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A Fibra Óptica

1. Fibras ptica DIDATEC UTF1 Wander Rodrigues CEFET MG 2009 SUMARIO Regras de Seguran a 7 Li o 960 Descri o do Cart o de Pr tica 9 960 1 Os componentes 960 2 Descri o Li o 961 A Fibra ptica 1 14 961 1 Introdu o 961 2 Estrutura 961 3 Propaga o da luz nas fibras pticas 961 4 Abertura num rica 961 5 Exerc cios 961 6 Quest es Li o 962 A Fibra ptica II 31 962 1 Modos de propaga o 962 2 Dispers o modal 962 3 Redu o da dispers o modal fibras com ndice gradual e modo simples 962 4 Dispers o crom tica 962 5 Atenua o 962 6 Largura de faixa 962 7 Tabela sum rio das fibras pticas 962 8 Caracter sticas das fibras contidas no cart o de pr tica 962 9 Quest es Tradu o e Formata o Wander Rodrigues Li o 963 Acoplamentos 56 963 1 Introdu o 963 2 Uni es 963 2 1 Perdas nas uni es 963 2 2 Uni es por fus es 963 2 3 Uni es mec nicas 963 3 Conectores 963 4 Exerc cios 963 4 1 Atenua o na fibra 963 4 2 Perdas no acoplamento 963 4 3 Atenua o na fibra em fun o do comprimento de onda 963 5 Quest es Li o 964 Fontes pticas 73 964 1 Introdu o 964 2 LED 964 3 Diodo Laser 964 4 Fontes para acoplamento na fibra 964 5 Tabela sum ria das fontes pticas 964 6 Exerc cios 964 6 1 Pot ncia ptica emitida pelos LED
2. Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 965 Fotodetectores 97 10 Pin 16dBm EE 10 Ipo FOTO CORRENTE DE SAIDA nA 10 100 120 140 VR TENS O REVERSA V Figura 965 6 Curvas caracter sticas na regi o de ruptura Principais par metros Os par metros mais importantes definindo as caracter sticas operacionais de uma APD s o e Corrente no escuro Dark currente Ip a corrente reversa atrav s do APD sem incid ncia de luz Ela depende da corrente reversa de polariza o e Foto corrente photo currente Ip a corrente reversa gerada pela incid ncia de luz Ela depende da tens o de polariza o reversa e do comprimento de onda da radia o e Fator multiplicativo M esse um par metro importante dos APD Observando a FIG 965 7 ele definido como a rela o entre a foto corrente b na regi o Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 965 Fotodetectores 98 de avalanche e a foto corrente a dispon vel na regi o de opera o do dispositivo como fotodiodo Os fabricantes normalmente fornecem as curvas correspondentes a M e a corrente no escuro em fun o da tens o de polariza o reversa FIG 965 8 e Sensibilidade ou responsivity S ela determina o quanto de corrente fornecido por um dispositivo quando incide sobre o mesmo uma pot ncia ptica unit ria z KOTO OTE AE SUA RA aw Pot ncia ptica inci
3. ndice de refra o efetivo e Frequ ncia de corte A solu o das equa es de Maxwell permite sumarizar os resultados em um gr fico como aquele apresentado na FIG 962 1 esse gr fico mostra a tend ncia do tamb m chamado ndice de Refra o Efetivo Ne versus a Frequ ncia Normalizada V para alguns modos de propaga o Observe os seguintes aspectos Negvaria entre n e n n gt n Cada modo de propaga o tem seu pr prio n mero V denominado Frequ ncia de Corte Vc abaixo do qual n o haver propaga o Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 962 A Fibra ptica II sa O primeiro modo tamb m denominado fundamental tem Vc 0 0 segundo modo Vc 2 405 Os modos seguintes apresentam um aumento nas frequ ncias de corte Vc Uma vez conhecido o valor de V que apenas depende da geometria e dos par metros da fibra a energia luminosa propagar dentro da fibra apenas para aqueles modos que apresentem uma frequ ncia de corte Vc menor do que V Considere um exemplo com os seguintes valores num ricos 1 5 um r 5 um NA 0 15 O resultado V z 3 14 Observando o gr fico da FIG 962 1 e considerando V 3 14 pode se fazer os seguintes coment rios n2 neff n1 Figura 962 1 Modos de propaga o Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 962 A Fibra ptica II 34 A energia luminosa propaga apen
4. Observe que o fotodetector est acoplado em AC ao amplificador ECL um capacitor bloqueia o offset da corrente direta componente DC Isto impede a passagem de um poss vel offset da corrente direta de sobrepondo ao sinal Desta forma o sinal transmitido n o deve ter qualquer offset da corrente direta Isso pode ser obtido pelo emprego de codificadores Manchester Bi Fase ou outros na transmiss o seu objetivo tamb m gerar um sinal da corrente direta de sem offset Se o fotodetector foi acoplado em DC ao amplificador poderia haver alguns problemas relacionados s varia es de offset da corrente direta do sinal ptico recebido que poderia levar instabilidade da pot ncia emitida pela fonte ptica ou por outras raz es Nos sistemas de comunica es com fibra ptica e mais usualmente em todos os sistemas de comunica es o offset da corrente direta do sinal a ser enviado frequentemente eliminado por meio de c digos adequados antes da transmiss o 4 70 DIGITAL RECEIVER PD2 HFBR2526 660nm Figura 967 5 Diagrama el trico de um receptor ptico digital Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 967 Sistema de Comunica o Digital 131 967 2 Exerc cios UTF1i Desconecte todos os jumpers FIP Entre com o c digo da li o 967 967 2 1 Corrente de pr polariza o dos LED e Alimente o cart o de pr tica e Desconecte J12 e co
5. 4 3 4a6 Q5 Considerando o valor da rela o Vout2 Vouti previamente medido utilizando um comprimento de onda de 660 nm pode se inferir que Grupo A B 1 2 A fibra pl stica proporciona uma maior atenua o na freq ncia de 820 nm do que em 1330 nm 2 3 A fibra pl stica proporciona uma maior atenua o na freq ncia de 820 nm do que em 660 nm 3 4 A atenua o a mesma na frequ ncia de 660 nm e de 820 nm 4 5 A fibra pl stica proporciona uma atenua o maior para a forma de onda em 820 nm do que em 660 nm 5 1 A fibra pl stica proporciona uma atenua o maior para a forma de onda em 660 nm do que em 820 nm Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 963 Acoplamentos 70 963 5 Quest es Q6 Qual das seguintes conex es N O constitui um link para um sistema ptico Grupo A B 1 3 Conector recept culo 2 1 Conector conector 3 4 Uni o mec nica 4 2 Uni o por fus o Q7 Que tipo de link proporciona a menor perda de pot ncia ptica Grupo A B 1 2 A uni o por fus o com perdas menores do que 0 05 dB ela depende do di metro do n cleo e aumenta quando o di metro aumenta 2 3 Um link por meio de conectores 3 4 Uma uni o mec nica perdas menores do que 0 01 dB 4 1 A uni o por fus o com perdas menores do que 0 05 dB ela depende do di metro do n cleo e diminui quando o di metro aumenta Tradu o e Formata o Wander R
6. 961 1 A propaga o do raio de luz incidente na fibra depende do ngulo de incid ncia desse mesmo raio quando atinge a superf cie de separa o n cleo cobertura Se esse ngulo est abaixo de um determinado valor 8 ngulo cr tico o raio n o ser refratado por m ele ser refletido completamente e assim ele propaga esse um raio guiado Caso contr rio os raios que atingem a superf cie n cleo cobertura com um ngulo maior do que 8c ser o refratados parcialmente desta forma parte da energia perdida em um espa o muito pequeno raio radiado ou ap s certo n mero de reflex es raios vazados Tamb m a refra o na superf cie n cleo cobertura segue a Lei de Snell Partindo do ngulo cr tico tem se que o raio refratado com um ngulo de 0 em rela o ao eixo da fibra FIG 961 6 Suponha que 90 6 ngulo de incid ncia na superf cie n cleo cobertura 90 6 ngulo de refra o Aplicando a Lei de Snell n sen 90 0 n sen 90 0 961 2 se 6 0 o resulta n sen 90 0 n sen 90 n 961 3 Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 961 A Fibra ptica o do que sen 90 0 2 n 961 4 consequentemente cos 0 D n 961 5 Na FIG 961 6a 0 gt 8 e haver refra o na FIG 961 6b 06 O e o raio refratado est paralelo superf cie n cleo cobertura na FIG 961 6c 06 lt Gce a refl
7. formado entrada do n cleo da fibra ptica Coment rios Valores t picos de NA variam de 0 1 fibras mono modo aproximadamente 0 5 fibras ndice degrau correspondendo a ngulos de aceita o entre aproximadamente 6 e 30 FIG 961 9 Com valores elevados de NA torna se mais f cil a luz entrar na fibra mas ao mesmo tempo aumenta a atenua o e a faixa passante da fibra reduzida o que permite um n mero maior de modos de propaga o na fibra Caso contr rio um valor muito baixo de NA implica em poucos modos de propaga o e consequentemente um alargamento na faixa por m o acoplamento da fibra fonte torna se mais dif cil Raio Perdido ngulo de aceita o NA sinGOmax ngulo cr tico Cone de aceita o Figura 961 8 Cone de Aceita o Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 961 A Fibra ptica 25 97 roe i Figura 961 9 Abertura num rica 961 5 Exerc cios Advert ncias Quando as fibras pticas ou componentes pticos s o utilizadas melhor seguir as seguintes instru es gerais e N O OLHE no conector das Fontes pticas quando essas estiverem em opera o Ainda que nada possa ser visto porque o comprimento de onda emitido pode estar al m do espectro vis vel isso pode ser perigoso e prejudicial para a vis o e N O DOBRE os cabos pticos em la os voltas muito estreitas porque as fibras dentro do cabo pode
8. o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 965 Fotodetectores 103 Fotodiodo Fotodiodo de Avalanche Sensibilidade 0 1 1 A W 10 100 vezes maior do que a de um fotodiodo Comprimento de onda 660 nm e 1 2 3 janelas t pico 22 3 janelas t pico Complexidade dos circuitos M dio baixo Alto Resposta de freq ncia Centenas de MHz Dezenas de GHz Montagem Recept culo Pigtail Pigtail 22 3 janelas Custo M dio lt 500 d lares Alto lt 1000 d lares Aplica o Telemetria Transmiss es anal gicas V deo redes locais de e digitais com uma taxa m dia 10 Mb s em dist ncias curtas lt 2km utilizando fibra pl stica Comprimento de onda de 660 nm Redes locais anal gicas ou de dados com transmiss es a uma taxa m dia 10 Mb s em dist ncias m dias lt 10 km utilizando fibras de vidro Comprimento de onda na 1 janela V deo redes locais de dados com transmiss es a uma taxa alta 200 Mb s em dist ncias m dias lt 50 km utilizando fibra de vidro Comprimento de onda na 1 22 3 janelas dados com transmiss es a uma taxa alta 200 Mb s em dist ncias m dias longas 100 km utilizando fibra mono modo Comprimento de onda na 2 e 3 janelas Transmiss es digitais com taxas muito alta Gb s em longas dist ncias lt 400 km utilizando fibra mono modo Comprimento de onda na 2 e
9. o de um transmissor ptico digital e Descrever a opera o de um receptor ptico digital e Executar medidas em um sistema de comunica o Equipamento Necess rio e Unidade base para o sistema MSU mod EP4 fonte de energia cart o propriet rio mod FIP Unidade de controle e de inser o de defeitos e UTF1 Cart o de pr tica e Oscilosc pio 967 1 Sugest es Te ricas O sistema de comunica o digital montado no cart o de pr tica FIG 967 1 capaz de transmitir sinais digitais TTL O sinal TTL modula a intensidade da radia o luminosa emitida por um LED fonte ptica montado em um conector para realizar a conex o com a fibra ptica Na recep o a fibra ser conectada a um fotodetector fotodiodo PIN A corrente de sa da do fotodiodo amplificada por meio de um pr amplificador de trans imped ncia montado no mesmo circuito do fotodiodo que fornece uma tens o de sa da Em seguida existe um amplificador faixa larga e uma interface que fornece a compatibilidade dos TTL Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 967 Sistema de Comunica o Digital 126 967 1 1 Transmissor A FIG 967 2 apresenta um m todo simples de transforma o de um sinal el trico TTL em um pulso ptico Observe o circuito e as curvas mostradas na FIG 967 3 representando as curvas caracter sticas de um LED Corrente Tens o e Pot ncia ptica de sa da Pout Corrente d
10. ALGaAs GaAs os LED operando nas 2 e 3 janelas s o fabricados de ir dio g lio arseneto fosfina InGaAsP InP indium gallium arsenide phosphide Sinal El trico Interface Eletro tica Figura 964 1 Alimenta o de um LED Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 964 Fontes pticas 35 Par metros caracter sticos Os par metros mais importantes para um LED s o Comprimento de onda de sa da Largura espectral de sa da a falta do mono cromatismo proporciona a dispers o crom tica particularmente presente na 3 janela A FIG 964 2a apresenta um diagrama t pico da intensidade relativa versus o comprimento de onda para um LED operando na 2 janela Pot ncia ptica de sa da ela varia em algumas dezenas de uW e depende da corrente direta de alimenta o A FIG 964 2b mostra um diagrama t pico da pot ncia emitida em fun o da corrente de alimenta o Geralmente os fabricantes indicam a pot ncia ptica entrando na fibra especificando o tipo de fibra 50 125 100 140 mono modo etc Resposta de frequ ncia correspondendo a um filtro do tipo passa baixa ela detectada quando um sinal modulante senoidal modifica a portadora ptica Ela varia de algumas dezenas a poucas centenas de MHz A FIG 964 2c mostra uma resposta de frequ ncia t pica de um LED Alguns fabricantes indicam a resposta a um pulso FIG 964 d no lugar da resposta de frequ ncia
11. As perdas extr nsecas externas s o provocadas pelo desalinhamento f sico das fibras pticas nos pontos de jun o devido s t cnicas e aos dispositivos de uni o ou de jun o Existem tr s tipos de desalinhamentos classificados como descrito na FIG 963 2 Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 963 Acoplamentos 58 b c A I w N T SEE Figuras 963 1 Perdas intr nsecas internas nas uni es a N cleos com di metros diferentes b Cobertura do n cleo com di metros diferentes c Aberturas num ricas diferentes d ndice de refra o com tend ncias diferentes e N cleo el ptico f Falta de concentricidade entre N cleo e Cobertura do n cleo Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 963 Acoplamentos 59 Figura 963 2 Perdas extr nsecas externas nas uni es a Desalinhamento axial b Desalinhamento lateral c Desalinhamento angular 963 2 2 Uni o por Fus o A uni o por fus o direta foi desenvolvida seguindo as etapas e As extremidades das fibras a serem unidas s o cortadas limpas e polidas e Em seguida elas s o alinhadas face a face e Elas s o aquecidas acima do ponto de fus o desta forma as duas fibras formam um corpo nico Tr s t cnicas de fus o podem ser classificadas segundo a maneira como gerado o aquecimento que s o Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDA
12. FONTE RECEPT CULO REA DE EMISS O REA DE EMISS O a b Figura 964 7 Fontes montadas utilizando recept culos Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 964 Fontes pticas 83 FONTE PIGTAIL REA DE EMISS O FONTE AU PIGTAIL FIBRA TRANSMISSORA SOLDA b Figura 964 8 Fontes montadas utilizando o pigtail 964 5 Tabela sum rio das fontes ticas A tabela a seguir sumariza alguns dados t picos da fontes pticas utilizando LED e Diodo Laser LED Diodo Laser Pot ncia ptica de sa da Dezenas de mW Centenas de mW Comprimento de onda 660 nm e 1 e 2 janelas t pico 22 32 janelas t pico Espectro de sa da Largo dezenas de nm Estreito poucos nm Complexidade dos circuitos M dio baixa Alta Resposta de frequ ncia Centenas de MHz Dezenas de GHz Constru o Recept culo ou pigtail na Pigtail 2 janela LED Diodo Laser Custo M dio centenas de Caro milhares de d lares d lares Aplica es Telemetria Transmiss es V deo redes locais de anal gicas e digitais com dados com transmiss es Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 964 Fontes pticas 84 Aplica es m dia 10 dist ncias uma taxa Mb s em curtas lt 2km utilizando fibra Comprimento de onda de 660
13. Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 964 Fontes pticas J 3 1 0 z 20 z m f x o E 0 5 amp 10 lt a 5 S i E 0 di 1000 1200 1400 1600 O 20 40 60 80 100 120 af COMPRIMENTO DE ONDA mm CORRENTE DIRETA mA E q e c RESPOSTA dB N 1 4A RESPOSTA AO PULSO 10 20 30 50 100 200 300 FREQU NCIA MHz 1 ns div Figura 964 2 Par metros caracter sticos de um LED a Espectro de sa da b Pot ncia ptica de sa da corrente de alimenta o c Resposta de frequ ncia d Resposta a um pulso 964 3 Diodo Laser A recombina o el tron lacuna n o o nico m todo de se gerar f tons que consiste na radia o luminosa A pr pria energia de um f ton colidindo em um tomo energizado pode emitir um outro f ton isso tamb m conhecido como emiss o simulada simulated emission Esse novo f ton est em fase com o Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 964 Fontes pticas 77 f ton incidente e tem aproximadamente a mesma frequ ncia este o ponto de partida para obter se a amplifica o da radia o A opera o de um diodo Laser LD est baseada exatamente no princ pio acima mencionado A emiss o estimulada obtida atrav s de uma dopagem maior do que aquela utilizada para os LED e com alguns dispositivos construtivos como por exemplo uma realimenta o positiva iniciada pela reflex o
14. c CAMERA MONITOR A D d Figura 966 3 a Transmiss o de dados utilizando link direto b Transmiss o de dados utilizando Multiplex TDM c Link telef nico utilizando PCM Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 966 Introdu o aos Sistemas de Comunica es 115 d Link de v deo digital 1 MULTIPLEXER IX RX DEMULTIPLEXER TICO ENTRADAS REL DE SA DA n DRIVER RECEPTOR DIGITAL DIGITAL SINAL SINAL A ANAL GICO ANALOGICO DC A x DC 9 Figura 966 3 e Link de uma rede local f Sistema de controle e supervis o g Telemetria Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 966 Introdu o aos Sistemas de Comunica es 116 966 3 Sistemas de Comunica o Anal gica Os sistemas de comunica o anal gica s o empregados principalmente para a transmiss o de sinais de v deo em aplica es de sistemas de telecontrole v deo confer ncia transmiss o de programas de TV etc Se apenas um canal de v deo transmitido o sinal modula diretamente o Driver Anal gico FIG 966 4a Tamb m existem aplica es onde mais canais de v deo com seus respectivos sistemas de udio s o transmitidos ao mesmo tempo utilizando uma fibra ptica nica FIG 966 4b Neste caso os canais s o mutiplexados utilizando se a t cnica FDM Frequency Division Multiplexing Multiplexa o por Divis o de Frequ ncia antes de se
15. e Fotodetector e interface ptica el trica Fonte Foto Sinal tica detector Sinal El trico Interface Za Va Interface El trico E Eletro tica Eletro tica E FE Fibra tica Figura 961 1 Sistema de comunica o com fibra ptica 961 2 Estrutura A mat ria prima das fibras pticas deve ser transparente luz emitida pela fonte de luz inclusa no transmissor Por m o termo fibra ptica gen rico e diz respeito a um amplo grupo de fibras de diferentes materiais vidro pl stico etc com diferentes dimens es e performances por exemplo a faixa de atenua o vai de menos de 1 dB km a algumas centenas de dB km Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 961 A Fibra ptica 16 A fibra nua A estrutura b sica capaz de propagar a luz denominada de nuber fiber fibra nua ela consiste de um Core n cleo e uma Cladding cobertura Contudo essa estrutura tamb m muito fr gil do ponto de vista mec nico assim ele refor ado com v rias coberturas de prote o o resultado um cabo de fibra ptica simples V rios cabos de fibra ptica simples reunida formam os cabos ticos m ltiplo N cleo e cobertura Por essa raz o as fibras pticas e os cabos n o s o constru dos com um nico material homog neo mas eles consistem de camadas conc ntricas de materiais apresentando caracter sticas diferentes A parte central de uma fibra o n cle
16. etc ela parafusada na parte rosque vel do recept culo e O corpo posterior na qual a fibra ptica e o revestimento do cabo s o fixados Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 963 Acoplamentos 63 e A capa que bloqueia a cobertura do cabo na parte posterior do corpo do conector ZLLLLILA A eg S Ee mr Me mn AU DES E E E TA sr CU R id CAIA a CEZAR Ee ond ZA Cabo i A Capa Porca de Mola Ferrule ac Ondulada uni o foras IS b Cabo Capa Fibra Corpo Porca de Ferrule Final da Ondulada Posterior uni o Fibra Figura 963 4 Estrutura dos conectores a ST e b SMA B U AUU MM Mm Cabo Capa Fibra Corpo Ondulada Figura 963 5 Estrutura de um conector Snap IN HP 963 4 Exerc cios UTF1 Desconecte todos os jumpers FIP Entre com o n mero do c digo da li o 963 Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 963 Acoplamentos 64 963 4 1 Atenua o na fibra e Alimente o cart o e Desconecte o jumper J13 e fa a as seguintes conex es J7c J9b J10b J11 J12b de modo que o circuito possa ser arranjado como apresentado na FIG 963 6 Essa configura o inclui o LED e o Fotodiodo de 660 nm al m disso um sinal digital alternando 0 1 ser aplicado entrada do Digital Driver Driver Digital TP20 e Conecte o LED ao Fotodiodo atrav s do cabo 1 fibra ptica
17. ncia de dados 968 2 2 Encoders Codificador 968 2 3 Estabelecendo um link 968 2 4 Transmiss o de dados com Computador Pessoal Li o 969 Multiplex de Sinais Digitais 969 1 Sugest es te ricas 969 1 1 Diagrama em blocos de um sistema Multiplex Demultiplex 969 1 2 Multiplexador 969 1 3 Demultiplexador 969 2 Exerc cios 969 2 1 Formas de onda do Multiplexador e Codificador 969 2 2 Estabelecendo um link Li o 970 Transmiss o de Sinais Anal gicos 970 1 Sugest es te ricas 970 1 1 Descri o geral 970 1 2 Transmissor modulador de FM 970 1 3 Receptor demodulador de FM 970 2 Exerc cios 970 2 1 Modulador de FM 970 2 2 Montando um link 970 2 3 Demodulador de FM 970 2 4 Exemplo de um link de udio Li o 971 Sistema de Comunica o udio V deo 971 1 Sugest es te ricas 971 1 1 Descri o geral 971 1 2 Driver anal gico 971 1 3 Receptor anal gico 971 1 4 Multiplexador udio V deo 971 1 5 Demultiplexador udio V deo Tradu o e Formata o Wander Rodrigues 971 1 6 Fontes de udio e gerador de v deo 971 2 Exerc cios 971 2 1 Multiplexador udio V deo 971 2 2 Transmissor anal gico ponto de opera o do LED 971 2 3 Montando um link Ap ndice A Unidade de Pot ncia ptica Ap ndice B Datasheet dos componentes pticos VOLUME 2 2 MANUAL DE SERVI O Circuitos Tradu o e Formata o Wander
18. 3 janelas Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 965 Fotodetectores 104 965 7 Exerc cios UTFi Desconecte todos os jumpers FIP Entre com o c digo da li o 965 965 7 1 Responsivity do detector Fotodiodo PD1 e Alimente o Cart o de pr tica e Desconecte os jumpers J11 J12 e conecte o jumper J13b de forma a construir o circuito da FIG 965 12 Esta configura o inclui o LED a 820 nm polarizado diretamente por meio do trimmer BIAS P4 Gire P4 completamente para a direita m xima tens o de polariza o e Conecte o LED 1 e o fotodiodo PD1 820 nm por meio do cabo 3 fibra 200 230 e Conecte um volt metro ou o oscilosc pio na fun o DC no TP23 onde a tens o fornecida pelo detector ser medida Considere que a tens o medida proporcional corrente gerada pelo fotodiodo e Agora troque a fibra do LED 1 820 nm para o LED 2 660 nm Remova o jumper J13b e conecte o jumper J12b e Me a a nova tens o na sa da do detector TP23 Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 965 Fotodetectores 105 DIGITAL DRIVER Figura 965 12 Montagem no Cart o de Pr tica Q1 Qual das seguintes afirmativas est correta Grupo A B 1 2 A tens o igual a aquela detectada no caso anterior fonte de 820 nm detector de 820 nm A tens o menor porque a atenua o na fibra maior e
19. V esculpida em uma placa de metal pl stico silicone cer mica ou em outro tipo de material O acoplamento consiste em juntas as extremidades das fibras e em seguida cobertos por uma cola com uma resina que tamb m Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 963 Acoplamentos 61 atua como um adaptador de ndices finalmente as extremidades da uni o s o fixadas e protegidas com um cobertura As perdas devido a esse mecanismo de jun o dependem das dimens es do N cleo e podem atingir valores menores do que 0 2 dB a b 1 a Figura 963 3 Uni es mec nicas a capilaridade b sulcada ou com ranhuras 963 3 Conectores Conectores s o dispositivos que unem duas fibras pticas ou uma fibra ptica a uma fonte ou a um detector de maneira fixa mas n o de forma permanente O sistema de conex o pode consistir de um conector macho aplicado extremidade de uma fibra e um elemento f mea ou recept culo montado em um equipamento ou diretamente em fontes e detectores ou de dois conectores macho ligados atrav s de um adaptador dupla f mea Existem conectores para fibras mult modos e conectores para fibras mono modo bvio que um n vel maior de precis o mec nica exigida para os conectores do segundo tipo como as dimens es do n cleo das fibras mono modo s o menores e por isso torna se necess rio minimizar os desalinhamentos das fibras faceadas pelos mesmo
20. do cabo 4 1 Um furo para a inser o de outra fibra Remova o protetor cuidadosamente dos conectores dos cabos 1 3 4 e 5 Aponte o conector de um dos cabos para uma fonte de luz luz solar l mpada etc e observe o furo do outro conector do mesmo cabo Execute a mesma opera o com todos os outros cabos Q3 Qual das seguintes senten as verdadeira Grupo A B 13 A mesma quantidade de luz sai de todos os furos 2 3 O furo mais brilhante corresponde ao do cabo 1 o de menor brilho corresponde ao do cabo 5 Os n cleos das fibras pticas apresentam o mesmo di metro A cobertura da fibra no cabo 1 tem um di metro maior do que a cobertura da fibra no cabo 5 So As dimens es dos furos decrescem segundo a seguinte sequ ncia cabo amp 1 cabo 3 cabos 4 e 5 de iguais dimens es Os di metros dos furos dependem do di metro da fibra nua A intensidade da mancha de luz decresce segundo a seguinte sequ ncia cabo 1 cabo 3 cabo 4 cabo 5 e depende do di metro do n cleo da fibra Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 961 A Fibra ptica 28 961 6 Quest es Q4 A estrutura principal de uma fibra ptica deve incluir Grupo A B 1 4 O n cleo camada externa de vidro e a cobertura cilindro interno de pl stico 2 3 O n cleo cilindro interno de vidro e o segundo isolador camada externa de pl stico 3 2 O n cleo cilindro interno de vidro ou
21. dos sistemas de comunica es digitais incluem FIG 966 3 Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 966 Introdu o aos Sistemas de Comunica es 113 e Transmiss o de dados com links diretos e Transmiss o de dados com TDM Time Division Multiplexing Multiplexa o por divis o de tempo e Links telef nicos com PCM Pulse Coding Mudulation Modula o por Codifica o de Pulso e Link de v deo digital e Link de redes locais e Sistemas de controle e supervis o e Telemetria Na telemetria necess rio transmitir sinais anal gicos adquiridos a partir de medi es esses sinais normalmente apresentam uma frequ ncia muito baixa e um offset na corrente direta Um m todo comumente empregado consiste em converter este sinal em varia es de frequ ncia de uma forma de onda quadrada ou em outras palavras utilizar uma modula o em frequ ncia em uma portadora com forma de onda quadrada DRIVER RECEPTOR DIGITAL DIGITAL DADOS DIGITAIS NRZ DECODIFICADOR DECODER DADOS DIGITAIS CODIFICADOR NRZ ENCODER j a Figura 966 2 Estrutura de um sistema de comunica o digital utilizando fibra ptica Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 966 Introdu o aos Sistemas de Comunica es 114 RY RE MULTIPLEXER MULTIPLEXER DEMULTIPLEX DEMULTIPLEX PCM PCM a MODEM MODEM TICO TICO voz FIBRAS voz p
22. nm Redes pl stica locais anal gicas ou de dados com transmiss es a uma taxa 10 Mb s em dist ncias m dias lt 10 m dia km utilizando fibras de vidro Comprimento de onda na 1 janela V deo dados com transmiss es a uma taxa alta 200 Mb s em dist ncias m dias lt 50 km utilizando fibra de redes locais de vidro Comprimento de onda na 1 e 2 janelas a uma taxa alta 200 Mb s em dist ncias m dias longas 100 km utilizando fibra mono modo Comprimento de onda na 2 e 3 janelas Transmiss es digitais com taxas muito alta Gb s em dist ncias lt 400 km fibra Comprimento de longas utilizando mono modo onda na 2 e 3 janelas 964 6 Exerc cios UTF1 Desconecte todos os jumpers FIP Entre com o c digo da li o 961 Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 964 Fontes pticas 85 964 6 1 Pot ncia ptica emitida por um LED e Alimente o cart o de pr tica e Desconecte os jumpers J11 J13 e feche o jumper J12 b tal que o circuito possa apresente a montagem conforme a FIG 964 9 Essa configura o inclui o LED de 660 nm polarizado diretamente atrav s do trimmer P4 BIAS e Me a a tens o Vio atrav s do resistor de 10 Q conectado em s rie com o LED entre o TP15 e o terra GND A corrente direta Ip no LED pode ser determinada utilizando a seguinte express o Ir Vi 10 Vio em m
23. onde as fibras pticas apresentam a m nima atenua o O diodos LED geralmente s o caracterizados por uma confiabilidade boa e custo limitado duas dimens es sobretudo s o limitadas e capaz de um acoplamento muito bom com as fibras pticas Contudo eles n o s o monocrom ticos de modo que eles proporcionam um dispers o crom tica dentro da fibra Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 964 Fontes pticas J Os diodos Laser apresentam um espectro de emiss o muito estreito tanto que sua dispers o crom tica considerada reduzida e a pot ncia ptica que eles podem fornecer consideravelmente maior do que aquela fornecida pelos diodos LED Contudo eles s o mais caros que os diodos LED e a pot ncia que eles emitem dependem muito da varia o de temperatura Por essa raz o eles devem operar em um ambiente com temperatura controlada ou eles devem ser alimentados por um circuito APC Automatic Power Control Controle Autom tico de Pot ncia que regula a pot ncia emitida em fun o da varia o de temperatura LED O LED um diodo particular que emite luz atrav s de um processo de recombina o de pares el trons lacunas devido a uma polariza o direta de uma jun o FIG 964 1 A pot ncia ptica emitida fun o da corrente de alimenta o direta Os LED atuais que operam na 1 janela s o fabricados de arseneto de g lio ou de um composto tern rio com alum nio
24. pl stica de 1 5 m do adaptador ST ST e o cabo 6 e Ajuste O trimmer Bias Polariza o P4 para sua posi o intermedi ria Conecte J15b Utilizando se de um oscilosc pio observe a forma de onda no ponto TP24 tens o detectada pela jun o do fotodiodo o amplificador de trans imped ncia e Anote a amplitude Vouyr da onda quadrada detectada e Troque o cabo 1 fibra ptica Pl stica de 1 5 m pelo cabo 2 fibra ptica pl stica de 5 m e me a a nova amplitude Vour gt do sinal recebido no ponto TP24 Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 963 Acoplamentos 65 Q1 O que se pode verificar Grupo A B 1 4 A amplitude n o variou 2 3 A amplitude aumentou por causa do comprimento maior da fibra 3o 22 A amplitude diminuiu por causa da maior atenua o do sinal ptico devido ao maior comprimento da fibra 4 1 A amplitude diminuiu por causa da abertura num rica menor para a fibra 2 Nota Se a pot ncia que entra na fibra fornecida pelo LED a 660 nm pode ser considerada constante um sinal com amplitude igual a Vour proporcional pot ncia ptica recebida est dispon vel na sa da da fibra de 1 5 m enquanto que uma amplitude Vou est dispon vel na sa da da fibra de 5 m A rela o Voutz Vouti deve indicara atenua o proporcionada pelo comprimento adicional de 3 5 m para um sinal de 660 nm e Calcule a rala o Vout2 Vout anote seu va
