מחבר: צוות חינוך טכנולוגי מטח

שנת ההוצאה: תשס"ז - 2007

מילות מפתח: מערכות תקשורת; תקשורת אלקטרואופטית

ספר הניסויים והפרויקטים בתקשורת אלקטרואופטית "מכסה" את תכנית הלימודים ההתנסותית במקצוע "תקשורת אלקטרואופטית" בחלופה "מערכות תקשורת". חלקו הראשון של הספר מאפשר לתלמיד להכיר ולהתנסות בתופעות הפיזיקליות הקשורות בתקשורת אלקטרואופטית, הנעשית באמצעות סיבים אופטיים. דוגמאות לתופעות: החזרה, שבירה, נפיצה והתאבכות. חלק מהתופעות נלמדות באמצעות ניסויים ברכיבים ממשיים וחלקן באמצעות תכנת הדמיה. בהמשך הספר מוצעים ללומד ניסויים המאפשרים להכיר את המאפיינים השונים של הסיב האופטי כדוגמת צימוד מקורות אור לסיב, הנחתה בסיב ונפיצה בסיב. כמו-כן מתנסה הלומד בסוגים שונים של מקורות אור וגלאי אור. בחלק העוסק בפרויקטים, הלומד מרכיב מערכות תקשורת שונות, המבוססות על העברת מידע באמצעות אור, כדוגמת מערכת להעברת אות שמע באמצעות אור באוויר ובסיב; והעברת אות חוזי בשיטות אפנון שונות, באמצעות אור. בכל אחד מהניסויים ניתן רקע עיוני נרחב, מלווה בשאלות הכנה. את הניסויים ניתן לבצע באמצעות אביזרי תקשורת אופטית פשוטים ביותר, שעלותם נמוכה. אל הספר

נושא/נושאים: , הנדסת אלקטרוניקה ומחשבים

תוכן הספר:

• מערכות תקשורת תקשורת אלקטרואופטית ניסויים ופרויקטים

• תוכן העניינים

• מבוא

• ניסויים

• ניסוי 1 החזרה של אור ושבירתו

• איור ‭1.1‬ קרן אור הפוגעת במראה מישורית ומוחזרת ממנה

• איור ‭1.2‬ קרן אור הפוגעת במשטח שבין שני תווכים, נשברת, וממשיכה לעבור דרך התווך האחר; בעבור 1 מ> 2מ

• א»ור ‭1.3‬ זווית פגיעה קריטית היא זווית פגיעה שבעבודה זווית השבירה היא ‭90°‬

• איור ‭2.4‬ מערכת לבדיקת החזרה של קרן אור ממראה מישורית

• איור ‭1.5‬ מקור אור לייזר בעל מתקן ליצירה של קו אור

• איור ‭1.6‬ פגיעה של קרן אור במראה מישורית והחזרתה

• איור ‭1.7‬ זווית הפגיעה של קרן אור בחצי דסקה וזווית השבירה שלה בדסקה, בעת מעבר של האור מתווך בעל צפיפות נמוכה לתווך בעל צפיפות גבוהה

• איור ‭1.8‬ שבירה של קרן אור במעבר מתווך בעל מקדם שבירה גבוה לתווך בעל מקדם שבירה נמוך

• איור ‭1.9‬ החזרה גמורה

• ניסוי 2 נפיצה, התאבכות, עקיפה וקיטוב באור

• א»ור ‭2.2‬ נפיצת אור באמצעות מנסרה משולשת

• איור ‭2.1‬ התלות של מקדם השבירה של חומרים שונים באורך הגל של האור הנע באותם חומרים

