Nowoczesne sieci komputerowe

Transkrypt

1 WYŻSZA SZKOŁA BIZNESU W DĄBROWIE GÓRNICZEJ WYDZIAŁ ZARZĄDZANIA INFORMATYKI I NAUK SPOŁECZNYCH Instrukcja do laboratorium z przedmiotu: Nowoczesne sieci komputerowe Instrukcja nr 1 Dąbrowa Górnicza, 2010

2 Ćwiczenie I. Transmisja w kablu optycznym Opis Podczas ćwiczenia zostanie zbudowany prosty tor optyczny. Tory optyczne budowane są przy użyciu światłowodów wytworzonych z następujących materiałów: Szkło Plastik Inne materiały Ponad 99% światłowodów budowanych jest ze szkła lub plastiku. Spotyka się również kable światłowodowe budowane z materiałów jak silikon, arsenek galu używane do pracy w paśmie nadfioletowym lub podczerwonym. W ćwiczeniu użyty zostanie kabel światłowodowy o rdzeniu plastikowym. Jednym z parametrów mówiącym o wydajności kabla światłowodowego jest osłabienie sygnału lub inaczej mówiąc strata mocy świetlnej na jednostkę odległości. Podczas ćwiczenia mierzone będzie światło przesyłane na określoną odległość. Zmierzone wartości posłużą do wyliczenia współczynnika osłabienia sygnału α. W doświadczeniu użyto kabla światłowodowego HFBR o następujących parametrach: średnica rdzenia:1mm; średnica powłoki:1000µm; tłumienność na metr:0.22db; współczynnik odbicia powłoki:1.417; współczynnik załamania rdzenia:1.492; średnica zewnętrzna:2.2mm; long term radius bend:35mm; apertura numeryczna:0.47; stała opóźnienie propagacji:5ns/m Materiały Zielona dioda LED (IF-E93A-niebieska z białą plamką) Czerwona dioda LED (IF-E96-niebieska z różową plamką) Fototranzystor LPT80A Oprawa (czarna) Podczerwona dioda LED (IF-E91C- niebieska z miedzianą plamką) Opornik 390 Ω Mały wkrętak płaski Multimetr Źródło napięcia o z możliwością regulacji Przymiar 3 metry Ostry nóż/żyletka Płytka stykowa Procedura 1. Utnij 2 mm z każdego końca 3 metrowego odcinka kabla światłowodowego używając żyletki lub ostrego noża. Spróbuj uzyskać proste cięcie pod kątem 90 o. 2. Przystaw jeden koniec kabla do dowolnego źródła światła i sprawdź, czy na drugim końcu jesteś w stanie zaobserwować transmitowane przez światłowód światło. 3. Rysunek I-1 obrazuje przekrój oprawy z prawidłowo zamontowanym elementem elektronicznym. Elementem elektronicznym może być odpowiednia dioda LED lub detektor światła. 4. Przygotuj diody LED czerwoną, zieloną oraz podczerwoną (w niebieskich oprawach) 5. Przy pomocy małego wkrętaka, delikatnie wsuń fototranzystor (z czarnym paskiem) do czarnej obudowy. Rysunek I-1 Przekrój złączki optycznej

