382

การทดลองท 25 ตวรบสญญาณเสนใยน าแสง 25.1. วตถประสงคในการทดลอง 1. เพอความเขาใจหลกการท างานของวงจรภาครบสญญาณเสนใยน าแสง (Optical fibers receiver circuit) 2. เพอศกษาการออกแบบและสรางตวรบสญญาณเสนใยน าแสง (Optical fibers receiver) 3. เพอศกษาการวดและปรบตวรบสญญาณเสนใยน าแสง 25.2. หลกการและทฤษฎทเกยวของ 1.ระบบรบสญญาณเสนใยน าแสง

จากบทท 1 ทแสดงถงการใชโฟโตไดโอด เพอแปลงสญญาณไฟฟาเปนพลสแสงเพอการสงขอมลสญญาณทงแอนะลอกและดจทล โดยในการทดลองใชโฟโตไดโอดทมความยาวคลน 660 และ 820 nm ดงนนตวรบสญญาณจงเปนอปกรณทท างานทความยาวคลน 660 และ 820 nm โครงสรางภาครบสญญาณจะมลกษณะดงรปท 1 ซงประกอบดวย ตวแปลง O/E และตวประมวลผลสญญาณ

รปท 1 โครงสรางระบบรบสญญาณเสนใยน าแสง 1.1 การแปลงสญญาณแสงเปนไฟฟา

ตวตรวจวดแสง (photo detector) จะท าการแปลงสญญาณแสงเปนไฟฟาโดยกระแสขาออกของโฟโตไดโอดจะสมพนธกบก าลงของแสงทตกกระทบ ทงนพนทและมมรบแสงของตวตรวจวดแสง มขนาดใหญ จงท าใหการเชอมตอระหวางเสนใยน าแสงกบตวตรวจวดแสง ท าไดอยางมประสทธผล ตวตรวจวดแสงแบงออกเปน 2 แบบ โดยในแบบแรก เปนการรบพลงงานแสง แลวสงผลใหเกดอเลกตรอนและโฮล และเกดกระแสขน เชน โฟโตไดโอด สวนในแบบทสอง เปนผลของพลงงานแสงทมตอคาความตานทาน ตวอยางเชน โบโลมเตอร (bolometer) ตวตรวจวดในแบบแรกนยมน าไปใชงานและมความเหมาะสมมากกวา รวมทงมอตราความเรวสงกวา

383

1.2 การประมวลผลสญญาณ การประมวลผลสญญาณเปนการขยายและกรองสญญาณจากตวแปลง O/E โดยแบงออกเปน

2 แบบ ตามลกษณะสญญาณ คอ การประมวลผลสญญาณแอนะลอกและสญญาณดจทล โครงสรางในการประมวลผลสญญาณแอนะลอกมลกษณะดงรปท 2

รปท 2 วงจรประมวลผลสญญาณแอนะลอก

รปท 3 ลกษณะโครงสรางขาของ µA733

ซงประกอบดวย ไอซ µA733 ทมลกษณะขาตามรปท 3 เปนไอซทขยายผลตางความถ มชวงการท างานถง 100 MHz และความตานทานขาเขา 250 kΩ ซงในวงจรน µA733 ท าหนาทในการขยายสญญาณ โดยมอตราขยายผลตางท 10, 100 และ 400 เทา ขนกบเบอรของไอซ จากรปท 2 ขาท 1 เปนอนพทของสญญาณ สวนขา 8 เปนชองเอาทพทของสญญาณ ซเนอรไดโอด VZ1 และ VZ2 เปนตวรกษาระดบแรงดน (voltage regulator) ขนาด 8 Vdc เนองจาก µA733 ตองใชไฟเลยง 8 Vdc แตไฟเลยงทงวงจร คอ 12 Vdc ทรานซสเตอร Q1 และ Q2 ตอกนในลกษณะอนกรมดารลงตน (Darlington pair series) เพอขยายสญญาณทสงมาจาก IC µA733 ตวตานทาน R9 ตวตานทานปรบคาได VR2 และตวเกบประจ C6 ท าหนาทเปนตวปอนกลบแบบเนกกาทฟของสญญาณ AC ตวตานทาน R8, R10 และ R11 เปนสวนประกอบวงจรไบแอสกระแสตรง ท R10 เปนตวปอนกลบแบบ