• איור ‭2.3‬ שדה חשמלי, שדה מגנטי וכיוון ההתקדמות של גל אלקטרו-מגנטי

• איור ‭2.4‬ סכום של שני אותות סינוס המייצגים גלי אור ‭? ,‬ מתקבלת התאבכות בונה

• איור ‭2.5‬ סכום שני אותות סינוס המייצגים גלי אור; מתקבלת התאבכות סותרת

• איווי ‭2.6‬ תבנית עקיפה של סדק יחיד

• איור ‭2.7‬ תבנית עקיפה של סדק יחיד

• איור ‭2.8‬ נפיצה על-ידי מנסרה משולשת

• איור ‭2.9‬ תקליטור כסריג עקיפה מישורי

• איור ‭2.10‬ נפיצה בסריג עקיפה מישורי

• איור ‭2.11‬ב תבנית עקיפה הנוצרת ממקור דפ"א חד-צבעי

• איור ‭2.11‬א תבנית עקיפה הנוצרת בסריג על-ידי לייזר

• איור ‭2.12‬ מעבר אור דרך שני מקטבים

• איור ‭2.13‬ חסימת מעבר אור דרך שני מקטבים

• טבלה ‭2.1‬

• ניסוי 3 זווית קבלה (Acceptance Angel), מהירות האור בסיב, מקדם השבירה של הליבה, מפתח נומרי (Numerical Aperture - N.A)

• איור ‭3.1‬א צימוד תקין

• איור ‭3.1‬ב צימוד לקוי

• איור ‭3.2‬ זווית קבלה של סיב אופטי

• איור ‭3.3‬ איור עזר לחישוב ‭N.A.‬

• איור ‭3.4‬ אור הנפלט מסיב אופטי ופיזור עוצמת האור באלומה

• איור ‭3.5‬ אופן המדידה והחישוב של זווית הקבלה

• איור ‭3.6‬ התלות של מקדמי השבירה של זכוכית באורך הגל של האור (באנגסטרם- ‭(A‬

• איור ‭3.7‬ מעגל עקרוני למדידת מהירות האור בסיב

• איור ‭3.8‬ מעגל מתנד גל ריבועי בתדר ‭1 MHz‬

• א>ו‭3.91‬ מעגל, גלאי ומגבר במוצא הסיב

• איור ‭3.10‬ מערכת מעשית למדידת זווית הקבלה של סיב אופטי

• איור ‭3.11‬ מקור אור ייעודי המחובר לסיב האופטי

• איור ‭3.12‬ יצירת עיגול אור בקוטר נתון

• איור ‭3.13‬ האור במוצא של סיב זכוכית

• איור ‭3.14‬ מבנה עקרוני של מערכת למדידה של עוצמת האור כפונקציה של הזווית

• איור ‭3.15‬א מקור אור ושולחן סובב

• איור ‭3.15‬ב שולחן סובב,סיב ומד אור

• ניסוי 4 הנחתה ונפיצה בסיב אופטי

• איור ‭4.1‬ הנחתה של סיבי זכוכית כתלות באורך הגל עבור סיבים שיוצרו בתקופות שונות במאה העשרים

• איור ‭4.2‬ מערכת למדידת הספק אורי בקצה סיב

• איור ‭4.3‬ תנועת אור באופנים שונים בסיב

• איור ‭4.4‬ ההשפעה של נפיצת האור על דפקי אור הנעים בסיב אופטי - תיאור איכותי

• אייר ‭4.S‬ השפעת הנפיצה על צורת האות המתקדם בסיב כתלות במרחק

• איוו ‭4.6‬ חלון של תוכנה להדמיית נפיצה בסיב זכוכית

• איור ‭4.7‬ חלקו העליון של חלון התוכנה י מאפשר לשנות את אורך הגל של האור הנע בסיב

• איור ‭4.8‬ חלקו האמצעי של חלון התוכנה י מאפשר לשלוט על מאפייני האות ולעקוב אחר השפעתם על הנפיצה

• איור ‭4.9‬ חלקו התחתון של חלון התוכנה! מציג גרפים של אות המבוא ושל אות המוצא כתלות בזמן