3 6. Przy użyciu płytki stykowej wykonaj układ elektroniczny zgodnie ze schematem przedstawionym na rysunku I-2. Identyfikację anody i katody diody LED oraz emitera i kolektora fototranzystora ułatwią ci rysunki na końcu instrukcji. Rysunek I-2 Testowy obwód do pomiaru transmisji 7. Zmierz długość światłowodu załączonego do ćwiczenia i umieść jego końce w obudowach diody i fototranzystora. 8. Ustaw multimetr na pomiar natężenia prądu stałego, skala ma. 9. Ustaw zasilacz na wartość zasilania +5V DC, podłącz zasilanie do układu. 10. Sprawdź ponownie prawidłowość podłączenia elementów. Włącz zasilanie. 11. Zapisz zmierzoną wielkość w tabeli I-1 dla każdej wymienionej w tabeli diody LED. Tabela I-1 Mierzone natężenie prądu fototranzystora dla światłowodu (1000µm) o długości 3metry i 1 metr Dioda LED i 3-metry i 1-metr Czerwona Zielona Podczerwona 12. Wymień diodę czerwoną na zieloną 13. Wyjmij światłowód z obudów, przytnij za pomocą ostrego noża do długości 1 metra. Włóż końcówki do obudów i wykonaj wszystkie pomiary podobnie jak w przypadku odcinka 3 metrowego, zapisując wyniki w tabeli Po wykonaniu pomiarów wyłącz zasilanie, rozmontuj układ pomiarowy i schowaj elementy do odpowiednich pojemników. Opracowanie wyników Moc na wyjściu kabla światłowodowego o zadanej długości dana jest wzorem: Pl = P o Po moc wejściowa L długość kabla α współczynnik osłabienia sygnału Z powyższego równania można wyliczyć współczynnik osłabienia sygnału α w przypadku wykonania pomiaru dla dwóch długości kabla: α= ( ) ( ) P 2 moc wyjściowa kabla o długości 2 P 1 moc wyjściowa kabla o długości 1 L 2 długość kabla 2 L 1 długość kabla 1

4 W ćwiczeniu nie mierzymy mocy optycznej (można ją zmierzyć zmieniając fototranzystor miernikiem mocy optycznej), lecz natężenie prądu fototranzystora, który jest wprost proporcjonalny do mocy. Zamieniając moc optyczną w równaniu natężeniem prądu, otrzymujemy równanie: α= ( ) ( ) I 2 mierzone natężenie prądu dla kabla o długości 2 I 1 mierzone natężenie prądu dla kabla o długości 1 L 2 długość kabla 2 L 1 długość kabla 1 Wypełnij tabelę I-2, wyliczając współczynnik osłabienia sygnału Tabela I-2 Wyliczenie współczynnika osłabienia sygnału Dioda LED czerwona i i i i i i = (1 2) zielona podczerwona Moc wejściowa może być obliczona na podstawie pierwszego równania Po = P 1 Po moc wejściowa l długość światłowodu P 1 - moc wyjściowa α współczynnik osłabienia Oblicz moc wejściową dla każdego rodzaju diody u wpisz do tabeli 3(zastąp moc prądem fototranzystora, który jest wprost proporcjonalny do mocy optycznej) Tabela I-3 Obliczenie mocy wejściowej dla światłowodu długości 1 metr Dioda LED P 1-metr α e α(1) P 0 = P 1-metr e α(1) czerwona zielona podczerwona Wylicz natężenie prądu fototranzystora dla linii światłowodowej o długości 5 metrów. Obliczenia wykonaj w tabeli I-4. Wylicz natężenie prądu fototranzystora dla linii światłowodowej o długości 10 metrów. Obliczenia wykonaj w tabeli I-5. Tabela I-4 Obliczenie mocy wejściowej dla światłowodu długości 5 metrów Dioda LED P 0 α l e -α(5) P 5-metrów = P 0 e -α(5) czerwona 5 zielona 5 podczerwona 5

5 Tabela I-5 Obliczenie mocy wejściowej dla światłowodu długości 10 metrów Dioda LED P 0 α l e -α(10) P 10-metrów = P 0 e -α(10) czerwona 10 zielona 10 podczerwona 10 Utwórz wykres prezentujący zmierzone natężenie prądu fototranzystora dla światłowodu o długościach 1 i 3 metry oraz wyliczonego natężenia dla 5 i 10metrów dla wszystkich diod LED użytych w doświadczeniu.

6 Fotodioda 1. Anoda 2. Katoda Fototranzystor 1. Emiter 2. Kolektor Fotodarlington 1. Emiter 2. Kolektor Typowy opornik Wzmacniacz operacyjny LM741 Inwertery 74LS05oraz 4096