Bài tập 4-1 : Bộ tách quang
Mục đích: Tìm hiểu các thiết bị trong hệ thống quang dùng để chuyển đổi tín hiệu
quang thành tín hiệu điện.

Tóm lợc:
- Bộ tách quang có một bộ cảm biến
quang đợc che viền xung quanh bằng
viền chắn. Viền chắn đảm bảo rằng chỉ
công suất bức xạ bởi sợi quang đợc
chuyển đổi. Để tránh suy hao, viền chắn
bao gồm một ống dùng để đồng chỉnh
ống giữ sợi quang với bộ cảm biến
quang.

1. Các loại bộ cảm biến nào đợc dùng làm bộ tách
quang?
a. Các Led.
b. Các phototransistor
c. Các photodiode
d. Cả b và c

153


- Bộ tách quang không cảm thụ ánh sáng nằm ngoài hình nón tiếp nhận của nó.
- Bộ tách quang có góc nhận của nó (A), bởi vậy cũng có khẩu độ số tơng
ứng.
NA = sin(A)
- Nếu khẩu độ số của sợi quang NA1 lớn hơn khẩu độ số NA2 của bộ tách
quang thì một phần công suất bức xạ sẽ bị tổn hao LOSSNA:
LOSSNA = 20lg(NA1/NA2) khi NA1>NA2


c. 1 mA/àW

b. 2 mA/àW

d. 0.5 mA/àW

Các bớc Thực hành:
/ Chức năng của bộ tách quang:
1. Hãy kiểm tra để đảm bảo chắc chắn rằng các cầu nối và các dây nối đã
đợc tháo ra khỏi bảng mạch.
2. Đặt bộ phát FOT về chế độ ANALOG bằng việc dùng các cầu nối hai đầu
trên khối FIBER OPTIC TRANSMITTER.
3. Dùng sợi quang thủy tinh 1m loại 62.5/125 để nối bộ
phát FOT với bộ thu FOR.

4. Tắt nguồn tấm đế trớc khi chuyển các cầu nối trên khối POWER
SUPPLY về vị trí ANALOG. Sau khi đặt xong các cầu nối này, bật cấp
nguồn trở lại cho tấm đế.

155


Với phần phát FOT, trong chế độ ANALOG, dòng thay đổi thông
thờng đảm bảo công suất 11.4 àW (e) tại đầu cuối sợi quang thủy tinh
1m
5. Nối một đồng hồ giữa FOR và đất (GND) và đặt chế độ đo áp một chiều

6. Đo điện áp một chiều tại jack đầu ra FOR (chế độ có nối):
VFORC =..mV

/Suy hao tại tiếp giáp sợi quang-bộ tách quang:
9. Suy hao do lệch kích thớc LOSSUI = 20 lg(Dia1/Dia2) khi Dia1>Dia2 và
suy hao do lệch khẩu độ số LOSSNA = 20lg(NA1/NA2) khi NA1>NA2. Tại
tiếp giáp Sợi quang thủy tinh-Bộ tách quang nh chỉ ra dới đây:
Sợi quang thủy tinh

Bộ tách quang

NA1 = 0.28

NA2 = 0.35

Dia1= 62.5 àm

Dia2= 250 àm

thì tổng suy hao LOSSUI + LOSSNA là bao nhiêu?
a. 14 dB

c. 0 dB

b. 12 dB

d. 14 dB

10. Giả sử rằng công suất ra thực tế của FOT gần với giá trị thông dụng
11.4àW, hãy tính đáp ứng thu Rp
Rp = DV/De =

mV/àW

0.7 V

Tạp âm VNO (e=0)

0.30 mVrms

0.36 mVrms

Sự thay đổi công suất ra thực tế De của bộ phát FOT có thể trong khoảng
(5ữ20àW)
11. Bạn có thể xác định đợc độ nhạy thực tế của bộ thu FOR (Rp)
a. Có
b. Không
12. Giả sử rằng thay đổi công suất ra thực tế De của bộ phát FOT là nhỏ nhất
(De min=5àW), hãy tính thay đổi điện áp ra nhỏ nhất mong đợi của bộ thu.
DV min= De min x Rp min =

mV

157


13. Giả sử rằng thay đổi công suất ra thực tế De của bộ phát FOT là lớn nhất
(De max=20àW), hãy tính thay đổi điện áp ra lớn nhất mong đợi của bộ
thu.
DV max= De max x Rp max =
De = 5 ữ 20àW
DV min = 25.5 mV

mV



Tính tạp âm nền tiêu chuẩn (PN typ.) theo biểu thức trên. Nhà sản xuất
bộ thu xác định công suất bức xạ đầu vào đỉnh (e) là 55àW (-12.6 dBm).
Các tham số của bộ thu quang
Tham số

Min.