25. sticas das fibras que acompanham o cart o Cabo de fibra ptica 1 e Comprimento 1 5 m e Tipo de fibra pl stica ndice degrau e Di metro 1000 um cobertura do n cleo e Atenua o veja FIG 962 13 e Abertura num rica 0 46 e ngulo de aceita o 55 Cabo de fibra ptica 2 e Comprimento 5 m e Outras caracter sticas semelhante a do cabo 1 Cabo de fibra ptica 3 e Comprimento 3 m e Tipo de fibra vidro ndice degrau e Di metro 200 230 um n cleo cobertura do n cleo e Atenua o lt 7 dB km 820 nm e Abertura num rica 0 35 e ngulo de aceita o 20 e Faixa passante 20 MHz km Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 962 A Fibra ptica II so Cabo de fibra ptica 4 e Comprimento 3 m e Tipo de fibra vidro ndice gradual e Di metro 50 125 um n cleo cobertura do n cleo e Atenua o lt 3 5 dB km 820 nm 1 5 dB km 1330 nm e Abertura num rica 0 2 e ngulo de aceita o 11 e Faixa passante 600 MHz km Cabo de fibra ptica 5 e Comprimento 3 m e Tipo de fibra vidro mono modo e Di metro 10 125 um n cleo cobertura do n cleo e Atenua o lt 0 4 dB km 1330 nm lt 0 3 dB km 1550 nm e Abertura num rica lt 01 e ngulo de aceita o 5 e Faixa passante 5 GHz km Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 962 A Fibra ptica II 5i Figura 962 13 Curva de atenua o de u
26. uma capacit ncia de jun o Q5 Como o sinal gerado pelo fotodiodo ser amplificada Grupo A B 1 4 Com amplificadores de alta imped ncia na entrada ou amplificadores de trans imped ncia 2 3 Com amplificadores de baixa imped ncia de entrada ou amplificadores de trans condut ncia 3 2 A amplifica o n o necess ria 4 1 Com amplificadores seletivos de ganho vari vel Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 965 Fotodetectores 109 Q6 O fotodiodo de avalanche Grupo A B 1 2 polarizado com uma alta tens o reversa havendo igual incid ncia de luz ele gera uma corrente direta que pode ser 100 vezes maior do que a de um fotodiodo PIN apenas polarizado na regi o de ruptura Breakdown normalmente empregado na 1 e 2 janelas em links a curta dist ncia apresenta o mesmo custo de um fotodiodo PIN polarizado com uma alta tens o direta havendo igual incid ncia de luz ele gera uma corrente reversa que pode ser 100 vezes maior do que a de um fotodiodo PIN igualmente polarizado com baixas tens es normalmente empregado na 2 e 3 janelas em links a longa dist ncia apresenta um custo maior do que a de um fotodiodo PIN polarizado com uma alta tens o reversa havendo igual incid ncia de luz ele gera uma corrente direta que pode ser 100 vezes maior do que a de um fotodiodo PIN apenas polarizado na regi o de ruptura Breakdown no
27. uma barra Por exemplo Fibra 50 125 significa que uma fibra ptica apresentando um n cleo com di metro de 50 um e uma cobertura com di metro de 125 um Buffers Isoladores A estrutura mec nica de uma fibra nua muito fr gil desta forma ela refor ada com v rias camadas de cobertura Geralmente essas camadas s o FIG 961 2 Isolamento prim rio de resina pl stica epoxy di metro de 250 um para fibras com cobertura de 125 um Isolamento intermedi rio de silicone di metro de 410 um Isolamento secund rio de material pl stico di metro de 900 um Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 961 A Fibra ptica 18 Uma vez coberto a fibra nua o elemento b sico para a constru o de cabos de fibra ptica com m ltiplos cabos ou fibra ptica simples Cabos de fibra ptica simples Cabos de fibra ptica simples cont m uma fibra ptica b sica consistindo do n cleo da cobertura e do isolamento prim rio eles podem ser constru dos de dois tipos de estruturas principais e Estrutura livre FIG 961 3a e Estrutura r gida FIG 961 3b No primeiro caso a fibra coberta inserida em um tubo pl stico protetor Algumas vezes esse tubo tamb m preenchido com um composto de poliuretano que previne a infiltra o de gua no ponto de travamento fixa o da fibra Essa estrutura empregada em links de comunica o a longa dist ncia e permite certo m
28. 2 Luz penetrando na fibra Raio axial Revestimento Raio cr tico Figura 962 3 Trajet ria de propaga o A diferen a entre os tempos de propaga o tr nsito pelo raio axial 8 0 e pelo raio cr tico 0 Oomax desde que 6 Oc onde Oc o ngulo cr tico refere se li o 961 pode ser calculada como se segue Suponha L unidade de comprimento c 3x 10 m s velocidade da luz vw c n velocidade de propaga o da luz dentro do n cleo O tempo de propaga o para o raio axial igual a E Ea 962 2 v c O tempo de propaga o para o raio cr tico igual a Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 962 A Fibra ptica II 36 Vos parane 962 3 vi Utilizando a equa o 961 5 cos 0 A obt m se 1 2 T A 962 4 Eus O resultado da diferen a em T e Ta dividido pela unidade de comprimento L o atraso m ximo Tmax por unidade de comprimento Si Er r Afaz 962 5 n Por exemplo supondo n 1 51 e n2 1 50 tem se O Tmax 33 ns km Desta forma um pulso luminoso entrando na fibra em diferentes ngulos sair estendido alargado no tempo em fun o de seus v rios caminhos ou trajet rias dentro da fibra FIG 962 4 Esse efeito devido a diferentes modos de propaga o da luz dentro da fibra denominado de Dispers o Modal ou Dispers o Intermodal A Dispers o Modal expressa em ns km e seu ef
29. 964 6 2 Curvas caracter sticas dos LED 964 7 Quest es Li o 965 Fotodetectores 91 965 1 Introdu o 965 2 Fotodiodos PN e PIN 965 3 Fotodiodo de Avalanche 965 4 Acoplamento entre fibra e detector 965 5 Amplifica o do sinal detectado 965 6 Tabela sum rio dos Fotodetectores Tradu o e Formata o Wander Rodrigues 965 7 Exerc cios 965 7 1 Resposta do detector 965 8 Quest es Li o 966 Introdu o aos Sistemas de Comunica es 111 966 1 Introdu o 966 2 Sistemas de comunica o digital 966 3 Sistemas de comunica o anal gica 966 4 Dimensionamento de um link 966 4 1 Margem de Pot ncia 966 4 2 Exemplo de c lculo de um link 966 5 Quest es Li o 967 Sistema de Comunica o Digital 125 967 1 Sugest es te ricas 967 1 1 Transmissor 967 1 2 Receptor 967 2 Exerc cios 967 2 1 Corrente de pr polariza o dos LED 967 2 2 Ajuste da pot ncia de sa da 967 2 3 Formas de onda do sinal transmitido 967 2 4 Comprimento de onda operacional 967 2 5 Formas de onda do sinal recebido 967 2 6 Utiliza o de v rios tipos de fibras 967 3 Quest es Li o 968 Codifica o e Transmiss o de Dados 140 968 1 Sugest es te ricas 968 1 1 Codifica o Manchester Bi fase 968 1 2 Decodifica o Manchester Bi fase 968 1 3 Interface V24 RS232C 968 2 Exerc cios Tradu o e Formata o Wander Rodrigues 968 2 1 Sequ
30. LED de 820 nm LED 1 por meio de alguns jumpers O resistor R58 de 109 em s rie com os LED foi conectado aos diodos de forma a obter um valor da corrente que passa pelos LED a partir da medida da queda de tens o nestes Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 967 Sistema de Comunica o Digital 129 J130 m 820nm OPTICAL Ag TRANSMITTER LED1 HFBR1414 DIGITAL DRIVER IC7A 1 74HC00 8 e 13 c21 c22 1004 E bi IC7B 2200 4 74HC00 R54 R56 220 IC7C q 74HC00 TD2 Figura 967 4 Diagrama el trico de um transmissor ptico digital 967 1 2 Receptor Refere se ao diagrama el trico apresentado na FIG 967 5 O sinal ptico transportado pela fibra detectado por um fotodiodo PIN inclu do no circuito detector O fotodiodo gera uma corrente proporcional radia o incidente O amplificador de trans imped ncia montado dentro do mesmo detector fornece uma tens o de sa da proporcional corrente de entrada Um dos dois detectores PD2 660 nm PD1 820 nm pode ser conectado aos circuitos posteriores por meios de alguns jumpers O sinal de tens o amplificado e quadrado conformado por tr s portas ECL consecutivas IC8 MC10116 sendo em seguida aplicado a um conversor ECL TTL transistores T8 T9 cujo sinal de sa da est no formato TTL Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 967 Sistema de Comunica o Digital 130
31. Rodrigues REGRAS DE SEGURAN A Mantenha esse manual a m os para qualquer tipo de ajuda Ap s desembalar o equipamento separe todos os acess rios a fim de que eles n o se percam Verifique se o cart o de pr tica est perfeito sem nenhuma avaria aparente Antes de conectar a fonte de alimenta o de 12 V ao cart o de pr tica assegurem se de que os cabos de energia est o adequadamente conectados fonte de alimenta o Esse equipamento deve ser empregado apenas para o uso que foi idealizado isto como um equipamento educacional e deve ser utilizado sob a supervis o direta de pessoal qualificado Qualquer outra utiliza o n o adequada por essa raz o perigosa O fabricante n o pode ser responsabilizado por qualquer dano devido a uma utiliza o inadequada errada ou excessiva Precau es Quando utilizar fibras pticas ou outros componentes pticos obede am as seguintes instru es gerais e N O OLHE diretamente em um conector de uma Fonte ptica quando essa estiver em funcionamento Certamente nada pode ser visto porque o comprimento de onda emitido pode estar al m do espectro vis vel isto pode ser perigoso para a vis o e N O DOBRE os cabos pticos em c rculos pequenos porque a fibra interna aos cabos pode quebrar ou ser prejudicada O raio m nimo de dobra est em torno de 2 cm Tradu o e Formata o Wander Rodrigues Ap s terminar os teste
32. TEC Li o 963 Acoplamentos 60 Flame fusion Fus o por chama a fonte de calor uma micro chama obtida a partir da mistura de oxig nio e g s propano provenientes de capilaridades calibradas Esta foi a primeira t cnica de fus o desenvolvida e atualmente est obsoleta Laser fusion Fus o a laser a fonte de calor um laser de CO Esta t cnica est sendo desenvolvida e ainda n o est consilidada Arc fusion Fus o a arco o calor gerado por uma corrente el trica na forma de um arco brilhante entre dois eletrodos Esta a t cnica mais comum amplamente aplicada por sua simplicidade e efici ncia As perdas provocadas por uma uni o por fus o dependem das dimens es do N cleo e podem atingir valores menores do que 0 05 dB 963 2 3 Uni o Mec nica A jun o ou uni o mec nica consiste em faceamento e bloqueio das extremidades das fibras a serem unidas Essas uni es s o mais convenientes em rela o s uni es por fus o para conex es r pidas e tempor rias V rias t cnicas s o utilizadas para obter uma uni o mec nica As uni es mais comuns s o classificadas em duas fam lias principais FIG 963 3 Capillary splices Uni es capilares elas consistem em um tubo de alinhamento rijo com um furo cujo di metro igual quele da fibra ptica Grooved splices Uni es sulcadas ou com ranhuras o elemento de alinhamento dessa uni o consiste de ranhuras no formato de um
33. Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 964 Fontes pticas so tens o de refer ncia A diferen a entre esses dois valores aciona o circuito de alimenta o for ando uma varia o na corrente de alimenta o do diodo Laser de forma a regular sua pot ncia m xima Desta forma o circuito APC regula a pot ncia ptica de sa da quando a temperatura varia Se a temperatura eleva a pot ncia de sa da tende a decrescer o que tamb m decresce a tens o fornecida pelo fotodiodo e pelo detector de pico Assim o erro e a corrente fornecida pelo circuito de alimenta o do diodo Laser aumentam O resultado que a pot ncia de sa da tende a aumentar contrariando o efeito proporcionado pela varia o de temperatura Pulsos na Sa da tica k p o T A i Ith i Corrente t Ip Pulso de Corrente de Excita o Ig Corrente de Polariza o hh Limiar Inicial de Corrente Corrente de Excita o Figura 964 4 Alimenta o de um diodo Laser Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 964 Fontes pticas 81 CIRCUITO DE CHAVEAMENTO ENTRADA DE SINAL DIGITAL MONITORAMENTO DO FEIXE AMPLIFICADOR DE ERRO DETECTOR DE PICO CIRCUITO EXCITADOR T REF Figura 964 5 APC Controle Autom tico de Pot ncia FOTODIODO DE DIODO LASER LENTES ACOPLADORAS FIBRA Figura 964 6 Diodo Laser com monitora o
34. URO Va VBR Figura 965 7 Par metros dos APDs Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 965 Fotodetectores 100 Ip CORRENTE NO ESCURO A FATOR MULTIPLICATIVO 510 28 30 32 34 36 38 VR TENS O REVERSA V Figura 965 8 Corrente no escuro e fator M a b 0 8 2 4 6 8 0 10 800 1000 1200 1400 1600 O 10 20 50 100 200 COMPRIMENTO FREQU NCIA MHz DE ONDA mm 0 6 0 4 RESPOSTA dB 0 2 RESPONSIVITY A W Figura 965 9 a Responsivity b Resposta de frequ ncia 965 4 Acoplamento da fibra ptica ao detector A quantidade m xima da radia o luminosa vinda atrav s de uma fibra deve atingir a superf cie sens vel do detector Os fabricantes fornecem fotodiodos e fotodiodos de avalanche bem como outras fontes pticas apresentadas nas li es anteriores j montadas de forma adequada para serem acopladas s fibras Existem dois tipos de montagem Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 965 Fotodetectores 101 e Com recept culos FIG 965 10a os fabricantes geralmente indicam a rea da superf cie sens vel e ou a Abertura Num rica do dispositivo e Com pigtail FIG 965 10b os fabricantes geralmente indicam o tipo de fibra empregado na constru o do pigtail e sua Abertura Num rica No primeiro caso a fibra ser acoplada fonte atrav s de conectores o conector f mea instalado na fonte e um conector mach
35. V Ir em mA Observe a intensidade de luz emitida pelo LED Q1 O pode se inferir a partir das considera es pr vias Grupo A B 1 4 A pot ncia ptica emitida pelo LED aumenta quando a corrente direta diminui 2 3 A pot ncia ptica emitida pelo LED aumenta quando a corrente direta aumenta 3 2 A pot ncia ptica emitida pelo LED aumenta quando a corrente direta aumenta 4 1 A pot ncia ptica emitida pelo LED mantem se constante Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 964 Fontes pticas 86 DIGITAL DRIVER Figura 964 10 Montagem no Cart o de Pr tica Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 964 Fontes pticas 87 964 6 2 Curvas caracter sticas dos LED Essas medidas s poder o ser executadas se um Medidor de Pot ncia ptica estiver dispon vel e Desconecte os jumpers J11 J12 e feche o jumper J13b de tal forma que o circuito apresente a montagem conforme a FIG 964 10 Essa configura o inclui o LED de 820 nm polarizado diretamente por meio do trimmer P4 BIAS e Me a a tens o Vp atrav s do LED entre os pontos TP14 e TP15 e a tens o Vio atrav s do resistor de 10 Q conectado em s rie com o LED entre os pontos TP15 e o terra GND utilizando um volt metro A corrente direta Ip atrav s do LED pode ser determinada utilizando a seguinte express o IF Vio 10 Vio em mV Ir em mA e Conecte o LED ao Me
36. a de Comunica o Digital 134 Figura 967 7 Montagem no cart o de pr tica Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 967 Sistema de Comunica o Digital 135 967 2 4 Comprimento de onda operacional Desconecte J12 e em seguida conecte J7c J9b J10b J11 J13b J1i5a tal que o circuito apresente a configura o mostrada na FIG 967 7 Esta configura o inclui o LED e o fotodiodo de 820 nm e um sinal de dados alternando entre O 1 ser aplicado entrada TTL PT20 Conecte o LED 1 ao fotodiodo PD 1 por meio do cabo 4 fibra ptica 50 125 Conecte o oscilosc pio aos pontos TP15 e TP23 Uma tens o proporcional corrente atrav s do LED ser detectada no ponto TP15 enquanto que a forma de onda da tens o detectada pela montagem fotodiodo amplificador de trans imped ncia est dispon vel no ponto TP23 Agora mova a fibra ptica do fotodiodo PD 1 820 nm para o fotodiodo PD 2 660 nm utilizando o conector HP ST e o adaptador ST ST Conecte J15b e observe a forma de onda na sa da do detector PD 2 TP24 Q3 Qual das seguintes afirmativas verdadeira Grupo A B 1 2 O sinal recebido igual quele detectado no caso anterior fonte 820 nm e detector 820 nm 1 O sinal recebido muito menor porque a atenua o da fibra ptica maior a 820 nm do que em 660 nm 4 O sinal recebido tem amplitude menor porque o fotodiodo PD 2 adquire
