Trabalho de ondas

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ
EDUARDO VINÍCIUS RANSOLIN PIGOSO
LARISSA ROSSETIM MACHADO
TRANSMISSÃO DE SINAL DE ÁUDIO VIA LASER
ONDAS ELETROMAGNÉTICAS
PROF. DR. CÉSAR AUGUSTO DARTORA
Curitiba
2013
OBJETIVOS
	Este trabalho tem por objetivo o desenvolvimento e implementação prática de um circuito de transmissão e recepção de sinal de áudio via laser. A intenção é demonstrar o comportamento do sinal nesta situação de transmissão, analisando-se as características de ondas eletromagnéticas pertinentes.
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Geração do sinal
	Sinais elétricos contêm informações sobre uma variedade de dados, os quais podem ser processados e manipulados por aparelhos eletrônicos de forma a amplificá-los, codificá-los, compará-los e transmiti-los de acordo com a necessidade. Torna-se assim útil um equipamento capaz de substituir a fonte original de sinais. O sinal substituto deve ter as mesmas especificações do original, tais como: forma de onda, nível de voltagem e corrente, frequência, o que é conseguido pela programação adequada do Gerador de Sinais.
Fotodiodo
	O fotodiodo é um diodo de junção construído de forma especial, de modo a possibilitar a utilização da luz como fator determinante no controle da corrente elétrica. É um dispositivo de junção pn semicondutor cuja região de operação é limitada pela região de polarização reversa e caracteriza-se por ser sensível à luz. (DE SOUZA, PEREIRA).
	A aplicação de luz à junção resultará em uma transferência de energia das ondas luminosas incidentes (na forma de fótons) para a estrutura atômica, resultando em um aumento do número de portadores minoritários e um aumento do nível da corrente reversa.
	O fotodiodo é considerado um transdutor óptico, que realiza a conversão do sinal em forma de luz para sinais elétricos. (MEDEIROS, Editora Érica).
Laser
	O laser corresponde a um dispositivo que, como uma lâmpada comum, emite luz quando os átomos de um elemento sofrem uma transição para um estado quântico de menor energia. O funcionamento desse dispositivo, ao contrário do que acontece em outras fontes luminosas, se baseia no princípio da emissão estimulada, conceito introduzido por Einstein em 1917. (HALLIDAY, Editora LTC, volume 4).
	Um feixe de laser é coerente, muito estreito e intenso. (TIPLER, Editora LTC, volume 2). A emissão de sua luz ocorre quando os átomos fazem uma transição de um estado quântico para outro de mais baixa energia, atuando de maneira conjunta para produzir luz. (HALLIDAY, Editora LTC, volume 4).
	As formas das quais o átomo pode passar de um estado para o outro são: Absorção, onde o átomo é submetido a uma radiação eletromagnética de frequência f e pode absorver em fóton de energia da radiação e passar para um estado excitado; Emissão espontânea, onde o átomo se encontra em estado excitado e não é submetido a nenhuma radiação; e Emissão estimulada, onde o átomo também se encontra em estado excitado e é submetido a uma radiação, e o fóton emitido é igual, em todos os aspectos, ao fóton que gerou a emissão. (HALLIDAY, Editora LTC, volume 4).
	A potência efetiva luminosa de um laser é normalmente descrita como um feixe contínuo de força constante. Entretanto, para comunicações a laser, o feixe pode ser medulado de maneira controlada por modulação AM.
Ondas Eletromagnéticas
	Para se encontrar o fluxo de potência associado à onda eletromagnética, é necessário desenvolver um teorema sobre potência para o campo eletromagnético conhecido como teorema de Poynting. Este teorema relaciona densidade de potência com os campo elétrico e magnético as seguinte forma: (HAYT, Editora Mc Graw Hill).
	Com a equação do vetor de Poynting verificamos que o fluxo de energia eletromagnética transmitida através de uma superfície deve ser igual à diminuição da energia eletromagnética armazenada inicialmente adicionada a uma taxa dissipativa de trabalho dos campos sobre as partículas. Essa taxa dissipativa diz respeito à atenuação do sinal transmitido em um enlace.
	Vislumbrando as leis da eletrostática dos campos eletromagnéticos, verificamos que os campos têm relação inversamente proporcional à distância percorrida, o que interfere diretamente na potência transmitida por um enlace, mostrando que perdas ocorrem em toda transmissão devido a atenuação do sinal com a distância.
Modulação
	Modulação é o processo eletrônico no qual o sinal elétrico da informação modifica pelo menos um dos parâmetros de uma onda portadora: amplitude, frequência ou fase. A onda portadora modulada viaja no canal de comunicações transportando os sinais da informação. Na recepção, o processo inverso usado para remover os sinais da informação da onda portadora modulada denomina-se demodulação da onda. (MEDEIROS, Editora Érica).
	A modulação analógica ocorre quando os sinais analógicos da informação atuam sobre uma onda portadora também analógica, usualmente senoidal. Um exemplo é a modulação em amplitude, ou modulação AM. (MEDEIROS, Editora Érica).
MATERIAL E MÉTODOS
	Utilizamos para a transmissão de sinal via laser o circuito de modulação e amplificação apresentado na Figura 1. O laser é alimentado por 3 baterias em série de 1,5V. Como neste circuito precisamos eliminar o sinal DC da saída do gerador de sinais, usamos assim um bloqueio através de um capacitor. 
	O laser e o fotodiodo devem obrigatoriamente estar alinhados um ao outro, de forma que o fotodiodo receba todo o sinal enviado pelo laser. A distância entre os influencia diretamente no sinal enviado devido à atenuação causada, e essa alteração pode ser visualizada alterando-se as distâncias entre transmissor e receptor.
	Na Figura 2 está representado o circuito receptor, onde a luz incide sobre um fotodiodo, gerando diferença de potencial em seus terminais e consequentemente gerando uma corrente que flui pelo circuito, a qual contribui com sua componente AC para o sinal que é transmitido para o autofalante através do capacitor. O próprio alto-falante possui um amplificador, foram utilizadas caixas de som acústicas de computador.
	A entrada de sinal do circuito, ou o gerador de sinais, constitui em um mp3 player conectado através de um cabo p2 aos terminais de entrada do circuito. A saída de áudio é feita através de caixas de som conectadas aos terminais de saída do circuito, como elas possuem três terminais (cabo P2 estéreo) ligou-se a saída Vo+ nas partes de recepção de áudio, e Vo- para na referência do circuito.
Figura 1 - Circuito Emissor com Laser
Figura 2 - Circuito Receptor
RESULTADOS
	Construir o circuito, testar variando a distância de transmissor e receptor, e copiar o experimento feito na análise do artigo do cara que a gente copiou, colocando um gerador de sinais na entrada, um osciloscópio na saída e ver a resposta variando a frequência de entrada, ver a resposta em frequência.
CONCLUSÕES
	ANALISAR RESULTADOS E copiar alguma coisa do trabalho do cara
REFERÊNCIAS
[1] HALLIDAY, D. RESNICK, R. Fundamentos de Física. 7.ed. LTC.
[2] MALVINO, A.P. Eletrônica. 4.ed. Mc Graw Hill.
[3] MEDEIROS, J. C. O. Princípios de Telecomunicações. 2.ed. Érica.
[4] TPLIER, P. A. Física. 6.ed. LTC.
[5] HAYT, B. Eletromagnetismo. 7.ed. Mc Graw Hill.