Typ.

Max.

Độ nhạy Rp

5.1 mV/àW

7 mV/àW

10.9 mV/àW

NA tơng đơng

0.35

Dia tơng đơng

250àm

Vo DC (e=0)

trên
CH1
của
oscilloscope.

159


21. Đa đầu đo CH2 của oscilloscope đến FOR để quan sát tín hiệu ra. Điều
chỉnh oscilloscope để có thể quan sát một số chu kỳ của tín hiệu vào (trên
CH1) và của tín hiệu ra (trên CH2).
22. Quan hệ về pha nh thế nào giữa tín hiệu quang đầu vào bộ thu với tín hiệu
điện đầu ra?
VOUT = Vo DC (Rp x e) =
o

mV
o

b. 45
d. 180o

a. 0
c. 90o

23. Điều chỉnh máy phát sóng chuẩn tạo tín hiệu 20KHz, 500 mVp-p, xung
vuông, quan sát tín hiệu này trên CH1 của oscilloscope.

Khả năng của đầu ra bộ thu FOR theo dõi các thay đổi trong tín hiệu
quang đầu vào đợc xác định bởi băng thông của nó


0.7 V

Tạp âm VNO (e=0)

0.30 mVrms

0.36 mVrms

Sờn lên/xuống tr/tf

14ns

19.5ns

BW-tr product (BWxtr)

0.35

Băng thông BW

25 MHz


Thông thờng bộ thu này có thời gian sờn lên là 14 ns và 0.35 thời
gian sờn lên-băng thông tạo thành (0.35 = BW x tr)
24. Tính băng thông chuẩn của bộ thu này:
BW = 0.35/ tr =
MHz
25. Tính băng thông cực tiểu ớc đoán của bộ thu này:

438 KHz.
Sự giảm băng thông của bộ thu quang từ 25 MHz xuống 438 kHz làm
tăng sờn lên từ 14 ns lên 800 ns.
- Phản hồi âm có thể đợc dùng để giảm hệ số khuếch đại của
phototransistor, tăng băng thông của mạch và giảm sờn lên.
- Thời gian yêu cầu để truyền
một tín hiệu mức cao (tplh)
không luôn bằng thời gian
yêu cầu để truyền một tín
hiệu mức thấp (tphl). Sự khác
nhau giữa các thời gian
truyền này (tphl - tplh) làm sai
(méo) độ rộng xung đầu ra
(tpw)
Nhà sản xuất đánh giá rằng
méo độ rộng xung của bộ thu
FOR
(tphl - tplh) không lớn
hơn 2 ns khi sử dụng tín hiệu vào
40àW.
29. Tín hiệu quang có độ rộng 6 ns
và méo độ rộng xung (tphl - tplh)
của bộ thu FOR là 2 ns. Hãy tính
độ rộng xung đầu ra của bộ thu
FOR.
a. 8 ns
c. 4 ns

162


d. Đờng kính tơng đơng
4. Một phototransistor có công suất vào 2àW và dòng quang 20 mA. Tính độ
nhạy của phototransistor đó.
a. 10 mV/àW
b. 10 mA/àW
c. 0.1 mV/àW
d. 0.1 mA/àW
5. Xác định suy hao do lệch vùng lõi LOSSUI khi một sợi quang thủy tinh
100/140 àm đợc ghép đến một bộ thu FOR có đờng kính thu hiệu dụng
110 àm
LOSSUI = 20 lg(Dia1/Dia2) khi Dia1>Dia2
a. 2.1 dB
c. 0.83 dB

