Tài liệu Kĩ thuật công nghệ pptx

Câu 1 : Vẽ sơ đồ khối tổng quát của một
hệ thống thông tin quang đơn hướng và
hai hướng , nêu chức năng các khối và
hoạt động truyền tin
Trả lời:
Sơ đồ khối tổng quát của một hệ hống
thông tin quang đơn hướng
Sơ đồ khối tổng quát của một hệ thống
thông tin quang đơn hướng tiếp nhận
kênh thoại Analog.
*Chức năng các khối
- Khối mã hoá/ giải mã: Chuyển đổi A/
D & D/A _ Mã digital được lập thích
hợp với xung đơn cực
- Khối điều chế & giải điều chế: Điều
chế sóng mang với độ rộng băng tần và
mức tín hiệu truyền dẫn thích hợp với
đặc tính thiết bị ghép – Bộ giải điều chế
tách sóng mang khôi phục tín hiệu.
- Bộ ghép kênh và tách kênh: Kết hợp
nhiều tín hiệu hoạc nhiều kênh tín hiệu
thành một kênh tín hiệu trung gian sau
đó được tách ra và khôi phục lại nhờ bộ
tách kênh. Tại các vị trí khác nhau trên
đường truyền( Các lớp khác nhau) Chức
năng ghép và dung lượng ghép là khác
nhau phù hợp với yêu cầu cung cấp cho
thiết bị đầu cuối.
- Nguồn quang: Cung cấp nguồn quang
cho máy phát
- Máy phát tín hiệu quang: chuyển đổi

trực tiếp tín hiệu điện thành tín hiệu
quang đưa tới sợi quang
- Sợi quang: Là môi trường truyền dẫn
tín hiệu quang
- Máy thu tín hiệu quang: khuếch đại tín
hiệu thu được và khôi phục tín hiệu thu
được( Tách quang)
* Hoạt động:
Tín hiệu Analog được điều chế và mã
hoá sau đó đưa tới bộ tách kênh tín hiệu
được đưa tới máy phát và được chuyển
đổi thành tín hiệu quang sau đó được
đưa lên đường truyền ( Sợi quang) Máy
thu tín hiệu quang thực hiện khôi phục
lại tín hiệu điện tách kênh , giải điều chế
& giải mã để khôi phục lại tín hiệu ban
đầu.
*Hệ thống thông tin quang 2 hướng
Chức năng: Tương tự như phần đơn
hướng nhưng sử dụng đồng thời các bộ
thu phát đồng thời cả 2 hướng của
đường truyền.
Đối với những tuyến quang cự ly dài
ta phải lắp thêm trạm lặp để tái tạo và
khuếch đại tín hiệu đủ lớn để truyền tín
hiệu đi xa.
Câu 2: Cho biết ưu nhược điểm của hệ
thống TTQ
*Ưu điểm của hệ thống thông tin quang:
- Suy hao truyền dẫn thấp, tốc độ truyền

dẫn rất cao(>1Gbit/s).
- Có kích thước và trọng lượng nhỏ và
nhẹ,vận chuyển và thi công dễ
dàng,cuộn cáp dài. Bán kính cong cho
phép bé
- Sợi được chế tạo từ vật liệu rất sẵn có,
giá thành rẻ,tiết kiệm tài nguyên kim
loại.
- Sợi có tính cách điện tốt. Cáp sợi
quang phi kim loại không dẫn điện và
không bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ
nên có thể đi gần đường dây điện
lực,không bị sét đánh và không bị ảnh
hưởng của can nhiễu từ bên ngoài.
- Tránh được xuyên âm; Có tính bảo mật
tín hiệu thông tin. Tin cậy và linh hoạt.
- Băng tần truyền dẫn rất lớn. nâng cấp
tốc độ bit dễ dàng.
*Nhược điểm :
- Sợi khó hàn nối cần có thiết bị chuyên
dung .
- Sợi nhạy cảm với hơi ẩm và nước thấm
vào bên trong cáp.
- Nhạy cảm với bức xạ ion
- Hạn chế sử dụng tín hiệu analog do đặc
tính P-I của Laser không tuyến tính.
- Không thích hợp với tín hiệu ba
mức(+1,0,-1)
- Hiệu suất ghép nối nguồn quang-sợi và
công suất phát của nguồn quang thấp.