37. a pot ncia de sa da e Mova o jumper J7 para a posi o J7a de forma a alimentar o circuito TTL com um sinal fixo de 5V n vel l gico 1 e Me a a queda de tens o Vio atrav s do resistor de 109 conectado em s rie com o LED entre TP15 e o terra GND A corrente direta Ip atrav s do LED ser dado por IF Vio 10 Vio em mV Ip em mA A corrente Ip bem como a m xima pot ncia ptica emitida pelo LED depende do ajuste do trimmer BIAS P4 Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 967 Sistema de Comunica o Digital 133 967 2 3 Formas de ondas do sinal transmitido e Mova o jumper J7 para a posi o J7c tal que o circuito TTL seja alimentado com um sinal de dados alternando entre 0 e 1 e Conecte o oscilosc pio nos pontos TP20 e TP15 Uma tens o proporcional corrente atrav s do LED est dispon vel no ponto TP15 e Aumenta a corrente de polariza o BIAS para o m ximo trimmer P4 girado completamente para a direita Q2 O se pode observar na forma de onda detectada no ponto TP15 Grupo A B 1 4 A amplitude aumenta 2 3 A forma de onda est distorcida De fato o LED est alimentado para a condi o off em um regi o n o linear 3 5 A frequ ncia dobra 4 1 A amplitude aumenta De fato o LED est alimentado com uma corrente maior 5 2 N o existem varia es Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 967 Sistem
38. a sensibilidade a 820 nm PD 2 a 660 nm ambos incluem um pr amplificador de trans imped ncia PD 1 est montado em um recept culo ST PD 2 em um recept culo Snap In HP 3 1 PD 1 atinge sua m xima sensibilidade a 660 nm PD 2 a 820 nm ambos incluem um pr amplificador de trans imped ncia PD 1 est montado em um recept culo ST PD 2 em um recept culo Snap In HP 4 3 PD 1 atinge sua m xima sensibilidade a 820 nm PD 2 a 660 nm ambos incluem um pr amplificador de trans imped ncia PD 2 est montado em um recept culo ST PD 1 em um recept culo Snap In HP Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 968 Codifica o e transmiss o de dados 140 Tradu o e Formata o Wander Rodrigues
39. ada do receptor Equivalent Optical Noise Input Power Pn Normalmente a pot ncia do sinal ptico til deve ser de aproximadamente 11 dB maior do que a Py a fim de obter uma taxa de erro de 10 966 4 2 Exemplo de c lculo de um link As caracter sticas dos componentes montados no cart o de pr tica LED e fotodiodo de 820 nm e a fibra ptica 50 125 cabo 4 s o Transmissor e Comprimento de onda 820 nm Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 966 Introdu o aos Sistemas de Comunica es 121 e Abertura Num rica 0 31 e Pot ncia ptica PT na fibra e 16 5 dBm para a fibra 50 125 com NA 0 18 e 3 dBm para a fibra 200 300 com NA 0 4 Receptor e Sensibilidade m xima a 820 nm e Pot ncia de ru do ptico equivalente PN 43 dBm e Abertura Num rica 0 35 e Pot ncia m xima de entrada 7 6 dBm Fibra 50 125 Cabo ptico 4 e Fibra 50 125 nm e NA 0 22 e Atenua o a 820 nm 3 dB km A Abertura Num rica da fibra utilizada veja as caracter stica do transmissor menor do que a do cabo 4 mas essa diferen a n o afeta tanto a pot ncia ptica PT entrando na fibra na realidade essa pot ncia Pr 16 5 dBm Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 966 Introdu o aos Sistemas de Comunica es 122 A taxa de erro melhor do que 10 pode ser obtida quando a pot ncia m nima Pam est dispon vel ent
40. alores de comprimento de onda Perdas por Espalhamento Elas existem devido estrutura granular a n vel de microsc pio do material que as fibras s o constru das Essas estruturas incluem alguns centros de espalhamento sendo pontos materiais que espalham a radia o em todas as dire es inclusive no sentido oposto Esse fen meno denominado de Espalhamento ou dispers o de Rayleigh Rayleigh Scattering ou Espalhamento pelo Material Material Scattering Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 962 A Fibra ptica II a Outras perdas Em um link de fibra ptica outras perdas podem ocorrer devido aos loops curvas estreitos na trajet ria de um cabo ptico Perdas pela Curvatura Bending Looses ou pelas jun es de mais de um trecho da fibra Certamente elas n o s o perdas intr nsecas da fibra mas depende da tor o na constru o do cabo Janelas Como mostrado na curva de atenua o das fibras de vidro FIG 962 10 existem tr s regi es de comprimentos de onda com valores m nimos de atenua o Essas regi es s o denominadas de Janelas Windows e Primeira janela entre 800 e 900 nm e Segunda janela em torno de 1330 nm e Terceira janela em torno de 1550 nm Esses valores s o de comprimentos de onda na qual a fibra de vidro s o comumente empregada contudo as fontes e os detectores devem respectivamente atingir suas pot ncia e sensibilidade m ximas para e
41. as nos modos indicados com HE41 T Eo TMoi HE21 O ndice de Refra o Efetivo Ner correspondente ao modo HE menor do que todos os outros modos Isso significa que neste modo a luz propaga a uma velocidade maior do que nos outros modos relembrando que a velocidade de propaga o da luz dentro em um meio inversamente proporcional ao ndice de refra o do mesmo meio Mult modo e mono modo As fibras podem ser classificadas em mult modo ou em fibras mono modo segundo o n mero de modos ativos Fibras mono modos devem ter V lt 2 405 tanto que a luz pode propagar apenas no primeiro modo modo fundamental 962 2 Dispers o modal Realmente a luz emitida a partir de uma fonte de luz e que entra na fibra n o consiste de um nico raio de luz mas de v rios raios atingindo o n cleo da fibra em diferentes ngulos FIG 962 2 De acordo com o que foi explicado antes e na li o 961 para as fibras mult modos ndice degrau existem diferentes caminhos ou modos com diferentes comprimentos em fun o do ngulo de entrada intuitivo perceber que um raio entrando com um ngulo 8 0 est paralelo ao eixo da fibra e seu caminho exatamente o comprimento da fibra contudo um raio entrando com a inclina o m xima permiss vel Oomax ter um caminho maior FIG 962 3 Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 962 A Fibra ptica II 35 n2 n2 Figura 962
42. centenas de mW Comprimento de onda 1330 1550 nm Largura espectral poucos nm Montagem tipicamente pigtail rabicho Custo elevado Aplica o links acima de v rios Gb s para dist ncias igual a centenas de km Q4 Qual das alternativas anteriores descreve as caracter sticas t picas de um Diodo Lazer Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 965 Fotodetectores 91 Li o 965 Fotodetectores Objetivos e Descrever as caracter sticas operacionais e os par metros dos Fotodiodos e dos Fotodiodos de Avalanche utilizados como fotodetectores nos sistemas de transmiss o com fibras pticas Equipamento Necess rio e Unidade base para o sistema MSU mod EP4 fonte de energia cart o propriet rio mod FIP Unidade de controle e de inser o de defeitos e UTF1 Cart o de pr tica e Oscilosc pio 965 1 Introdu o Os fotodetectores podem transformar um sinal ptico incidente em sinais el tricos Os requisitos principais de um fotodetector s o e Alta sensibilidade que corresponde capacidade de absorver a m xima quantidade da radia o incidente e Alta taxa de resposta de forma a detectar os pulsos de luz muito estreito e Dimens es limitadas baixo custo confiabilidade e fidedignidade Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 965 Fotodetectores 92 Os fotodetectores mais comuns utilizados nos sistemas de fibra
43. che os el trons gerados por um d bil sinal luminoso geram outros el trons tanto que um sinal luminoso fraco gera uma corrente reversa alta Por essa raz o o APD gera uma corrente reversa proporcional luz incidente FIG 965 5 mas sua corrente muito maior do que aquela obtida a partir de um fotodiodo normal A mat ria prima mais comuns na constru o dos APD s o o sil cio Si para comprimentos de onda entre 600 a 900 nm germ nio Ge para comprimento de onda entre 1200 e 1500 nm ndio G lio Ars nico InGaAs para comprimentos de onda maiores A tens o de ruptura atinge algumas centenas de volts para os APD de Si algumas dezenas de volts para os APD de Ge e uma centena de volts para os APD de InGaAs Considere apenas o 3 quadrante da curva apresentada na FIG 965 4 onde registra se os valores da tens o reversa Vpr no eixo X e a foto corrente Ip isto a corrente reversa no eixo Y assim poss vel tra ar as curvas representando o APD em sua regi o de opera o normal A FIG 965 6 apresenta essas curvas relacionando a varia o da luz incidente em APD de sil cio com uma tens o de ruptura aproximadamente de 130 V Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 965 Fotodetectores 96 ZONA DE AVALANCHE AUMENTO DA INCIDENCIA DE LUZ Figura 965 4 Curvas caracter sticas de um fotodiodo de Avalanche Figura 965 5 Corrente reversa proporcional a luz incidente
44. circuitos e sistemas de comunica o com fibra ptica Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 960 Descri o do Cart o de Pr tica 12 O cart o de pr tica alimentado com uma tens o de 12 V DC por meio do conector B FIG 960 2 ou por um cabo de energia Ent o uma tens o de 5 V DC obtida a partir da tens o de 12 V DC no cart o de pr tica O conector A deve ser conectado FIP Individual Control Units Unidade de Controle Individual refere se ao Service Handbook Volume 2 2 As tens es de alimenta o e os sinais empregados para o multiplexador e demultiplexador TDM est o marcados no conector C Add on refere se a descri o dos diagramas el tricos Service Handbook Volume 2 2 Esse conector pode ser empregado em poss veis aplica es futuras As chaves SW se presente tem a mesma fun o da Unit SIS1 Elas introduzem falhas na opera o dos circuitos s o ativadas segundo o que est descrito nos exerc cios e devem ser ajustadas em OFF no in cio de cada exerc cio Tradu o e Formata o Wander Rodrigues 13 DIDATEC Li o 960 Descri o do Cart o de Pr tica Figura 960 2 Diagrama de Blocos do Cart o de Pr tica UTF1 Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 961 A Fibra ptica 14 Li o 961 A Fibra ptica Objetivos e Descrever a estrutura de uma fibra ptica e Descrever como a luz pr
45. com fotodiodo Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 964 Fontes pticas 82 964 4 Acoplamento da fonte fibra ptica A maior parte da radia o luminosa irradiada por uma fonte deve penetrar na fibra Os fabricantes fornecem LED e Diodos Laser bem como os fotodetectores explicados na pr xima li o j montados em um inv lucro adequado para o acoplamento das fibras de transmiss o Existem dois tipos de montagens e Com recept culo FIG 964 7a a energia luminosa conduzida por meio de lentes ou um peda o pequeno de fibra ptica a um conector f mea denominado recept culo Os fabricantes normalmente indicam a pot ncia ptica que entra na fibra especificando o tipo de fibra 50 125 100 140 mono modo etc e Com pigtail rabicho FIG 964 8a e 964 6 a superf cie de radia o est acoplada a um peda o de fibra ptica de aproximadamente 1 metro denominado de pigtail rabicho Os fabricantes normalmente indicam a pot ncia ptica de sa da no pigtail especificando tamb m o tipo de fibra ptica utilizada na constru o do mesmo No primeiro caso a fonte acoplada fibra de transmiss o atrav s de conectores um f mea no lado da fonte e um macho na extremidade da fibra ptica FIG 964 7b No outro caso quando um link constru do o pigtail soldado diretamente na extremidade da fibra utilizada para a transmiss o FIG 964 8b RECEPT CULO CONECTOR
46. crom tica largura de faixa atenua o janelas Equipamento Necess rio e Unidade base para o sistema MSU mod EP4 fonte de energia cart o propriet rio mod FIP Unidade de controle e de inser o de defeitos e UTF1 Cart o de pr tica 962 1 Modos de propaga o Analisando o fen meno da propaga o utilizando as equa es de Maxwell chega se ao conceito de Modos de Propaga o Esse assunto ser examinado nesse par grafo por meio de considera es simples sem exigir do aluno conceitos rigorosos e complexos O Modo de Propaga o a configura o do campo eletromagn tico dentro da fibra que depende da geometria dessa fibra e da inclina o fornecida pela ndice de refra o Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 962 A Fibra ptica II 32 Frequ ncia normalizada A propaga o com modos pode ser mais bem explicada se a Frequ ncia Normaliza V e a Frequ ncia de Corte de um modo s o definidas A Frequ ncia Normalizada V um par metro que incluem todas as principais vari veis da qual a propaga o depende isto comprimento de onda da energia luminosa luz raio do n cleo ndices de refra o do n cleo e da cobertura Ela definida pela express o ve a NA 962 1 l Onde Comprimento de onda da luz energia luminosa raio do n cleo II n ndice de refra o do n cleo n gt ndice de refra o da cobertura
47. de uma parte da luz emitida dentro de uma zona ativa Como o f ton incidente e o f ton emitido realmente tem a mesma frequ ncia o espectro de sa da do Laser muito estreito menor do que ao do LED Par metros caracter sticos Os par metros caracter sticos dos diodos Laser s o os mesmos dos LED A FIG 964 3 apresenta os gr ficos da pot ncia de sa da e a largura espectral de um diodo Laser Quando comparado com um diodo LED um diodo Laser oferece as seguintes vantagens e Largura espectral muito mais estreita alguns nan metros em vez de dezenas de nan metros e Pot ncia emitida muito maior mW em vez de uW e Tempo de resposta muito mais r pido fra es de ns em vez de alguns ns Al m disso os diodos Laser s o mais sens veis s varia es de temperatura do que os LED desta forma eles devem operar em um ambiente com temperatura controlada e devem ser alimentados com uma corrente de polariza o que varia automaticamente a fim de regular a pot ncia de sa da Esses circuitos s o denominados de Controle Autom tico de Pot ncia Automatic Power Control APC Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 964 Fontes pticas 38 a a o a ha Pot ncia tica de sa da mW pa pe poa HY 1530 1540 1550 1560 1570 1580 JIA Comprimento de onda nm 20 40 60 80 100 Intensidade relativa o o 0 2 Corrente direta Ip mA Figura 964 3 Pa
48. dente P A sensibilidade definida para um baixo valor de tens o de polariza o quando o APD opera como um fotodiodo normal Geralmente os fabricantes tamb m fornecem a curva de responsivity em fun o do comprimento de onda da radia o incidente FIG 965 9a e Resposta de frequ ncia ou tempo de resposta como no caso dos fotodiodos normal ele define a capacidade do dispositivo em detectar sinais pticos em altas frequ ncias A FIG 965 9b apresenta uma curva de resposta t pica De acordo com as defini es apresentadas a fotocorrente IP gerada por um APD determinada pela seguinte express o Ip S M P A Se o APD est polarizado na regi o de avalanche M muito alto e consequentemente a fotocorrente IP tamb m ser muito maior do que aquela gerada por um fotodiodo As principais diferen as caracterizando um fotodiodo de avalanche em rela o a um fotodiodo normal s o e Maior responsivity mas dependente da temperatura Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 965 Fotodetectores 99 e Frequentemente maior faixa passante e Necessidade de uma tens o de polariza o elevada e Maior custo e Solu es com circuitos mais complexos particularmente os circuitos de polariza o e o de controle de temperatura devem ser utilizados para evitar varia es na responsivity ZONA DE FOTODIODO ZONA DE AVALANCHE D M b gt a FOTOCORRENTE CORRENTE NO ESC
49. dente a um n vel de sa da 3 dB menor em rela o ao valor m ximo A fun o de transfer ncia tamb m depende do comprimento de onda da luz contudo existem fibras com a largura de faixa otimizada para operar em uma determinada zona do espectro de frequ ncia Nas fibras o aumento do comprimento proporciona um estreitamento na faixa porque os atrasos devido ao espalhamento s o ampliados Por est raz o a faixa inversamente proporcional ao comprimento da fibra assim a largura de faixa expressa em MHz ou GHz por unidade de comprimento MHz hm ou GHz km Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 962 A Fibra ptica II A7 Por exemplo uma fibra com Bw 1000 MHz km ser capaz de trafegar sinais at 1000 MHz se seu comprimento for igual a 1 km e de at 1000 5 200 MHz se o comprimento da fibra for igual a 5 km Valores t picos de largura de faixa s o e 10 100 GHz km para fibras mono modo e 300 3000 MHz para fibras mono modo e 10 30 MHz para fibras mult modo ndice degrau e fibras de pl stico A f IBri Banda Passante 100 200 300 400 MHz km Figura 962 12 Fun o de transfer ncia de uma fibra Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 962 A Fibra ptica II 48 962 7 Tabela sum rio das fibras pticas Esta tabela resume alguns dados t picos das
