VAJA 20.- RAZSTAVLJANJE  RAČUNALNIŠKEGA OPTIČNEGA POGONA 

dvd rom

vrhnja stran s podatki o napravi

zadnja stran s priključki SATA za napajanje in podatke

prednja stran optičnega pogona 

notranjost enote, tukaj se vrti CD / DVD medij

v sredini je motorček, ki vrti disk. Desno je optična leča ( laser class 1)

vodila laserja- lečo premikajo od sredine diska proti zunanjosti

spodnja stran enote z ohišjem in vezjem

matična plošča optičnega pogona

pri spodnjem desnem kotu je viden motorček vodil leče

matična plošča

VAJA 19. – MERJENJE LOMNEGA KOLIČNIKA IZ BREWSTERJEVEGA KOTA 

Potrebni pripomočki:

Polariziran HeNe laser, polarizator, zaslon, ravnilo

Opis in potek vaje:

Vajo sestavimo na tračnici v zaporedju, kot poteka svetlobni žarek iz izvora do

zaslona. Najprej postavimo izvor - laser. Stekleno ploščico (merjenec)

postavimo na vrteči podstavek, ki naj ima po možnosti vgrajen kotomer. Za

zaslon lahko uporabimo zid sobe, sicer pa lomljene ali odbite žarke poiščemo

z listom papirja.

Polarizatorja zaenkrat še ne vgradimo, pač pa nastavimo stekleno ploščico

tako, da vpadni kot žarka približno ustreza pričakovanemu Brewster-jevemu

kotu. Nato zavrtimo lasersko cev okoli vzdolžne osi in poiščemo minimum

odbitih žarkov. Minimum nato popravimo s sukanjem ploščice. Končno

vgradimo še polarizator, ki nam bo služil predvsem za natančno (fino)

nastavljanje polarizacije.

Brewster-jev kot izračunamo iz izmerjenih razdalj do točk na obeh zaslonih. Iz

Brewster-jevega kota lahko nato izračunamo lomni količnik steklene ploščice.

Vprašanja in naloge:

1. Izračunaj Brewsterjev kot in lomni količnik.2. Kje se uporablja Brewsterjevo okno?

Meritve in odgovori:

1. Tanα = 8 cm / 20 cm;  α = 11,3°

Brewsterjev kot, odčitan iz grafa: β = 55°
Izračunan Brewsterjev kot β = (90°+ α) / 2 = 101,2° / 2 = 50,65°

Običajen lomni količnik za steklo: n = 1,5
Izračunan lomni količnik: n = tanβ = 1,22. Pri  izdelavi enostavnih polarizatorjev svetlobe, izdelavi oken z majhnimi izgubamisvetlobe (laserji) ter preprečevanjem odbojev povsod tam, kjer škodijo delovanju naprave.

HeNe laser in polarizator

VAJA 18. – POJAVI V ENORODOVNEM IN VEČRODOVNEM OPTIČNEM VLAKNU

Potrebni pripomočki:

Polarizirani HeNe laser, zbiralna leča, enorodovno ter večrodovno optično vlakno, zaslon,

Opis in potek vaje:

Ko je vaja sestavljena, vključimo izvor in poskušamo nastaviti mikrometerske vijake tako, da je sklop med lečo in vlaknom čim boljši. Slika na zaslonu je seveda odvisna od tega, katere rodove vzbudimo v vlaknu in v kakšni medsebojni fazi so rodovi. Različne rodove vzbudimo z majhnimi premiki leče.

HeNe laser proizvaja zelo ozko spektralno črto (1 MHz), faze posameznih rodov so točno

določene in na zaslonu lahko opazujemo interferenčne pojave.

Pri enorodovnem vlaknu, po katerem se širi majhno število rodov je slika, ki jo dobimo na

zaslonu, precej drugačna od tiste, ki jo dobimo s podobnim poskusom z mnogorodovnim

vlaknom.

Medsebojne faze rodov so močno odvisne od ukrivljenosti vlakna. Če vlakno premaknemo ali rahlo stisnemo, se faze posameznih rodov spremenijo in spremeni se tudi slika na zaslonu.

Na optičnem vlaknu brez sekundarne zaščite opazimo, da svetloba uhaja povsod tam, kjer je vlakno ukrivljeno. Svetloba uhaja predvsem na ostrih zavojih, kar je neposredna posledica matematične rešitve enačb razširjanja svetlobe po zakrivljenem vlaknu. Pri uporabi optičnega vlakna v praksi se zato vedno izogibljemo ostrim zavojem, ki prinašajo dodatno slabljenje zveze.

