PROYECTRONICA
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AMPLIFICADOR ESTILO “LA ZENER” Andr´es G´omez, afgomezf@academia.usbbog.edu.co, Carlos Andr´es Tirado Pel´aez, catirado@academia.usbbog.edu.co, Oscar Mendoza, omendoza@academia.usbbog.edu.co
Resumen—Se realizar´a un amplificador de estilo “la zener”, el cual busca ser examinado e implementado en una baquela, e´ ste tiene como funci´on la emisi´on de ˜ senales de audio; en el circuito se podr´a observar un “regulador” de volumen el cual se realizara con un potenci´ometro. Tambi´en se implementar´an transistores de encapsulado TO-3 (transistor outline package case ˜ transistor empaquetado en caja estilo style 3), en espanol 3, los cuales se usan principalmente en amplificadores de alta potencia, los cuales se aplicaran en un circuito de 120 watts para este caso. Durante el montaje se hizo necesario implementar un transformador de voltaje AC para poder alimentar el circuito, esto se debe a que el voltaje para que el circuito funcione plenamente no se puede conseguir en presentaci´on de bater´ıa y las fuentes de las cuales se dispone no tienen el voltaje necesario.
I.
O BJETIVOS
I-1. General: Implementar el circuito del amplificador estilo “la zener” en una baquela, I-2. Especificos: 1. Examinar y explicar el funcionamiento de los componentes del circuito. 2. Implementar el circuito en una Baquela. 3. Realizar comprobaciones para el funcionamiento del amplificador. II.
D ESCRIPCION DEL PROYECTO
Se implementa en una baquela el circuito de un amplificador estilo “la zener” el cual posee un regulador de volumen y aplica transistores TO-3. En la figura 1 se puede observar el esquema del circuito. III.
´ I NTRODUCCI ON
El presente trabajo aborda el tema de amplificadores observado durante en curso de circuitos DC a trav´es de la propuesta de un proyecto para construir un amplificador de se˜nales de sonido utilizando transistores de amplificaci´on, la finalidad es comprender mejor el funcionamiento de los ya mencionados transistores de una manera m´as pr´actica. El amplificador que se plantea para este proyecto es de estilo “La Zener”
Figura 1. Circuito
un amplificador que utiliza un diodo Zener para la regulaci´on de la corriente en el circuito, el voltaje que se le aplico al amplificador es de 33 voltios para obtener una potencia aproximada de entre 115-120 watts, en el amplificador se utilizan transistores PNP y NPN (esto hace referencia a la polaridad de los transistores) de tipo TO-3 los cuales est´an dise˜nados para laborar en potencias elevadas, se hace necesario implementar disipadores de calor a los transistores TO3, esto se debe al calentamiento de los mismos, lo cual podr´ıa ocasionar da˜nos en la Baquela y por consiguiente en el circuito del amplificador. Inicialmente se hab´ıa planteado un amplificador “clase A” que se deb´ıa alimentar con 20 voltios, al cual se le realizaron pruebas y posteriormente el montaje en protoboard, pero el circuito nunca funcion´o, de tal manera se hizo necesario plantear un proyecto de caracter´ısticas similares, durante la b´usqueda se encontr´o el amplificador estilo “La Zener”, que al igual que el circuito inicialmente planteado, requer´ıa transistores del tipo TO-3, al realizar las respectivas pruebas al amplificador estilo “La Zener”, se obtuvieron resultados positivos lo cual nos llev´o a adoptar dicho proyecto, cabe mencionar que el proyecto fue observado por internet y que el grupo se bas´o en pruebas y proyectos ya realizados sobre el mismo. Durante el proyecto se hizo necesario aplicar el m´etodo de observaci´on cient´ıfica el cual consiste en la percepci´on directa del objeto de investigaci´on.
2
Cabe resaltar que el proyecto es de car´acter acad´emico y tiene como finalidad una mejor comprensi´on de los temas observados durante el curso de manera pr´actica. IV.