164

b. 0 dB
d. 2.1 dB


Bài tập 4-2: Mạch đầu ra
Mục đích: Tìm hiểu các mạch tơng tự và mạch số dùng làm giao tiếp với bộ tách
quang.
Kiến thức cơ bản:

Mạch ra của bộ thu chuyển đổi tín hiệu ra của bộ tách quang thành dạng phù
hợp với các thành phần khác của hệ thống.
Bộ thu quang FOR trong bảng mạch sử dụng một diode quang PIN. một bộ
khuếch đại chuyển đổi trở kháng thực hiện việc biến đổi trở kháng ra cao của
photodiode thành đầu ra bộ thu có trở kháng 20.

oscilloscope.

4. Đa đầu đo CH2 của oscilloscope đến jack R-OUT. Quan sát tín hiệu trên
CH2 của oscilloscope và điều chỉnh núm GAIN của khối ANALOG
RECEIVER để tín hiệu ra tại R-OUT là 2 Vp-p.

5. Đo góc pha giữa các tín hiệu trên CH1 và trên CH2.
=
6. Tụ nào dẫn tín hiệu AC vào mạch ra của bộ thu tơng tự ?
a. 47àF
b. 330pF
Trở 100 và tụ 330pF tạo thành một bôl lọc thông thấp để gạt bỏ các thành
phần tần số cao hơn băng thông thiết kế của bộ thu ANALOG RECEIVER.

166


Tải hiệu dụng của trở 2.2 K cũng ảnh hởng đến băng thông của mạch.
7. Mức điện áp một chiều nào tại đầu vào của bộ khuếch đại ?
a. Tùy thuộc vào điện áp nguồn
b. Giống tín hiệu gốc (từ máy phát sóng chuẩn)
c. 0 VDC
d. Không phải các điều trên.
8. Ngắt máy phát sóng chuẩn.
9. Đầu ra của bộ khuếch đại (quan sát trên CH2) có điện áp ra gần 0 VDC?
a. Đúng
b. Sai
10. Nối lại máy phát sóng chuẩn vào jack R-IN và đo hệ số khuếch đại của bộ
khuếch đại, bỏ qua sự lệch pha.
AV = VOUT/VIN =

VIN+ = 250 mV/16 = 15.6 mV
19. Điện áp trên đầu ra đảo của bộ so sánh (trên IC LM360) là 3.5V. Hãy tính
điện áp trên đầu vào đảo của bộ so sánh (VIN-)
VIN- = 3500 mV/16 = 220 mV
20. Chênh lệch điện áp giữa các đầu vào của bộ so sánh theo tính toán là:
VDIFF = VIN+ - VIN- = 15.6 220 = - 203 mV
21. Sử dụng đồng hồ để đo chênh lệch điện áp giữa các đầu vào của bộ so sánh
trên các trở 1K
VDIFF =

168

mV


22. Nếu bộ so sánh chuyển từ mức thấp sang mức cao thì điện áp một chiều
thay đổi từ 203 mV sang 203 mV. Điện áp phản hồi (VDIFF) thay đổi cùng
chiều với điện áp ra của bộ so sánh?
a. Đúng
b. Sai
Phản hồi dơng làm bộ so sánh có hiện tợng trễ.


Đầu vào của bộ so sánh cần vợt quá 203 mV của mức trễ để chuyển
trạng thái đầu ra.



Tạp âm hệ thống thấp hơn mức trễ sẽ bị gạt.


26. Tính độ nhạy của mạch ra bộ thu:
mV
DVin=DVDIFF / AV =
27. Giả sử điện áp ra của bộ tiền khuếch đại không bị xén. Hãy tính sự thay
đổi điện áp ớc tính trên đầu vào vi sai của bộ so sánh với thay đổi mức