Rotacijsko simetrično optično vlakno ne ohranja polarizacije svetlobe, kar lahko hitro

preverimo s polarizatorjem, ki ga vstavimo med konec vlakna in laser oziroma zaslon. V

ukrivljenem vlaknu povzročijo mehanske sile pojav dvolomnosti v sicer amorfnem steklu. Ker je vlakno zmotano v svitek, je končni učinek dvolomnosti skoraj nepredvidljiv. Z dvema polarizatorjema na obeh koncih vlakna lahko le preverimo, da je učinek dvolomnosti različen za različne rodove v vlaknu.

Pri obeh vzorcih vlakna izmerimo še numerično aperturo (NA), ki je pomemben podatek

optičnega vlakna. Numerično aperturo izračunamo iz velikosti slike na zaslonu in

oddaljenosti prostega konca optičnega vlakna od zaslona. Numerična apertura se vedno

podaja kot sinus vpadnega kota svetlobe v praznem prostoru (lomni količnik enak enoti).

Vprašanja in naloge:

Kako je polarizirana svetloba na vhodu mnogorodovnega oziroma enorodovnega vlakna?

Kako je polarizirana svetloba na izhodu mnogorodovnega oziroma enorodovnega vlakna?

Izmeri numerično aperturo mnogorodovnega in enorodovnega vlakna in podaj njeno pomembnost!

Kdaj in zakaj je pomembna numerična apertura optičnega vlakna?

Opazuj priključen kolut optičnega vlaka v mraku ali temi. Kaj opaziš?

Meritve in odgovori:

1. Linearno

2. Svetloba ni polarizirana.

3. Enorodovno:

α= tan^-1 3,1 cm / 14,7 cm = 11,9°
N_A = sinα = 0,20

Mnogorodovno:

α = tan^-1 3,2 cm / 14,7 = 12,3°
N_A = 0,21

4. Pri spajanju vlaken. Ko sta premer sredice in numerična apertura izstopnega vlakna večja ali enaka premeru sredice in numerični aperturi vstopnega vlakna, so izgube spoja majhne.

5. Celoten kolut žari. 

VAJA 15. – MERJENJE SIGNALOV NA ELEKTRIČNEM TRANSFORMATORJU

Potrebni pripomočki:

Generator sinusnega signala, osciloskop, električni transformator z več odcepi.

Opis in potek vaje:

Pri vaji je potrebno izmeriti napetost na primarnem navitju električnega transformatorja in napetost na njegovem sekundarnem navitju. Za napajanje primarnega navitja transformatorja se uporabi signal sinusnega generatorja. 

Izmerimo tudi napetost na odcepu transformatorja.

Vprašanja in naloge:

1) Izmeri vrednosti napetosti na primarnem in sekundarnem navitju.

2) Izračunaj razmerje v ovojih primarnega in sekundarnega navitja.

Meritve in odgovori:

U₁ = 2,5 V

U₂ = 0,4 V

U₃ = 0,16 V
U1 / U2= N1 / N2 = I2 / I1

N₁ : N₂ =  2,5 V : 0,4 V = 6,25

N₁ : N₃= 2,5 V : 0,16 V = 15,625

VAJA 14. – MERJENJE KARAKTERISTIKE POLPREVODNIŠKE DIODE

Potrebni pripomočki:

Baterijski člen 4,5 V, drsni upor 10 kΩ, ampermeter, voltmeter, polprevodniška dioda.

Opis in potek vaje:

Pri vaji je potrebno izmeriti U-I karakteristiko nizkotokovne Ge diode. Za merjenje karakteristike v zaporni smeri zveži diodo prek ampermeta na potenciometer, zvezan z baterijskim izvorom napetosti 4,5 V. Zaporne napetosti večaj v korakih po 0,5 V od 0 V do 4 V in jo odčitavaj na voltmetru.

Isti merilni sistem uporabi tudi za merjenje karakteristike v prevodni smeri, le da so v tem primeru napetostni koraki manjši.

Napetostne korake izvajaj s premikanjem drsnega upora. Merilne rezultate zapiši v tabelo.

Tok meri z instrumentom, ki mu obseg lahko spreminjaš (univerzalnim merilnim instrumentom).

 Vprašanja in naloge:

1. Katere polprevodniške materiale poznaš?

2. Izmeri U-I karakteristiko germanijeve in silicijeve diode in ju primerjaj z izračunom!

3. Iz izmerjenega grafa oceni kolensko napetost za germanijevo in silicijevo diodo!

4. Ali je napaka velika, če rečemo, da dioda v eni smeri prevaja električni tok, v drugi pa ne?

Meritve in odgovori:

  1. Germanij in Silicij

  2. Zaporna smer:

Položaj drsnega upora	U [V]	I [mA]
1	0,6	0,003
2	1,8	0,009
3	2,3	0,012
4	2,7	0,014
5	3,6	0,018
6	4,5	0,022

Prevodna smer:

Položaj drsnega upora	U [V]	I [mA]
1	0,74	34
2	0,71	20
3	0,68	12
4	0,60	4
5	0,50	0,5
6	0,14	0,1

3. Kolenska napetost je približno 0,14 V

4. Ne, dioda v zaporni smeri prevaja zanemarljivo majhen tok.

VAJA 12. – SLABLJENJE OPTIČNE VRVICE

Potrebni pripomočki:

Različne vrvice optičnega vlakna, kolut enorodovnega optičnega vlakna, optični multimeter (oddajnik in sprejemnik).