- Đòi hỏi công nghệ cao trong chế tạo
laser và diode và sợi.
Câu 3:
Trình bày cấu tạo chung và phân loại
sợi quang?
Trả lời:
1, Cấu tạo: sợi quang có cấu trúc dạng
hình trụ, chế tạo từ vật liệu dẫn quang
gồm có 2 lớp:
+ Lớp lõi: có dạng hình trụ tròn, bán
kính a, chiết suất n
1
.
+ Lớp vỏ: có dạng hình ống, đồng tâm
với lõi, đường kính d, bán kính n
2
(n
2
<
n
1
).
2, Phân loại:
a, Phân loại theo chỉ số chiết xuất:
+ Sợi quang có chiết suất nhảy bậc SI: là
loại sợi có cấu tạo đơn giản nhất với
chiết suất của lõi và lớp vỏ bọc khác
nhau một cách rõ rệt như hình bậc thang.
Các tia sáng từ nguồn quang phóng vào
đầu sợi với góc tới khác nhau sẽ truyền

theo các đường khác nhau


Các tia sáng truyền trong lõi với cùng
vận tốc :
ở đây n
1
không đổi mà chiều dài đường
truyền khác nhau nên thời gian truyền sẽ
khác nhau trên cùng một chiều dài sợi.
Sợi SI thường xảy ra hiện tượng tán sắc
nên không thể dùng để truyền tín hiẹu
tốc đọ cao, cự ly dài.
+ Sợi quang có chiết suất giảm dần
( GI):
Sợi GI có dạng phân bố chiết suất lõi là
1 hàm theo bán kính : n1= n(r)
Thường n(r) là hàm bậc 2. vì chiết suất
lõi thay đổi một cách liên tục nên tia
sáng truyền trong lõi bị uốn cong dần.

Đường truyền của các tia sáng trong sợi
GI cũng không bằng nhau nhưng vận tốc
truyền cũng thay đổi theo. Các tia truyền
xa trục có đường truyền dài hơn nhưng
lại có vận tốc truyền lớn hơn và ngược
lại, các tia truyền gần trục có đường
truyền ngắn hơn nhưng lại có vận tốc
truyền nhỏ hơn. Tia truyền dọc theo trục
có đường truyền ngắn nhất vì chiết suất

ở trục là lớn nhất . Độ tán sắc của sợi GI
nhỏ hơn nhiều so với sợi SI.
b, Phân loai theo mode truyền
+ Sợi đa mode (MM):
Các thông số của sợi đa mode thông
dụng (50/125µm) là:
-Đường kính lõi: d = 2a = 50µm
-Đường kính lớp bọc: D = 2b = 125µm
-Độ chênh lệch chiết suất: ∆= 0,01 = 1%
1
n
2
Vỏ n
2
Lõi n
1
n
1
a
d
1
n
C
V =
n
2


b
)

S
ợ
i
G
I

a
)
S
ợ
i
S
I
n
1
n
2
n
2
n
1
1
2
5

µ
m
1
2
5

µ
m
5
0

µ
m
5
0

µ
m
S
ự

t
r
u
y
ề
n

á
n
h

s
á
n

g

t
r
o
n
g

s
ợ
i
G
I
n
2
n
2
n
2
n
1
n
2
n
1

>

n
2

n
2
n
2
n
I
(
t
)
-Chiết suất lớn nhất của lõi: n1 1,46
Sợi đa mode có thể có chiết suất nhảy
bậc hoặc chiết suất giảm dần.


+ Sợi đơn mode ( SM ): Khi giảm kích
thước lõi sợi để chỉ có một mode sóng
cơ bản truyền được trong sợi thì sợi
được gọi là đơn mode. Trong sợi chỉ
truyền một mode sóng nên độ tán sắc do
nhiều đường truyền bằng không và sợi
đơn mode có dạng phân bố chiết suất
nhảy bậc.
Các thông số của sợi đơn mode thông
dụng là:
Đường kính lõi d = 2a =9µm ÷ 10µm
Đường kính lớp bọc:D = 2b = 125µm
Độ lệch chiết suất: ∆ = 0,003 = 0,3%
Chiết suất lõi: n
1
= 1,46

c, Phân loại theo vật liệu chế tạo sợi
quang:
- Sợi thuỷ tinh: suy hao bé nhưng dễ
gãy, ứng dụng trong viễn thông.
- Sợi chất dẻo: suy hao lớn nhưng dễ
uốn, ứng dụng trong y tế.
- Sợi có lõi bằng thuỷ tinh, vỏ bằng chất
dẻo.
Câu 4:
Trình bày về sự lan truyền ánh sáng
trong các sợi quang: quỹ đạo các tia
trong sợi MM-SI, MM-GI, khẩu độ số,
số lượng mode truyền.
Trả lời:
-Xét cấu trúc sợi quang:
+ Kích thước: 2.a ≈ 50 µm; d ≈ 125µm
+ Chiết suất lõi và vỏ: n
1
không đổi, n
2
không đổi, n
2
< n
1
Sự lan truyền ánh sáng trong sợi:
Quỹ đạo các tia sáng truyền trong lõi
sợi MM-SI
+ Tia sáng lan truyền có dạng các đường
gấp khúc do phản xạ toàn phần.
+ Truyền đa mode.

+Tán sắc lớn, do chênh lệch thời gian
lan truyền giữa các mode.
-Cấu tạo sợi MM-GI:
+ Kích thước: 2.a ≈ 50 µm; d ≈ 125µm
Chiết suất lõi thay đổi phụ thuộc vào bán
kính r: n
1
= n(r)
Có nhiều dạng hàm khác nhau, tuy
nhiên các sợi quang trong viễn thông
thường sử dụng hàm bậc 2 (Parabol).
r = 0 --> n
1
cực đại
r tăng --> n
1
giảm
r = a --> n
1
= n
2
+ Chiết suất lõi và vỏ: n
1
thay đổi n
1
=
n(r), n
2
không đổi, n
2

< n
1
Sự lan truyền ánh sáng trong sợi:
+ Quỹ đạo của các tia sáng lan truyền có
dạng đường cong
+ Truyền nhiều mode
+ Tán sắc nhỏ hơn sợi SI
Trình bầy khái niệm, giải thích ý nghĩa
khẩu độ số (NA) của sợi MM-SI
-Khẩu độ số NA được xác định bằng sin
của góc nhận ánh sáng cực đại
-Đặc trưng cho khả năng ghép giữa
nguồn quang và sợi quang
Viết công thức tính NA cho sợi MM-SI
Sợi MM-SI có: n
1
chiết suất lõi không
đổi, n
2
chiết suất vỏ không đổi.
- Công thức tính NA:
2
2
2
1
nnNA −=
- NA không phụ thuộc vào bán kính r.
Khẩu độ số (NA) của sợi MM-GI
-Khẩu độ số NA được xác định bằng sin
của góc nhận ánh sáng cực đại

-Đặc trưng cho khả năng ghép giữa
nguồn quang và sợi quang
Viết công thức tính NA cho sợi MM-GI
Sợi MM-GI có: n
1
chiết suất lõi thay đổi
một cách từ từ n
1
=n(r) , n
2
chiết suất vỏ
không đổi.
- Công thức:
( )
2
2
2
nrnNA
−=
-NA phụ thuộc vào bán kính r. Tại tâm (r
= 0) NA đạt giá trị lớn nhất.
Số lượng mode truyền:
-Số lượng mode truyền trong sợi MM-SI
2π
2
a
2
M= ( n
1
2

– n
2
2
)
λ
2
-Số lượng mode truyền trong sợi MM-GI
π
2
a
2
M= ( n
1
2
- n
2
2
)
λ
2
Câu 5
Khái niệm suy hao trong sợi quang,
cho biết các nguyên nhân gây suy hao và
vẽ đặc tính suy hao?
Trả lời:
a/ Khái niệm:
Suy hao là hiện tượng công suất ánh
sáng giảm dần khi ánh sáng lan truyền
trong sợi quang.
)(lg10 dB

P
P
A
in
out
−=
Suy hao trên 1 km:
(dB/km)
L
A
P
P
L
a
in
out
=−= lg.
10
b/ Các nguyên nhân gây suy hao:
- Do hấp thụ:
+ Do vật liệu chế tạo sợi quang (SiO
2
)
hấp thụ ánh sáng và chuyển hoá thành
nhiệt năng.
2
Sợi quang
L (km)
P in P out
a

d/2
a
d/2
r
n
n
1
n
2
Vỏ phản xạ
Lõi
Lõi n
1
Vỏ phản xạ n
2
a
d/2
a
d/2
r
n
n
1
n
2
Vỏ phản xạ
Lõi
n
2
n