A NTECEDENTES
Esta clase de amplificadores es frecuente en circuitos de audio y en los equipos dom´esticos de gama alta, ya que proporcionan una calidad de sonido potente. Pues, los amplificadores de clase A tienen mayor calidad de sonido, cuestan m´as y son menos pr´acticos, ya que despilfarran corriente y devuelven se˜nales muy limpias. bien muchos predijeron la desaparici´on de los amplificadores operacionales (op-amperios) debido al desarrollo de circuitos integrados digitales, estos dispositivos son hoy tan populares como siempre lo fueron. De hecho, la mayor´ıa de los sistemas de control anal´ogico de estado s´olido han confiado en amplificadores operacionales como bloques de construcci´on esenciales. Estos dispositivos realizan tareas u´ tiles, incluyendo suma, multiplicaci´on, diferenciaci´on, integraci´on y control de retroalimentaci´on. Amplificadores operacionales siguen siendo un bloque de construcci´on principal para los sistemas anal´ogicos, la realizaci´on de tareas como la amplificaci´on, filtrado activo, y la transformaci´on de la se˜nal. En los sistemas digitales, amplificadores operacionales se utilizan en amortiguadores, de anal´ogico a digital, convertidores de digital a anal´ogico y fuentes de alimentaci´on reguladas, por nombrar algunas aplicaciones [1] . Se considera que la medici´on del desplazamiento de entrada de voltaje y corriente continua como una ganancia de un bucle abierto de amplificadores operacionales. El principio de medici´on se presenta y la influencia de los elementos de circuito sobre el error de medici´on se analiza [2] . Un procedimiento lo suficientemente simple para el an´alisis de redes se considera en la base de una propuesta de generalizar una estructura del circuito de ARC con amplificadores operacionales diferenciales. El procedimiento requiere inversi´on de una matriz, el orden de que es igual al n´umero de elementos activos. Se muestra que las funciones, la caracterizaci´on de ruido del circuito intr´ınseco, sus distorsiones e incrementos de la funci´on de transferencia num´ericos y denominador polinomios lineales (los incrementos aparecer´a bajo la acci´on de la frecuencia de amplificaci´on unidad de un amplificador operacional) se determinan por la inversa de los elementos de una matriz [3] V.
lante, resistencias, condensadores, transistores, diodos, un transformador, conector de audio, potenciometro. A continuacion se explicar´a de manera mas especpifica cada componente y su funci´on en el circuito. 2 Transistores 2N3055 y 2 MJ2955, estos son de tipo TO-3, y est´an dise˜nados para trabajar a potencias elevadas y para el caso de este circuito van a actuar como los amplificadores de la se˜nal de audio. 2 transistores tip 41 y un tip 42, que van a actuar como reguladores. 4 Resistencias de 0.33 ohmios a 5W las cuales oponen resistencia a la corriente. 1 Resistencia de 10 ohmios a 1W (caf´e, negro negro) 2 Resistencias de 100 ohmios a 1W (caf´e, negro caf´e) 1 Resistencia de 33 ohmios a 1/4W (naranja, naranja, negro) 3 Resistencias de 150 ohmios a 1/4W (caf´e, verde caf´e) 1 Resistencia de 10K a 1/4W (caf´e, negro, naranja) 1 Resistencia de 1K a 1/4W (caf´e, negro, rojo) 1 Resistencia de 4.7K a 1W (amarillo, violeta, rojo) 1 Resistencia de 68K a 1/4W (azul, gris, naranja) 1 Resistencia de 56K a 1/4W (verde, azul, naranja) 1 Resistencia de 33k a 1/4W (naranja, naranja, naranja) 2 Resistencias de 3.3K a 1/4W (naranja, naranja, rojo) con estas resistencias se limita el flujo de corriente a trav´es del circuito. Condensadores, almacenan energ´ıa sustentando un campo el´ectrico, consumen carga y la depositan de manera constante. Los diodos determinan el sentido de la corriente. Con un potenci´ometro de 20k se va a regular el volumen de la se˜nal de sonido que va a emitir el parlante a trav´es del circuito. Se utilizara un transformador de 120 voltios a 35 voltios para alimentar el circuito, se realizara un peque˜no circuito para la fuente con la finalidad de que este transformador pueda proporcionar un voltaje directo que sea constante. Figura 2. Esquema del circuito sobre la baquela
DESARROLLO DE CONTENIDOS
V-3. Componentes del circuito: Para el circuito se hizo necesario aplicar los sieguientes elemento: Par-
V-4. Implementaci´on en baquela: En la figura 2 se puede apreciar como va a quedar en esquema en la
3
baquela y sus dimensiones. Figura 3. Diagrama de elementos
En la figura 3 se puede apreciar el orden de los elementos sobre la baquela. VI.
C ONCLUSIONES
• Se puede concluir que se debe tener mucho cuidado a la otra de conectar los elementos tanto a la protoboard como a la baquela pues esto podr´ıa implicar m´as gastos deb´ıa a que de esta manera se pueden da˜nar los elementos del circuito, para nuestro caso el montaje en baquela resulto positivo hasta el segundo intento. • Se pudo apreciar el funcionamiento de los transistores, se pudo observar que su u´ nica labor no es amplificar, sino tambi´en puede servir como oscilador o como regulador. • Un amplificador operacional es un dispositivo lineal de prop´osito general el cual tiene capacidad de manejo de se˜nales normales o definidas. Que pueden ser manejadas por configuraciones b´asicas de un amplificador operacional. Y por medio de Operaciones l´ogicas b´asicas. • Por medio del potenci´ometro se pudo regular el volumen del parlante. • Es un dispositivo que puede llegar a ser muy econ´omico y sencillo de realizar. • La implementaci´on de un cable universal permite que el amplificador pueda ser utilizado por casi cualquier dispositivo.
R EFERENCIAS [1] G. Ryan, “1 . What you need to know about operational amplifiers.” [2] A. Krzysztof, “1 . Analysis of an Auto-Loop Circuit Used for the Measurement of Unbalanced Voltage and Amplification in Operational Amplifiers . ( ANALIZA UKLADU AUTO-LOOP ZASTOWOWANEGO DO POMIARU NAPIECIA NIEZROWNOWAZENIA I WZMOCNIENIA WZMACNIACZY OPERACYJNYCH .).”
[3] D. Guckenberger and K. Kornegay, “<title>CMOS current amplifiers exhibiting independent AC and DC current amplification</title>,” 2005.
Circuito de Preamplificador Para Micrófono y su Aplicación en el Campo de la Grabación y Producción de Audio. Diego Sánchez, Santiago Rebolledo. Universidad de San Buenaventura Bogotá, Colombia
dfsanchezb@academia.usbbog.edu.co srebolledo@academia.usbbog.edu.co
I.
INTRODUCCIÓN
Un preamplificador de micrófono tiene como funcionalidad alterar la amplitud de la señal de audio captada por el micrófono, que por lo general tiene un nivel muy bajo de amplitud. El propósito del preamplificador es potenciar la señal de entrada a niveles aceptables para su posterior procesamiento o utilización. El presente estudio pretende integrar las principales características y funcionalidades de un preamplificador y conceptos básicos de electrónica en el desarrollo de un preamplificador funcional sencillo que complemente la formación de estudiantes de ingeniería de sonido.
II.
OBJETIVOS
A. Objetivo General
Implementar el diseño del preamplificador para micrófono presentado en el artículo de Robert Eric Gaskell, para su futura aplicación en el campo de la grabación y producción de audio.
B. Objetivos Específicos
Analizar teóricamente el circuito propuesto en el artículo (todas las partes y su funcionamiento como tal). Implementar experimentalmente el circuito. Rectificar experimentalmente los datos hallados y analizados anteriormente.
III.
DESCRIPCIÓN
El proyecto de curso pretende aplicar los conocimientos adquiridos teóricamente en clase, implementado un diseño de circuito existente que evidencie dichas teorías y sea útil en el campo de aplicación de ingeniería de sonido.
A. Pregunta Problema
¿Cómo complementar interdisciplinarmente la formación en electrónica de los estudiantes de ingeniería de sonido de manera práctica? Mediante este proyecto se pretende mostrar a la comunidad educativa de Bonaventurianos en la rama de ingeniería de sonido, la aplicación de circuitos DC en el desarrollo de un preamplificador totalmente funcional que incluya características reales propias de
los amplificadores como entrada y salida de señal, filtro, ganancia operacional, señalización de distorsión, sistema de protección de descargas eléctricas y filtro de radio frecuencias; de esta manera evidenciar y complementar conocimiento básico interdisciplinar teórica y prácticamente, además de comprobar su utilidad en el campo de la grabación y producción de audio.
I.