Opis in potek vaje:

Slabljenje optičnega vlakna najenostavneje izmerimo tako, da si pomagamo z optičnim

merilnikom moči, ki ga priključimo na en konec optičnega vlakna. Pri tem na drugem koncu pošljemo v vlakno optični signal znane konstantne moči. V kolikor moč oddajnika ne poznamo, ga moramo pred začetkom povezati direktno na sprejemnik brez merjenca in izmeriti izhodno moč.

Pred začetkom meritve je nujna kalibracija, ki jo izvedemo tako, da svetlobni izvor Povežemo direktno na detektor. Na ta način odpravimo vse morebitne vplive slabljenja priključnih vrvic ter spremembo izhodne moči optičnega izvora preko celotnega spektralnega merilnega področja.

V vaji izmeri slabljenje enorodovnega optičnega vlakna s pomočjo »optičnega multimetra« v vseh treh spektralnih oknih (pri valovnih dolžinah 900 nm, 1300 nm in 1550 nm). Glede na to, da poznaš dolžino merjenca, pretvori dobljene merilne rezultate iz dB na dolžinsko enoto slabljenja dB/km.

Vprašanja in naloge:

1. Zakaj slabljenje optičnega vlakna ni enako pri vseh valovnih dolžinah?

2. Čemu se je v optičnih komunikacijah uveljavilo tretje spektralno okno pri valovni

dolžini 1550 nm?

3. Izmeri slabljenje merjenca v vseh treh spektralnih oknih s pomočjo »optičnega

multimetra«!

Meritve in odgovori:

1. Slabljenja so različna, ker se svetloba s krajšo valovno dolžino manj sipa, kot svetloba z daljšo valovno dolžino.

2. Zato, ker je takrat minimalno slabljenje optičnega vlakna (pri 1550 nm)

3. Optično vlakno 1:     
     λ= 1310 nm, slabljenje pri tej valovni dolžini znaša 7,72 dBm   
     λ= 1550nm, slabljenje znaša 7,94 dBm   
   
     P [dBm]= 10log P [W] / 1mW


-0,772 dBm= log P1 [W] / 1 mW                          -0,794 dBm= log P2 [W] / 1 mW

10^-0,772 = P1 [W] / 1 mW                                    10^-0,794 = P2 [W] / 1 mW

P₁= 0,17 mW                                                           P2= 0,16 mW

Optični multimeter- sprejemnik in oddajnik

VAJA 11. – POLNJENJE IN PRAZNJENJE KONDERZATORJA

Potrebni pripomočki:

Kondenzatorji različnih vrednosti, osciloskop, generator pravokotnega signala z možnostjo nastavitve frekvence.

Opis in potek vaje:

Pri prvi vaji se bomo spoznali kondenzatorjem ter si ogledali njegovo polnjenje in praznjenje.

Izpostavili bomo računaje časovne konstante in kapacitivnosti. Kondenzator polnimo in

praznimo s pomočjo generatorja pravokotnega signala z notranjo upornostjo 50 Ω, sam

prehodni pojav pa opazujemo na osciloskopu.

 Vprašanja in naloge:

1. Koliko znaša časovna konstanta polnjenja in praznjenja pri kondenzatorju

kapacitivnosti 10 nF in upornosti 50 Ω?

2. Preriši sliko praznjenja kondenzatorja in s pomočjo tangente določi časovno

konstanto.

3. Izberi kondenzator neznane vrednosti in s pomočjo izmerjene časovne konstante

določi kapacitivnost.

Meritve in odgovori: 

1. τ = C⋅R = 10 nF ⋅ 50 Ω = 500 ns

2. 

slika na osciloskopu, ki prikazuje praznenje kondenzatorja

3. τ = 15 µs
C = τ / R = 15 µs / 50 Ω = 0,3 nF

graf praznjenja kondenzatorja

VAJA 10. – VZPOREDNA IN ZAPOREDNA VEZAVA

Potrebni pripomočki:

Ročni AVO meter, žarnice, vezalna miza z ustreznim virom enosmerne napetosti, priključne vrvice.

Opis in potek vaje:

S preizkusom bomo preverili, kako se spreminja tok, če v električni krog vežemo dve žarnici zaporedno in kako, če ju vežemo vzporedno.