• ניסוי 5 השפעת אופן האיחוי של סיבים אופטיים על האות הנע בסיב

• א>וו ‭5.1‬ הסטה רוחבית בזמן איחוי סיבים

• איוו ‭5.2‬ הסטה אורכית של שני סיבים

• איוו ‭5.3‬ הסטה זוויתית בזמן איחוי סיבים

• אייר ‭5.4‬ איחוי בין סיבים שחיתוך של אחד מהם אינו ניצב לציר הסימטריה האורכי

• איור ‭5.5‬ מעגל הניסוי

• א>ור ‭5.6‬ התקנת מקור אור וקצה סיב בתוך לשכה אפלה

• ניסוי 6 דיודה פולטת אור (דפ"א): תכונות ושימושים

• איור ‭6.1‬ הדפ"א הופכת זרם חשמלי לאור החודר לסיב אופטי

• איוו ‭6.3‬ מעגל הפעלה בסיסי של שלט רחוק בתחום ‭1R‬

• איוי ‭6.2‬ אופיין מתח-זרם של דפ"א טיפוסית

• איור ‭6.4‬ עוצמת האור היחסית כתלות בזרם שבדפ"א

• א>ור ‭6.5‬ תגובה ספקטרלית יחסית של דפ"א ‭1R‬

• טבלה ‭6.1‬ אורכי גל והצבעים המתאימים להם

• איווי ‭6.6‬ גרף אופייני של זווית הקרינה כתלות בעוצמת הקרינה היחסית א - זווית צרה ‭; LED-3‬ ב - זווית רחבה יותר