1
θ
n
2
n
1
=
n(r)
d/
2
d/2
a
-a
0
n
r


b
)
S
ợ
i
G
I

a
)
S
ợ

i
S
I
n
1
n
2
n
2
n
1
1
2
5

µ
m
1
2
5

µ
m
5
0

µ
m
5
0

µ
m
S
ự

t
r
u
y
ề
n

á
n
h

s
á
n
g

t
r
o
n
g

s
ợ

i
G
I
n
2
n
2
n
2
n
1
n
2
n
1

>

n
2
n
2
n
2
n
I
(
t
)
+ Do các tạp chất ở bên trong sợi

quang còn sót lại trong quá trình chế tạo,
bao gồm các ion kim loại (Fe, Cu...) và
đặc biệt là ion nước (OH
-
), các ion này
gây ra các đỉnh suy hao tại các bước
sóng 1400nm, 1100nm và 750nm.
+ Do các điện tử hấp thụ ánh sáng để
nhảy từ mức năng lượng thấp lên mức
năng lượng cao.
- Do tán xạ: chủ yếu do tán xạ Rayleigh
+ Tán xạ Rayleigh do các khiếm
khuyết rất nhỏ trong quá trình chế tạo
sợi gây ra.
+ Tán xạ Raman.
- Do khi đường kính lõi thay đổi hoặc
sợi quang bị uốn cong.
c/ Đặc tuyến suy hao:
Trên đặc tuyến suy hao, ta nhận thấy
có 3 vùng bước sóng có suy hao thấp là
tại 850nm, 1300nm và 1550nm, đây còn
được gọi là 3 cửa sổ suy hao thấp. Các
hệ thống thông tin quang thường sử
dụng bước sóng tại 3 vùng này.
1550nm suy hao nhỏ --> dùng cho liên
tỉnh.
1300nm suy hao vừa --> dùng cho nội
tỉnh.
850nm suy hao lớn --> dùng trong
ngành công nghiệp điện tử phục vụ sinh

hoạt của con người (VD: đầu đọc CD...).
Câu 6:
Khái niệm tán sắc trong sợi quang, cho
biết các nguyên nhân gây tán sắc và ảnh
hưởng của tán sắc?
Trả lời:
a/ Khái niệm:
Tán sắc là hiện tượng làm cho độ rộng
xung ánh sáng bị thay đổi khi ánh sáng
lan truyền trong sợi quang.
(ps) t
TR
ττΔ −=
b/ Các nguyên nhân gây ra tán sắc:
- Tán sắc mode:
Các xung ánh sáng lan truyền trong sợi
quang có năng lượng được mang đi nhờ
nhiều mode khác nhau, do các mode này
có thời gian lan truyền khác nhau nên tới
đầu thu tại các thời điểm khác nhau và
làm cho xung ánh sáng bị giãn rộng. Tán
sắc này chỉ tồn tại trong sợi đa mode.
- Tán sắc vật liệu:
Do chiết suất của vật liệu chế tạo ra sợi
quang thay đổi phụ thuộc vào bước
sóng:
n
1
= n(λ)
hơn nữa nguồn quang lại phát ra nhiều

bước sóng, các bước sóng khác nhau sẽ
có vận tốc lan truyền trong sợi quang là
khác nhau:
)(
)(
λ
λ
n
c
v =
chúng sẽ đến đầu thu tại các thời điểm
khác nhau và gây ra hiện tượng giãn
xung. Tán sắc loại này tồn tại ở tất cả
các loại sợi quang.
- Tán sắc ống dẫn sóng:
Chỉ tồn tại ở trong sợi đơn mode do
đường kính lõi của sợi đơn mode rất nhỏ
nên năng lượng ánh sáng lan truyền ở cả
lõi và ở ngoài vỏ. Sợi đơn mode có chiết
suất vỏ n
2
nhỏ hơn chiết suất lõi n
1
, do
đó thành phần lan truyền ngoài vỏ sẽ đi
nhanh hơn thành phần ánh sáng lan
truyền trong lõi. Hiện tượng này cũng
gây ra giãn xung ánh sáng.
- Tán sắc mode phân cực:
Xét trong sợi đơn mode, ánh sáng lan

truyền dưới dạng các mode phân cực
trên 2 mặt phẳng vuông góc với nhau
(xOz và yOz: với z là hướng truyền
dẫn). Nếu sợi quang được chế tạo 1 cách
hoàn hảo (nghĩa là chiết suất trên 2 mặt
phẳng n
xOz
= n
yOz
) thì sẽ không xảy ra tán
sắc.

