Các bài thí nghiệm thông tin quang (Phần 1)

nhất (không đơn sắc) sẽ chứa các b−ớc sóng khác nhau. - Băng thông (phổ tần) của Led đ−ợc đặc tr−ng bởi Độ rộng toàn phần nửa cực đại (FWHM- Full width half maximum), hoặc bởi nửa giá trị đó đ−ợc gọi là phổ nửa độ rộng ∆λ1/2 - Phổ băng thông hoặc nửa băng thông đ−ợc xác định tại các điểm nửa công suất. - B−ớc sóng đỉnh của Led hồng ngoại trong bảng mạch là 940 nm. Sử dụng Unit Help để tìm phổ nửa băng thông (∆λ1/2) từ các dữ liệu đã cho của nhà sản xuất. 2. Phổ băng thông của Led hồng ngoại IRED là bao nhiêu? a. 25nm b. 50nm c. 100nm 3. Bộ phát FOT trên bảng mạch có b−ớc sóng đỉnh là 820 nm, độ rộng phổ là 45nm , Hai b−ớc sóng nào có công suất ra bằng nửa công suất ra đỉnh? a. 45 và 90 nm c. 797.5 và 842.5 nm b. 333 và 666 nm d. 775 và 865 nm Công suất - Công suất quang đầu ra phụ thuộc vào công suất điện đầu vào và hiệu suất của nguồn quang. 110 - Công suất quang đầu ra của nguồn quang ảnh h−ởng đến chiều dài cực đại của hệ thống quang sợi. Công suất ra của nguồn quang càng lớn cho phép khoảng cách truyền càng xa. Tốc độ - Tốc độ nguồn quang ảnh h−ởng đến băng thông của hệ thống quang sợi. Băng thông yêu cầu càng cao thì tốc độ tắt/mở của nguồn quang cũng cần phải càng nhanh hơn. Tốc độ của nguồn quang đ−ợc cho tr−ớc bởi nhà sản xuất trong các tham số thời gian quá độ (tr). Bằng phép tính gần đúng t−ơng đ−ơng sau có thể tìm băng thông: BWmax = 0.35/ tr 4. Led trong bảng mạch có thời gian qua độ 3ns. Hỏi băng thông cực đại gần đúng của phần phát (FOT) là bao nhiêu? a. Khoảng 1GHz b. 117MHz c. 12MHz d. khoảng 1MHz Định h−ớng - Kiểu đi của ánh sáng từ nguồn đến đích ảnh h−ởng đến tổng công suất có thể đ−a vào và truyền trong sợi quang. Góc của chùm, độ rộng của chùm tia sáng cần phải đ−ợc làm rõ để có thể xác định công suất bức xạ thực tế vào trong lòng sợi quang và đ−ợc truyền đi thực sự qua sợi quang. 111 - Một phần ánh sáng có thể không đ−a đ−ợc vào trong sợi quang và không đ−ợc truyền qua sợi quang vì chùm tia rộng hơn góc nhận của sợi quang. Điều kiện này đ−ợc coi là lệch khẩu độ số, kết quả gây ra suy hao công suất LOSSNA - Thêm vào đó một phần ánh sáng có thể không đ−a đ−ợc vào trong sợi quang và không đ−ợc truyền qua sợi quang còn vì độ rộng của chùm tia lớn hơn kích th−ớc vùng lõi của sợi quang, gây ra bức xạ ngoài vùng LOSSUI Các b−ớc Thực hành: Tr−ớc tiên xác định công suất vào của các nguồn quang trên bảng mạch: 1. Dùng đồng hồ vạn năng đo điện áp rơi trên trở R39: VR39 = Vdc 2. Xác định dòng qua trở R39: IR39 = mA 3. Dùng đồng hồ vạn năng đo điện áp rơi trên trở R40: VR40 = Vdc 4. Xác định dòng qua trở R40: IR40 = mA 5. Dùng đồng hồ vạn năng đo điện áp rơi trên trở R41: VR41 = Vdc 112 6. Xác định dòng qua trở R41: IR41 = mA Khi đo các điện áp rơi trên mỗi Led hãy nối que đo âm đồng hồ với đất (GND), que d−ơng của đồng hồ đo tại đầu d−ới của điện trở t−ơng ứng với Led đó 7. Đo điện áp rơi trên Led đỏ (RED) tại trở R39: Vf(RED) = Vdc 8. Xác định công suất