384

ลบของวงจรสวนน การปรบอตราขยายของวงจรทงหมด ท าไดดวยการปรบตวตานทาน VR1 และ VR2 โดยไมใหสญญาณขาออกผดรปไป

รปท 4 วงจรประมวลผลสญญาณดจทล

จากรปท 4 เปนวงจรประมวลผลสญญาณดจทล ใชไอซ เบอร MC10116 ซงเปนวงจรขยายผลตางทท าหนาทขยายสญญาณและลดสญญาณรบกวน อกทงใชทรานซสเตอร Q1 และ Q2 มาตอเปนวงจรขยายแบบผลตาง ทท าหนาทขยายสญญาณทรบมาจาก MC10116 ซงมขนาดเลก โดยอตราขยายในสวนน สามารถปรบไดดวยการปรบคาตวตานทาน R14 เพอใหขนาดสญญาณมคาไมเกนระดบแรงดน TTL

1.3 สญญาณขาออก สญญาณขาออกทไดอาจมลกษณะเปนคลนเสยง หรอภาพ โดยมตวทรานสดวเซอรท าหนาท

แปลงสญญาณ ในการรบสญญาณแอนะลอกจ าเปนตองมการขยายสญญาณทรบมาได โดยวงจรขยายสญญาณเสยงน ใชไอซ LM386 โดยไมตอตวเกบประจทขา 1 และ 8 อตราขยายของวงจรเปน 20 dB แตเมอตอตวเกบประจ อตราขยายสามารถปรบไดถง 200 dB

รปท 5 วงจรขยายสญญาณเสยง

385

2. การอออกแบบและสรางภาครบสญญาณ โครงสรางตวรบสญญาณในระบบสอสารเสนใยน าแสง ตามรปท 6 แบงออกเปน 2 แบบ คอ

ภาครบสญญาณแบบแอนะลอกดงแสดงในรปท 6 (a) และภาครบสญญาณแบบดจทลดงแสดงในรปท 6 (b) วงจรภาครบสญญาณแบบแอนะลอกในรปท 6 (a) นอกจากจะท าหนาทในการรบสญญาณแลวยงมสวนทท าหนาทในการขยายสญญาณดวย โดยใชวงจรขยายสญญาณไมโครโพนทมลกษณะดงรปท 5 ดวย สวนวงจรตวรบสญญาณแบบดจทลกเชนกนจะมวงจรทขยายสญญาณคลนรปสเหลยมขนาดเลกใหมระดบสญญาณเปน TTL โดยวงจรขยายทใชนเปนวงจรขยายแบบผลตาง ลกษณะเดยวกบในรปท 4

(a) ภาครบสญญาณแบบแอนะลอก

(b) ภาครบสญญาณแบบดจทล

รปท 6 โครงสรางภาครบสญญาณในระบบสอสารเสนใยน าแสง 25.3. อปกรณการทดลอง

1. ชดทดลอง ETEX (Optical Fibers Communication) 2. Oscilloscope แบบสองแชนแนล 3. ดจทลมลตมเตอร 4. DC Power Supply 5. สายตอวงจร

386

25.4. ขนตอนการทดลอง การทดลองท 1: วงจรรบสญญาณแบบแอนะลอกทความยาวคลน 660 nm 1. จากวงจรประมวลผลสญญาณแบบแอนะลอกรปท 2 หรอวงจร OFC2-1 ในโมดล ETEK OFC-9000-02 2. ปดวงจร (Short circuit) ท J2 เพอเลอกใชงานตวรบสญญาณทความยาวคลน 660 nm 3. จากวงจรก าเนดคลนเสยงแบบปรบคาไดตามรปท 7 ตอสญญาณขาออกของวงจรนเขาท ข า I/P ข อ งต ว ส ง ส ญ ญ าณ แ บ บ แ อ น ะ ล อ ก ใน ร ป ท 8 ห ร อ ว ง จ ร OFC1-1 ใน โม ด ล ETEK OFC-9000-01

