Na série de 3 artigos que publicamos sobre fibras ópticas, não foi possível abordar tudo que se faz hoje neste campo e muito menos circuitos que pudessem ter uma utilidade imediata para os profissionais do setor. Na verdade, os progressos neste campo têm sido tão rápidos que até algumas informações que demos no artigo podem ser consideradas superadas tais como as referentes atenuações que hoje já são bem menores que a indicadas, em relação ás fontes de onde obtivemos os valores publicados. Neste artigo o que focalizamos é uma série de circuitos práticos que podem ser usados com fibras ópticas e que podem servir de base para projetos.
Nota: Artigo publicado na Revista Saber Eletrônica 213 de 1990.
As referência são para as edições anteriores da revista, disponíveis no site.
Se bem que a luz seja uma radiação eletromagnética, o trabalho com fibras ópticas em si não envolve eletrônica na sua parte intermediária. O que queremos dizer é que, somente nas extremidades de um sistema com fibras ópticas é que temos equipamentos eletrônico, já que no meio o que temos é um condutor de luz, que nada tem a ver com sinais de natureza puramente elétrica, do tipo que existe num sistema convencional de comunicação de dados ou transmissão de energia que use fios elétricos para conduzir correntes.
Se o conhecimento do comportamento da luz nas fibras é importante para o profissional do setor, igualmente importante é o sistema que deve ser usado nas extremidades.
Existem milhares de configurações desenvolvidas para produzir sinais que possam ser conduzidos pelas fibras ópticas a partir das mais diversas fontes tais como microcomputadores, sinais de vídeo, microfones, transdutores usados em sensoriamento à distância, etc e do mesmo modo temos as configurações que devem receber e processar estes sinais, normalmente baseadas em sensores.
Os circuitos que descrevemos a partir de agora foram obtidas de manuais de grandes fabricantes como a Texas lnstruments, Philips Components, Motorola além de outras importantes fontes.
1. MODULADOR TTL
Este circuito é sugerido pela Texas lnstruments permitindo a modulação de um emissor a partir de sinais TTL (figura 1). O circuito tem recursos que permitem uma comutação rápida, permitindo assim a manutenção da forma de onda de sinal de entrada mesmo com frequências relativamente elevadas. O emissor (led) pode ser substituído por equivalentes. A alimentação de 5V pode ser obtida do próprio sistema TTL com que funciona.
2. GERADOR DE PULSOS ESTREITOS
Este circuito também é sugerido pela Texas Instruments e tem por base um oscilador de relaxação com transistor unijunção (figura 2). A corrente de pico no led é de 1 ampère, como a produção de pulsos de 2 microssegundos numa frequência de 330 Hz. Para uma faixa maior de ajuste de frequência o resistor de 22K pode ser substituído por um resistor de 10k em série com um trimpot ou potenciômetro de 100K. A intensidade de pico do pulso produzido também pode ser modicada pela alteração do capacitor. O trimpot junto ao led ajusta o pico de corrente.
3. GERADOR DE PULSOS ESTREITOS II
Este gerador de pulso estreitos é sugerido pela Texas Instruments fazendo uso de um Diac (figura 3). A relação marca espaço que se obtém neste circuito é de 10% e a corrente de pico no diodo emissor é de 2 ampères. A duração do pulso produzido é da ordem de 2 microssegundos. Recomenda-se a montagem do diodo emissor em dissipador. O valor do capacitor, que determina o pico de corrente, frequência de emissão pode ser alterado segundo o projeto que tem em mente.
4. TRANSMISSOR EXPERIMENTAL PARA FIBRA ÓPTICA
Este circuito pode ser usado num link experimental com finalidades didáticas tendo por base um integrado 4093 (figura 4). O sinal consiste num tom de áudio de aproximadamente 1 KHz que pode ser manipulado com a ligação de um manipulador, por exemplo entre o pino 1 do integrado e o positivo da alimentação. Do pino 1 à terra, para manter a entrada do CMOS no nível baixo com o manipulador aberto deve ser ligado um resistor de 10k a 1M.
O transistor pode ser trocado por equivalente e o resistor de 75 ohms determina a intensidade da emissão. Veja que na condução do transistor o nível de emissão é zero, pois o sistema opera curto-circuitando o led. Esta técnica permite a obtenção de forma de onda mais próxima da retangular o que pode ser interessante para o sistema de detecção usado.
5. RECEPTOR DE FAIXA LARGA COM FOTODIODO
Este circuito, também sugerido pela Texas Instruments utiliza um fotodiodo na recepção e um transistor de efeito de campo na amplificação do sinal (figura 5).
Os fotodiodos se caracterizam por uma velocidade de resposta maior do que os outros sensores, permitindo assim a operação deste circuito na recepção de sinais de frequências elevadas. O capacitor Cx deve ser escolhido em função desta frequência a ser recebida situando-se entre 1 nF e 100 nF tipicamente. A alimentação é feita com tensão na faixa em torno 15 Volts. O resistor R1 poderá eventualmente ter seu valor alterado em função das características do fotodiodo usado.
6. DETECTOR PARA SINAIS FM
Este circuito detecta sinais modulados em frequência que não recebidos por um fotossensor. O circuito é projetado para operar em frequências até 10 KHz e tem por base um transistor de efeito de campo (figura 6).
A alimentação pode ser feita com tensões na faixa dos 9 aos 20 V e o capacitor Cx deve ser selecionado de acordo com a frequência de operação tendo valores típicos na faixa de 1 nF até 100 nF. A sugestão de aplicativo é da Texas Instruments.
7. RECEPTOR PARA SINAIS AM
Este circuito serve para receber sinais ópticos modulados em amplitude fornecendo um sinal de áudio em sua saída. Este sinal de áudio pode ser aplicado diretamente à entrada de um amplificador. Podemos usar este circuito como parte de um link óptico experimental em que a excitação é feita por um led modulado por um pequeno amplificador de áudio (figura 7).
A fonte de alimentação não é simétrica e existem dois componentes que podem ser alterados em função do desempenho desejado. O resistor de realimentação, controla o ganho e pode ficar na faixa de 100k à 4M7. O resistor R1 controla a sensibilidade e pode ficar na faixa de 47k à 1M.
8. RECEPTOR SELETIVO
Temos aqui mais um circuito sugerido pela Texas Instruments que consiste numa etapa receptora que tem um circuito de entrada seletivo, recebendo, pois, somente uma única frequência (figura 8). A bobina e o capacitor em paralelo (LC) determinam a frequência recebida pelo circuito, numa faixa que vai até alguns megahertz dependendo da resposta do fotodiodo usado. A alimentação fica entre 9 e 20 Volts e o transistor pode ser substituído por equivalentes. O capacitor Cx tem valores na faixa de 1µF à 22nF dependendo da faixa de frequências de operação.
9. RECEPTOR TTL
Este circuito é sugerido pela Motorola, empregando um fotodiodo com invólucro projetado para acoplamento em fibras ópticas de 1 000 mícrons de plástico. O fotodiodo tem um tempo de resposta de 5 ns é compatível com o emissor MFOE76 também da Motorola (figura 9).
O resistor de 20K na entrada do operacional pode ser variável para um ajuste de sensibilidade do circuito. A corrente no detector é de 10 ALA para um cabo de 4 metros de comprimento, usando um emissor MFOE76 com corrente de excitação em torno de 50 mA.
10. RECEPTOR TTL COM FOTO-TRANSISTOR
Este circuito é sugerido pela Motorola e faz uso de um fototransistor com encapsulamento próprio para conexão em fibras ópticas plásticas de 1 000 mícrons (figura 10). Utilizando um MFOE76 como emissor, este detector possibilita a utilização de fibras ópticas de até 100 metros de comprimento na transmissão de dados TTL. A alimentação é de 5V e o circuito faz uso de um dos 4 disparadores disponíveis num 74LS132. A frequência de operação recomendada para o circuito é de 7,5 KHz.
11. RECEPTOR PARA 100 MHz
Este circuito foi sugerido pela Motorola em seu manual de componentes para optoeletrônica (1987) operando com sinais emitidos pelo transmissor dado no terceiro artigo da série que publicamos nesta mesma revista (N° 211) sobre fibras ópticas (figura 11).
A base é um fotodiodo MFOD1100 indicando para amplificações em altas frequências. Este fotosensor é fornecido em invólucro TO-206AC (T0-52) com recursos para adaptação direta em fibras ópticas.
Com 5V de alimentação este fotodiodo tem uma resposta típica de 1ns. Dentre as aplicações do circuito indicamos transmissão de sinais de vídeo, links para microprocessadores da série M68000, controles industriais, etc.
12. TRANSMISSOR DE DADOS SIMPLEX
Na figura 12 temos o transmissor de um sistema de transmissão de dados com fibra óptica sugerido pela Philips Components, tendo por base os integrados NR5081 na recepção.
Os valores dos Componentes são dados para uma frequência central de 5 MHz, mas esta frequência pode ser aumentada até 20 MHz. O circuito opera satisfatoriamente com níveis de sinal abaixo de 10mV em 5 MHz, de modo que o ganho pode ser reduzido na recepção, conforme veremos no circuito 14.
A Philips components recomenda especial cuidado com o lay-out destes circuitos dada a sua frequência de operação.
13. RECEPTOR DE DADOS SIMPLEX
Este é o circuito receptor para o transmissor da figura 12. Dependendo da atenuação que se obtenha na fibra óptica o ganho do circuito deve ser ajustado em função dos valores de R2 e R3, assim como de R1 (figura 13).
Na montagem recomenda-se que os terminais dos componentes do circuito de sintonia sejam os mais curtos possíveis. Os choques de desacoplamento de sinal são de 10µH nos dois circuitos.
14. TRANSMISSOR PFM
Na figura 14 temos o circuito de um transmissor de pulso modulados em frequência (PFM) na faixa de 20 a 50 KHz e que serve como link de áudio.
O resistor de 100 ohms em série com o led pode ser reduzido para maior potência em função do tipo de emissor empregado. O transmissor não necessita de fonte simétrica e o ganho na modulação (profundidade) é ajustado no trimpot de 100K.
O emissor deve ser escolhido de acordo com o sistema de transmissão projetado.
15. RECEPTOR PFM
Na figura 15 temos um receptor para sinais luminosos modulados em frequência (veja o transmissor no projeto 14).
O resistor de 3k9 em conjunto com o capacitor de 1 nF determinam a frequência sintonizada. Eventualmente o resistor pode ser substituído por um Trimpot para sé ter a facilidade da sintonia. O sinal obtido é de áudio podendo ser aplicado à entrada de um amplificador comum.
O tipo de fototransistor usado depende do emissor, e o resistor de 220K eventualmente deve ser alterado de modo a se obter o melhor rendimento.
CONCLUSÃO
As fibras ópticas vieram para ficar, de modo que não podemos daqui por diante de voltar a estas páginas com novos circuitos. Estaremos atentos para levar aos leitores sempre novas sugestões, novos circuitos de informações sobre componentes deste setor que a cada dia ocupa maior espaço no mundo da eletrônica, principalmente das telecomunicações.
Bibliografia:
• Optoelectronics Theory and Practice - Texas Instruments - 1976.
• Optoelectronics and lmage-Sensor Book - Texas Instruments - 1987.
• Optoelectronics Device Data - Motorola Inc. - 1987.
• Linear Products - Book IC11 - Philips - 1988.