ANTECEDENTES
El preamplificador es un dispositivo electrónico usado en distintos campos de acción. En el campo del audio y sonido son usados frecuentemente en conjunto con micrófonos en la producción de audio con propósitos específicos mencionados anteriormente. Con el propósito de este estudio se consultaron distintas fuentes con el fin de tener información respecto al diseño electrónico referente al funcionamiento interior del dispositivo. En el año 2013, en el departamento de investigación musical de la universidad McGill, el investigador Robert Eric Gaskell realizó un proyecto en el que presenta el diseño de un preamplificador que beneficiara el aprendizaje de la electrónica a estudiantes de ingeniería de audio. Se puede evidenciar en el documento los elementos funcionales que se tuvieron en cuenta para el diseño. Por otro lado, el investigador dejo en claro desde un comienzo los múltiples conocimientos teóricos que se verían evidenciados en el montaje experimental del diseño, “Para cada laboratorio, los estudiantes pueden realizar experimentos para verificar el comportamiento electrónico de diferentes circuitos y llegar a una comprensión más profunda de los diversos conceptos electrónicos.” [1]. También para cada teoría sobre electrónica básica se adjudicó una aplicación experimental concreta implementada en el diseño del preamplificador operacional. Finalmente el autor recomienda luego del ensamblaje final, se realicen mediciones para evaluar los resultados de rango de frecuencias y dinámico. Este fue el documento base que se tomó para la realización del proyecto, el diseño presentado en este es el que se implementará. Otra investigación realizada en el 2001 por Fred Floru de THAT Corporation en Milford, Massachusetts, expone distintos circuitos que pretenden integrarse con el fin de ampliar el rango dinámico y reducir el ruido de fondo; esto con el objetivo de mejorar las aplicaciones en producción de audio. El investigador presentó una nueva topología de un preamplificador, modificando el esquema de ganancia de un preamplificador de micrófono tradicional, implementó nuevos procesos de semiconductores como dieléctricos
bipolares aislados con el fin de mejorar el rendimiento y desempeño del dispositivo.[2] Steve Green, gerente técnico de mercadeo de THAT Corporation, presenta en el año 2011 un esquema gráfico paso a paso de la construcción de un preamplificador, especificando el ensamblaje especifico de cada parte del dispositivo, el cual incluye: entrada de corriente polarizada, control de ganancia, alimentación fantasma DC, atenuador, compensador de cambios de corriente continua y un sistema de protección de interferencias de radio frecuencias. El concluye que preamplificadores con rangos de ganancia muy amplios controlados por una sola resistencia puede generar distorsión y ruido. [3]
I.
JUSTIFICACIÓN
El preamplificador es un elemento fundamental aplicable en diferentes campos del sonido. Por eso, para todo estudiante de ingeniería de sonido es vital conocer el funcionamiento de un elemento como estos. Dentro del desarrollo práctico-teórico del preamplificador, el estudiante se beneficiará al aplicar diferentes conocimientos de circuitos DC y de esta manera conocerá el comportamiento de partes y funciones. A nivel práctico, el estudiante conocerá el comportamiento del flujo de la señal captada por el micrófono y como esta se amplifica en el circuito.
I.
capacitor se carga y en el instante en que el diodo limita el flujo de corriente, el capacitor se descarga, logrando así una compensación de la energía de tensión. Luego de esto, llegamos a los reguladores de voltaje, los cuales buscan mantener constante el voltaje, es así
como ya se convierte el voltaje de AC a DC. Como parte final de la fuente de poder, después de los reguladores se conectan una serie de capacitores, diodos y resistencias que buscan estabilizar y asegurar el voltaje de salida. Ya adentrándose en el circuito del preamplificador como tal se encuentran las entradas positiva, negativa y a tierra del micrófono, seguidos de una serie de conexiones que se explicarán a continuación:
DESARROLLO DEL PROYECTO
Como inicio del proyecto, se buscó un circuito simple ya elaborado que sirva como ejemplo y aplicación para los objetivos a alcanzar. Se encontró un proyecto realizado en el año 2013 en Montreal, Canadá por el investigador del departamento de música de McGill University, Robert-Erick Gaskell. Este proyecto cuenta con el desarrollo y diseño de un preamplificador de micrófono, el cual, parte por parte detalla el funcionamiento de cada elemento integrado el la elaboración del circuito. Como siguiente paso, se buscó conocer los diferentes elementos que se aplican dentro del circuito, y de la misma forma conocer el funcionamiento de cada uno, tanto de forma individual como su aplicación en el circuito. (Detallar los elementos dentro del circuito y funciones) Por consiguiente se aplicó prácticamente el desarrollo del preamplificador. La primer aplicación práctica del circuito fue la elaboración de una fuente de poder en corriente continua. Esta tiene como objetivo alimentar a todo el circuito del preamplificador con un voltaje de entre 12 15 . Esta fuente cuenta con elementos como transformador, diodos, condensadores y reguladores de voltaje positivo y negativo. A continuación podrán observar el diseño del circuito de la fuente de voltaje. El transformador aplicado altera la amplitud del voltaje AC de entrada de110 12 de salida y maneja una corriente de 1 . Esta es conectada por su salida de 12 a dos diodos que cumplen la funcionalidad de proteger las inversiones de polaridad. En la forma en que están conectados, logran que la señal alterna se divida y tome dos caminos, y es así como se logra al final un voltaje positivo y uno negativo. La corriente que fluye a través de estos diodos llega a dos capacitores en paralelo, los cuales almacenan carga eléctrica. Como la señal de la corriente se ve alterada por los diodos, en el instante de tiempo en que le diodo permite el flujo, el