c/ ảnh hưởng của tán sắc:
Tán sắc làm giãn xung gây ra sự chồng
lấn giữa các xung làm hạn chế tốc độ bit
và cự ly truyền dẫn.
Câu 7:
Trình bày cấu tạo và nguyên lý phát
quang của LED cấu trúc dị thể kép. Các
loại LED được sử dụng trong TTQ?
Trả lời:
Dị thể được tạo từ các vật liệu bán dẫn
có năng lượng vùng cấm khác nhau. Dị
thể kép bao gồm nhiều dị thể.
Hình vẽ dưới là LED có cấu trúc dị thể
kép được cấu tạo từ 3 lớp bán dẫn (loại
P, vùng nghèo và loại N). Vùng nghèo
được chế tạo từ bán dẫn có năng lượng
vùng cấm nhỏ hơn so với năng lượng
vùng cấm của bán dẫn P và bán dẫn N để

giam hãm điện tử và lỗ trống trong vùng
nghèo, khi đó số lượng photon ánh sáng
tạo ra sẽ lớn hơn. Chiết suất của vật liệu
chế tạo ra vùng nghèo lớn hơn chiết suất
bán dẫn P và bán dẫn N để nhằm mục
đích định hướng ánh sáng về phía sợi
quang.
Nguyên lý hoạt động:
+ Cấu tạo: Hình vẽ tren là LED có cấu
trúc dị thể kép được cấu tạo từ 3 lớp bán
dẫn P, n , N. Vật liệu cú giải cấm bộ ký
hiệu là n (lớp hoạt tớnh) được kẹp ở
giữa, giải cấm lớn hơn là bán dẫn loại P,
N. Do giải cấm khác nhau nên tại tiếp
giáp có bước nhẩy của dải hoá trị. Nhờ
hàng rào thế tại tiếp giáp dị thể mà các
điện tử và lỗ trống bị giam hóm trong
lớp hoạt tớnh. Mặt khỏc, do dải cấm lớn
cú chiết xuất bộ hơn chiết xuất của lớp
hoạt tính nên hỡnh thành một khoang
chứa cỏc Photon, đồng thời định hướng
ánh sáng về phía sợi quang.
Nguyờn Lý Hoạt Động.
+ Khi có điện trường ngoài kích thích
các điện tử hấp thụ năng lượng và nhẩy
từ vùng năng lượng E
L
(dải hoá trị) qua
dải cấm lên vùng năng lượng E
H.

(dải
dẫn). Điện tử từ vùng N vượt qua hàng
rào thế năng vào vùng n (vùng tích cực),
đồng thời lỗ trống đi từ vùng P vượt qua
hàng rào thế năng vào vùng n (vùng tích
cực). Điện tử đang ở mức năng lượng
cao E
H
dưới lực hút của hạt nhân nguyên
tử nên có xu hướng quay về trạng thái
ban đầu E
L ,
khi điện tử từ mức năng
lượng cao E
H
quay về mức năng lượng
thấp E
L
(điện tử và lỗ trống tái kết hợp
với nhau) sẽ phát ra một photon ánh
sáng.
+ Photong ánh sáng có bước sóng: ∆E=
E
H
- E
L
= h.f = h.c / ë
+ Tuỳ vào vật liệu làm bán dẫn P, n, N
( E
H

, E
L
khác nhau làm ∆E khác nhau )
nên ánh sáng phát ra có bước sóng ë
khác nhau.
3
Hấp thụ do
OH
-
Hấp thụ
cực tím
Tán xạ
Rayleigh
Suy hao
tổng
Hấp thụ
hồng ngoại
85
0
1300 1550
λ (nm)
a
(dB/km)
Sợi quang
L (km)
τ
T
τ
R
z

x
y
xOz
yOz
P
-
N
E
ngo ià
Vùng
dẫn
Vùng hoá
trị
Vùng nghèo
+
E
g
P
Vùng cấm
+
-
E
-
- - - -
+
++++
E
g
N
E

g
h
f
H ng r o thà à ế
n
+ Vỡ E
H
và E
L
là dải năng lượng nên ánh
sáng phát ra gồm nhiều bước sóng khác
nhau.
+ Ánh sáng LED phát ra là ánh sáng
không kết hợp.
Có 2 loại LED sử dụng trong TTQ
- phát xạ mặt SLED
- phát xạ cạnh ELED
Câu 8: Trình bày nguyên lý phát quang
và các tham số cơ bản của LED
Trả lời:

Cấu trúc cơ bản của LED là lớp tiếp giáp
P-N. Khi có điện trường ngoài kích thích
các lổ trống ở bán dẩn P và các điện tử ở
bán dẩn N nhảy từ vùng hóa trị lên vùng
dẩn và trôi về miền tiếp giáp ( vùng
nghèo ) tại đây điện tử và lổ trống kết
hợp với nhau và bức xạ ra một photon .
Để có số photon bức xạ lớn người ta sử
dụng cấu trúc dị thể kép tức là thêm 2

hay nhiều lớp vật liệu có độ rộng giải
cấm lớn tạo nên hàng rào dị thể khi đó
mật dộ điện tử và lổ trống tại miền tiép
giáp tăng lên rất cao chúng kết hợp với
nhau cho công suát áng sáng lớn.
Các tham số cơ bản của LED
a/ Đặc tuyến phát xạ:
+ Đặc tuyến phát xạ ở đoạn đầu có dạng
tuyến tính, tức là khi dòng điện kích
thích tăng thì công suất phát của LED
tăng. Đoạn sau là đoạn bão hoà, khi
dòng tăng thì công suất bị bão hoà
(không tăng nữa).
+ Khi nhiệt độ làm việc (T) của LED
tăng
+ Độ dốc của đặc tuyến phát xạ của LED
không lớn.
+ Công suất phát của LED nhỏ.
b/ Đặc tuyến phổ:
+ Phổ phát xạ của LED là phổ đặc, có
dạng hình chuông, có công suất phát lớn
nhất tại bước sóng làm việc λ
0.
+ Độ rộng phổ ∆λ được lấy ở mức một
nửa công suất, ∆λ tương đối lớn --> tán
sắc nhiều.
c/ Các tham số khác:
+ λ
0
ở 850nm và 1300nm.

+ Độ rộng chùm sáng LED phát ra lớn
--> tính định hướng kém --> hiệu suất
ghép ánh sáng giữa LED và sợi quang
kém.
+ ánh sáng LED phát ra là ánh sáng
không kết hợp, do đó công suất phát
nhỏ.
Câu 9:
Vẽ sơ đồ và trình bày nguyên lý hoạt
động mạch phát dùng LED với tín hiệu
đưa vào điều chế là tín hiệu tương tự, tín
hiệu số?
Trả lời: Tín hiệu tương tự
Chức năng linh kiện:
-R1, R2 tạo thành cầu phân áp, ổn định
điểm làm việc tỉnh cho Trandistor
-LED: biến tín hiệu điện thành tín hiệu
quang
-R3 ổn định nhiệt cho Trandistor
Nguyên lý: Khi có tín hiệu xoay chiều
đặt vào giữa cực gốc và cực phát của
Trandistor làm thay đổi điện áp phân cực
thuận tiếp giáp BE, lớp tiếp tiếp giáp BE
phân cực thuận mạnh hay yếu tùy thuộc
vào điện áp tín hiệu nên dòng cực phát
Ie thay đổi theo điện áp tín hiệu dẩn đến
dòng Ic = áIe cũng thay đổi theo qui luật
của điện áp tín hiệu vào. Như vậy công
suất áng sáng do LED phát ra cũng thay
đổi theo qui luật của điện áp tín hiệu

vào.
Tín hiệu số
Chức năng linh kiện:
R1,R2 tạo thành cầu phân áp, ổn định
điểm làm việc tỉnh cho,R4: điện trở tải
LED: biến tín thiệu điện thành tín hiệu
quang
Nguyên lý: Trandistor làm việc như một
khóa điện tử khi tín hiệu vào ở mức cao
Trandistor thông có dòng Ic chạy từ +V
qua tiếp giáp EC về đất nên có dòng qua
LED ( LED sáng ), khi tín hiệu vào ở
mức thấp Trandistor tắt không có dòng
từ +V chạy qua R4 qua tiếp giáp EC nên
LED tắt. Như vậy LED sẽ tắt và sáng
theo qui luật của tín hiệu số ở đầu vào.
Câu11:
Vẽ sơ đồ khối mạch phát dùng LASER
có ổn định công suất và ổn định nhiệt độ,
trình bày nguyên lý hoạt động của
mạch?
Trả lời:
Do Laser rất nhạy với sự thay đổi của
nhiệt độ nên các mạch phát dùng Laser
phải luôn luôn gắn liền với các mạch ổn
định công suất và ổn định nhiệt độ.
Hình vẽ dưới đây là sơ đồ khối mạch
phát dùng LASER có ổn định công suất
và ổn định nhiệt độ.
4