Vprašanja in naloge:

1. Veži žarnice zaporedno kot prikazuje slika.

2. S pomočjo AVO metra izmeri napetost na posamezni žarnici in tok skoznjo.

3. Izračunaj električno moč, ki se troši na posamezni žarnici.

4. Izračunaj upornost posamezne žarnice.

5. Veži žarnice vzporedno in izmeri toke ter napetosti, ter izračunaj upornosti in moči.

6. Komentiraj dobljene rezultate in izsledke opazovanja.

Meritve in odgovori:

2.  Vzporedna vezava: U= U₁= U₂=23 V                       I= 79 mA
     Zaporedna vezava: U₁= U₂= U / 2 = 11 V                 I= 22 mA

3.  Vzporedna vezava: P= U * I = 23 V * 79 mA= 1,8 W
     Zaporedna vezava: P= U * I = 11 V * 22 mA= 0,2 W
 

4. Vzporedna vezava : R= U / I = 23 V / 79 mA= 291 Ω
    Zaporedna vezava : R= U / I = 11V / 22 mA= 500 Ω

6. Pri vzporedni vezavi svetijo žarnice bolj kot pri zaporedni, pri zaporedni vezavi je napetost na žarnici skoraj za polovico manjša, kot pri vzporedni. Pri vzporedni vezavi je napetost na obeh žarnicah 23 V, pri zaporedni pa na vsaki 11 V.

vezava žarnic

VAJA 9. – POPOLNI ODBOJ SVETLOBE IN MERJENJE LOMNEGA KOLIČNIKA STEKLA

Potrebni pripomočki:

HeNe laser, kotomer, izsek steklene krogle, zaslon za opazovanj odbitega žarka

Opis in potek vaje:

Vajo sestavimo na ustrezni mizi. Najprej postavimo stekleno polkroglo. Izvor, ki je HeNe

laser, postavimo na vrteči podstavek, ki ima vgrajen kotomer. Kot zaslon lahko uporabimo tudi zid sobe, sicer pa lomljeni ali odbiti žarek poiščemo z listom papirja.

Vprašanja in naloge:

1. Določi mejni kot vpadnega žarka, ko nastane popolni odboj. Pri podajanju rezultata

pazite na to, da se kot podaja med normalo na mejno ploskev in vpadnim žarkom.

2. Določi lomni količnik steklene polkrogle z opazovanjem prehoda svetlobnega žarka

na meji steklo–zrak!

3. Zakaj je zaželeno, da ima merjenec obliko polkrogle?

4. Kaj bi se zgodilo, če merjenec ne bi imel obliko polkrogle?

5. Kako se nepravilna oblika merjenca odraža na našem merilnem rezultatu lomnega

količnika?

Meritve in odgovori:

1. α_v= 40°

2. n= sin 90° / sin αv = 1 / 0,64 = 1,56

3. Ker samo z obliko polkrogle lahko izmerimo popolni odboj.

4. Če merjenec ni polkrogla, se žarek lomi že ob vhodu, zato ne dobimo točnega rezultata.

5. Rezultat se razlikuje od pričakovanega, saj pri vaji nismo uporabili polkrogle.

 

VAJA 8. – PRIKAZ XY SLIKE NA ZASLONU OSCILOSKOPA

 Potrebni pripomočki:

Dva funkcijska generatorja, analogni osciloskop do 40 MHz

Opis in potek vaje:

Za vajo si s pomočjo osciloskopa v XY prikazovalnem načinu oglejmo različne signale, ki jih proizvedeta funkcijska generatorja v območju od 1 kHz do 400 kHz. Za vsak signal izberemo primerno časovno bazo in primerno amplitudno skalo.

Pri vaji najprej prerišemo sliki poljubno izbranih signalov iz zaslona osciloskopa. Iz slike na zaslonu potem skušamo razbrati amplitudi signalov ter njuno periodo.

Končno pri vaji izvedemo še prikaz dveh signalov v ravnini XY in prerišemo dobljeno sliko.

Končni rezultat naloge je torej pridobljena slika, ki je nastala kot seštevek dveh časovnih signalov v XY ravnini.

 

Vprašanja in naloge:

1. Iz zaslona osciloskopa preriši sliko iz dveh signalov v časovnem prostoru.

2. Preriši dobljene krivulje za različne oblike signalov pri XY vzbujanju.

3. Kaj se zgodi, če imata signala za celoštevilski večkratnik različno frekvenco?

Grafi in odgovori: 

1. 

2. 

sinus in kosinus

frekvenca z 1 KHz in 2 KHz

sinus

3. Graf XY spremeni obliko, v našem primeru v ležečo osmico.

4. Slike: