Λύσεις — Κεφάλαιο 4 · Τεχνολογία Συστημάτων (Ερωτήσεις, σελ. 102) – ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ ΚΑΙ ΔΙΚΤΥΑ

Λύσεις — Κεφάλαιο 4 · Τεχνολογία Συστημάτων (Ερωτήσεις, σελ. 102)

Λύσεις των ερωτήσεων/προβλημάτων του βιβλίου (οπτοηλεκτρονική· 2 αριθμητικά επαληθευμένα με κώδικα).

Επιπτώσεις σμίκρυνσης

Ερώτηση: Ποιες επιπτώσεις έχει η σμίκρυνση των κυκλωμάτων & ποιο χαρακτηριστικό παίζει πρωταρχικό ρόλο;

Απάντηση:

• Επιπτώσεις: μεγαλύτερη ταχύτητα, χαμηλότερη κατανάλωση/κόστος, μεγαλύτερη αξιοπιστία, περισσότερα στοιχεία στον ίδιο χώρο.
• Πρωταρχικό ρόλο παίζει το μέγεθος των στοιχείων (όσο μικρότερα, τόσο πυκνότερα & γρηγορότερα).

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ταχύτητα/κόστος/αξιοπιστία↑· κρίσιμο το μέγεθος των στοιχείων.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: ≥2 επιπτώσεις + ρόλος μεγέθους.

MIC vs MMIC & εφαρμογές

Ερώτηση: Ποια η διαφορά MIC από MMIC & μερικές εφαρμογές των μικροκυματικών ολοκληρωμένων;

Απάντηση:

• MIC: υβριδικά — ενεργά στοιχεία με ξεχωριστά παθητικά σε υπόστρωμα (μικροταινία).
• MMIC: μονολιθικά — όλα τα στοιχεία σε μία ψηφίδα (μικρότερα/φθηνότερα/αξιόπιστα).
• Εφαρμογές: ραντάρ, δορυφορικά & ναυτιλιακά, μετάδοση δεδομένων/φωνής σε πολύ υψηλούς ρυθμούς.

Σύνοψη: (ενδεικτική) MIC = υβριδικά, MMIC = μονολιθικά (μία ψηφίδα)· εφαρμογές: ραντάρ/δορυφορικά/υψηλοί ρυθμοί.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: διαφορά + ≥1 εφαρμογή.

LED vs Laser

Ερώτηση: Ποιες οι βασικές διαφορές LED–laser & σε τι οφείλεται η διαφορά στη χαρακτηριστική P–I;

Απάντηση:

• LED: ασυμφασικό, ευρύ φάσμα, χαμηλότεροι ρυθμοί, απλή/φθηνή· χαρακτηριστική P–I πιο γραμμική.
• Laser: μονοχρωματικό/σύμφωνο, στενό φάσμα, υψηλοί ρυθμοί/αποστάσεις· έχει κατώφλι (threshold) — εκπέμπει laser μόνο πάνω από ένα ρεύμα πόλωσης (γι' αυτό η καμπύλη P–I έχει «γόνατο»).

Σύνοψη: (ενδεικτική) LED: ευρύ φάσμα/απλή/χαμηλοί ρυθμοί. Laser: μονοχρωματικό/υψηλοί ρυθμοί, με κατώφλι στην P–I.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: διαφορά φωτός/ρυθμών + κατώφλι laser.

Μήκος κύματος πηγής

Ερώτηση: Από τι εξαρτάται το μήκος κύματος εκπομπής των οπτικών πηγών;

Απάντηση:

• Από το υλικό του ημιαγωγού (η ενέργεια της ένωσης καθορίζει το μήκος κύματος του εκπεμπόμενου φωτός).

Σύνοψη: (ενδεικτική) Από το υλικό του ημιαγωγού.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: υλικό ημιαγωγού.

Οπτικοί ενισχυτές vs επαναλήπτες

Ερώτηση: Ποια τα πλεονεκτήματα των οπτικών ενισχυτών έναντι των επαναληπτών-αναγεννητών;

Απάντηση:

• Ενισχύουν το φως απευθείας (χωρίς οπτικό→ηλεκτρικό→οπτικό).
• Ενισχύουν ταυτόχρονα πολλά μήκη κύματος & είναι διαφανείς στον ρυθμό/μορφή → ιδανικοί για μεγάλες αποστάσεις.
• Απλούστεροι/φθηνότεροι (χωρίς ηλεκτρονική αναγέννηση ανά κανάλι).

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ενισχύουν το φως απευθείας, πολλά μήκη κύματος ταυτόχρονα, διαφανείς — καλύτεροι σε μεγάλες αποστάσεις.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: απευθείας οπτική ενίσχυση + πολυκάναλη/διαφάνεια.

Πρόβλημα 11 — μήκος κύματος μεγάλης απόστασης

Ερώτηση: Ποιο μήκος κύματος είναι κατάλληλο για μετάδοση μεγάλων αποστάσεων με οπτική ίνα; α)980nm β)1550nm γ)670nm δ)904nm.

Λύση:

• Για μεγάλες αποστάσεις θέλουμε ελάχιστη εξασθένηση της ίνας.
• Αυτή εμφανίζεται στο τρίτο παράθυρο, στα 1550 nm → απάντηση (β).

Απάντηση: (β) 1550 nm (ελάχιστη εξασθένηση).

Πρόσεξε:

• Το 1550 nm είναι το παράθυρο ελάχιστης εξασθένησης της ίνας.

Πρόβλημα 12 — laser & φωτοδίοδος

Ερώτηση: Laser εκπέμπει 20 mW. Στην εισαγωγή στην ίνα (100 km) χάνεται η μισή ισχύς· η ίνα έχει εξασθένηση 0,2 dB/km· φωτοδίοδος R=0,8 A/W. Βρες: (α) την ισχύ Ρ στην έξοδο, (β) το ρεύμα Ι.

Λύση:

• Είσοδος στην ίνα: χάνεται η μισή ισχύς → 20 mW / 2 = 10 mW.
• Απώλεια ίνας: 0,2 dB/km × 100 km = 20 dB → παράγοντας 10^(−20/10) = 0,01.
• (α) P_εξ = 10 mW × 0,01 = 0,1 mW = 100 μW.
• (β) I = R·P = 0,8 A/W × 100·10⁻⁶ W = 80·10⁻⁶ A = 80 μA.

Απάντηση: (α) P = 100 μW (0,1 mW) · (β) I = 80 μA.

Πρόσεξε:

• Πρώτα η μισή ισχύς (σύζευξη), μετά η εξασθένηση της ίνας (20 dB → ×0,01).
• Έλεγχος: I = 0,8·100μW = 80 μA ✓