Enlace digital por fibra

Enlace digital por fibra

Índice General

7.1. Objetivos . . . . 57

7.2. Introducción teórica . . . . 57

7.3. Realización Práctica . . . . 59

7.4. Montaje del circuito driver . . . . 60

7.5. Generación de señal cuadrada . . . . 60

7.6. Receptor de infrarrojo . . . . 60

7.7. Enlace de fibra óptica . . . . 60

7.1. Objetivos

En esta práctica el alumno utilizará el transistor bipolar (BJT) como parte de un sistema de comunicación digital. La diferencia sustancial sobre las prácticas anteriores es que se trabaja en electrónica digital y no analógica, que es la que se ha tratado hasta ahora. Ésta práctica permite al alumno conocer más funciones del transistor además de la de amplificar que es la que se va a usar en futuras prácticas.

7.2. Introducción teórica

En esta práctica se analiza un sistema de comunicación digital utilizando una conversión electro-óptica. El esquema sobre el que trabajaremos será el siguiente:

58 PRÁCTICA 7. ENLACE DIGITAL POR FIBRA Generador de funciones Convertidor electro-óptico Medio de transmisión Osciloscópio Convertidor electro-óptico

Enlace de fibra óptica

Figura 7.1: Esquema del enlace digital que se va a realizar Los distintos elementos que componen este sistema son los siguientes:

1. Como emisor de información se va a utilizar una señal cuadrada generada por un generador de funciones, con valores mínimos y máximos de 0 y 5 Voltios.

2. Los pulsos de información serán transmitidos en forma de pulsos luminosos a través de la fibra óptica, por lo que será necesario convertir primero del formato eléctrico al óptico. Para realizar la transformación de señales eléctri-cas a óptieléctri-cas se puede utilizar tanto un LED como un LÁSER. Ambos dis-positivos se basan en la generación de fotones a partir de la recombinación de electrones-huecos en la unión del semiconductor. Para que esto ocurra es necesario que por el dispositivo pase una cierta corriente eléctrica. Los cir-cuitos encargados de dirigir esta corriente se denominan drivers.

3. El medio de transmisión será la fibra óptica o aire.

4. Una vez recibida la información en modo luminoso se debe realizar la trans-formación inversa que ha llevado a cabo el convertidor óptico-eléctrico como primer elemento del enlace digital. Por tanto, en el otro extremo de la fibra se tendrá un dispositivo electrónico que realiza la función inversa al LED, es decir, generar pares electrones-huecos a partir de los fotones absorbidos. Éste dispositivo puede ser tanto un diodo PIN como APD, diferenciándose ambos en la cantidad de corriente que son capaces de generar a partir de una deter-minada cantidad de fotones recibidos. En el caso del diodo PIN, por cada fotón absorbido se obtiene un sólo par electrón-hueco. Como la señal recibi-da será muy débil, debido a la atenuación de la fibra óptica, será necesario utilizar un circuito amplificador que nos proporcione a su salida una señal lo suficientemente potente para poder ser utilizada.

5. El receptor será el propio osciloscopio, permitiendo visualizar el estado de la información que llega al otro extremo del sistema.

7.3. Realización Práctica

7.3.1. Análisis del circuito driver

Se ha diseñado el driver que se muestra en la Figura 7.2.

Analizando el circuito driver que se va a implementar se obtienen las siguientes ecuaciones: R1 = VCC −VCEsat−VD ID (7.1) Rb ≤ VI H−VBEsat ID/β (7.2) La corriente aproximada que debe circular por el LED será de 30 mA.

Vcc

Rb

R1

Vi

Figura 7.2: Circuito Driver Sustituyendo los valores:

R₁ = 5V − 0,2V − 1,6V

30_mA = 106Ω (7.3)

Rb ≤

5_{V − 0,7V}

60 PRÁCTICA 7. ENLACE DIGITAL POR FIBRA

7.4. Montaje del circuito driver

Se va a realizar el montaje de un circuito driver para un LED estandar. El cir-cuito driver de la Figura 7.2 está compuesto por la resistencia R1 (100Ω), un diodo

LED estándar, un transistor BJT 2N2222 npn y una resistencia de base Rb (5k6Ω).

Se debe alimentar el circuito a 5V.

Introducir una entrada constante de 5V. Medir la tensión VF de los leds rojo,

verde e infrarrojo.

Rojo Verde Infrarrojo

Tabla 7.1: Valores de tensión VF de los diferentes leds

7.5. Generación de señal cuadrada

Generar la onda cuadrada de valores 0-5V y 1Hz de frecuencia. Utilizando el montaje anterior con el LED infrarrojo observar con el osciloscopio la tensión en el colector. Dibujar en la memoria dicha señal.

7.6. Receptor de infrarrojo

Realizar el montaje recomendado por el fabricante del fotodetector BPW40. En-frentar el emisor y el receptor a 1 cm de distancia y comparar la señal del emisor con la del segundo apartado. Dibujar ambas señales.

7.7. Enlace de fibra óptica

Los dispositivos que se van a utilizar son los siguientes:

El transmisor utilizado será el HFBR-1522 de AGILENT (Hewllet-Packard), incluyendo un diodo LED en su encapsulado.

La fibra óptica será de material plástico, con núcleo de 1mm de diámetro, una atenuación aproximada de 20 dB/m y con conectores en ambos extremos para facilitar la inserción.

El diseño del driver y del amplificador será el recomendado por el fabricante para aplicaciones de hasta 1 MBd. Teniendo en cuenta el análisis previo

rea-lizado los valores de las resistencias que se van a utilizar son R1 = 100Ω

Rb = 5k6Ω.

El receptor será el HFBR-2522, también de AGILENT (Hewlett-Packard), que incluye tanto el diodo PIN como un preamplificador y un conjunto resistencia-transistor con objeto de ser utilizado para amplificar la señal recibida.

Teniendo en cuenta el driver que se ha montado previamente sustituir el LED anterior por el conjunto TRANSMISOR-RECEPTOR de fibra óptica y haga las conex-iones necesarias en el transmisor tal y como se indica en la hoja de características del enlace a 1 MBd.

AVISO: NO SE DEBE ALIMENTAR EL CIRCUITO DESPUÉS DE INCOR-PORAR LOS RECEPTORES HASTA QUE EL PROFESOR NO LO HAYA VALI-DADO YA QUE UNA MALA CONFIGURACIÓN PUEDE DESTRUIR EL RE-CEPTOR.

Genere una onda cuadrada de 0-5 Voltios y 100kHz.

Visualice la onda de entrada al driver por el canal 1 y la onda de salida del amplificador por el canal 2. Dibuje ambas señales superpuestas en la memoria de la práctica.

Visualice la onda de entrada del driver por el canal 1 y la señal en la pata 1 del transmisor por el canal 2. Mida el retraso de la conmutación entre la señal de entrada y la corriente que pasa por el diodo LED. Relaciónela con las características dadas por los fabricantes del 2N2222 y del transmisor.

62 PRÁCTICA 7. ENLACE DIGITAL POR FIBRA