vào của Led đỏ (RED): Pi(RED) = If(RED) x Vf(RED) = mW 9. Đo điện áp rơi trên Led xanh (GREEN) tại trở R40: Vf(GREEN) = Vdc 10. Xác định công suất vào của Led xanh (GREEN): Pi(GREEN) = If(GREEN) x Vf(GREEN) = mW 113 11. Đo điện áp rơi trên Led hồng ngoại (IRED) tại trở R41: Vf(IRED) = Vdc 12. Xác định công suất vào của Led hồng ngoại (IRED): Pi(IRED) = If(IRED) x Vf(IRED) = mW 13. So sánh công suất điện đầu vào của 3 Led trên. 14. Bạn có nhận xét gì về 3 Led này? a. Chúng có công suất vào t−ơng đ−ơng khác nhau. b. Chúng có cùng công suất vào. Tiếp theo chúng ta cùng xác định công suất ra t−ơng ứng của từng Led: 15. Dùng cáp sợi quang thủy tinh 1m (Ký hiệu “62.5/125”) để nối Led đỏ (RED) trên khối LIGHT EMITTING DIODES với phototransistor: 16. Trên khối PHOTO TRANSISTOR đặt cầu nối RANGE về vị trí LO. 17. Nối đồng hồ đo với điểm kiểm tra EMITTER và đặt chế độ đo mVdc. Que âm của đồng hồ nối đất (GND) 18. Đo điện áp Emitter của phototransistor: V(RED) = mVdc 114 19. Trên khối LIGHT EMITTING DIODES, chuyển đầu sợi quang từ Led đỏ (RED) sang Led xanh (GREEN). 20. Đo điện áp Emitter của phototransistor : V(GREEN) = mVdc 21. Đặt đồng hồ đo về thang đo Vdc. Chuyển đầu sợi quang từ Led xanh (GREEN) sang Led hồng ngoại (IRED) trên khối LIGHT EMITTING DIODES. 22. Đo điện áp Emitter của phototransistor : V(IRED) = mVdc Các gía trị tham khảo V(RED)= 112 mV V(GREEN) = 17 mV V(IRED)= 2 200 mV Các giá trị tham khảo cho trong bảng trên đây để định h−ớng cho các phép đo trong các mục này và các mục tiếp sau. Tuy nhiên, trong tính toán hãy sử dụng các kết quả đo đ−ợc thực tế trong các b−ớc tiến hành thí nghiệm. 23. Tháo bỏ các kết nối trên khối PHOTOTRANSISTOR. Đặc tính của phần tử cảm quang (phototransistor) không đồng nhất trên tất cả các b−ớc sóng. Vì thế bạn cần điều chỉnh lại kết quả đo của bạn đối với từng loại Led. B−ớc sóng đỉnh đặc tr−ng của từng loại Led trong bảng mạch là : λRED= 635 nm λGREEN= 565 nm λIRED= 940 nm 24. Chỉnh lại kết quả đo đối với led đỏ (RED): VC(RED)= V(RED) %50 %100 = V(RED) x 2= mV 25. Chỉnh lại kết quả đo đối với led xanh (GREEN): VC(GREEN)= V(GREEN) %30 %100 = mV 26. Chỉnh lại kết quả đo đối với led hồng ngoại (IRED): VC(IRED)= V(IRED) %85 %100 = mV 115 VC(RED)=224.0 mV VC(GREEN)=56.7 mV VC(IRED)= 2588mV Do có góc chùm rộng hơn nên các Led xanh và led đỏ còn bị suy hao công suất 50% (t−ơng đ−ơng –3dB) do lệch khẩu độ số. Vì thế, cần bù lại suy hao đó cho các led xanh và led đỏ bằng cách nhân đôi các kết quả vừa tìm đ−ợc. V’C(RED)= VC(RED)x2 = mV V’C(GREEN)= VC(GREEN)x2= mV Đối với Led hồng ngoại, do góc chùm của nó nhỏ hơn góc nhận của sợi quang nên không có suy hao khẩu độ số. Cũng không có suy hao do lệch vùng lõi đối với cả 3 Led vì vậy không cần chỉnh kết quả theo h−ớng này. Nh− vậy: V’C(RED)=448.0 mV V’C(GREEN)=113.3 mV V’C(IRED)= 2588mV Các giá trị điện áp này chỉ ra các mức công suất quang đầu ra t−ơng ứng của từng Led. Tr−ớc đây bạn đã thấy rằng công suất vào của các led là nh− nhau. 