170


vào là DVin= 100 mV
DVDIFF = DVin x AV
28. Có phải mức điện áp thực DVDIFF (CH2) lớn hơn so với mức yêu cầu
(203 mV) để chuyển trạng thái của bộ so sánh không?
a. Có

b. Không

29. Đa đầu đo CH1 đến D-OUT và điều chỉnh CH1 về thang đo 2V/Div

30. Đầu ra cắt của bộ tiền khuếch đại (CH2) ảnh hởng bất lợi đến hoạt động
của bộ thu DIGITAL RECEIVER?
a. Đúng

b. Sai

171


Tóm lợc:
- Bộ lọc RC trong mạch thu giới hạn băng thông để cải thiện khả năng

a. Giảm hệ số khuếch đại của bộ so sánh
b. Phản hồi âm
c. Ngỡng
d. Ghép AC
4. Bộ khuếch đại MC1733 đợc dùng với mục đích gì?
a. Cung cấp ngỡng (Trễ mức)
b. Giảm ồn
c. Cải thiện độ nhạy
d. Không phải các điều trên
5. Mục đích của mạch ra bộ thu là gì?
a. Cung cấp đầu ra tơng thích với hệ thống.
b. Chuyển đổi quang-điện
c. Chuyển đổi điện-quang
d. Cung cấp khả năng điều chỉnh.

173


174


Kiểm tra chung bài 4
1. Trong phần thu FOR, bộ tách quang là :
a. Một bộ tách xung
b. Không có tổn hao ghép
c. Chuyển đổi quang-điện
d. Có đầu ra tín hiệu điện
2. Một photodiode có công suất vào khoảng 5àW và dòng quang là 25 mA. Độ
nhạy của diode đó là bao nhiêu?
a. 125 mA.àW

Dia tơng đơng

250àm

Vo DC (e=0)

0.7 V

Tạp âm VNO (e=0)

0.30 mVrms

0.36 mVrms

Tính tạp âm nền cực đại trong bộ thu này:
PN = VNO/Rp =

àW

a. 0.04àW
b. 0.05àW
c. 0.07àW
d. 0.09àW
5. Tính suy hao lệch vùng lõi LOSSUI khi một sợi quang với Dia vùng lõi là
980 àm đợc ghép đến một bộ thu FOR cho ở mục 4.
LOSSUI = 20 lg(Dia1/Dia2) khi Dia1>Dia2
a. 11.9 dB
b. 1.2 dB
c. 5.9 dB
d. 0 dB


176


Bài 5 các hệ thống thông tin quang.
Mục đích: - Tìm hiểu các phép đo, kiểm tra trên các hệ thống thông tin quang.
- Tính toán dự trữ năng lợng quang cho một liên kết sợi quang.
Bạn sẽ kiểm định các kết quả của bạn bằng các dụng cụ đo nh
oscilloscope, đồng hồ, và các theo dõi trực tiếp.
Kiến thức cơ bản:
Trong chi tiêu ngân quỹ của gia đình bạn, bạn thờng bắt đầu bằng việc thống
kê lơng và các nguồn thu nhập khác của gia đình bạn, và sau đó trừ các chi
phí nh các khoản thuê mớn, các nhu yếu phẩm, các tiện nghi sinh hoạt.
Nếu các chi tiêu của bạn lớn hơn các khoản thu nhập, thì ngân quỹ sẽ bị
thâm hụt, và bạn cần tiến hành các điều chỉnh tơng ứng.
Lý tởng là khi các khoản thu nhập của bạn lớn hơn các khoản chi tiêu.
Trong trờng hợp đó, bạn sẽ có tích lũy vợt trội cho mục đích an toàn hoặc sử
dụng cho các mục đích xa xỉ, đầu t, sửa chữa nhà cửa, cải thiện điều kiện
sống,
Cũng tơng tự nh vậy, ngời thiết kế sử dụng một quỹ công suất quang để
cân đối với tổng công suất quang sử dụng cho hệ thống sợi quang (thu nhập
đối lập với tổng chi phí bởi các thành phần của hệ thống).
Trong một liên kết quang điển hình, một bộ phát có thể đợc nối đến một bộ
thu thông qua hàng loạt các cáp sợi quang đợc mắc nối tiếp nhau.

Có một suy hao công suất quang tơng ứng với từng phần của liên kết đó.
Ví dụ connector thứ nhất có suy hao L1, tiếp đó là đoạn cáp có suy hao L2, và
tiếp tục nh thế.
Công suất ra của bộ phát POUT
trừ tổng suy hao hệ thống L1, L2, L3,