Los dos condensadores que conectan a tierra se están encargando de regular el voltaje de entrada que proporciona la señal de audio y seguidamente se encuentra la construcción de un filtro pasa altos (High pass filter) RC sencillo; los filtros RC son implementados en diversos dispositivos con distintos fines, en esta caso y teniendo en cuenta la aplicación del circuito, lo único que se desea es suprimir algunas frecuencias bajas de entrada. Esto sucede debido al capacitor, como este no puede cambiar su voltaje inmediatamente, esto le permite comportarse como un cable para frecuencias altas como una resistencia a las frecuencias bajas. La fórmula para hallar la frecuencia de corte viene dada por lo que en nuestro caso indica que el filtro deja pasar todas las frecuencias por encima de los 482.82 Hz, tanto en la señal positiva como en la negativa. Este tipo de filtros en algunos casos se usan como sistemas de protección para amplificadores, pero como ya se mencionó anteriormente en el caso del presente proyecto sólo pretende filtrar frecuencias. Justo después del filtro se encuentran el pad atenuador y la principal entrada de alimentación de voltaje como se muestra a continuación: La principal función del pad no es nada distinto que disminuir la amplitud de entrada de la señal, pues en ocasiones ésta excede los niveles requeridos y genera distorsión o saturación. Por otro lado el clamp es un rectificador del voltaje de entrada y en el circuito cumple con 2 funciones además de la anterior mencionada; activa
el pad cuando se cambia el switch y protege al amplificador de instrumentación de recibir más voltaje del necesario (el amplificador se mostrará más adelante). Básicamente cuando el switch está en la posición a la señal sigue su camino hasta el clamp sin tener en cuenta las resistencias, pero cuando este se cambia a la posición b la conexión permite una alimentación desde el clamp lo que pone en funcionamiento a las resistencias y hace necesario el paso de la señal por este camino, por eso su voltaje se ve reducido y su amplitud atenuada. Podría decirse que el amplificador operacional a implementar en el circuito es el elemento principal, en éste se basa todo su funcionamiento, su conexión se indica a continuación:
Básicamente el amplificador de instrumentación se configura para que proporcione una salida con una amplificación proporcional, esta configuración se realiza simplemente conectando una resistencia, en el caso de nuestro pre-amplificador se le conectó una resistencia de 1.1 KΩ para que la salida tenga siempre una amplificación de +20dbs. Este debe ser alimentado directamente con la alimentación general del circuito (±15 V) y en sus entradas de alimentación se conectan condensadores de 100nF para que este no sufra caídas de voltaje repentinas. Seguido del amplificador de instrumentación se encuentra el potenciómetro resistor que tiene como función dejar pasar o atenuar la señal amplificada a +20dbs, de esta manera emular un knob de ganancia. El circuito que se presenta conectado a la salida del potenciómetro es un amplificador clase A con colector común. A este tipo de amplificadores se les debe entregar señales con impedancias muy altas, señales como la que entrega todo el circuito hasta el momento, pues su intención hasta este punto no es maximizar la señal sino filtrarla y optimizarla, sin embargo luego de que este amplificador procesa la señal envía una con una impedancia baja, en términos de audio esto significa que puede fácilmente salir a través de una bocina a niveles apropiados.
Ya en la parte final del montaje puede observarse el accionar de un amplificador dual que emite señal a los 3 pines de salida. Básicamente lo que busca este funcionamiento es enviar una señal normal, otra invertida 180° de fase y la tierra como referencia; esta es la configuración básica de una salida balanceada de audio, esto para su correcta conexión y reproducción a través de otro mecanismo como un amplificador de potencia.
Como última instancia se tiene al comparador de voltaje que analiza el nivel de señal entrante y en la misma proporción ilumina al Led, es decir, a mayor voltaje o saturación de señal mayor será la iluminación del Led. Esto tiene la única funcionalidad de indicar nivel de actividad y posibles saturaciones del sistema. CONCLUSIÓN A través de la implementación de este proyecto los estudiantes pudieron ver evidenciados distintos conceptos básicos de la electrónica, también se pudo complementar la información teórica vista a lo largo del semestre. El montaje implementado debería ser útil y tener una aplicación real importante, pues este cumple con todos los requerimientos necesarios en cuanto a procesamiento de señal se habla.
I.
BIBLIOGRAFÍA
[1]
[2]
R.-E. Gaskell, “A Simple Microphone Preamplifier Design to Support the Teaching of Introductory Electronics to Students of Audio,” in Audio Engineering Society Conference: 50th International Conference: Audio Education, 2013. F. Floru, “An Improvement Microphone Preamplifier Integrated Circuit,” in Audio Engineering Society Conference: UK 16th Conference: Silicon for Audio, 2001.