50. didor de Pot ncia ptica atrav s do cabo 3 fibra ptica 200 230 e Varie o trimmer BIAS P4 Me a a corrente IF atrav s do LED a tens o VF no LED e a pot ncia ptica de sa da POUT Os valores medidos ser o similares a aqueles indicados na tabela da FIG 964 1la e Plote a curva da pot ncia de sa da do LED em fun o da corrente de alimenta o em um gr fico utilizando os valores de corrente e pot ncia medidos FIG 964 11b e Plote a curva da corrente de alimenta o em fun o da tens o de alimenta o em um gr fico utilizando os valores de corrente e tens o medidos FIG 964 11c e Troque o cabo 3 pelo cabo 4 fibra 50 125 ou com o cabo 5 fibra 10 125 e observe que as medidas de pot ncia decrescem Isso acontece Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 964 Fontes pticas ss porque as fibras 50 125 e 10 125 tem uma abertura num rica menor e consequentemente a pot ncia ptica entrando na fibra a partir do LED diminui 60 V F mA 10 20 30 40 50 1500 1600 1700 1800 1900 Figura 964 11 Curvas caracter sticas de um LED 964 7 Quest es Q2 De que maneira a pot ncia ptica emitida pelos LED e Diodo Laser variam Grupo A B Ela decresce quando a corrente direta aumenta Ela decresce quando a corrente reversa aumenta Ela decresce quando a corrente direta aumenta para o diodo Laser ela aumenta quando a corrente dire
51. e utilizadas n o emitem uma radia o cromaticamente pura portanto componentes de diferentes comprimentos de onda propagam em velocidades diferentes deste modo estendendo o pulso FIG 962 9 Esse fen meno denominado de Dispers o Crom tica Chromatic Dispersion ou Dispers o Material Material Dispersion ou Dispers o Espectral Spectral Dispersion A Dispers o Crom tica expressa em ps nm km Por exemplo se uma fibra for submetida a uma dispers o de 14 os nm km e a fonte de luz tem um espectro de 70 nm o sinal ser estendido aproximadamente em 1 ns a cada quil metro da fibra Certamente a Dispers o Crom tica pode ser minimizada completamente pelo emprego de fontes com espectro mais estreito como por exemplo os Diodos a Laser Li o 963 n 1 55 t 1 45 4 E E RS ST TR SR 2 4 6 8 1 1 2 Apm Figura 962 8 Varia o do ndice de refra o versus o comprimento de onda Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 962 A Fibra ptica II JS A Il p Pulso de Pulso de Entrada Sa da Diodo Laser Espectro da Fonte Figura 962 9 Expans o do pulso devido a Dispers o Crom tica 962 5 Atenua o Quando a luz atravessa um meio absorvente como no caso das fibras pticas a energia luminosa diminui quando a dist ncia aumenta A perda em um determinado comprimento da fibra Atenua o expressa pela rela o entre a pot ncia entrando e
52. eito aumenta com o aumento no comprimento da fibra Numa transmiss o digital o sinal enviado consiste em um trem de pulsos quando estes pulsos s o alargados eles podem interferir uns com os outros de forma que n o permitam a decodifica o na recep o A FIG 962 5 apresenta dois exemplos de sinais onde os pulsos recebidos foram alargados pela dispers o modal Est claro que a Dispers o Modal limita a capacidade de transmiss o que o n mero de pulsos que podem ser transmitidos na unidade de tempo Pode se facilmente compreender que esse par metro afeta a faixa passante da fibra Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 962 A Fibra ptica II 37 Pulso Transmitido Pulso Recebido alongado pela dispers o modal Figura 962 4 Alargamento do pulso devido a Dispers o Modal Pulso Transmitido a t l Pulsos Recebidos Mt Percept veis b a l Pulsos Li q Recebidos Inpercept veis Figura 962 5 Efeitos da Dispers o Modal nos pulsos transmitidos Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 962 A Fibra ptica II 38 962 3 Redu o da dispers o modal Fibras com ndice Gradual e Mono modo A Dispers o Modal pode ser consideravelmente reduzida quando dispositivos espec ficos s o adotados na constru o das fibras pticas As fibras examinadas at o momento s o do tipo ndice De
53. ex o ser total Raio brilhante Raio vasado Revestimenton 2 Raio guiado Figura 961 5 Propaga o da luz dentro da fibra Revestimento 9 do 9 Figura 961 6 Refra o e reflex o dentro da fibra Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 961 A Fibra ptica 23 961 4 Abertura Num rica Partindo se das equa es anteriores determina se o valor m ximo para o ngulo 8o no qual o raio de luz pode entrar na fibra Aplicando a equa o 961 1 onde no 1 obt m se se o hcos a n 961 6 O caso limite estabelece que 0 8 Ent o a partir das equa es 961 6 e 961 5 resultam na express o sen O ad n 41 n 1n 961 7 e conseq entemente sen O max Jn n 961 8 O valor sen 8o max denominado Abertura Num rica NA NA n n 961 9 ngulo e Cone de Aceita o Portanto a abertura num rica fixa o limite superior do ngulo no qual um raio deve entrar na fibra de forma a ser guiado e nela propagar Qualquer raio tocando a superf cie ar fibra com um ngulo excedendo ao valor arc sen NA ser refratado e perdido Esse ngulo cr tico conhecido como ngulo de Aceita o FIG 961 7 Imagine essa situa o em tr s dimens es observe que Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 961 A Fibra ptica 24 um cone denominado Cone de Aceita o FIG 961 8
54. fibras de vidro e de pl stico Dimens es n cleo Dispers o Faixa Fibra casca um NA Atenua o Modal MHz km Aplica es Transmiss es anal gicas e de dados com taxa m dia Pl stica 500 530 0 5 0 6 0 2 dB m Muito 10 de 10Mb s em dist ncias ndice 980 1000 660 nm alta curtas lt 200 m Degrau Telemetria Comprimento de onda igual a 660 nm Transmiss es anal gicas e PCS S lica de dados com taxa m dia Revestida 10 Mb s em dist ncias de 200 380 0 4 0 5 10 db km Alta 20 curtas lt 2 km Pl stico 600 750 660 nm Telemetria ndice Comprimento de onda igual Degrau a 660 nm Transmiss es anal gicas e de dados com taxa m dia Vidro 100 140 0 3 0 4 3 dB km M dia 50 10 Mb s em m dias ndice 200 230 820 nm dist ncias Degrau Redes locais Comprimento de onda igual a 820 nm Transmiss es de video e 3 dB km dados com altas taxas 200 ndice 50 125 0 2 0 3 820 nm 1 0 Mb s em m dias dist ncias Gradual 62 5 125 1 dB km Baixa GHz km lt 50 km 85 125 1330 nm Redes locais Comprimento de onda igual a 1330 nm Transmiss es digitiais com 0 4 dB km 10 taxas muito alta Gb s em Mono 8 10 125 lt 0 1 1330 nm Muito GHz km longas dist ncias lt 400 Modo 0 25 dB km baixa km 1550 nm Comprimentos de onda de 1330 nm e 1550 nm Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 962 A Fibra ptica II ao 962 8 Caracter
55. fonte e do detector ao mesmo tempo observe que a amplitude do sinal recebido sempre decresce Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 963 Acoplamentos 68 963 4 3 Atenua o na fibra em fun o do comprimento de onda e Remova o jumper J12be feche o jumper J13b de forma a utilizar o LED e o Fotodiodo a 820 nm e Conecte o LED 1 ao Fotodiodo PD1 utilizando o cabo de fibra ptica 1 fibra pl stica de 1 5 m e Conecte o jumper Ji5a e observe a forma de onda no ponto TP23 e Anote a amplitude Vou da onda quadrada detectada e Troque o cabo de fibra ptica 1 fibra pl stica de 1 5 m pelo cabo de fibra ptica 2 fibra pl stica de 5 m e me a a nova amplitude Vour4 do sinal recebido em TP23 Nota Se a pot ncia que entra na fibra fornecida pelo LED a 820 nm mantida constante um sinal com amplitude igual a Vour3 proporcional pot ncia ptica recebida est dispon vel na sa da da fibra de 1 5 m enquanto que uma amplitude Voua est dispon vel na sa da da fibra de 5 m A rela o Vouta Vout3 deve indicar a atenua o proporcionada pelo comprimento adicional de 3 5 m para um sinal de 820 nm e Calcule a rala o Vout4 Vout3 anote seu valor Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 963 Acoplamentos 69 Q4 O valor encontrado para a rela o Vouts Vout3 est na faixa de Grupo A B 1 4 1 5a2 2 4 0 9a 0 95 3 1 0 1 a 0 3
56. grau onde existe uma varia o distinta do ndice de refra o entre o n cleo e a casca Fibras de ndice gradual Um m todo para reduzir a dispers o modal consiste na constru o do n cleo de tal forma que o ndice de refra o varia gradualmente partindo do centro em dire o casca FIG 962 6b O melhor perfil para o ndice de refra o corresponde quele descrito por uma fun o parab lica Nesse caso o raio de luz ser continuamente desviado refra es cont nuas em vez de serem refletidos precisamente pela casca e sua trajet ria torna se uma curva Os raios que entram com um ngulo muito aberto curvar o a uma dist ncia maior Por m como a velocidade de propaga o muito maior dentro do n cleo porque o ndice de refra o menor os tempos de propaga o dos raios com curvaturas diferentes dist ncias diferentes ser o compensados Elas s o denominadas fibras de ndice gradual e s o caracterizadas pela baixa dispers o modal quando comparadas s fibras de ndice degrau Uma f rmula aproximada para determinar a m xima diferen as nos tempos de propaga o para um n cleo com ndice de refra o parab lico pode ser expressa como se segue Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 962 A Fibra ptica II 39 2 s 2 om x DE m 962 6 Por exemplo supondo n 1 51 en 1 50 tem se O Tmax 0 1 ns km Fibras Mono modo O perfi
57. gual quele detectado no teste anterior fibra ptica 50 125 cabo 4 A amplitude do sinal muito menor com rela o ao caso anterior Isso se deve ao fato de que a fibra ptica 200 230 cabo 3 caracteriza se por apresentar uma atenua o maior do que a fibra ptica 50 125 cabo 4 A amplitude do sinal muito menor com rela o ao caso anterior Isso se deve ao fato de que a fibra ptica 200 230 cabo 3 tem uma Abertura Num rica maior do que a da fibra ptica 50 125 cabo 4 A amplitude do sinal muito menor com rela o ao caso anterior porque o detector recebe uma pot ncia ptica muito alta e satura Isso devido ao fato de que a pot ncia que penetra a fibra ptica 200 230 cabo 3 vinda da fonte maior de fato esse tipo de fibra tem uma maior Abertura Num rica Ainda que a fibra ptica 200 230 cabo 3 apresente uma atenua o maior do que a fibra 50 125 cabo 4 isto n o tem influ ncia uma vez que o comprimento do cabo pequeno Reduza a pot ncia ptica ajuste BIAS ou mude a fibra ptica do detector ou do LED e observe que o sinal detectado apresenta se de forma correta Fibra mono modo cabo 5 Repita as medidas anteriores utilizando a fibra mono modo 10 125 cabo 5 A pot ncia ptica de sa da muito pequena devido ao valor da Abertura Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 967 Sistema de Comunica o Digital 138 Num rica ser mui
58. igital Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 966 Introdu o aos Sistemas de Comunica es DRIVER RECEPTOR DRIVER RECEPTOR DIGITAL DIGITAL ANAL GICO ANAL GICO nm mm ANY AN SINAL me SINAL SINAL gt A a a SINAL N N DIGITAL 7 FIBER DIGITAL ANAL GICO d FIBRA ANAL GICO FONTE DETECTOR FONTE DETECTOR TICA TICO TICA OTICO Uv 3 Pout FONTE As v o c R 3 v o E V TICA DETECTADA DETECTOR i Pout Psa da Pin Pentrada a b DETECTOR POT NCIA TICA DE SA DA POT NCIA TICA DE SA DA POT NCIA cd TICA DETECTADA Figura 966 1 Sistema de comunica o a digital e b anal gico 966 2 Sistemas de Comunica o Digital A estrutura geral de um sistema de comunica o digital mostrada na FIG 966 2 Normalmente antes de ser aplicado ao transmissor ptico real os dados digitais passam por um processamento ou codifica o Existem v rios tipos de c digos Manchester Bi fase 3B4B 6B8B 9B10B etc c digos de blocos mas todos eles executam dupla fun o e Remover o offset da corrente direta do sinal digital original que normalmente tem um formato NRZ Non Return to Zero N o Retorna a Zero e Aplicar altern ncias na forma de onda do sinal a ser enviado de modo a melhorar a regenera o do sincronismo clock na recep o necess rio para o correto reconhecimento do bit enviado As principais aplica es
59. igital um decodificador de dados 4 2 Um multiplexador TDM um circuito alimentador linear para fonte ptica uma fonte ptica uma fibra ptica um fotodetector um amplificador de recep o com sa da anal gica um demultiplexador TDM 5 1 Um multiplexador de v deo udio um circuito alimentador linear para fonte ptica uma fonte ptica uma fibra ptica um fotodetector um amplificador de recep o com sa da anal gica um demultiplexador v deo udio Q2 Quais os componentes anteriormente mencionados s o necess rios para transmitir um sinal de udio v deo atrav s de uma fibra ptica simples Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 966 Introdu o aos Sistemas de Comunica es 124 Q3 O que pot ncia m nima power margin para um link de fibra ptica Grupo A B 1 4 um valor que indica quanta pot ncia ptica pode ser perdida no link Ela permite determinar a m xima dist ncia para um link 2 um valor que indica quanta pot ncia ptica pode entrar na fibra ptica a partir do transmissor 3 2 a sensibilidade do receptor Ela permite determinar a m xima dist ncia para um link 4 3 a m xima pot ncia que pode ser fornecida pelo transmissor Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 967 Sistema de Comunica o Digital 125 Li o 967 Sistema de Comunica o Digital Objetivos e Descrever a opera
60. ireta IF quando o sinal TTL est em n vel alto a corrente atrav s do resistor RL flui pelo LED e ele emite a pot ncia ptica Quando o sinal est em n vel baixo a corrente IL absorvida pela porta TTL a corrente IF quase nula e nenhuma pot ncia ptica emitida Pr polariza o e capacitor Speed Up Nesse caso a corrente direta do LED aumenta de zero a um valor m ximo limitado pelo resistor RL Este sistema passando da regi o OFF de desligado para a regi o de satura o do LED sugere um aumento e queda do tempo do pulso ptico gerado requerido pela regi o de deple o da jun o que cria a denominada capacit ncia de jun o A redu o da capacit ncia de jun o pode ser obtida por meio de uma pr polariza o do LED tal que ele sempre esteja na regi o ON de condu o Uma t nue corrente de pr polariza o garante que a capacit ncia de jun o n o descarregue mais do que o necess rio quando o LED levado ao estado OFF de desligado Alimentando o LED com picos de corrente nas transi es de ON to OFF e OFF to ON obtidas com um capacitor Speed Up reduz os tempos da regi o de deple o ainda mais Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 967 Sistema de Comunica o Digital 127 ENTRADA TIL EA cos 45 B ST Figura 967 1 Sistema de Comunica o Digital 5V a 60 1 50 Ea lt E240 u u e x as
61. l do ndice de refra o pode ser do tipo ndice Degrau como apresentado na FIG 962 6c ou ele poder inclinar se o que aperfei oa o desempenho espec fico da fibra Um exemplo pode ser visto pelo perfil desse ndice em fibras otimizadas para serem utilizadas a 1300 nm FIG 962 7a perfil da cobertura achatado e de 1550 nm FIG 962 7b perfil triangular com anel circular para fibras com dispers o modificada Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 962 A Fibra ptica II A0 Entrada Sa da N cleo E a a t t n3 m e e b i FAEN aez Sn e Figura 962 6 Perfil do ndice de refra o e Dispers o Modal a Fibra multimodal ndice Degrau b Fibra com ndice Gradual c Fibra mono modo ndice Degrau a b Figura 962 7 Perfil do ndice de refra o de fibras mono modo a Fibra otimizada a 1300 nm Perfil da cobertura achatado b Fibra otimizada a 1550 nm Fibra com dispers o modificada perfil triangular com anel circular Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 962 A Fibra ptica II a 962 4 Dispers o Crom tica Uma outra causa que provoca a extens o de um pulso quando propaga dentro de uma fibra que o ndice de refra o e consequentemente a velocidade da luz em determinados meios depende do comprimento de onda da energia luminosa que atravessa esse meio FIG 962 8 As fontes de luz comument