รปท 7 วงจรก าเนดคลนเสยงแบบปรบคาได

รปท 8 ตวสงสญญาณแบบแอนะลอก

387

4. ทวงจร OFC1-1 ท าการปดวงจร (Short circuit) ท J1 และ J4 เพอใสสญญาณจากวงจรก าเนดสญญาณเสยงและเลอกใชงานตวสงสญญาณแสงทความยาวคลน 660 nm ใชออสซลโลสโคปวดรปสญญาณท TP2 และท าการปรบความถทปม Frequency Adjust และอตราการขยายทปมGain Adjust ใหไดสญญาณทมความถ 500 Hz และมขนาดแอมปลจดสงสดโดยทสญญาณไมผดรป 5. ใชเสนใยน าแสงเชอมตอระหวางตวสงและตวรบสญญาณ และใชออสซลโลสโคปวดสญญาณขาออกท O/P ของ OFC2-1 ท าการปรบตวตานทาน VR1 เพอใหไดสญญาณทมขนาดมากสดโดยไมผดรป แลวท าการวดรปสญญาณขาออกทจด TP1, TP2, TP3, TP4, TP5 และ TP6 และท าการบนทกผลการวดทไดลงในตารางท 1 6. ปรบขนาดอนพต ตามตารางท 1 และท าการทดลองซ าตามขอ 5 และท าการ บนทกผลการวดทไดลงในตารางท 1 การทดลองท 2: วงจรรบสญญาณแบบแอนะลอกทความยาวคลน 820 nm 1. จากวงจรประมวลผลสญญาณแบบแอนะลอกรปท 2 หรอวงจร OFC2-1 ในโมดล ETEK OFC-9000-02 2. ปดวงจร (Short circuit) ท J1 เพอเลอกใชงานตวรบสญญาณทความยาวคลน 820 nm 3. จากวงจรก าเนดคลนเสยงแบบปรบคาไดตามรปท 7 ตอสญญาณขาออกของวงจรนเขาทอนพตของตวสงสญญาณแบบแอนะลอก ดงแสดงในรปท 5 หรอวงจร OFC1-1 ในโมดล ETEK OFC-9000-01 4. ทวงจร OFC1-1 ท าการปดวงจร (Short circuit) ท J1 และ J3 เพอใสสญญาณจากวงจรก าเนดสญญาณเสยง และเลอกใชงานตวสงสญญาณแสงทความยาวคลน 820 nm ใชออสซลโลสโคปวดรปสญญาณท TP2 และท าการปรบความถทปม Frequency Adjust และปรบอตราขยายท ปม Gain Adjust ใหไดสญญาณทมความถ 500 Hz และมขนาดแอมปลจดสงสดโดยทสญญาณไมผดรป 5. ใชเสนใยน าแสงเชอมตอระหวางตวสงและตวรบสญญาณ ใชออสซลโลสโคปวดรปสญญาณขาออกท O/P ของ OFC2-1 ท าการปรบตวตานทาน VR1 เพอใหไดสญญาณทมขนาดมากสดโดยไมผดรป แลวท าการวดรปสญญาณขาออกท TP1, TP2, TP3, TP4, TP5 และ TP6 และท าการบนทกผลการวดทไดลงในตารางท 2 6. ปรบขนาดอนพต ตามตารางท 2 และท าการทดลองซ าตามขอ 5 และท าการบนทกผลการวดทไดลงในตารางท 2