[3]
S. Green, “Microphone Preamplifier Design,” in Audio Engineering Society Conference: UK 24th Conference: The Ins & Outs of Audio, 2011.
[4]
D. Huber, Modern recording techniques. Amsterdam ;;Boston: Focal Press/Elsevier, 2010.
DISEÑO DE UNA RED FTTH PARA LA ZONA RESIDENCIAL DE CIUDADELA COLSUBSIDIO Villamil Juan Camilo
jcvillamil@academia.usbbog.edu.co
I. INTRODUCCION En la actualidad, Colombia a través del Ministerio de las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones busca promover la ampliación de la infraestructura de fibra óptica existente en el país, para así llegar a un mayor número de colombianos con mejores servicios, condiciones técnicas y económicas.
Con la implementación de la fibra óptica como medio de transmisión, encontramos una comunicación de mayor velocidad optimizando servicios de telefonía, internet y televisión. Este proyecto consiste en el diseño de una red de fibra óptica (FTTH) para la zona residencial de Ciudadela Colsubsidio en Bogotá, teniendo en cuenta todos los elementos que conforman dicha red para su funcionamiento y el costo de instalación o prestación de servicios.
FIGURA 2 Modelo de sistema de comunicación teórico. [2]
El principio de la transmisión de luz por la fibra es la reflexión interna total, la luz que viaja por el centro o núcleo de la fibra incide sobre la superficie externa con un ángulo mayor que el
FIGURA 3 COMPONENTES DE LA FIBRA OPTICA [3]
La fibra óptica principalmente se compone de tres elementos: el núcleo, la funda óptica y el revestimiento de protección. A continuación se describe cada uno de ellos. Núcleo: En sílice, cuarzo fundido o plástico; En este se propagan las ondas ópticas.
FIGURA 1 Proyecto nacional de fibra óptica. [1] II.
MARCO TEORICO
Al igual que otros sistemas de comunicaciones, los sistemas basados en fibras ópticas también se componen de tres bloques principales: transmisor, medio de transmisión y receptor. El transmisor se encarga de proveer la información que se va a transmitir, esta información viaja a través del medio seleccionado, el cual puede alterar la información por diferentes factores como: atenuación, distorsión y/o puede ser susceptible a interferencias electromagnéticas como se muestra en la figura 2. FIBRA OPTICA
Los hilos de fibra óptica son filamentos de vidrio o plástico del espesor de un pelo, 30 nm. Llevan mensajes en forma de haz de luz que atraviesa de un extremo a otro, donde quiera que el filamento vaya sin interrupción.
Funda Óptica: Generalmente de los mismos materiales que el núcleo pero con aditivos que confinan las ondas ópticas en el núcleo. Revestimiento de protección: por lo general está fabricado en plástico y asegura la protección mecánica de la fibra. PROCESO DE FABRICACION
El proceso de fabricación de fibra óptica comienza con el calentamiento de arena, sílice y otros compuestos químicos hasta que se fundan y mezclen. Después se forma una barra con la mezcla y se comienza a estirar para formar una varilla de fibra, el cual se hace con una máquina que también proporciona calor, de forma que la fibra de vidrio se convierte en plástico y pueda alcanzar pequeños diámetros. Los elementos químicos que son incorporados son el dióxido de germanio y peróxido de fosfórico los cuales incrementan el índice de refracción de la sílice que está situado en el núcleo. Creación de la preforma
A.
Métodos de fase liquida
Los métodos en fase líquida sólo permiten la fabricación de fibras de salto de índice. • •
Método de la varilla en tubo Método de los crisoles
Las fibras Multimodo de índice de gradiente gradual tienen una banda de paso que llega hasta los 500MHz por kilómetro. Su principio se basa en que el índice de refracción en el interior del núcleo no es único y decrece cuando se desplaza del núcleo hacia la cubierta. Los rayos luminosos se encuentran enfocados hacia el eje de la fibra, como se puede ver en la figura 5:
Los métodos en fase de vapor son los más empleados en la actualidad y los que permiten una mayor versatilidad, ya que se pueden hacer fibras de salto de índice y de índice gradual •
Deposición química modificada en fase de vapor (MCVD)
• Deposición química en fase de vapor activada por plasma (PCVD) • •
Deposición externa en fase de vapor (OVCD) Deposición axial en fase de vapor (VAD)
B.
Procedimiento de estirado
C.
Pruebas y Mediciones
Cuando ya se cuenta con la preforma fabricada se añade una “punta de agua” al final de la delgada fibra de manera que por gravedad haga caer y estirar a la fibra.
En este paso se verifican todos los parámetros ópticos y geométricos, además existen tres tipos de pruebas: mecánico, óptico y geométrico.