62. lor Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 963 Acoplamentos 66 Q2 O valor encontrado para a rela o Voutz2 Vou1 est na faixa de Grupo A B 1 2 1 5a2 2 4 0 7a0 9 3 1 0 1 a 0 2 4 3 4a6 e Dobre LEVEMENTE a conex o da fibra ptica cabo 6 COM EXTREMO CUIDADO e observe o sinal no ponto TP24 Q3 O que foi observado Grupo A B 1 3 A amplitude n o variou 2 1 A amplitude diminui por causa das perdas pela curvatura da fibra 3 4 A amplitude aumenta por que a abertura num rica aumenta 4 2 A amplitude diminui por causa do desalinhamento entre a fonte e a fibra Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 963 Acoplamentos 67 DIGITAL DRIVER TIMING amp DATA 0001 bOO 0 Q cgo d OO 420 41 C J37 Figura 963 6 localiza o do Digital Driver na placa 963 4 2 Perdas pelo Acoplamento e Mantenha as mesmas condi es utilizadas anteriormente LED e Fotodiodo a 660 nm conectados atrav s do cabo de fibra ptica 42 e Observe a forma de onda no ponto TP24 utilizando um oscilosc pio e Solte o conector da fibra inserido no adaptador ST ST e gradualmente mova o retirando o desse adaptador e consequentemente o segundo conector ST inserido no adaptador e Observe que a amplitude do sinal recebido diminui e tamb m depende do ngulo na qual o conector foi inserido no adaptador e Solte e mova tamb m o conector da
63. m Q8 Qual das alternativas anteriores descreve as caracter sticas t picas de um fotodiodo de avalanche Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 966 Introdu o aos Sistemas de Comunica es 111 Li o 966 Introdu o aos Sistemas de Comunica es Objetivos e Descrever o princ pio dos sistemas de comunica es utilizando fibra ptica e Descrever o dimensionamento de um link ptico Equipamento Necess rio e Unidade base para o sistema MSU mod EP4 fonte de energia cart o propriet rio mod FIP Unidade de controle e de inser o de defeitos e UTF1 Cart o de pr tica 966 1 Introdu o Transmissores e receptores pticos podem ser empregados para transmitir e receber sinais digitais ou anal gicos FIG 966 1 No primeiro caso a fonte emite dois n veis de pot ncia ptica correspondentes aos n veis alto ou baixo do sinal digital No outro caso a fonte emite uma pot ncia ptica que varia continuamente segundo o sinal anal gico aplicado A utiliza o da transmiss o digital ou anal gica depender do formato da informa o que ser enviada Se a informa o do tipo digital um transmissor digital ser empregado caso contr rio se a informa o do tipo anal gico um transmissor anal gico ser empregado tamb m sendo poss vel empregar um transmissor digital mas o sinal a ser enviado deve ser sofrer uma convers o anal gico d
64. m 40 gE 0 8 jo q 0 6 E o9 r por 0 4 20 S E 0 2 u a je ag a o ta Te 1 8 20 22 24 o 10 20 30 40 50 60 70 VE TENS O DIRETA V If CORRENTE DIRETA mA Figura 967 3 Curvas caracter sticas de um LED a Corrente direta versus tens o direta b pot ncia ptica de sa da versus corrente direta Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 967 Sistema de Comunica o Digital 128 Diagrama El trico Refere se ao diagrama el trico apresentado na FIG 967 4 O sinal TTL representado por uma tens o de 5V correspondendo ao datum bin rio 1 e por uma tens o de OV correspondendo ao datum bin rio O ser aplicado a uma rede de portas NAND Essas tr s portas ser o conectadas como inversores o primeiro atua como buffer ou separador enquanto as outras duas portas conectadas em paralelo geram e absorvem ou drenam uma quantidade da corrente No estado ON a corrente In atrav s do LED fornecida pela fonte de alimenta o atrav s dos resistores R57 e P4 e pelas portas TTL atrav s de R54 R55 e a combina o paralela de R56 C23 O potenci metro P4 permite varia o valor m ximo da corrente fornecida ao LED No estado OFF a corrente Irof diferente de zero mas ela mantida a um valor m nimo por meio da queda de tens o que a corrente entrando nos portas TTL proporcionam sobre os resistores R54 R55 R56 O circuito de alimenta o por ser conectado ao LED de 660 nm LED 2 ou ao
65. m 660 nm do que em 820 nm A tens o menor porque o fotodiodo PD1 alcan a sua maior sensibilidade em 820 nm A tens o maior do que aquela detectada no caso anterior fonte de 820 nm detector de 820 nm porque o LED 2 emite uma pot ncia maior do que a do LED 1 Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 965 Fotodetectores 106 Fotodiodo PD2 e Desconecte os jumpers J11 J13 e conecte o jumper Ji2b de forma a construir a o circuito como apresentado na FIG 965 13 e Conecte o LED 2 ao fotodiodo de 660 nm PD2 utilizando o cabo 2 fibra pl stica o adaptador ST ST e o conector HP ST e Conecte um volt metro ou o oscilosc pio na fun o DC ao ponto TP24 onde a tens o gerada pelo detector ser medida Considere que a tens o medida proporcional corrente fornecida pelo fotodiodo e Agora troque a fibra do LED 2 660 nm para o LED 1 820 nm Remova o jumper J12b e conecte o jumper J13b e Me a a nova tens o na sa da do detector TP24 DIGITAL DRIVER Figura 965 13 Montagem no Cart o de Pr tica Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 965 Fotodetectores 107 Q2 Qual das seguintes afirmativas est correta Grupo A B 1 4 A tens o menor realmente ele coincide com a tens o medida sem o sinal ptico porque o fotodiodo PD2 atinge sua sensibilidade m xima a 660 nm e a atenua o na fibra maior a 820
66. m quebrar ou ser danificadas O raio de enrolamento m nimo est em torno de 2 cm e Ap s terminar os testes coloque as coberturas de prote o nos conectores nas extremidades dos cabos pticos para proteger a face da fibra junto ao conector da poeira Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 961 A Fibra ptica 26 e Limpe a cabe a dos conectores periodicamente com um chuma o de algod o embebido em lcool e O comprimento da fibra sem os conectores devem ser manuseados com GRANDE CUIDADO Os fragmentos da fibra ptica nua que vem sem a cobertura podem ser perigosos se eles entram em contato com os olhos a pele ou se eles s o engolidos FIP Entre com o c digo da li o 961 Observe os cabos de fibra ptica 1 42 3 4 5 que acompanham o cart o de pr tica Q1 A camada externa Grupo A B 1 4 O n cleo 2 3 A cobertura 3 1 O revestimento da uma fibra nua 4 5 O revestimento de m ltiplos cabos 5 6 Um isolador secund rio 6 2 O revestimento de um cabo com uma nica fibra Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 961 A Fibra ptica 27 Q2 Remova o protetor cuidadosamente de um dos conectores do cabo 1 O que esse pequeno furo no centro da face do conector Grupo A B 12 Um furo pelo qual normalmente tem se acesso fibra 2 4 Um furo a fibra nua faceia 3 3 Um furo necess rio para limpar a fibra dentro
67. m uma das extremidades da fibra Pn e a pot ncia de sa da na extremidade oposta Pour A atenua o normalmente medida em decibel Att dB 101og P P 962 7 Ela pode variar de alguns dB m para as fibras pl sticas a fra es de dB km para as fibras de vidro Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 962 A Fibra ptica II as Atenua o e Comprimento de onda A atenua o do sinal luminoso devido fibra depende do comprimento de onda e do material na qual a fibra foi constru da Nas fibras de vidro as causas principais da atenua o s o as Perdas por Absor o Absorption Losses e as Perdas por Espalhamento Scattering Losses A combina o destas perdas permite tra ar as curvas de atenua o intr nseca que s o apresentadas na FIG 962 10 Observe tamb m a FIG 962 11 que apresenta a curva de atenua o para uma fibra de pl stico Perdas por Absor o Enquanto os f tons da luz tem certa quantidade de energia os tomos do vidro do n cleo SiO2 absorvem parte desta energia Esse fen meno depende do comprimento de onda e existem zonas de absor o diferentes ocorrendo no espectro infravermelho e no espectro ultravioleta FIG 962 10 Al m disso durante o processo qu mico de fabrica o do vidro v rias impurezas met licas ficam presas no n cleo somando a essas impurezas existem tamb m alguns ons OH que provocam picos de atenua o para certos v
68. ma fibra ptica de pl stico 962 9 Exerc cios FIP Entre com o c digo da li o 962 Q1 A Dispers o Modal principalmente devida Grupo A B 1 4 Ao comprimento de onda da fonte ptica 2 3 Ao fotodetector 3 1 fibra 4 2 largura de faixa da fonte ptica Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 962 A Fibra ptica II 52 Q2 Qual o efeito da Dispers o Modal Grupo A B 1 2 Estreitamento do pulso recebido 2 4 Atraso na recep o do pulso transmitido 3 1 Expans o do pulso recebido e consequentemente aumento da faixa passante da fibra 4 3 Expans o do pulso recebido e consequentemente redu o da faixa passante da fibra Q3 Qual das seguintes alternativas indica os valores t picos para a Dispers o Modal e a Largura de faixa de uma fibra Grupo A B 1 2 10 ns nonosegundos 5 GHZ 2 3 0 1 ns km 700 MHz km 3 4 0 1 s km 700 MHz km 4 1 0 1 ns km 700 MHz km Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 962 A Fibra ptica II 53 Q4 Uma fibra ptica tem uma largura de faixa de 50 MHz km e ser utilizada Grupo A B para transmitir um sinal com frequ ncia de 16 MHz em um link de 10 km de comprimento Qual das afirmativas est correta O link deve operar problemas O link n o vai operar porque a atenua o da fibra muito alta O link n o vai operar porque a faixa total para esse comp
69. necte J7b J9b J10b J11 J13b tal que o circuito apresente a configura o mostrada na FIG 967 6 Esta configura o inclui o LED de 820 nm e um sinal fixo de OV n vel l gico 0 ser aplicado entrada TTL TP20 e Observe a superf cie do LED dentro do recept culo Qi O que se pode observar Grupo A B 1 4 Embora ele esteja alimentado por um sinal de n vel baixo o LED est completamente desligado off 2 3 Embora ele esteja alimentado por um sinal de n vel baixo o LED emite uma intensidade de luz E a Embora ele esteja alimentado por um sinal de n vel baixo o LED n o est completamente desligado off A intensidade emitida n o depende da posi o em que se encontra o trimmer BIAS Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 967 Sistema de Comunica o Digital 132 4 1 Embora ele esteja alimentado por um sinal de n vel baixo o LED n o est completamente desligado off A intensidade emitida depende da posi o em que se encontra o trimmer BIAS e Me a a queda de tens o V10 atrav s do resistor de 109 conectado em s rie com o LED entre TP15 e o terra ou GND A corrente direta IF atrav s do LED definida como se segue IF Vio 10 Vio em mV Ip em mA Esta corrente sempre existir quando o sinal digital alimentando o LED for n vel zero Esta a corrente de pr polariza o mantendo o LED sempre ligeiramente ligado on 967 2 2 Ajuste d
70. netra na fibra depender da diferen a do di metro obviamente apenas se o di metro na recep o for menor do que aquele utilizado na transmiss o ou da Abertura Num rica nesse caso apenas se a Abertura Num rica no lado da recep o for maior do que aquela utilizada na transmiss o A diferen a de pot ncia AP devido a diferen a nos di metros expressa por AP 20 Jog D D dB A diferen a de pot ncia AP devido diferen a na Abertura Num rica expressa por AP 20l0g D D dB Considere o exemplo de uma fonte que emite uma pot ncia de 12 5 dBm que penetra num fibra de 62 5 um e tem uma Abertura Num rica NA 0 29 Se a fibra empregada de 50 um com um NA 0 23 ent o a pot ncia emitida que penetra a fibra ser P 12 5 20l0g 50 62 5 2010g 0 23 0 29 16 4 dBm e amp a atenua o da fibra ptica por quil metro dB km e X comprimento da fibra e P s o as perdas devido aos componentes do link tais como conectores uni es etc Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 966 Introdu o aos Sistemas de Comunica es 119 e P a pot ncia ptica fornecida ao receptor to Logo lo P dBm Figura 966 5 Balan o de pot ncia num link ptico Considere a sensibilidade de um receptor que a m nima pot ncia ptica P m T exigida para o funcionamento do link dentro de um padr o de qualidade nos sistemas digitais isso n
71. nm do que em 660 nm 2 3 A tens o maior do que aquela detectada no caso anterior fonte de 660 nm detector de 660 nm porque o LED 1 emite uma pot ncia maior do que o LED 2 3 2 A tens o igual quela detectada no caso anterior fonte de 660 nm detector de 660 nm 4 1 A tens o menor realmente ela coincide com a tens o medida sem o sinal ptico porque a atenua o da fibra maior a 660 nm do que em 820 nm Q3 O que se pode inferir a partir das considera es anteriores Grupo A B 1 5 Os fotodiodos tem um curva de resposta que n o depende do comprimento de onda da luz incidente 2 1 A sensibilidade de ambos os fotodiodos atinge seu pico m ximo em 660 nm 3 4 O fotodiodo PD1 atinge sua m xima sensibilidade em 660 nm PD2 em 820 nm 4 2 A sensibilidade de ambos os fotodiodos atinge seu pico m ximo em 820 nm 5 3 O fotodiodo PD2 atinge sua m xima sensibilidade em 660 nm PD1 em 820 nm Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 965 Fotodetectores 108 965 8 Quest es Q4 Como o fotodiodo polarizado Qual de seus par metros proporcional a luz incidente Grupo A B 1 4 Com uma tens o positiva entre o catodo e o anodo Polariza o direta 2 3 Com uma tens o negativa entre o anodo e o catodo Polariza o reversa 3 2 Com uma tens o alternada entre o catodo e o anodo Polariza o reversa 4 1 Com tens o negativa entre o catodo e o anodo Para obter
72. o Core FIG 961 2 ele consiste de um cilindro de material transparente com um determinado ndice de refra o n Uma camada coaxial de um outro material transparente com ndice de refra o n gt menor do que a do n cleo fixada em torno do mesmo n cleo O pr ximo par grafo explicar as condi es exigidas para confinar a energia luminosa dentro do n cleo Essa camada denominada de cobertura Cloadding e completa a estrutura da fibra agindo como um guia de ondas ptico Note que o n cleo e a cobertura n o podem estar separados consistem de um mesmo material vidro vidro ou pl stico pl stico Algumas vezes eles s o fabricados de materiais diferentes n cleo de vidro e cobertura de pl stico assim por exemplo nas fibras PCS Plastic Clad S lica S lica coberta com pl stico Existem algumas dimens es t picas para o n cleo e a cobertura de fibras pticas mais comumente comercializadas e Fibras pl sticas e N cleo 480 1000 um e Cobertura 500 1000 um Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 961 A Fibra ptica 17 Fibras ndice degrau e N cleo 100 200 um e Cobertura 140 230 um Fibras ndice gradual e N cleo 50 62 5 um e Cobertura 125 um Fibra mono modo e N cleo 10 um e Cobertura 125 um As dimens es do n cleo e da cobertura s o frequentemente indicadas com o valor de seus dois di metros expressos em um separadas por
73. o na extremidade da fibra No outro caso quando um link for constru do a fibra ser soldada diretamente na extremidade do pigtail do detector b Figura 964 10 a detector constru do com recept culo b detector com pigtail 965 5 Amplifica o do sinal detectado O sinal emitido pelo fotodetector pode ser amplificado por meio de dois tipos de circuitos e Um pr amplificador de alta imped ncia FIG 965 11a e Um pr amplificador de trans imped ncia FIG 965 11b No primeiro caso a corrente proporcional ao sinal luminoso gerada pelo fotodetector passa por um resistor na qual uma tens o desenvolvida ent o esse sinal amplificado Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 965 Fotodetectores 102 No pr amplificador de trans imped ncia a corrente diretamente transformada em uma tens o pelo efeito de realimenta o devido a resist ncia Assim Vour Ir R Com rela o sensibilidade e ao ru do os pr amplificadores de alta imped ncia oferecem pior desempenho enquanto que os pr amplificadores de trans imped ncia apresentam uma faixa passante maior Vsa da Vsa da Ip Ventrada Figura 965 11 Pr amplificadores de a alta imped ncia b trans imped ncia 965 6 Tabela sum ria sobre os fotodetectores A tabela a seguir resume alguns dados t picos a respeito dos fotodiodos e dos fotodiodos de avalanche Tradu o e Formata
