دانلود پروژه رشته برق در مورد مولدهای نوری – قسمت سوم

دانلود پایان نامه

-3- مدهای موجبرهای ورقه‌ای

موج بر ورقه‌ای از یك لایه میانی با ضریب شكست n1 تشكیل شده كه توسط دو لایه تحتانی و فوقانی با ضریب شكست برابر n2 پوشیده شده است و لذا شباهت زیادی به یك تار نوری دارد. پرتوهای نوری هم دارای ضریب انتشاری هستند كه می‌توانند به شكل K=k0n1 كه در آن k0 ضریب انتشار فضای آزاد است، نوشته شوند. اگر زاویه محور موج بر با بردار انتشار باشد موج دارای دو مولفه در راستای خواهد بود.

نکته مهم : برای استفاده از متن کامل تحقیق یا مقاله می توانید فایل ارجینال آن را از پایین صفحه دانلود کنید. سایت ما حاوی تعداد بسیار زیادی مقاله و تحقیق دانشگاهی در رشته های مختلف است که می توانید آن ها را به رایگان دانلود کنید

موقعی كه نور به عنوان موج الكترومغناطیسی مطرح می شود شامل میدان الكتریكی متغیر E و میدان متغیر مغناطیسی B می باشد كه برهم عمودند. در حالت نشان داده شده فوق، E2=0 و در واقع E بر صفحهن انتشار عمود است و H در راستای انتشار قرار دارد. این حالتهای انتشار مود TE نامیده می شوند. در حالتیكه H2=0 باشد و میدان مغناطیسی عمود بر صفحه انتشار باشد مود TM معرف انتشار است. با بررسی معادلات موج در موجبرها و روابط الكترومغناطیسی كه در اینجا از آنها صرفنظر كرده‌ایم به نتایج زیر می رسیم.

در حالت بازتابش كلی، پرتو بازتابش از نظر دامنه با پرتو تابش یكسان است ولی اختلاف فاز خواهند داشت و دوم اینكه دامنه میدان هنگام انتشار در غلاف به فرم نمایی تضعیف می گردد.

انحراف محور موج بر از یك خط، تغییر در قطر هسته و تغییرات نامنظم در ضرایب شكست هسته و غلاف پدیده انتشار را تحت تاثیر قرار می دهند. این عوامل به همراه عوامل دیگر مانند خمش محور فیبر و یا ناپیوستگی در سطح هسته مركزی موجب تغییر مد انتشار می گردد و در طول فیبر، تغییر در مود و تبدیل به مودهای مجاور را خواهیم داشت كه به آن اثر تلفیق مودها می گویند.

همچنین غلافها باید دارای خصوصیاتی باشند كه عبارتند از:

1- غلاف باید برای نور در طول موج كار به عنوان ماده ای شفاف عمل كند.

2- باید دارای ضریب سختی باشد كه مانع آسیب رسیدن به خود موج براثر ضربه یا قرار گرفتن در كنار مواد سخت باشد.

3- غلاف باید از ضخامت كافی برخوردار باشد تامیزان كاهش و افت مورد نظر از طریق انتشار در غلاف انجام شود.

6-3- انواع فیبرهای نوری

انواع مختلف فیبرهای نوری در جدول (1-3) نشان داده شده است.

فیبرهای نوری عمدتاً به دو دسته تك مدی و چند مدی تقسیم می شوند. دسته فیبرهای چند مدی خود به دو نوع تقسیم می شوند. فیبرهای ضریب پله ای و فیبرهای ضریب تدریجی.

اگر جنس ماده تار نوری از سیلیكا باشد نقطه ذوب آن بالا (در حدود 1900) و اگر از شیشه چند مولفه‌ای باشد نقطه ذوب آن در حدود 1200-800 است.

نكته دیگری كه در مورد فیبرها باید گفته شود آن است كه در همه انواع آن روزنه عددی همیشه نسبت به مركز فیبر سنجیده می شود.

n ضریب شكست در محور فیبرها می باشد.

1-6-3- فیبرهای تك مدی

به فیبرهایی گفته می شود كه در آنها موج در یك مسیر امكان انتشار پیدا می كند. این نوع فیبر دارای پهنای باند بسیار زیادی است لیكن از همه لحاظ دارای برتری بر انواع دیگر تار نوری نیست مثلاً اتصال آنها به یكدیگر مواجه با مشكلاتی است زیرا شعاع هسته آن چند میكرون بیش نیست. شكل (7-3) معرف یك فیبر تك مد است.