Tipos de fibra óptica
Fibra Monomodo: Técnicamente es la fibra que ofrece la mayor capacidad de transporte de información. Tiene una banda de paso del orden de los 100 GHz/km. Las mejores transferencias se consiguen con esta fibra, pero también es la más compleja de implementar.
FIGURA 5 FIBRA MULTIMODO [4]
Estas fibras permiten reducir la dispersión entre los diferentes modos de propagación a través del núcleo de la fibra. Fibra Multimodo de índice escalonado
Las fibras Multimodo de índice escalonado están fabricadas a base de vidrio, con una atenuación de 30 dB/km, o plástico, con una atenuación de 100 dB/km. Tienen una banda de paso que llega hasta los 40 MHz por kilómetro. En estas fibras, el núcleo está constituido por un material uniforme cuyo índice de refracción es claramente superior al de la cubierta que lo rodea. El paso desde el núcleo hasta la cubierta conlleva por tanto una variación brutal del índice, de ahí su nombre de índice escalonado. III.
FTTH
Las redes FTTH pertenecen a la familia de sistemas de transmisión FTTX dentro del mundo de las telecomunicaciones. Todas las infraestructuras FTTH están basadas en las redes PON, que destacan por la ausencia de elementos activos a lo largo del tramo desplegado hasta los usuarios. La gran ventaja de estos sistemas está en su coste, se ve reducido por utilizar tan solo elementos pasivos.
También cabe destacar que la planificación de este tipo de redes se centra en el uso del splitter óptico, elemento clave para dividir la señal y dirigirla hacia los abonados como se observa en la figura 6.
FIGURA 4 FIBRA MONOMODO [4]
La figura 4 muestra que sólo pueden ser transmitidos los rayos que tienen una trayectoria que sigue el eje de la fibra, por lo que se ha ganado el nombre de "Monomodo" (modo de propagación único). Son fibras que tienen el diámetro del núcleo en el mismo orden de magnitud que la longitud de onda de las señales ópticas que transmiten. Si el núcleo está constituido de un material cuyo índice de refracción es muy diferente al de la cubierta, entonces se habla de fibras Monomodo de índice escalonado. Los elevados flujos que se pueden alcanzar constituyen la principal ventaja de las fibras Monomodo, ya que sus pequeñas dimensiones implican un manejo delicado e implican algunas dificultades de conexión. Fibra Multimodo de Índice Gradiente Gradual
FIGURA 6 Modelo de red FTTH [5]
os principales elementos que componen una red FTTH son el OLT, el ONT y el divisor óptico. OLT (Optical Line Terminal)
El OLT es el elemento activo situado en la central del proveedor. De éste sale el cable principal de fibra hacia los
usuarios y es el mismo el que se encarga de gestionar el tráfico hacia o desde los usuarios. Cada OLT suele tener la suficiente capacidad para proporcionar un servicio a cientos de usuarios. Además, actúa de puente con el resto de redes externas, permitiendo el tráfico de datos con el exterior. ONT (Optical Network Terminal)
Los ONT son los elementos encargados de recibir y filtrar la información destinada a un usuario final procedente de un OLT. Aparte, de recibir la información y entregarla al usuario, encapsula la información procedente de un usuario y la envía en dirección al OLT de cabecera, para que éste la redireccione a la red correspondiente. Por lo general se encuentran conectados a la roseta óptica en el hogar. Splitter (divisor óptico)
Es un elemento pasivo situado a lo largo del tramo que se extiende entre el OLT y sus respectivos ONT. Sus funciones básicas son las de multiplexar y demultiplexar las señales recibidas. También son capaces de combinar potencia.
La ubicación del nodo Central se realiza donde actualmente está la central de la empresa ETB para la zona, La distancia desde el punto más cercano a la zona es de aproximadamente 860 metros de distancia, y teniendo en cuenta el punto central de la Ciudadela Colsubsidio la distancia llega a los 1000 metros. El tendido del cable principal se hace de manera subterránea. La llegada a cada nodo en la zona se hace con Cable µSHEATH® Multiuso este maneja de 48 hilos, apropiado para los requerimientos de red. Las unidades habitacionales en el diseño son 10.000 que dividido en el número máximo que soporta 1 rack, da como resultado----> 8 nodos secundarios
Para determinar el número de nodos se realizó una cuadrícula de 16x16, la información que se desea obtener es la distribución de la densidad poblacional por cuadro.
Se le puede considerar como el elemento más importante de la red, ya que ofrece la posibilidad de tanto de juntar como de dividir las señales, abaratando costos de forma considerable, tanto en la construcción de la red y su mantenimiento. IV.