74. obre Figura 961 4 Estrutura de um cabo de m ltiplas fibras pticas 961 3 Propaga o da Luz nas Fibras pticas A fibra ndice degrau ser considerada para descrever como a luz propaga dentro de uma fibra Nesse tipo de fibra o ndice de refra o passa por um degrau de varia o entre a cobertura e o n cleo ent o ele mantido constante no n cleo da fibra Os dois outros tipos de fibras a fibra mono modo e a fibra com ndice gradual ser o descritas nos pr ximos par grafos A propaga o da luz no interior da fibra pode ser analisada com boa aproxima o empregando as leis da ptica geom trica uma an lise mais apurada precisa exige a aplica o das equa es de Maxwell Essas leis afirmam que a luz propaga por meio de reflex es dos raios de luz passando nas vizinhan as entre as duas regi es com diferentes ndices de refra o n cleo e cobertura Suponha que no 1 ndice de refra o do ar n ndice de refra o do n cleo n gt ndice de refra o da cobertura Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 961 A Fibra ptica Ji A FIG 961 5 apresenta um raio de luz propagando no ar e entrando no n cleo da fibra com um ngulo de incid ncia 69 com rela o ao eixo dessa mesma fibra Mas ele refratado pela superf cie ar n cleo e ent o atinge o n cleo com um ngulo 0 sendo diferente de 8o e definido pela Lei de Snell n sen0 n sen0
75. odrigues DIDATEC Li o 963 Acoplamentos 71 Q8 Qual o tipo de link mais r pido de se montar Grupo A B 1 2 Utilizando conectores 2 4 Utilizando recept culos 3 1 Utilizando uni o mec nica 4 3 Utilizando uni o por fus o Q9 Qual dos seguintes conectores N O utilizado com fibras pticas Grupo A B 1 5 SMA 2 4 BNC 3 2 FG 4 1 ST 5 3 Bic nico Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 963 Acoplamentos 72 Q10 Qual a parte de um conector facea a fibra ptica Grupo A B O recept culo A parte frontal do corpo A face da ponteira A uni o sulcada Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 964 Fontes pticas 73 Li o 964 Fontes pticas Objetivos e Descrever as caracter sticas operacionais e os par metros dos LED e dos Diodos Laser utilizados como fontes pticas para a transmiss o com fibras pticas Equipamento Necess rio e Unidade base para o sistema MSU mod EP4 fonte de energia cart o propriet rio mod FIP Unidade de controle e de inser o de defeitos e UTF1 Cart o de pr tica e Mult metro 964 1 Introdu o As fontes pticas mais comuns s o os diodos emissores de luz LED Light Emitting Diode e os diodos laser LD Laser Diode Ambos os diodos podem ser empregados para gerar uma radia o em diferentes comprimentos de onda correspondentes s janelas
76. opaga dentro de uma fibra ptica e Explicar os conceitos de ngulo de Aceita o e Abertura Num rica Equipamento Necess rio e Unidade base para o sistema MSU mod EP4 fonte de energia cart o propriet rio mod FIP Unidade de controle e de inser o de defeitos e UTF1 Cart o de pr tica 961 1 Introdu o Nos sistemas de comunica o tradicionais a informa o est suportada por sinais el tricos ou eletromagn ticos Por m nos ltimos anos uma nova t cnica de transmiss o da informa o atrav s de sinais pticos tem se desenvolvido O componente essencial para esses sistemas o suporte que cont m o sinal ptico e prende esse sinal da fonte at o destino Essa fun o obtida atrav s do emprego da fibra ptica Os sistemas de comunica o com fibra ptica oferecem diversas vantagens em rela o s facilidades proporcionadas pelos sistemas convencionais a cabo que s o Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 961 A Fibra ptica 15 e Largura de faixa ampla consequentemente alta capacidade de transmiss o e Alta imunidade aos ru dos eletromagn ticos e Sem irradia o do sinal e Menor tamanho e Menor atenua o o que possibilita links em longa dist ncia sem qualquer amplifica o intermedi ria Os componentes principais de um sistema de fibra ptica s o FIG 961 1 e Cabo de fibra ptica e Interface eletro ptica e fonte ptica
77. ormalmente expresso pela m xima taxa de erro permitida tipicamente 10 a partir da express o inicial poss vel obter a pot ncia m nima power margin Pu P P P x0 P m Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 966 Introdu o aos Sistemas de Comunica es 120 Como apresentado nas express es anteriores a pot ncia m nima power margin um valor que indica o quanto da pot ncia ptica pode ser perdida no link segundo um determinado par metro de qualidade estabelecido previamente Consequentemente ela determina a m xima dist ncia para o link Por exemplo considere um par transmissor receptor que fornece uma pot ncia m nima power margin de 18 dB sobre uma fibra ptica de 50 um e NA 0 23 Se a fibra utilizada tem uma atenua o de 3 dB km e nenhum componente intermedi rio foi conectado a dist ncia m xima admiss vel ser de Dmax 18 3 6 km Certamente que as considera es explicadas at o momento concernem ao balan o de pot ncia Realmente a m xima dist ncia admiss vel tamb m depender da taxa de transmiss o como tamb m da dispers o modal sendo uma fun o do comprimento da fibra que podem frustrar a transmiss o em altas taxas para essa dist ncia Se o receptor inclui o fotodetector e tamb m um amplificador trans imped ncia alguns fabricantes n o indicam o valor da sensibilidade mas a pot ncia de ru do ptico equivalente dispon vel na entr
78. ovimento fibra tanto assim que poss vel a expans o ou a contra o devido as varia es de temperatura ou por estresse mec nico podem ser compensadas No outro caso outras prote es tal como nervuras de refor o e outras coberturas ser o adicionadas Cabos com m ltiplas fibras Al m dos cabos com fibra ptica simples tamb m cabos pticos com m ltiplas fibras s o constru dos cada cabo conta com poucas fibras at algumas centenas de fibras A FIG 961 4 apresenta a estrutura de um cabo com 56 fibras Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 961 A Fibra ptica 19 Isolador Secund rio 900um Isolador Intermedi rio de silicone 6410u Isolador Prim rio 4250p X Rene mento 6125 LISA Fibra nua N cleo 850u Figura 961 2 Estrutura de uma fibra ptica com isoladores Revestimento externo Nervuras de refor o Cobertura Fibra Tubo de Isolamento Prote o Secund rio Isolamento Prim rio Fibra a b Figura 961 3 Estrutura de cabos de fibra ptica simples a cabo livre b cabo r gido Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 961 A Fibra ptica 20 Cabo com 6 fibras Fibra com prote o compacta AA 1 Elemento central 0 e 0090 de a o RZ 0204 e os z A F Fita sint tica Isolador lt TA Fita de alum nio Fita sint tica Revestimento de polietileno Inv lucro de c
79. pl stico e a cobertura camada externa do mesmo material do n cleo mas com ndice de refra o maior 4 1 O n cleo cilindro interno de vidro ou pl stico e a cobertura camada externa do mesmo material do n cleo mas com ndice de refra o menor Q5 Fibra nua significa que Grupo A B 1 2 O n cleo e a cobertura podem ser separados com peda os de material adequado fino e longo 2 1 uma fibra constitu da do n cleo da cobertura e dos isoladores prim rio e secund rio 3 4 O n cleo e a cobertura n o podem ser separados 4 3 uma fibra com todos os seus revestimentos exceto o revestimento externo do cabo Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 961 A Fibra ptica 29 Q6 A marca o Fibra 100 140 indica que Grupo A B 1 6 Uma fibra para a propaga o da luz na faixa de 100 a 140 nm 2 4 ndices de refra o do n cleo 100 e da cobertura 140 3 5 A abertura num rica 100 e o ngulo de aceita o 140 4 3 A abertura num rica 100 e a atenua o em dB km 140 5 2 Os di metros do n cleo 100 e da cobertura 140 em mil metros 6 1 Os di metros do n cleo 100 e da cobertura 140 em microns Q7 Dentro de uma fibra ndice degrau a luz propaga Grupo A B 1 2 Pela refra o cont nua dentro da cobertura 2 1 Dentro da cobertura pela reflex o na superf cie de separa o entre a cobertura e o isolador 3 5 Pela
80. r metros caracter sticos de um diodo Laser a Espectro de sa da b Pot ncia ptica de sa da Corrente de alimenta o Alimenta o dos diodos Laser O comportamento el trico de um diodo Laser similar quele dos diodos LED e a pot ncia ptica de sa da depende da corrente direta atrav s do diodo Laser Portanto a modula o do Laser diretamente com um sinal el trico possibilita a constru o de sistemas de comunica es empregando fibras pticas Por exemplo considere a transmiss o de um sinal digital FIG 964 4 Neste caso o diodo Laser foi polarizado com uma corrente de polariza o Ig cujo valor est em torno do in cio da corrente Ir A corrente Ip do pulso devido ao sinal digital assume um valor m nimo e um valor m ximo que corresponde m nima e a m xima sa da de energia luminosa Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 964 Fontes pticas 79 Depend ncia com a temperatura A curva caracter stica Pot ncia ptica de sa da Corrente de alimenta o do diodo Laser depende estreitamente da temperatura FIG 964 3a Por exemplo a 0 C e com Ip 35 mA a pot ncia de sa da de 0 175 mW com o aumento da temperatura esse valor rapidamente diminui se IF mantida constante De fato a 25 C a pot ncia de sa da de 0 075 mW e a 65 C ela reduzida a O mW Essa estreita depend ncia dos diodos Laser com a temperatura pode ser compensada por meio de um ci
81. r aplicado ao Driver Anal gico Na recep o os sinais s o separados por meio de filtros e demoduladores Os circuitos no cart o de pr tica UTF1 podem ser combinados um canal de v deo e um canal de udio e ent o ambos os canais ser o transmitidos sobre uma nica fibra Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 966 Introdu o aos Sistemas de Comunica es 117 MONITOR a MONITOR 1 MONITOR n C MERA 1 MULTIPLEXER DEMULTIPLEXER V DEO UDIO V DEO UDIO Figura 966 4 a Transmiss o de v deo em um nico cnal b Transmiss o de v deo multicanais 966 4 Dimensionamento de um link 966 4 1 Pot ncia M nima O projeto de um link de fibra ptica inclui os c lculos do que se denomina power margin pot ncia m nima Considere a FIG 966 5 onde um diagrama t pico de um link de fibra ptica apresentado As pot ncias pticas dispon veis nos v rios pontos do link est o relacionadas por meio da seguinte express o Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 966 Introdu o aos Sistemas de Comunica es 118 P xa P P onde e P a pot ncia vindo da fonte e entrando na fibra Os fabricantes normalmente especificam o tipo de fibra di metro do n cleo e Abertura Num rica a que se refere esta pot ncia Se for utilizada uma fibra ptica diferente daquela descrita no manual a pot ncia efetiva que pe
82. rada do receptor isto P gt n 43 dBm 11 dB 33 dBm Assim a pot ncia m nima power margin ser P P P 18 dB m Considerando as perdas devido as dois conectores ela igual a aproximadamente de 1 5 dB por conector a atenua o m xima devido a fibra n o pode exceder ao valor de 18 3 15 dB Como a fibra selecionada tem uma atenua o de 3 dB km a m xima dist ncia dispon vel Dmax ser Dmax 15 3 5 km 966 5 Quest es FIP Entre com o c digo da li o 966 Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 966 Introdu o aos Sistemas de Comunica es 123 Q1 Quais s o os principais componentes para a transmiss o de um sinal TTL atrav s de um sistema de comunica o utilizando fibra ptica Grupo A B 1 4 Um multiplexador de v deo udio um circuito alimentador digital para uma fonte ptica uma fibra ptica um circuito alimentador para o fotodetector um amplificador de recep o com sa da digital um demultiplexador v deo udio 2 3 Um codificador de sinais para dados NRZ um circuito alimentador digital para uma fonte ptica uma fonte ptica um fotodetector um amplificador de recep o com sa da digital um decodificador de dados 3 5 Um codificador de sinais para dados NRZ um circuito alimentador digital para uma fonte ptica uma fonte ptica uma fibra ptica um fotodetector um amplificador de recep o com sa da d
83. rcuito externo que controla a corrente de polariza o tal que a pot ncia de sa da possa ser regulada com as varia es de temperatura Este circuito aumenta a corrente de polariza o quando a temperatura aumenta e vice versa Al m do mais em alguns casos a temperatura tamb m pode ser regulada por meio de um sensor de temperatura e um cooler dissipador Peltier effect Efeito Peltier montado junto ao inv lucro do diodo Laser APC Automatic Power Control Controle Autom tico de Pot ncia A FIG 964 5 apresenta o diagrama em blocos de um circuito de Controle Autom tico de Pot ncia APC para um sistema de transmiss o de pulsos O sinal digital de entrada alterna o diodo Laser em ON m xima pot ncia de sa da e em OFF m nima pot ncia de sa da onde o m ximo valor da pot ncia de sa da depende do circuito de alimenta o Neste mesmo inv lucro do diodo Laser tamb m inclui se um fotodiodo de monitora o que empregado como um sensor de luz A maioria da energia ptica emitida pelo diodo Laser penetra na fibra ptica feixe principal e uma parte m nima feixe de monitora o irradiada sobre o fotodiodo FIG 964 6 A pot ncia de sa da do fotodiodo um sinal el trico proporcional pot ncia ptica do sinal emitido pelo diodo Laser O circuito detector de pico que se segue fornece uma tens o direta proporcional ao pico da pot ncia emitida pelo diodo Laser Esse valor comparado com uma
84. refra o cont nua dentro do n cleo 4 3 Dentro do n cleo pela reflex o na superf cie de separa o entre o n cleo e a cobertura 5 4 Pela difus o cont nua dentro da cobertura Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 961 A Fibra ptica 30 Q8 A propaga o da luz na fibra Grupo A B 1 5 Entra com um ngulo mais estreito que a abertura num rica da fibra 2 4 Entra com um ngulo maior que o ngulo de aceita o da fibra 3 2 Entra na cobertura 4 1 Entra com um ngulo mais estreito que o ngulo de aceita o da fibra 5 3 Tem um comprimento de onda igual a abertura num rica da fibra Q9 Qual das seguintes senten as est correta Grupo A B 1 3 O ngulo de aceita o o seno da abertura num rica sen NA O NA das fibras mono modo menor que o das fibras de ndice degrau 2 1 A abertura num rica NA o seno do ngulo de aceita o O NA das fibras mono modo maior do que das fibras de ndice degrau 3 2 A abertura num rica NA o seno do ngulo de aceita o O NA das fibras mono modo menor do que das fibras de ndice degrau Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 962 A Fibra ptica II 31 Li o 962 A Fibra ptica Il Objetivos e Descrever outros conceitos e par metros que caracterizam as fibras pticas dispers o modal ndice degrau ndice gradual fibras mono modo dispers o
85. rigues DIDATEC Li o 960 Descri o do Cart o de Pr tica 10 Figura 960 1 Cart o de Pr tica UTF1 e acess rios 960 2 Descri o do Cart o de Pr tica O cart o de pr tica UTF1 FIG 960 2 consiste das seguintes se es e Fontes de sinal e Gerador e dados TTL 0 1 0 amp 1 4x08 amp 4x1 e Microfone e Gerador de v deo e Interface RS232 e Tens o cont nua Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 960 Descri o do Cart o de Pr tica 11 e Codificadores de sinal e Codificador de dados Manchester Bi fase Mark Space Marca Espa o e Multiplexador de dados TDM com 8 canais e Multiplexador v deo udio incluindo um modulador de udio FM a 5 5 MHz e um combinador udio v deo e Modulador de FM com portadora de pulso e Circuitos driving digital e anal gico para as fontes pticas e Fontes pticas com LED a 660 nm e 820 nm e Fotodetectores com fotodiodo a 660 nm e 820 nm e Receptores digital e anal gico e Decodificadores de sinais e Decodificadores de dados Manchester Bi fase Mark Space Marca Espa o e Demultiplexador de dados TDM com 8 canais e Demultiplexador v deo udio incluindo um separador e um demodulador de udio FM a 5 5 MHz e Demodulador de FM com portadora de pulso e Amplificador de udio com auto falate Essas se es podem ser conectadas uma nas outras como ser explicado durante os exerc cios a fim de construir