2-6-3- فیبرهای چند مدی

به فیبرهایی گفته می شود كه نور در هسته آنها امكانت انتشار در مسیرهای مختلفی را می یابد. پرتوها مسیرهای مختلفی را طی می كنند وبنابراین زمان انتشار برای آنها متفاوت است. ضریب شكست تابعی از شعاع فیبر است بنابراین پرتوها در خط مستقیم منتشر نمی شوند. فیبرهای چند مدی دارای هسته ای با شعاع چندین ده الی صد میكرون است و از این لحاظ كاركردن با آنها آسانتر است اما پهنای باند آنها كمتر و در حدود چندین ده مگاهرتز در كیلومتر است. در شكل (8-3) ساختار یك فیبر چند مدی نشان داده شده است.

3-6-3- فیبرهای ضریب شكست پله‌ای

تارهای ضریب شكست پله ای شامل یك هسته درونی با ضریب شكست n1 است كه با پوسته ای با ضریب شكست n2 احاطه شده است. یعنی در مرز بین هسته و پوشش ضریب شكست ناگهان تغییر می كند. برای هدایت كامل زاویه انعكاس باید بزرگتر یا مساوی زاویه بحرانی باشد. كسر تغییر ضریب شكست یك پارامتر مهم فیبر است كه بیانگر كیفیت انتقال است.

تارهای ضریب شكست پله ای در انواع مختلف موجودند. یك هسته شیشه‌ای پوشیده شده با شیشه، یك هسته شیشه‌ای پوشیده شده با پلاستیك و یك هسته پلاستیكی پوشیده شده با پلاستیك. عموماً پله ضریب شكست برای تارهای تمام شیشه، كمترین مقدار و برای تمام پلاستیك بیشترین مقدار را دارد. تارهای تمام شیشه تلفات كمتری دارند و برای مسیرهای نسبتاً طویل مناسبند. در شكل (8-3) نمایی از یك تار پله ای نشان داده شده است.

4-6-3- فیبرهای ضریب شكست تدریجی

این دسته از فیبرها دارای هسته ای است كه ضریب شكست ماده آن با فاصله از محور فیبر تغییر می كند. ضریب شكست متغیر سبب می شود كه اشعه   بطور پیوسته به سمت محور تار باز هدایت شوند و بطور تناوبی متمركز گردند. شكل
(9-3) نمایی از یك تار با ضریب شكست تدریجی را نشان می دهد.

7-3- تلفات انتقال

تلفات تار نوری عبارتند از:

تلفات جذبی و پراكندگی. علت عمده تلفات جذبی وجود ناخالصیهای فلزی نظیر Fe، Cu و نیز آب است. برای كاهش مقدار تلفات تا حدود قابل قبول، لازم است كه میزان ناخالصیهای فلزات به كمتر از ppb1 و اخاصی رادیكال آب (oH) به كمتر از ppm1 برسد. همچنین تلفات پراكندگی نیز وجود دارند كه ناشی از تغییرات تراكم و در نتیجه تغییرات ضریب شكست به علت تغییرات ترمودینامیكی است كه به هنگام ساخت تار حادث می شود. در طول موج كمتر از 8/0 تلفات عمدتاً از نوع پراكندگی است. این تلفات با افزایش طول موج سریعاً كاهش می یابد.

ضریب تضعیف

بنابراین در طول موجهای بالا تلفات رایلی (پراكندگی) به حداقل میل می كند.

تلفات خمش و ناهمواریهای مرز میان هسته و پوشش. در صورت ناهموار بودن سطوح مرزی تلفات تبدیل مد و تلفات تشعشعی بوجود می آید. این تلفات را می‌توان با افزایش شعاع هسته و تغییرات ضریب شكست به گونه ای كه مقدار نور كمتری به نواحی مرزی برسد، كاهش داد. تبدیل مد و تلفات تشعشعی در محل خمش تار نیز به وجود می آید. تلفات خمش بستگی به شعاع هسته و شعاع خمش دارد. تبدیل مد بستگی به توان ششم شعاع هسته دارد. از این لحاظ تلفات با افزایش شعاع هسته، به شدت افزایش می یابد.

تلفات اتصال. برای انتقال تا فواصل دور لازم است تارهای نوری را به هم وصل كرد و یا اینكه در محل تكرار كننده ها آنها را به طور معینی بریده و به اجزای دیگر اتصال داد. اگر مقدار جابجایی كمتر از 10% شعاع هسته باشد، تلفات اتصال قابل ملاحظه‌ نخاهد بود در مورد تارهای تك مدی كه شعاع هسته آن بسیار كوچك است، خروج از مركز هسته ها، مقدار تلفات اتصال را افزایش می دهد.