R
1
R
2
R
3
LE
D
+V
∼
I
B
I
C
T
Sợi
quang
T l m vià ệc
ở chế độ
k/đại
P(mW
)
I(mA)
P(mW
)
t
I v oà
t
P ra
I

b
(I
b
+ I
s
)β
I
s
P
O
O
O
R
1
R
2
R
3
LE
D
+V
T
Sợi
quang
T l m vià ệc ở
chế độ khoá
(thông/tắt)
R
4
P(mW)

I(mA)
P(mW)
t
I v oà
t
I
b
O
O
O
1 10 0
1
1
0
0
-
+
P
-
-
+
+
N
E
ngo ià
Vùng dẫn
Vùng hoá
trị
Vùng nghèo
+

E
g
Vùng cấm
-
+
-
+
-
+
-
+
-
E
T
2
T
1
T
3
P(mW)
I(mA)
I
KT
T
1
< T
2
< T
3
1

0,5
λ
0
∆λ
P/P
0
λ (nm)
P
0
: Công suất phát xạ cực đại (max =
1)
∆λ
: độ rộng phổ
P
-
N
E
ngo ià
Vùngdẫn
Vùng hoá trị
Vùng
nghèo
+
E
g
P
Vùngcấ
mm
+
-

E
-
- - - -
+
++++
E
g
N
E
g
h
f
H ng r o dà à ị
thẻ
n
Nguyên lý hoạt động:
Tín hiệu đầu vào được đưa qua mạch
AGC có khả năng tự động điều chỉnh hệ
số k/đại, đầu ra của AGC có dòng I
S
là
dòng tín hiệu, dòng thiên áp I
b
từ mạch
thiên áp sẽ được cộng với dòng tín hiệu
rồi đưa vào điều chế cường độ sáng của
Laser. Nếu tín hiệu đầu vào là bit 0 thì
công suất đầu ra của LD là P
b
(c/s ánh

sáng nền) rất nhỏ. Còn nếu tín hiệu đầu
vào là bit 1 thì công suất đầu ra của LD
đạt giá trị cực đại (hình vẽ dưới).
a/ ổn định công suất: ánh sáng phát ra từ
Laser phần lớn được đưa vào sợi quang,
một phần nhỏ thông thường được lấy từ
gương phụ của Laser và đưa tới bộ tách
quang PD để chuyển từ quang thành
điện. Dòng điện này sẽ được sử dụng
làm cơ sở để giám sát và ổn định công
suất phát của Laser.
+ Nếu P
ra
↑→I
P
↑→ mạch ổn định giảm
dòng I
b
hoặc điều khiển mạch AGC để
giảm hệ số k/đại (I
S
) → P
ra
↓.
+ Ngược lại, nếu P
ra
↓→I
P
↓→ mạch ổn
định tăng dòng I

b
hoặc điều khiển mạch
AGC để tăng hệ số k/đại (I
S
) → P
ra
↑.
b/ ổn định nhiệt độ: Trong khối LD có 1
điện trở nhiệt và 1 bộ phận làm mát. Khi
nhiệt độ Laser thay đổi sẽ làm cho điện
trở nhiệt có giá trị thay đổi, điện trở
nhiệt được gắn liền với 1 mạch điện sẽ
làm cho dòng điện thay đổi. Dòng điện
này được đưa vào 1 bộ so sánh và cho ra
dòng điện giám sát. Nhiệm vụ của mạch
ổn định nhiệt độ là căn cứ vào giá trị của
dòng điện giám sát để điều khiển bộ
phận làm mát ổn định nhiệt độ của
Laser.
Câu 13: Trình bày cấu tạo và nguyên lý
tách sóng quang của photodiode PIN
(PIN-PD)?
Trả lời:
Cấu trúc cơ bản:
- Nguyên lý hoạt động:
Khi các photon đi vào lớp P+ có mức
năng lượng lớn hơn độ rộng của dải cấm,
sẽ sinh ra trong miền P+, I, N+ các cặp
điện tử và lỗ trống (chủ yếu ở lớp I).
Các điện tử và lỗ trống trong miền I vừa

