95
От Автора.
Темадипломногопроекта:«Передающееустройствоодноволоконнойоптическойсети». Сдавалсяв Киевскомполитехническоминституте (КПИ)на Радиотехническом ф-те в феврале2001г. Сдан на «отлично»,хотя любойдругой егоможет сдать на 3 балла, есливообще «бестолочь».Вообще-то оценказависит на 90%от ващего доклада!Т.е. как вы комиссиисвой диломизложите, какна вопросыбудете отвечать- так и оценкупоставят.
Дипломимеет достаточносовременнуюи актуальнуютему, котораяподходит практическидля любого вузаили техн. училищаПО СПЕЦИАЛЬНОСТИРАДИОТЕХНИКА,СВЯЗЬ, и томуподобные.
Данныйдиплом в полномварианте(!!!) т.е.уже практическив чистовомвиде. Выпоненполный расчётпринципиальнойсхемы передатчикаи расчёт источникапитания. Есливы хотите переделатьего под себя– вам остаётсятолько внимательноего прочитатьи изменитьнекоторыеназвания городови ГОСТов. Например в разделе“ Мероприятияпо Охране Труда”есть такаяфраза: “Врабочем помещениивыполненывсе требованияпо пожарнойбезопасности в соответствиис требованиямиНАПБ А.01.001-95 «Правилпожежної безпекив Україні».И вы должнынаписать типтребованийкоторый действуету вас в Россиинапример. А всёостальное впринципе остаётсябез изменений.
К дипломупрелагается7 чертежей форматаА1:
Сборочныйчертёж передающегоустройства.
Сборочныйчертёж источникапитания.
Платапечатная передающегоустройства(две сторонына 1-м чертеже).
Платапечатная источникапитания (двестороны на 1-мчертеже).
Схемаэлектрическаяпринципиальная.
Схемаэлектрическаяструктурная.
Схемаэлектрическаяфункциональная.
Нок сожалениюя эти чертежирисовал в ручную,а не в какой-тографическойпрограмме(дорого былараспечаткаА1 формата и ярешил рисоватьручками). Но уменя осталисьОчень качественныексерокопиивсех чертежейв масштабе 1:1.Так, что есликому-нить надо– милости просим.Обращайтесьи я обязательнопомогу вам ихприслать(еслиуж кому-то сильноприпечёт). Унас напримерв группе 2 человекаотчислили из-затого, что вовремяне было всёготово.
Еще,в 4-м разделе(Расчётэлектрическойпринципиальнойсхемы) отсутствуютрисунки:4.1, 4.4, 4.5, 4.8, 4.9, 4.10. Я этирисунки простовклеивал настраницы диплома. У меня осталиськачественныексерокопии.Мой товарищиз Институтасвязи взял мойдиплом в качестве«козы» . Он мнепоклялся всеэти рисункинарисоватьв электронномвиде, а так жевсе чертежиА1 формата. Так,то к тому времени,пока кому-нитьпонадобитсямой диплом, яуверен у менявсе рисункии чертежи будутв электронномвиде. И вам останетсятолько поставитьих на свои местаи распечатать(Кому не по карману– рисуйте руками).Я думаю, чтомой диплом ещене раз спасётдушу ленивогостудента. Аможет и не ленивого,а работящего,у которого нетвремени заниматьсяерундой, а кормитьсемью все такинадо. Найтименя можно поадресам:rostik61@ukrpost.net,rostik61@rtf-15.ntu-kpi.kiev.ua,rostik61@mail.ru или потелефону(044)476-27-18. Ростислав.
Удачи вамна этом поприще…
Приложение