8-3- پاشیدگی

پاشیدگی به این معنی است كه زمان انتشار به طول وج و مسیر انتشار وابسته است. انواع مختلفی از پاشیدگی وجود دارد كه عبارتند از: پاشیدگی ماده، پاشیدگی موجبر و پاشیدگی چند مدی.

پاشیدگی ماده:

انتقال یك فركانس از فرستنده به گیرنده مدت زمانی می انجامد كه به آن تاخیر فاز می‌گویند. حال اگر منبع نور شامل طول موجهای مختلف باشد، زمانهای متفاوتی طول می كشد تا موجها به انتهای خط برسند. موقعیكه پالسهای دریافتی در خروجی به هم می رسند با هم جمع می شوند و منجر به یك خروجی، كه نسبت به پالس ورودی طویلتر است می شوند. كه پاشیدگی ماده نام دارد. اگر تاخیر گروه ضریب ثابتی باشد، انتقال سیگنال بدون اعوجاج صورت می گیرد. این ضریب توسط ارتباط زیر كه برحسب طول نرمالیزه شده است بیان می شود.

تغییرات تاخیر گروه با مشتق گرفتن از ارتباط فوق بدست می آید. چنانچه این معادله حل شود برای مقداری بدست می آید كه بسیار ارزشمند است. زیرا بدان معنی است كه در این طول موج تاخیر پخش ماده تقریباً صفر است.

به ضریب پخش ماده می گویند و آن را با Kma نشان می دهند.

پاشیدگی موجبر ناشی از وابستگی ثابت انتشار به طول موج است. در محدوده طول موج تاخیر گروهی در طول موجهای بزرگتر بیشتر است و شبیه پاشیدگی ماده است. در این صورت هر دو پاشیدگی با هم جمع می شوند و لیكن اندازه پاشیدگی موجبر حدوداً ده برابر كوچكتر از پاشیدگی ماده است و در حوالی طول موج دو نوع پاشیدگی قابل مقایسه می شوند.

پاشیدگی چند مدی:

وقتی چندین مد در حال انتشار هستند، همه آنها با سرعتهای خالص متفاوتی نسبت به محور حركت می كنند. اگر انرژی یك موج ورودی مابین چندین مد توزیع شده باشد، این موج در خلال انتشار معوج خواهد شد. قسمتهایی از موج قبل از قسمتهای دیگر به خروجی رسیده، موج را گسترش می دهد كه به آن اعوجاج چند مدی هم می‌گویند. به عبارت ساده تر پرتوها با زاویه انتشار بزرگتر مسیر طولانی تری طی كرده دیرتر به انتهای خط می رسند.

9-3- انتقال در فیبرها

فیبر تك مد:

پارامترهای موثر در انتقال سیگنال در فیبرهای تك مد، تضعیف و پاشیدگی ماده می باشد و پاشیدگی چند مدی در این حالت اثری ندارد.

فیبر نوری در سیستم انتقال شبیه فیلتر پایین گذر عمل می كند. سه عامل اساسی كه در پهنای باند فیبر نوری تك مد موثرند عبارتند از: 1- طول موج تشعشع كه در واقع شاخص Kma است. 2- پهنای طیف تشعشعی كه از قابلیتهای المان منبع نوری است. هرچه پهنای طیف باریكتر باشد پهنای باند سیستم وسیع تر خواهد بود. 3- طول خط انتقال كه بصورت معكوس با پهنای باند ارتباط دارد.

فیبرهای چند مدی:

تضعیف غالب در این نوع فیبرها وابسته به مود انتشار است یعنی پاشیدگی چند مدی در این نوع فیبر آزار دهنده غالب سیستم است. نتیجه تجزیه و تحلیل های ریاضی، فرمول های زیر را برای پهنای باند در فیبرهای چند مدی بدست می دهد.

   پهنای باند در فیلتر چند مدی با ضریب شكسته پله‌ای

BW=L.b

   پهنای باند در فیلتر چند مدی با ضریب شكست تدریجی

BW=L.b

10-3- كوپلاژ فیبر نوری

هدف از اتصال دو فیبر، كوپل نور در حال انتشار در یك فیبر به دیگری می باشد. انجام این كار به علت كوچكی شعاع هسته مشكل است و ممكن است اشكالاتی را بوجود آورد. حالتهای مختلفی از اتصال نادرست فیبرها در شكل زیر نشان داده شده است. اتصالات ممكن است ثابت یا موقت باشد. در روش اتصال ثابت وجوه انتهایی از طریق لیزر یا قوس الكتریكی ذوب شده و به یكدیگر جوش داده می شوند. در روش موقت برای اتصال فیبرها از كانكتورهای مخصوص استفاده می شود. از معایب این روش اتصال گرانی تجهیزات و كانكتورهای مربوطه می باشد.