• איור ‭6.7‬ קרינה בצורת חרוט

• אי1ו ‭6.8‬ מדידת זמני מיתוג של דפ"א

• איור ‭6.9‬ זמני מיתוג של דפ"א

• ‭n>N‬• ‭6.10‬ מעגל מיתוג מסוג בקרה טורית

• איור ‭6.11‬ מעגל מיתוג מסוג בקרה מקבילית

• איור ‭6.12‬ תרשים מלבנים של מעגל לבדיקת אופיין פליטה

• ‭6.13 vw‬ מעגל הניסוי

• איור ‭6.14‬ מקור זרם לדחיפת דפ"א

• א»וי ‭6.15‬ מעגל המדידה בעבור הזרם ‭l = 10 mA‬ F

• א»ור ‭6.16‬ מדידת זמני המיתוג של דפ"א מהירה

• איור ‭6.17‬ מחולל גל מרובע לתדר של ‭500 KHz‬

• איור ‭6.18‬ דפ"א מחוברת לשולחן סובב עם מד זווית ופוטו-טרנזיסטור

• ניסוי 7 דיודת לייזר

• איור ‭7.1‬ אופיין מתח-זרם של דיודת לייזר

• אייר ‭7.2‬ מעגל בעל מקור זרם מיוצב למדידת אופיין ‭V-I‬ של דיודת לייזר

• איור ‭7.3‬ אופייני זרם-הספק של דיודת לייזר

• איור ‭7.4‬ מדידת זווית הקרינה מדיודת לייזר

• טבלה ‭7.1‬

• טבלה ‭7.2‬

• ניסוי 8 פוטו-דיודה מסוג PIN

• ‭8.1 7fw‬ א' עקרון הפעולה של פוטו-דיודה מסוג PIN

• איור ‭8.1‬ בי סימול סכמתי של דיודת PIN

• איור ‭8.2‬ אופייני ‭V-1‬ טיפוסיים של פוטו-דיודה

• איור ‭8.3‬ב רגישות ספרטראלית של ‭SFH2030F‬

• איור ‭8.3‬א רגישות ספקטראלית של ‭SFH2030‬

• איור ‭8.4‬ מדידת זמני עלייה וירידה

• א»ור ‭8.5‬ מגבר התנגדות העברה המבוסס על מגבר שרת

• טבלה ‭8.1‬

• אייר ‭8.6‬ תרשים מלבנים של מערך הניסוי

• א»ור ‭8.7‬ מעגל הניסוי

• איור ‭8.8‬ תרשים מלבנים של מערך הניסוי

• איור ‭8.9‬ מגבר התנגדות העברה

• פרויקטים

• פרויקט 1 מערכת שידור וקליטה של אות שמע באמצעות אור

• איור ‭1.1‬ מבנה עקרוני של מערכת שידור וקליטה של אות שמע באמצעות אור

• איור ‭1.2‬ מעגל משדר בסיסי, המבוסס על הגברת מתח

• איור ‭1.3‬ מעגל המשדר הבסיסי (המופיע באיור ‭,(1.2‬ אשר הותאם להגברת זרם, בתצורה של מגבר מוליכות-העברה.

• איור ‭1.4‬ מעגל משדר משופר, המבוסס על דוחף מוליכות-העברה

• א»ור ‭1.5‬ מקלט לאות אור המאופנן על-ידי אות שמע

• ‭1.6 vw‬ מערך דפ"א במשדר

• פרויקט 2 שידור אות חוזי באמצעות סיב אופטי

• איור ‭2.1‬ תרשים מלבנים של מערכת הפרויקט

• איור ‭2.2‬ מעגל המשדר האופטי שנבנה בפרויקט - מורכב מדפ"א וממעגל דוחף

• אייר ‭2.3‬ מבנה עקרוני של דפ''א בתוך זיווד המאפשר חיבור לסיב אופטי

• איור ‭2.4‬ אופיין של דפ"א טיפוסית

• איור ‭2.5‬ מעגל המקלט האופטי לפרויקט - מורכב מגלאי, ממעגל הגברה וממעגל דוחף

• פרויקט 3 העברת אות חוזי מאופנן FM באמצעות אור, בסיב אופטי ובאוויר

• איור ‭3.1‬ב אות מאופנן

• איור ‭3.1‬א גל נושא ואות מאפנן

• איור ‭3.2‬ אופיין עקרוני של מתנד VCO

• אייר ‭VARICAP inin 3.3‬

• א>ור ‭3.4‬ מעגל עקרוני של VCO המבוסס על מתנד קולפיטץ

• איור ‭3.5‬ גילוי אות FM באמצעות PLL

• איור ‭3.6‬ מבנה עקרוני של מערכת PLL

• איור ‭3.7‬ תיאור מפורט יותר של מעגל PLL

• איור ‭3.8‬ מבנה עקרוני של מערכת FM לאות חוזי באמצעות גלי אור

• איור ‭3.9‬ מעגל של משדר FM לאות חוזי באמצעות גלי אור

• ‭3.10 WM‬ מעגל של מקלט FM

• א»ור ‭3.11‬ תרשים מלבנים של מערכת משולבת - העברת אות שמע ואות חוזי בסיב אופטי

• נספחים

• נספח א עקרון הפעולה של מעגל PLL

• א»ורא1 מבנה עקרוני,א ומפורט יותר, ב של מערכת PLL המשמשת לגילוי אות FM

• נספח ב ריכוז נתונים של רכיבים אלקטרואופטיים שימושיים הדרושים לביצוע הניסויים והפרויקטים שבספר

• טבלה ‭:1‬ נתוני דפ"א בדידות (דיסקרטיות) שימושיות

• טבלה ‭:2‬ גלאים אופטיים בדידים שימושיים

• טבלה ‭:3‬ דפ"א לסיב אופטי

• טבלה ‭:4‬ גלאי לסיב אופטי

עמודים:

1  2  3  5  6  7  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  
28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  53  
54  55  56  57  58  59  60  61  62  63  64  65  66  67  68  69  70  71  72  73  74  75  76  77  78  
79  80  81  82  83  84  85  86  87  88  89  90  91  92  93  94  95  97  98  99  100  101  102  103  104  
105  106  107  108  109  110  111  112  113  114  115  116  117  119  120  121  122  123  124  125  126  127  128  129  130  
131  132  133  134  135  136  137  138  139  140  141  142  143  144  145  146  147  149  151  152  153  154  155  156  157  
158