86. rimento de fibra ptica igual a 10 50 0 5 MHz e n o suficiente para um sinal de 16 MHz O link n o vai operar porque a faixa total para esse comprimento de fibra ptica igual a 50 10 5 MHz e n o suficiente para um sinal de 16 MHz Q5 A Dispers o Crom tica principalmente devido Grupo A B Ao tempo de resposta da fonte ptica fibra ptica A largura do espectro da emiss o da fonte ptica Esse efeito oposto aquele da Dispers o Modal A largura do espectro de sa da emiss o da fonte ptica Esse efeito an logo aquele da Dispers o Modal Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 962 A Fibra ptica II 54 Q6 A atenua o de uma fibra tica Grupo A B 1 2 Depende do tipo de fibra sendo constante em rela o s varia es do comprimento de onda N o depende do tipo de fibra Depende do tipo de fibra e varia em rela o s varia es do comprimento de onda Os valores m nimos de atenua o s o denominados de Janelas Windows 1 janela entre 600 e 700 nm 2 janela entre 700 e 1300 nm 3 janela entre 1300 e 1600 nm Depende do tipo de fibra e varia em rela o s varia es do comprimento de onda Os valores m nimos de atenua o s o denominados de Janelas Windows 1 janela entre 800 e 900 nm 2 janela em torno de 1300 nm 3 janela em torno de 1550 nm Tradu o e Formata o Wander Rodrigue
87. rmalmente empregado na 2 e 3 janelas em links a longa dist ncia apresenta um custo maior do que a de um fotodiodo PIN Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 965 Fotodetectores 110 Q7 Qual das seguintes alternativas descreve as caracter sticas t picas de um fotodiodo PIN Grupo A 1 4 Sensibilidade 10 100 A W Comprimento de onda 660 850 1330 1550 nm Resposta de frequ ncia centenas de MHz Montagem apenas pigtail Custo elevado Aplica es links acima de v rios Gb s sobre centenas de km Sensibilidade 0 1 1 A W Comprimento de onda 660 850 1330 1550 nm Resposta de frequ ncia centenas de MHz Montagem apenas recept culo e pigtail Custo m dio baixo Aplica es links acima de v rios Mb s sobre dezenas de km Sensibilidade 10 100 A W Comprimento de onda 1330 1550 nm Resposta de frequ ncia dezenas de GHz Montagem apenas recept culo Custo elevado Aplica es links acima de v rios Gb s sobre centenas de km Sensibilidade 10 100 A W Comprimento de onda 1330 1550 nm Resposta de frequ ncia dezenas de GHz Montagem pigtail Custo elevado Aplica es links acima de v rios Gb s sobre centenas de km Sensibilidade 10 100 mA W Comprimento de onda 1330 1550 nm Resposta de frequ ncia dezenas de GHz Montagem apenas recept culo Custo baixo Aplica es links acima de v rios Gb s sobre centenas de k
88. rmalmente empregados para acoplar os elementos de um sistema utilizando fibra ptica conectores uni o por fus o uni o mec nica e Descrever as causas da perda de pot ncia nos acoplamentos e Examinar as caracter sticas dos conectores pticos Equipamento Necess rio e Unidade base para o sistema MSU mod EP4 fonte de energia cart o propriet rio mod FIP Unidade de controle e de inser o de defeitos e UTF1 Cart o de pr tica e Oscilosc pio 963 1 Introdu o Uni es e conectores s o componentes essenciais em um link utilizando fibra ptica Os conectores oferecem a possibilidade de acoplamento das fontes pticas de pot ncia r pido e facilmente entre as fibras e os equipamentos do sistema Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 963 Acoplamentos 57 Uni es permitem a conex o cont nua entre os cabos pticos de v rios comprimentos de forma permanente As uni es e os conectores inevitavelmente absorvem uma parte da pot ncia do sistema consequentemente provocando atenua es 963 2 Uni es 963 2 1 Perdas nas Uni es As perdas de pot ncia ptica correspondentes a uma uni o podem genericamente serem classificadas como e Perdas intr nsecas e Perdas extr nsecas externas As perdas intr nsecas internas s o devidas a perda de qualidade dos par metros das uni es das fibras como apresentadas esquematicamente na FIG 963 1
89. s DIDATEC Li o 962 A Fibra ptica II 55 Q7 As fibras de ndice gradual apresentam as seguintes caracter sticas t picas Grupo A B 1 2 Atenua o de 3 dB m 820 nm largura de faixa de 50 MHz km dimens es 50 125 um elas s o utilizadas para a transmiss o anal gicas e de dados com uma taxa m dia 10 Mb s em curtas dist ncias lt 200 m Atenua o de 0 2 dB m 660 nm largura de faixa de 10 MHz km dimens es 980 1000 um elas s o utilizadas para a transmiss o anal gicas e de dados com uma taxa m dia 10 Mb s em curtas dist ncias lt 200 m Atenua o de 3 dB km 820 nm e de 1 dB km 1330 nm largura de faixa de 1 GHz km dimens es 50 125 um elas s o utilizadas para a transmiss o anal gicas e de dados com uma alta taxa 200 Mb s em m dias dist ncias lt 50 km Atenua o de 0 4 dB km 1330 nm e de 0 25 dB km 1550 nm largura de faixa de 10 GHz km dimens es 10 125 um elas s o utilizadas para a transmiss o anal gicas e de dados com uma taxa muito alta Gb s em longas dist ncias lt 400 km Atenua o de 7 dB km 820 nm largura de faixa de 50 MHz km dimens es 200 230 um elas s o utilizadas para a transmiss o anal gicas e de dados com uma taxa m dia 10 Mb s em m dia dist ncias lt 10 km Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 963 Acoplamentos 56 Li o 963 Acoplamentos Objetivos e Descrever os m todos no
90. s pticas s o os fotodiodos PN e PIN e os fotodiodos de avalanche APD 965 2 Fotodiodos PN e PIN O princ pio de opera o dos fotodiodos est baseado em uma propriedade particular dos semicondutores isto um f ton absorvido por um semicondutor gera um par de el tron lacuna Aplicando uma polariza o reversa a uma jun o PN gera se uma corrente reversa proporcional radia o luminosa incidente FIG 965 1a A performance de um fotodiodo especialmente sua taxa de resposta pode melhorar se uma camada levemente dopada denominada I de intr nseca colocada entre as camada P e N Esses diodos s o denominados do fotodiodos PIN FIG 965 1b Efici ncia qu ntica O el tron pode ser liberado apenas se i f ton tem uma quantidade de energia acima da energia de gap do semicondutor utilizado Como a energia de um f ton depende do comprimento de onda da radia o o efeito m ximo da fotodetec o em diferentes comprimentos de ondas ser obtido segundo o semicondutor utilizado A efici ncia qu ntica definida como a rela o entre o n mero de el trons emitidos por unidade de tempo e o n mero de f tons incidentes por unidade de tempo A FIG 965 2 apresenta o esbo o da efici ncia qu ntica para tr s materiais diferentes Sil cio Germ nio e G lio ndio arnenio em fun o do comprimento de onda Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 965 Fotodetectores 93
91. s coloque as capas adequadas nos conectores dos cabos pticos para prote o da fibra ptica que faceia os conectores da poeira Limpe a cabe a dos conectores periodicamente com um cotonete de algod o embebido em lcool O comprimento da fibra sem os conectores devem ser manuseada com GRANDE CUIDADO As pe as de fibra nua fornecidas sem a cobertura podem ser perigosas se elas entram em contatos com os olhos a pele ou se elas s o engolidas Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 960 Descri o do Cart o de Pr tica Li o 960 Descri o do Cart o de Pr tica 960 1 Os componentes O sistema educacional para o estudo de fibras pticas inclui os seguintes componentes FIG 960 1 e Um cart o de pr tica UTF1 e Cabo ptico 1 ndice degrau fibra pl stica 1000 um comprimento de 1 5 m e Cabo ptico 2 ndice degrau fibra pl stica 1000 um comprimento de 5 m e Cabo ptico 3 ndice degrau fibra de vidro 200 230 um comprimento de 3 m e Cabo ptico 4 ndice gradual fibra de vidro 50 125 um comprimento de 3 m e Cabo ptico 5 modo simples fibra de vidro 10 um comprimento de 3 m e Cabo ptico 6 comprimento de conex o de fibra de pl stico com ST Snap In HP connectors e Um adaptador ST ST e Um microfone e Acess rio opcional OPM Optical Power Meter Medidor de pot ncia ptica Tradu o e Formata o Wander Rod
92. s conectores Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 963 Acoplamentos 62 As perdas causadas por um conector s o devidas s mesmas raz es analisadas anteriormente pelas uni es Elas dependem do tipo de conector e pode atingir um valor m dio iniciando em 0 5 dB conector bic nico conector ST at aproximadamente 1 dB conectores SMA Existem v rios tipos de conectores desenvolvidos por diferentes fabricantes ou resultante da evolu o dos conectores j existentes Os conectores mais comuns s o ST SMA NTT FC NTT PC e conectores bic nicos Fibras de pl stico oferecem a possibilidade do uso de um tipo de conector desenvolvido pela Hewlett Packard conhecido como conector Snap In HP FIG 963 5 Estrutura Um conector comum para fibras pticas consiste principalmente de quatro componentes FIG 963 4 e The ferrule virola ou ponteira esse elemento do conector ser inserido em um recept culo Sua se o frontal facetada pela extremidade da fibra ptica Alguns conectores ST SMA906 NTT FC PC etc tem uma ponteira reta outros conectores SMA906 tem uma ponteira com degrau e outros conectores bic nicos uma ponteira c nica e A porca de acoplamento que empregada para fixar o conector firmemente ao recept culo Ela pode ser o Do tipo baioneta conectores ST FC etc ela inserida dentro das guias do recept culo o De rosca SMA conectores bic nicos
93. sses comprimentos de onda Ao contr rio as fibras de pl stico normalmente s o empregadas em 660 nm e muito raramente na primeira janela 962 6 Largura de Faixa A largura de faixa de uma fibra ptica est diretamente relacionada com o fen meno de espalhamento analisado anteriormente Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 962 A Fibra ptica II 25 Os efeitos do espalhamento podem ser descrito em rela o ao tempo ou em fun o da frequ ncia De fato o atraso pelo espalhamento no tempo de propaga o dos raios de luz dentro da fibra al m de afetar a fun o de transfer ncia tamb m afeta a faixa passante dB km 6 j RAYLEIGH SCATTERING INFRARED ABSORPTIO INTRINSIC LOSS ULTRAVIOLET ABSORPTION 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 e n ea e nm I pid m Figura 962 10 Curva de atenua o t pica para fibras de vidro mono modo Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 962 A Fibra ptica II pr Figura 962 11 Curva de atenua o t pica para fibras de pl stico A fun o de transfer ncia a rela o entre as amplitudes dos sinais de sa da e de entrada de uma fibra em fun o do comprimento da fibra da mesma forma que varia a modula o em frequ ncia da fonte ptica FIG 962 12 A defini o convencional afirma que a largura de faixa Bw o valor de frequ ncia correspon
94. sua m xima sensibilidade a 660 nm enquanto que para o fotodiodo PD 1 ela ocorre em 820 nm Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 967 Sistema de Comunica o Digital 136 4 3 O sinal recebido maior que quele detectado no caso anterior fonte de 820 nm detector de 820 nm porque o fotodiodo PD2 tem uma rea sens vel maior do que a do fotodiodo PD 1 967 2 5 Formas de ondas do sinal recebido e Arranje o circuito como aquele apresentado na FIG 967 7 Esta configura o inclui o LED e o fotodiodo a 820 nm e Conecte o LED 1 ao fotodiodo PD 1 por meio do cabo 4 fibra ptica 50 125 e Observe as formas de onda no ponto TP20 sinal TTL transmitido TP15 tens o proporcional corrente passando pelo LED TP23 tens o detectada pela montagem fotodiodo amplificador de trans imped ncia TP25 sinal TTL recebido utilizando um oscilosc pio 967 2 6 Utiliza o de v rios tipos de fibras pticas Fibra 200 230 cabo 3 e Remova a fibra ptica 50 125 cabo 4 e conecte a fibra 200 230 cabo 3 e Gire o potenci metro P4 trimmer BIAS completamente para a direita m xima corrente de polariza o e Observe a forma de onda dispon vel no ponto TP23 Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 967 Sistema de Comunica o Digital 137 Q4 Qual das seguintes afirmativas verdadeira Grupo A B 1 2 O sinal recebido i
95. t H Figura 965 1 a estrutura de um fotodiodo PN b estrutura de um fotodiodo PIN eo ml P oOo oO o O In Ga As o o o EFICIENCIA QUANTUM ho to O OQO Almm 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 Figura 964 2 Efici ncia qu ntica Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 965 Fotodetectores 94 a z N S 0 2 3 7 E Y R a o a 4 0 o O O O O So O O oo O oOo M O Q COMPRIMENTO DE FREQ NCIA MHz ONDA mm 1000 Figura 964 3 a Responsivity b Resposta de frequ ncia Responsivity Um par metro de uso mais pr tico a responsivity que relaciona a quantidade de pot ncia ptica incidente no dispositivo e a corrente el trica gerada A FIG 965 3a mostra um esbo o t pico da responsivity de um fotodiodo de sil cio Resposta de frequ ncia tempo de resposta Esse par metro define a capacidade de um fotodiodo em detectar sinais pticos em altas frequ ncias A FIG 965 3b apresenta uma curva de resposta t pica 965 3 Fotodiodo de Avalanche Os fotodiodos de avalanches APD convertem os sinais pticos em sinais el tricos O APD reversamente polarizado na zona de ruptura Breakdown Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 965 Fotodetectores 95 zone tamb m denominada zona ou regi o de avalanche FIG 965 4 Gra as ao efeito de avalan
96. ta aumenta para um LED Ela aumenta quando a corrente direta aumenta Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 964 Fontes pticas 89 Q3 Qual das seguintes alternativas descreve as caracter sticas t picas de um LED Grupo A B 1 2 Pot ncia ptica de sa da dezenas de mW Comprimento de onda 660 850 1330 1550 nm Largura espectral dezenas de nm Montagem apenas pigtail rabicho Custo elevado Aplica o links acima de v rios Gb s para dist ncias igual a centenas de km 2 3 Pot ncia ptica de sa da centenas de W Comprimento de onda 1330 1550 nm Largura espectral poucos nm Montagem tipicamente pigtail rabicho Custo elevado Aplica o links acima de v rios Gb s para dist ncias igual a centenas de km 3 1 Pot ncia ptica de sa da dezenas de mW Comprimento de onda 660 850 1330 1550 nm Largura espectral dezenas de nm Montagem recept culo ou pigtail rabicho Custo m dio Aplica o links em centenas de Mb s para dist ncias igual a dezenas de km Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 964 Fontes pticas 90 4 5 Pot ncia ptica de sa da centenas de mW Comprimento de onda 660 850 1330 1550 nm Largura espectral poucos nm Montagem apenas recept culo Custo m dio Aplica o links em centenas de Mb s para dist ncias igual a dezenas de km 5 4 Pot ncia ptica de sa da
97. to pequena para as fibras mono modo Por esta raz o a recep o realmente n o ser poss vel Fibra pl stica cabos 1 e 2 e Repita as medidas anteriores utilizando a fibra pl stica cabo 1 1 5 m A atenua o de uma fibra pl stica a 820 nm muito maior do que a de uma fibra de vidro contudo o sinal recebido TP23 apresenta uma amplitude menor e Troque a fibra pl stica de 1 5 m por aquela de 5 metros cabo 2 Como a fibra ptica maior o sinal ptico ser mais atenuado 967 3 Quest es Q5 Que tipo de sinais pode ser aplicado ao Digital Driver do cart o de pr tica Grupo A B 1 4 COMOS 3 2 RS 232 4 1 ECL 5 3 V24 Tradu o e Formata o Wander Rodrigues DIDATEC Li o 967 Sistema de Comunica o Digital 139 Q6 Porque os LED s o pr polarizados Grupo A B L 23 Porque o LED deve sempre operar no estado ON Isto reduz o tempo de resposta 2 1 Porque o LED deve sempre operar pr ximo satura o Isto reduz o tempo de resposta 3 4 Porque o LED deve ser alimentado com tens es alternadas 4 2 Pr polariza o n o s o aplicadas aos LED mas aos fotodiodos Q7 Os fotodiodos inclusos no cart o de pr tica Grupo A B 1 2 Apresentam igual sensibilidade a 660 nm PD 1 inclui um pr amplificador de trans imped ncia PD 2 inclui um pr amplificador de alta imped ncia ambos s o montados em um recept culo ST 2 4 PD 1 atinge sua m xim

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