27. Công suất ra của các Led có giống nhau không? a. Giống nhau b. Không giống nhau Tỷ lệ giữa công suất ra và công suất vào của từng led tùy thuộc vào vật liệu bán dẫn đã đ−ợc sử dụng để tạo ra tiếp giáp PN. Sự khác nhau của các vật liệu đ−ợc dùng để phát ra ánh sáng có b−ớc sóng khác nhau. Ví dụ, Led hồng ngoại trong khối LIGHT EMITTING DIODES phát ra ánh sáng với b−ớc sóng khoảng 940nm, tiếp giáp PN của nó đ−ợc tạo từ Gallium Arsenide (GaAs) và có hiệu suất bức xạ vào khoảng 15%. Bạn cũng cần nhận thấy rằng trên bảng mạch, các loại Led khác nhau có thể có các hiệu suất bức xạ rất khác nhau V’C(RED)=448.0 mV V’C(GREEN)=113.3 mV V’C(IRED)= 2588mV Tiếp theo bạn sẽ so sánh các tỷ số các giá trị đã hiệu chỉnh (t−ơng ứng các công suất đầu ra) với các tỷ số của mỗi kiểu c−ờng độ bức xạ đ−ợc đ−a ra trong tài liệu của nhà sản xuất Led 28. Dùng các giá trị đã hiệu chỉnh xác định tỷ số công suất của Led đỏ với công suất của Led hồng ngoại theo dB PRRED/IRED= 10 lg(V’C(RED)/ V’C(IRED)) = -7.61 dB 29. Dùng các giá trị đã hiệu chỉnh xác định tỷ số công suất của Led xanh với công suất của Led hồng ngoại theo dB PRGREEN/IRED= 10 lg(V’C(GREEN)/ V’C(IRED)) = -14 dB 116 C−ờng độ phát sáng thông th−ờng (Ivtyp) của Led đỏ (RED) và Led xanh đ−ợc cho bởi nhà sản xuất là 45 mcd (milicandelas). Giá trị 45 mcd này là c−ờng độ phổ biến khi dòng đi qua là 20 mA. 30. Sử dụng đ−ờng cong đã cho, tìm c−ờng độ phát sáng hiệu chỉnh (Iv) đối với Led đỏ (RED). Dòng điều khiển Led trên bảng mạch IfRED= 17.2 mA, Typ RED =80%. IvRED= IvTyp x Typ RED= 45 mcd x 0.8 = 36mcd 31. Sử dụng đ−ờng cong đã cho, tìm c−ờng độ phát sáng hiệu chỉnh (Iv) đối với Led xanh (GREEN). Dòng điều khiển Led trên bảng mạch IfGREEN= 15.6 mA, Typ GREEN =75%. IvGREEN= IvTyp x Typ GREEN = 45 mcd x 0.75 = 34mcd Led hồng ngoại trên bảng mạch có c−ờng độ tỏa sáng (bức xạ) Ie(typ) là 36 mW/sr (miliwatt per steradian) C−ờng độ tỏa sáng – Radiant intensity- Ie là một tham số vô tuyến. Tuy thế, công suất ra của hai Led ánh sáng nhìn thấy trên bảng mạch đ−ợc chỉ ra cùng các tham số quang, c−ờng độ phát sáng Iv. Để chuyển đổi c−ờng độ phát sáng sang c−ờng độ tỏa sáng sử dụng công thức : Ie = Iv/ηv Cần phải sử dụng hiệu quả phát sáng thông dụng v(typ) cho bởi nhà sản xuất của các Led ánh sáng nhìn thấy (v – visible) v(RED)= 145 lumens/watt v(GREEN)= 595 lumens/watt ηv(RED)= 145 lm/watt ηv(GREEN)= 595 lm/watt Dòng điểu khiển mA 5 10 15 20 25 30 0.5 1.5 1.0 2.0 C−ờng độ phát sáng t−ơng đối chuẩn hóa tại 20 mA C −ờ ng đ ộ Typ RED=80% Typ GREEN=75% 117 32. Led nào trong hai Led ánh sáng nhìn thấy (đỏ và xanh) có c−ờng độ bức xạ Ie cao hơn đối với cùng công suất điện đầu vào? Sử dụng công thức Ie = Iv/ηv Iv(RED)= 36 mcd ηv(RED)= 145 lm/watt Iv(GREEN)=34 mcd ηv(GREEN)= 595 lm/watt a. Led đỏ (RED) b. Led xanh (GREEN) 33. Xác định c−ờng độ bức xạ của Led đỏ trên bảng mạch: Cho: Iv(RED)= 36 mcd ηv(RED)= 145 lm/watt Iv(GREEN)=34 mcd ηv(GREEN)= 595 lm/watt Tính: Ie(RED) = Iv(RED)/ηv(RED) = 36 /145 = 248 àW/sr 34. Xác định c−ờng độ bức xạ của Led xanh trên bảng mạch: Cho: Iv(RED)= 36 mcd ηv(RED)= 145 lm/watt Iv(GREEN)=34 mcd ηv(GREEN)= 595 lm/watt Tính: Ie(GREEN) = Iv(GREEN)/ηv(GREEN) = 34 /595 = 57 àW/sr C−ờng độ bức xạ của các Led trên bảng mạch là Ie(RED) =248 àW/sr, Ie(GREEN) =57 àW/sr và Ie(IRED) = 3600 àW/sr. 35. Sử dụng các giá trị −ớc tính của công suất ra hãy xác định tỷ lệ công suất của Led đỏ với Led hồng ngoại tính theo dB: PR RED/IRED = 10 lg (Ie(RED)/Ie(IRED)) = 10 lg (248/3600) = -11.6 dB 36. Sử dụng các giá trị −ớc tính của công suất ra hãy xác định tỷ lệ công suất của Led xanh với Led hồng ngoại tính theo dB: PR GREEN/IRED = 10 lg (Ie(GREEN)/Ie(IRED)) = 10 lg (57/3600) = -17.9 dB 37. Trong mục 28 và 29 chúng ta cũng nhận đ−ợc các tỷ lệ PR RED/IRED và PR GREEN/IRED bằng thực nghiệm, hãy so sánh chúng với các giá trị −ớc tính tìm thấy trong các mục 35 và 36. Xem phần trợ giúp UNIT HELP, bằng cách so sánh c−ờng độ tối thiểu cho bởi nhà sản xuất và tham số c−ờng độ thông dụngđối với từng Led, bạn sẽ thấy đ−ợc khoảng dung sai cho phép đối với các kết quả của bạn. 38. Các tỷ số công suất nhận đ−ợc theo hai cách trên có giống nhau không?. a. Có b. Không 118 Tóm l−ợc: ƒ Một nguồn quang chuyển hóa điện năng thành quang năng. ƒ Công suất ra của nguồn quang đ−ợc tạo ra từ công suất điện đầu vào biểu thị hiệu suất bức xạ của nguồn quang. ƒ Nguồn quang b−ớc sóng khác nhau có thể có các hiệu suất bức xạ khác nhau ƒ Đối với cùng công suất đầu vào, công suất quang đầu ra của các nguồn quang có thể rất khác nhau. ƒ Các tham số vô tuyến và các tham số quang của nhà sản xuất nguồn quang dùng để phân loại các đặc tính quang. ƒ Các tham số quang (Photometric parameters) đ−ợc sử dụng chỉ đối với các nguồn ánh sáng nhìn thấy. ƒ Các đơn vị đo đối với các tham số nguồn quang có thể chuyển đổi thành các đơn vị khác. ƒ Bốn đặc tính cơ bản của nguồn quang là: Phổ , công suất , tốc độ, và định h−ớng. 119 Các câu hỏi trắc nghiệm: 1. Tại sao Led hồng ngoại IRED phát công suất lớn nhất 3600 àW/sr mặc dù nó ít nhìn thấy nhất?. a. Nó hiệu quả quang nhất nh−ng ít hiệu quả vô tuyến. b. Nó hiệu quả vô tuyến nhất nh−ng ít hiệu quả quang. c. Nó có hiệu quả phát sáng thấp nhất. d. Nó có công suất vào lớn nhất. 2. Tại sao c−ờng độ phát sáng của Led đỏ và Led xanh giống nhau cả khi c−ờng độ bức xạ của chúng khác nhau? a. Led đỏ hiệu quả quang nhất nh−ng ít hiệu quả vô tuyến b. Led xanh hiệu quả vô tuyến nhất nh−ng ít hiệu quả quang. c. Mắt ng−ời nhạy cảm nhất với ánh sáng xanh a. Mắt ng−ời nhạy cảm nhất với ánh sáng đỏ. 3. Đặc tính nào ít quan trọng nhất đối với một nguồn quang? a. Mầu c. Băng thông b. C−ờng độ. d. Trở kháng 4. Đơn vị đo nào không phải là số đo vô tuyến của công suất? a. Watt c. àW/sr b. lm/W d. mW/sr 5. Khi so sánh hai mức công suất trong sợi quang bạn có thể dùng: a. Hoặc là tỷ số thực P1/P2 hoặc tỷ số đó tính theo dB b. Chỉ tỷ số P1/P2 c. Chỉ tỷ số tính theo dB d. Không phải các điều trên. 120 Bài tập 3-2 : mạch điều khiển Mục đích: - Tìm hiểu các loại mạch sử dụng để giao tiếp tín hiệu t−ơng tự và tín hiệu số với nguồn quang. Thuyết minh: - Phần phát của hệ thống quang cần phải có một mạch điện gọi là mạch điều khiển để điều khiển chuyển đổi tín hiệu điện đầu vào thành tín hiệu quang của nguồn quang. - Tín hiệu vào của mạch điều khiển có thể đa dạng: DC, AC, xung. - Công suất, tốc độ là các đặc tính quan trọng của một mạch điều khiển trong thành phần bộ phát - Ngoại trừ việc sinh nhiệt, mạch điều khiển cần dùng một l−ợng công suất điện đủ lớn để làm nguồn quang phát xạ sao cho công suất quang tạo ra đủ mạnh theo yêu cầu của hệ thống. - Mạch điều khiển cũng cần có tốc độ đủ cao để truyền tín hiệu với méo tối thiểu. - Có hai kiểu mạch điều khiển cơ bản th−ờng d−ợc sử dụng trong thành phần phần phát của một hệ thống quang: Mạch nối tiếp và mạch song song. - Đặc điểm chung nhất của các mạch điều khiển là chúng đều dùng transistor để điều khiển dòng qua phần tử phát của nguồn quang. - Mạch điều khiển kiểu nối tiếp có phần tử tích cực (Transistor) mắc nối tiếp với phần tử quang (Led). - Mạch điều khiển kiểu song song (điều khiển ngắn mạch) có phần tử tích cực (Transistor) mắc song song với phần tử quang (Led). VCC VCC Mạch điều khiển kiểu nối tiếp Mạch điều khiển kiểu song song 121 Mạch điều khiển kiểu nối tiếp là một chuyển mạch điện áp đơn giản. Nó chỉ cho dòng cung cấp đi qua khi Led mở. Vì thế mạch này là loại mạch tiết kiệm công suất nguồn cung cấp nh−ng lại gây đột biến nguồn. Trong khi đó mạch điều khiển kiểu song song lại là một chuyển mạch dòng đơn giản. Nó chỉ cho dòng qua nó khi Led tắt. Vì thế mạch này tạo một tải cố định đối với nguồn cung cấp. Do tạo tải cố định nên nó làm giảm các đột biến nguồn cung cấp và vì thế làm cho mạch làm việc ổn định hơn. Tốc độ chuyển mạch của hai loại mạch này có thể đ−ợc cải thiện nhờ các linh kiện phụ thêm vào nh− đ−ợc chỉ ra trên các hình bên. Những thay đổi trên làm cho các điện dung mặt ghép của các Led và Transistor đ−ợc nạp đầy tr−ớc khi Led chuyển sang trạng thái mở (phát quang). Kỹ thuật đó đ−ợc biết đến nh− ph−ơng pháp chuẩn bị tr−ớc cho trạng thái mở (định thiên) (Pre-bias, Priming) của Led. Bạn có thể cải thiện băng thông cực đại của các mạch điều khiển này hoàn toàn bằng việc thêm vào các mạch RC- tăng dòng nh− chỉ ra trên hình tiếp theo. Dạng sóng đầu ra đ−ợc cải thiện bởi bù dòng thuận bằng các mạch RC tạo dòng đỉnh. Độ rộng băng lớn nhất có thể đạt đ−ợc khi chọn đ−ợc các giá trị R, C tối −u cho dòng đỉnh. VCC Mạch điều khiển kiểu nối tiếp Mạch điều khiển kiểu song song VCC 122 Mạch điều khiển số dùng cổng logic để đóng/mở transistor. Một số họ logic nh− TTL, CMOS, ELC có thể dùng làm mạch điều khiển. Đây là một mạch điều khiển trong khối DIGITAL TRANSMITTER trên bảng mạch FIBER OPTIC COMMUNICATIONS. 