فصل چهارم

طر احی مدار

1-4- مقدمه

در مدار فرستنده از نوعی مدولاسیون فركانس استفاده شده است كه در آن از یك نوسانگر كنترل شده با ولتاژ كمك گرفته شده است. ابتدا نحوه عملكرد یك VCO و سپس مدارات فرستنده توضیح داده خواهد شد.

2-4- نوسانساز كنترل شده با ولتاژ

در این موارد، یك مدار با فركانس معین نوسان می كند و با اعمال یك ولتاژ dc فركانس نوسان تغییر می كند عمدتاً روش كار استفاده از یك وركتور دیود است كه یك خازن متغیر با ولتاژ است. وركتور خاصیت خازنی دارد كه متناسب با ولتاژ ظرفیت خازنی آن تغییر می كند و در نتیجه مدار تیون را كه معمولاً از LC یا RC تشكیل شده است تغییر می دهند.

به عنوان مثال آی سی CD4046 دارای یك VCO است كه متناسب با ولتاژ اعمال ورودی آن فركانس نوسان تغییر می كند.

در این پروژه قسمت مدولاتور در واقع یك نوسانگر كنترل شده با ولتاژ است كه سیگنال صوتی به ورودی كنترل آن تزویج شده است. برخلاف انواع معمول نوسانگرهایی از این نوع، فركانس خروجی VCO همراه با كاهش ولتاژ كنترل افزایش می‌یابد و با افزایش آن كاهش نشان می دهد. البته این امر اهمیتی ندارد زیرا معكوس شدن ولتاژ تغییری در شنیدن ایجاد نمی كند.

طرح مدار:

بلوك دیاگرام مدار فرستنده به صورت شكل زیر است كه هر قسمت بطور جداگانه توضیح داده خواهد شد.

تقویت كننده مكیروفون:

از آنجا كه دامنه سیگنال صوت در خروجی میكروفون خیلی كم است از یك مدار تقویت كننده برای افزایش دامنه سیگنال استفاده شده است. مقاومت موجود در فیدبك نیز برای تنظیم گین تقویت كننده و دامنه سیگنال صوت قرار گرفته است. به علت افت سیگنال صوت هنگام اتصال خروجی تقویت كننده به پایه 5 از آی 555 از یك طبقه بافر نیز استفاده می كنیم. مقاومت R1 نیز برای بایاس میكروفون ذغالی استفاده شده است.

مدار تقویت كننده صوتی

مدار UC:

در این مدار از آی سی 555 به عنوان یك VCO استفاده كرده ایم. برای آشنایی با نحوه كار این VCO ابتدا باید با ساختمان داخلی این IC آشنا شویم. در این IC دو عدد مقایسه كننده وجود دارد كه سطوح ولتاژی برابر با دو سوم ولتاژ تغذیه و یك سوم ولتاژ تغذیه را به عنوان ولتاژهای مقایسه بكار می گیرند. یعنی در یك نوسانگر آستابل 555 ولتاژ خازن زمانی تا دو سوم ولتاژ تغذیه شارژ شده و پس تا یك سوم ولتاژ تغذیه دشارژ می شود. ولتاژ آستانه بالایی را می توان با اعمال یك ولتاژ خارجی به پایه 5 تغییر داد كه در اینصورت افزایش ولتاژ آستانه موجب می شود خازن C دیرتر شارژ و دشارژ و در نتیجه فركانس خروجی كاهش یابد. كاهش ولتاژ آستانه هم اثر معكوس دارد.

شكل مدار VCO:

بنابراین با تزویج ساده سیگنال صوتی به پایه 5 از آی سی 555 مدولاسیون فركانس لازم بدست می آید معمولاً در یك ارتباط كلامی نیازی به فركانسهای بالاتر از 32 كیلوهرتز نسبت و C7 برای حذف این فركانسهاست وجود این خازن S/N را كمی بهبود می بخشد و مسایل فركانس بالا را كه سبب مدولاسیون اضافی می شود از بین می برد.

برای دیدن قسمت های دیگر این تحقیق لطفا” از منوی جستجوی سایت که در قسمت بالا قرار دارد استفاده کنید. یا از منوی سایت، فایل های دسته بندی رشته مورد نظر خود را ببینید.

با فرمت ورد

Leave a comment