được sinh ra bị điện trường mạnh hút về
hai phía ( điện tử về phía N+ vì có điện
áp dương, lỗ trống về miền P+ vì có điện
áp âm).
Mặt khác, các điện tử mới sinh ra trong
miền P+ khuếch tán sang miền I nhờ
gradien mật độ tại tiếp giáp P+I, rồi chạy
về phía N+ vì có điện áp dương và lỗ
trống mới sinh ra trong miền N+ khuếch
tán sang miền I nhờ gradien mật độ tại
tiếp giáp N+I, rồi chạy về phía về miền
P+ vì có điện áp âm.
Tất cả các phần tử này sinh ra ở mạch
ngoài một dòng điện và trên tải một điện
áp.
Có một số điện tử và lỗ trống không
tham gia vào quá trình tạo ra dòng điện
ngoài, vì chúng được sinh ra ở miền P+
và N+ ở cách xa các lớp tiếp giáp P+I và
N+I không được khuếch tán vào miền I
(do ở khoảng cách xa hơn độ dài khuếch
tán của động tử thiểu số), nên chíng lại
tái hợp với nhau ngay trong các miền P+
và N+.
Trong trường hợp lý tưởng, mỗi photon
chiếu vào sẽ sinh ra một cặp điện tử và
lỗ trống và giá trị trung bình của dòng
điện ra tỷ lệ với công suất chiếu vào.
Nhưng thực tế không phải như vậy, vì
một phần ánh sáng bị tổn thất do phản xạ

bề mặt.
Khả năng thâm nhập của ánh sáng vào
các lớp bán dẫn thay đổi theo bước sóng.
Vì vậy, lớp P+ không được quá dầy.
Miền I càng dầy thì hiệu suất lượng tử
càng lớn, vì xác suất tạo ra các cặp điện
tử và lỗ trống tăng lên theo độ dầy của
miền này và do đó các photon có nhiều
khả năng tiếp xúc với các nguyên tử
hơn. Tuy nhiên, trong truyền dẫn số độ
dài của sung ánh sáng đưa vào phải đủ
lớn hơn thời gian trôi Td cần thiết để các
phần tử mang điện chạy qua vùng trôi có
độ rộng d của miền I. Do đó, d không
được lớn quá vì như thế tốc độ bit sẽ bị
giảm đi.
Khi bước sóng ánh sáng tăng thì khả
năng đi qua bán dẫn cũng tăng lên, ánh
sáng có thể đi qua bán dẫn mà không tạo
ra các cặp điện tử và lỗ trống. Do đó, với
các vật liệu phải có một bước sóng tới
hạn.
Câu 14: Cho biết cấu tạo, nguyên lý tách
sóng quang và bội của PhotoDiode
quang thác APD
Trả lời:
Cấu trúc cơ bản của APD :
Sơ đồ phân bố điện trường theo các lớp
- Nguyên lý hoạt động:
Do APD được đặt một điện áp phân cực

ngược rất lớn, tới hàng trăm vôn, cho
nên cường độ điện trường ở miền điện
tích không gian tăng lên rất cao.
Do đó, khi các điện tử trong miền I di
chuyển đến miền thác PN+ chúng được
tăng tốc, va chạm vào các nguyên tử giải
phóng ra các cặp điện tử và lỗ trống mới,
gọi là sự ion hoá do va chạm.
Các phần tử thứ cấp này đến lượt mình
lại tạo ra sự sự ion hoá do va chạm thêm
nữa, gây lên hiệu ứng quang thác và làm
cho dòng điện tăng lên đáng kể.
Thông qua hiệu ứng quang thác này mà
với cùng một số lượng photon tới, APD
5
Sợi
quang
ổn định t
o
LDPD
Mạch
thiên
áp
AG
C
I
S
I
b
I

p
T/h
v oà
P(mW)
I(mA)
P(mW)
t
I v oà
t
I
b
O
O
O
1 10 0
1
1
0
0
1
P
b
P
b
I
b
+ I
s
I
ng

P
b
: công suất ánh
sáng nền
P
+
N
+
I
Điện
cực
Điện cực
vòng
Lớp chống
phản xạ
ánh sáng tới
(a)
(b)
(c)
E
E
E
c
E
v
E
g
Hình : Cấu tạo của PIN-Photodiode
(a), sơ đồ phân bố dải năng lượng (b)
v sà ơ đồ phân bố điện trường (c)

Điẹn cực vòng
P
P
P
+
N
+
I
Điện
cực
Điện cực
vòng
Lớp chống
phản xạ
ánh sáng tới
E