1. Mạch điều khiển này thuộc loại nào? a. Nối tiếp c. Nối tiếp có bù đỉnh b. Song song d. Song song có bù đỉnh 2. Mạch điều khiển này có phải loại tiền định (định thiên tr−ớc) không? a. Có b. Không Khối ANALOG TRANSMITTER trên bảng mạch sử dụng một bộ khuếch đại đệm trong mạch điều khiển của nó. Mạch này giống nh− một bộ chuyển đổi điện áp/dòng điện. Nó cũng sử dụng phản hồi. Phản hồi này giúp cho điện áp trên đầu vào của bộ khuếch đại và dòng điện qua Led có một t−ơng quan ổn định. Một tín hiệu điện áp AC trên đầu vào sẽ tạo ra một dòng AC qua Led và nó sẽ điều chế công suất phát của nguồn quang. Các thao tác thực hành : Tr−ớc tiên xác định công suất vào của từng Led thuộc phần phát FOT của hệ thống quang số: 1. Tắt nguồn cung cấp của tấm đế tr−ớc khi cắm các cầu nối +5V, -5V về vị trí DIGITAL trên khối POWER SUPPLY. Sau đó bật cấp nguồn trở lại. 123 2. Nối DIGITAL TRANSMITTER với khối FIBER OPTIC TRANSMITTER bằng cách chuyển các cầu nối hai đầu CATHODE và ANODE về vị trí DIGITAL. 3. Sử dụng một cầu nối để đặt mức logic thấp LOW tại jack DATA IN bằng cách nối jack DATA IN với điểm đất (GND) trong khối POWER SUPPLY. Với mức logic thấp tại jack DATA IN thì Led sẽ đóng hay mở? a. Mở b. Đóng Các điểm kiểm tra D-OUT và E cho phép thực hiện các phép đo đối với Led một cách thuận tiện. 4. Đặt đồng hồ đo về chế độ đo VDC và nối que d−ơng của nó với điểm DATA OUT còn que đo âm với EMITTER để đo điện áp tiền định trên Led. VF(off) = VDC 124 5. Nếu không áp dụng tiền định (Diode D bị ngắn mạch) trong mạch điều khiển này, điện áp nào rơi trên Led khi nó đóng? a. Cùng giá trị giống nh− khi có tiền định, VF(off) b. Gần giống điện áp bão hòa của Transistor VCE c. Gần bằng điện áp nguồn nuôi. 6. Dùng một cầu nối để đặt mức logic cao HIGH tại jack DATA IN bằng cách nối jack DATA IN với jack HIGH trong khối POWER SUPPLY. Mức này sẽ làm mở Led. 7. Đo điện áp rơi trên Led trên khối FIBER OPTIC TRANSMITTER. VF(on) = VDC 8. Để xác định dòng qua Led hãy đo điện áp trên R16 (47Ω) bằng cách dùng đồng hồ đo điện áp giữa điểm EMITTER với đất GND. VR16 = 1.72 VDC 9. Tính dòng qua trở R16 IR16 = 1.72 mA Các giá trị tham khảo : VF(on) = 1.57 VDC , IF(on) = 36.6 mA. Các giá trị này dùng để tham khảo tại mục này và các mục tiếp sau. Tuy vậy, khi tính toán phải dùng các giá trị đo thực tế 10. Xác định công suất vào cho Led của khối FIBER OPTIC TRANSMITTER: PIN = 1.72 mW D 125 Theo số liệu do nhà sản xuất cung cấp thì công suất đỉnh đầu ra khi dòng thuận IF = 60 mA thông th−ờng là -16 dBm hay bằng 25.1 àW. T−ơng ứng khi : IF(on) = 36.6 mA thì P0(60 mA) =25.1 àW 11. Sử dụng đ−ờng cong tỉ số công suất (PR) do nhà sản xuất FOT cung cấp để xác định công suất ra trên bảng mạch. POUT = PR x P0= 1.72 mW (P0 là công suất ra khi IF = 60 mA) Bây giờ chúng ta làm quen với các mức công suất của mạch điều khiển số. Hãy xem xét tốc độ chuyển mạch của mạch điều khiển số. Chúng ta sẽ sử dụng tín hiệu nhịp tại jack DATA IN của khối DIGITAL TRANSMITTER để chuyển mạch tắt/mở FOT một cách liên tục. 12. Bỏ mức logic HIGH khỏi điểm kiểm tra DATA IN. 13. Dùng cầu nối màu đen (có một đầu kẹp và một đầu cắm đơn) để nối jack DATA IN tới điểm cung cấp nhịp kiểm tra (TP1-CLK) trên khối RS-232 INTERFACE. 14. Nối đầu đo CH1 của oscilloscope tới jack DATA IN và đầu CH2 tới jack DATA OUT 15. Tần số của tín hiệu nhịp CLK đo đ−ợc trên CH1 là bao nhiêu? a. 0.5 MHz b. 1 MHz c. 2 MHz 126 Các khoảng thời gian quá độ lên, xuống của tín hiệu DOUT chỉ ra băng thông khả dụng của mạch điều khiển. 16. Thời gian quá độ lên, xuống của tín hiệu DOUT trên CH2 cũng giống của tín hiệu vào DIN trên CH1. a. Đúng b. Sai 17. Dùng sợi quang thủy tinh 1m nối FOT với FOR. 18. Đặt các cầu nối 2 đầu trên khối FIBER OPTIC RECEIVER về vị trí DIGITAL. 19. Chuyển đầu đo CH1 của oscilloscope đến jack D-OUT trên khối DIGITAL TRANSMITTER và chuyển CH2 đến jack D-IN của khối DIGITAL RECEIVER. Đảo cực CH2 (Invert) để khử sự đảo pha của tín hiệu trên FIBER OPTIC RECEIVER. Tín hiệu trên điểm kiểm tra DATA IN cho thấy công suất thu đ−ợc của tín hiệu đã đ−ợc phát đi bởi tín hiệu quang đầu ra của khối FIBER OPTIC TRANSMITTER. 20. Hãy so sánh các s−ờn lên, s−ờn xuống của tín hiệu điều khiển Led trên CH1 với của tín hiệu đầu ra trên CH2 khối FIBER OPTIC RECEIVER. Chúng có giống nhau không? a. Có b. Không. 21. Tháo bỏ các đấu nối trên bảng mạch. Mạch bù dòng đỉnh làm cho Led cải thiện thời gian phản ứng với sự tăng tức thời của dòng qua mạch tại thời điểm mở Led. Mạch bù dòng đỉnh đ−ợc tạo bởi tụ điện C24 bắt đầu làm ngắn mạch trở R16 sao cho chỉ còn trở R15 đ−ợc mắc nối tiếp với Led. C24 nạp, dòng qua Led giảm. Khi C24 nạp đầy thì cả R15 và R16 sẽ hạn chế dòng qua Led chỉ bằng khoảng một nửa dòng ban đầu. 127 22. Tính thời gian cần để tụ C24 nạp đầy (5 lần hằng số thời gian) tCHG = 5 x (R15//R16)x C24 R15 = 47Ω ; R16 = 47Ω ; (R15//R16) = 23.5Ω ; C24 = 100 pF. Tính tCHG = 5 x 23.5 x 10 -10 (s) = 11.75 ns Tiếp theo, xác định công suất vào của Led thuộc phần phát FOT trong hệ thống thông tin quang t−ơng tự. 23. Tắt nguồn tấm đế tr−ớc khi cắm lại các cầu nối +5V và - 5V trên khối nguồn POWER SUPPLY về vị trí ANALOG . Sau khi cắm lại các cầu nối +5V và - 5V trên khối nguồn POWER SUPPLY về vị trí ANALOG, bật cấp nguồn trở lại cho tấm đế. 24. Nối bộ điều khiển ANALOG TRANSMITTER đến phần phát FOT bằng các chuyển các cầu nối 2 vị trí CATHODE và ANODE về vị trí ANALOG. Bây giờ Led đ−ợc nối giữa điểm kiểm tra T-OUT của khối ANALOG TRANSMITTER và đất (GND). 128 25. Đặt đồng hồ về thang đo VDC. Que âm nối với điểm đất (GND), que d−ơng đo tại điểm T-OUT để đo điện áp trên Led (VF(q)). VF(q) = 1.54 VDC 26. Tháo bỏ cầu nối CATHODE– ANALOG. Chuyển đồng hồ về thang đo dòng DC 200 mA để đo dòng qua cầu nối này. - Que âm đồng hồ đặt ở vị trí ANALOG - Que d−ơng đồng hồ đặt ở vị trí FOT 27. Dòng qua Led đo đ−ợc là : IF(q) = 28.9 mA Ký hiệu q trong VF(q) và IF(q) dùng đối với trạng thái tĩnh. Điều này có nghĩa là các giá trị điện áp, dòng điện đối với một mạch trong trạng thái tĩnh, không có tín hiệu ac. 28. Xác định công suất vào tĩnh đối với Led của khối FIBER OPTIC TRANSMITTER : PIN = mW 129 29. Tháo bỏ đồng hồ khỏi cầu CATHODE và lắp lại cầu nối này về vị trí ANALOG. 