388

การทดลองท 3: วงจรขยายสญญาณเสยง 1. จากวงจรขยายสญญาณเสยงรปท 5 ตอสญญาณขาออกจากวงจรประมวลผลสญญาณแบบแอนะลอกเขาทชองทางอนพต I/P ของวงจรขยายสญญาณเสยง หรอวงจร OFC2-1 ในโมดล ETEK OFC-9000-02 2. ปดวงจร (Short circuit) ท J1 และ J3 เพอเลอกใชงานตวรบสญญาณทความยาวคลน 820 nm และวงจรขยายสญญาณเสยง 3. จากวงจรขยายสญญาณสญญาณไมโครโพน ดงรปท 9 ตอสญญาณขาออกจากวงจรนไปเขาทชองขาเขาสญญาณ I/P ของวงจรตวสงสญญาณตามรปท 5 หรอวงจร OFC1-1 ในโมดล ETEK OFC-9000-01

รปท 9 วงจรขยายสญญาณสญญาณไมโครโพน

4. ทวงจร OFC1-1 ปดวงจร (Short circuit) ท J2 และ J3 เพอเลอกใชงานวงจรขยายสญญาณไมโครโพนและตวสงสญญาณทความยาวคลน 820 nm แลวใชเสนใยน าแสงเชอมตอระหวางตวสงและตวรบสญญาณ 5. ท TP1 ของวงจร OFC1-1 ใสสญญาณรปไซน (Sine wave) ขนาดแอมปลจด 50 mV ความถ 1 kHz ใชออสซลโลสโคปวดรปสญญาณท TP4 และท าการปรบตวตานทานปรบคาได VR1 ใหไดสญญาณทมขนาดแอมปลจดสงสดโดยทสญญาณไมผดรป 6. ท าการปรบคาความตานทานของ VR1, VR2 และ“Volume Adjust” ของวงจร OFC2-1 จนท าใหล าโพงมเสยงดงขนมา จากนนใชออสซลโลสโคปวดรปสญญาณขาออกท TP1, TP2, TP3, TP4, TP5, TP6 และTP7 แลวท าการบนทกผลการวดทไดลงในตารางท 3

389

7. ท าการตอไมโครโพนเขาทตวสงสญญาณและใสเสยง พยายามท าใหเสยงดงออกจากล าโพง หากเสยงทออกจากล าโพงไมชด ใหขยบวางตวสงและตวรบหางกนประมาณ 3 เมตร และท าซ าตามขนตอนท 6 จนกวาเสยงทไดยน ชดเจนมากทสด การทดลองท 4: วงจรรบสญญาณแบบดจทลทความยาวคลน 660 nm 1. จากวงจรประมวลผลสญญาณแบบดจทลรปท 4 หรอวงจร OFC2-2 ในโมดล ETEK OFC-9000-02 2. ปดวงจร (Short circuit) ท J2 เพอเลอกใชงานตวรบสญญาณทความยาวคลน 660 nm 3. จากวงจรสงสญญาณแบบดจทลตามรปท 10 หรอ วงจร OFC1-2 ในโมดล ETEK OFC-9000-01

รปท 10 วงจรสงสญญาณแบบดจทล

4. ทวงจร OFC1-2 ปดวงจร (Short circuit) ท J1 และJ3 เพอเลอกใชสญญาณจากวงจรก าเนดสญญาณจาก 1 MHz และตวสงสญญาณทความยาวคลน 660 nm 5. ใชเสนใยน าแสงเชอมตอระหวางตวสงและตวรบสญญาณ ใชออสซลโลสโคปวดรปสญญาณขาออกท TP1, TP2, TP3, TP4, TP5, TP6, TP7 และชองทางขาออกสญญาณ (O/P) ของ OFC2-2 และท าการบนทกผลการวดทไดลงในตารางท 4

การทดลองท 5 วงจรรบสญญาณแบบดจทลทความยาวคลน 820 nm 1. จากวงจรประมวลผลสญญาณแบบดจทลรปท 4 หรอวงจร OFC2-2 ในโมดล ETEK OFC-9000-02 2. ปดวงจร (Short circuit) ท J1 เพอเลอกใชงานตวรบสญญาณทความยาวคลน 820 nm 3. จากวงจรสงสญญาณแบบดจทลตามรปท 10 หรอ วงจร OFC1-2 ในโมดล ETEK OFC-9000-01

390

4. ปดวงจร (Short circuit) ท J1 และ J2 ของวงจร OFC1-2 เพอเลอกใชสญญาณจากวงจรก าเนดสญญาณจาก 1 MHz และตวสงสญญาณทความยาวคลน 820 nm 5. ใชเสนใยน าแสงเชอมตอระหวางตวสงและตวรบสญญาณ ใชออสซลโลสโคปวดรปสญญาณขาออกท TP1, TP2, TP3, TP4, TP5, TP6, TP7 และชองทางขาออกสญญาณ (O/P) ของ OFC2-2 และท าการบนทกผลการวดทไดลงในตารางท 5

บนทกผลการทดลองท 1 ตารางท 1 การวดวงจรรบสญญาณแอนะลอกทความยาวคลน 660 nm

TP1 TP2

TP3 TP4

TP5 TP6

O/P

391

บนทกผลการทดลองท 2 ตารางท 2 การวดวงจรรบสญญาณแอนะลอกทความยาวคลน 820 nm

TP1 TP2

TP3 TP4

TP5 TP6

O/P

392

บนทกผลการทดลองท 3 ตารางท 3 การวดวงจรขยายสญญาณเสยง

TP1 TP2

TP3 TP4

TP5 TP6

TP7

393

บนทกผลการทดลองท 4 ตารางท 4 การวดวงจรรบสญญาณดจทลทความยาวคลน 660 nm

TP1 TP2

TP3 TP4

TP5 TP6

TP7 TP8

O/P

394

บนทกผลการทดลองท 5 ตารางท 5 การวดวงจรรบสญญาณดจทลทความยาวคลน 820 nm

TP1 TP2

TP3 TP4

TP5 TP6

TP7 TP8

O/P

395

25.5. สรปผลการทดลอง ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 25.6. ค าถามทายการทดลอง 1. จงอธบายหนาทของ µA733ในวงจรรบสญญาณแบบแอนะลอกในรปท 2 ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2. จงอธบายหนาทของทรานซสเตอร Q1 และ Q2 ในวงจรรบสญญาณแบบแอนะลอกในรปท 2 ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… 3. จงอธบายหนาทของ IC LM386 ในวงจรขยายสญญาณเสยง ในรปท 5 ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………

396

4. จงอธบายหนาทของ IC MC10116ในวงจรรบสญญาณแบบดจทล ในรปท 4 ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… 5. จงอธบายหนาทของทรานซสเตอร Q1 และ Q2 ในวงจรรบสญญาณแบบดจทลในรปท 4 ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………

397

25.7. เอกสารอางอง

1. คมอทดลอง Optical Fibers Communication Applications and Measurements, Etek Technology Co, LTD.

2. ปณยวย จามจรกล, ระบบการสอสารผานเสนใยแกว, ส านกพมพแหงจฬาลงกรณมหาวทยาลย, 2550.

3. รศ.ดร.ปรชา ยพาพน, เครอขายใยแกวน าแสง, สมาคมสงเสรมเทคโนโลย (ไทย-ญปน)

4. ผศ.อภนนท มณยานนท, ทฤษฎการสอสารเสนใยแสง, ต าราชดวศวกรรมศาสตร,

สถาบนเทคโนโลยพระจอมเกลาเจาคณทหารลาดกระบง, 2534.

5. พนธศกด ศรทรพย, การสอสารดวยไฟเบอรออพตค, บรษทอเลคทรอนกสเวลส, 2526.

6. Robert J. Hoss, Fiber Optic Communications Design Handbook, Prentice – Hall International Inc., 1990.

7. Keigo Lizuka, Elements of Photonics for Fiber and Integrated Optics, Volume II, A John Wiley & Son Inc., 2002.

8. Gerd Keiser, Optical Fiber Communications, Second Edition, McGraw-Hill, Inc, 1991.

9. Harold B. Killen, Fiber Optic Communications, Prentice Hall, 1991. 10. Stephen B. Alexander, Optical Communication Receiver Design, Institute of

Electrical Engineering, London UK, 1997.