30. Nối máy phát sóng chuẩn vào jack T-IN của khối ANALOG TRANSMITTER. 31. Đ−a đầu đo CH1 của oscilloscope tới jack T-IN. 32. Đặt máy phát sóng chuẩn tạo tín hiệu hình sin, 1 Vp-p, 10 KHz, quan sát bằng CH1 của oscilloscope. Tín hiệu này sẽ qua tụ C13 (4.7 àF) đến đầu vào của bộ chuyển đổi điện áp/dòng điện U5 (chân 3). Vi mạch U6 trong mạch phản hồi giữ ổn định tại đầu vào của bộ khuếch đại. Sự thay đổi này t−ơng ứng với điện áp trên Led. 33. Chuyển đầu đo CH1 của oscilloscope từ jack T-IN sang điểm bên trái của tụ điện C13 (4.7 àF). 34. Quan sát trên CH1 tín hiệu tại điểm đo này cũng có biên độ và tần số nh− tín hiệu vào tại T-IN? a. Đúng b. Sai 35. Chuyển đầu đo CH1 của oscilloscope đến đầu trên của trở R9 (22Ω). Đây là điểm đầu ra của vi mạch U5 (chân 8). 130 36. Đo biên độ tín hiệu ra trên CH1: VOUT = mVp-p 37. Đ−a đầu đo CH2 của oscilloscope tới jack T-OUT. Đấy là đầu kia của trở R9 (22Ω) và tín hiệu tại đó là tín hiệu ac qua Led của phần phát FOT. 38. Đo biên độ tín hiệu trên CH2: VLED = mVp-p 39. Xác định biên độ tín hiệu VR9 trên trở R9 (22Ω) bằng cách lấy hiệu của VOUT và VLED VR9 = VOUT - VLED= mVp-p 40. Xác định dòng điện tín hiệu qua R9 đối với tín hiệu đầu vào 1Vp-p tại T-IN IR9 = VR9/22Ω = mA Dòng qua trở R9 làm thay đổi dòng tĩnh của Led IF(q). 131 Dòng qua Led tỉ lệ với công suất quang đầu ra. VI Là biên độ điện áp vào tại chân 3 của vi mạch U5. Đ−ờng cong chỉ ra chức năng chuyển đổi điện áp/dòng điện của mạch điều khiển. IF(q)= 28.9 mA IR9= 29.5 mAp-p 41. Xác định đỉnh d−ơng của dòng qua Led IF(+) (IF(q)= 28.9 mA, IR9= 29.5 mAp-p) IF(+)=IF(q)+ IR9/2 = mAp 42. Xác định đỉnh âm của dòng qua Led IF(-) (IF(q)= 28.9 mA, IR9= 29.5 mAp-p) IF(-)=IF(q)- IR9/2 = mAp 43. IF(+) = 43.67 mAp. Xác định đỉnh d−ơng của tỉ số công suất PR(+) PR(+) = p 44. IF(-) = 14.13 mAp. Xác định đỉnh d−ơng của tỉ số công suất PR(-) PR(-) = p 45. PR(+)= 0.713p, PR(-) = 0.195p. Xác định đỉnh tới đỉnh của tỉ số công suất PR PR = p-p Cũng giống đối với mạch điều khiển số, bạn có thể sử dụng tỉ số PR để xác định công suất ra của bộ phát FOT . 46. P0(60 mA)= 25.1àW, PR= 0.518. Xác định công suất ra POUT của FOT trên bảng mạch. POUT = PR x P0(60 mA) = àWp-p 47. Tháo bỏ tất cả các đấu nối trên bảng mạch. 132 Tóm l−ợc: ƒ Mạch điều khiển là một thành phần của phần phát (FOT) trong hệ thống thông tin quang. ƒ Công suất và tốc độ chuyển mạch là các đặc tính quan trọng của mạch điều khiển. ƒ Hai kiểu mạch điều khiển cơ bản là kiểu nối tiếp và kiểu song song. ƒ Các mạch tiền định và dòng đỉnh cải thiện băng thông của một mạch điều khiển. 133 Các câu hỏi kiểm tra: 1. Mạch điều khiển có thể điều khiển những gì trong các liệt kê sau đây: a. Dòng qua FOT. b. Công suất bức xạ của FOT c. Tốc độ chuyển mạch. d. Tất cả các điều trên. 2. Các giá trị thời gian lên, thời gian xuống của một tín hiệu biểu thị tham số nào của mạch điều khiển? a. Biên độ. b. Băng thông. c. Cô