DISEÑO DE LA RED
La urbanización Ciudadela Colsubsidio es un proyecto residencial, ubicado en la localidad de Engativá en la Ciudad de Bogotá DC. Al norte limita con el Humedal Juan Amarillo, al sur con la Calle 80 (Autopista Medellín), al occidente con la urbanización el Cortijo y al oriente con el Barrio Bolivia y parte del norte de suba. Capacidad de viviendas: 14.000 viviendas. Área: 130 hectáreas de lote.
FIGURA 8 CUADRICULA DE REFERENCIA
La zona que comprende la Ciudadela se divide en 8 Nodos que integran todos los abonados, ubicados en zonas importantes como en los centros de los conjuntos cerrados y/o esquinas de calles para conjuntos de casas. Aplicativo en Matlab
V.
RESULTADOS
El programa principal en su versión final inicia con esta interfaz gráfica, la primera opción que aparece es la de generar el mapa de calor para la zona de trabajo: Ciudadela Colsubsidio. También incluye los enlaces correspondientes al cálculo de la Ley de Snell, Atenuación de la red y Presupuesto. FIGURA 7 MAPA CIUDADELA COLSUBSIDIO
Es posible mejorar el diseño si se usan rack’s de tamaño menor al seleccionado permitiendo una ingeniería de detalle más sencilla y posiblemente distribuida.
FIGURA 9 APLICATIVO FINAL EN MATLAB
Para el presupuesto se tomaron en cuenta los costos iniciales de equipos, intervención civil en la zona y personal necesario para la instalación.
La aplicación de presupuesto cuenta con una tabla de costos fijos de equipos y una tabla de costos fijos de instalación para facilitar los cálculos del diseño como se observa en la figura 10.
Se propone como futuro trabajo la lectura automática del mapa y su correlación por medio de píxeles alta para visualización y automáticamente baja para cálculo por nodos, esto último para evitar sobre muestreo. VII.
REFERENCIAS
[1] MINISTERIO DE TECNOLOGIA Y COMUNICACIONES, «MINTIC,» 08 FEBRERO 2016. [En línea]. Available: http://www.mintic.gov.co/portal/vivedigital/612/w3propertyvalue-647.html. [2] «SISTEMA DE COMUNICACIONES BASICO,» 1 12 2015. [En línea]. Available: https://isaaclp.wordpress.com/redes-i-programa-de-lamateria/unidad-i/modelo-de-comunicaciones/sistemade-comunicaciones/. [Último acceso: 08 FEBRERO 2016]. [3] PACIFIC CUSTOM CABLE INC., «FIBER OPTIC TUTORIAL,» 01 12 2015. [En línea]. Available: http://www.pacificcable.com/Fiber-Optic-Tutorial.html. [Último acceso: 08 FEBRERO 2016].
FIGURA 10 aplicativo de presupuesto para la red
Una vez verificados los índices de refracción de las fibras mediante contacto con el proveedor, el aplicativo de Matlab entrega en forma numérica los valores de ángulo crítico, apertura numérica, frecuencia normalizada y su denominación mono o multimodo. Se realiza por nodo el análisis de costo por nodo según su ubicación como se puede ver en la figura 11.
FIGURA 11 costos fijos
Se procede a verificar el mapa de calor con el mapa de google y se encuentra una alta correlación entre los datos de forma visual. VI. CONCLUSIONES Se realiza mediante Matlab un aplicativo útil e interactivo de una hoja de cálculo para diseño de redes ópticas pasivas GPON con pérdidas y clasificación desde la ingeniería de detalle.
El valor presente neto de la red es mayor a cero y se propone un estimado de pago de 1 año para el pago total, con lo cual se tiene un estimado de ganancias neto superior al 80% después del 3 año.
[4] S.I. TECH, «SI TECH SUPPORT,» 01 12 2015. [En línea]. Available: http://www.sitechbitdriver.com/tech/t2.htm. [Último acceso: 06 FEBRERO 2106]. [5] telequismo, blog de las comunicaciones, «FTTH Ó FTTB?,» 01 12 2015. [En línea]. Available: http://www.telequismo.com/2013/03/ftth-fttb.html. [Último acceso: 02 08 2016].
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Universidad de San Buenaventura. Medina. Informe articulo
ANALISIS DE LA NORMA ITU-T G.984.1 SERIE G: SISTEMAS DE TRANSMISION Y MEDIOS, SISTEMAS DIGITALES Y REDES Medina Andrés andres_nino_93@hotmail.com Universidad de San Buenaventura
Abstract—
This paper deals with the analysis of ITU-T G.984.1, that describes a optical network that can support 2.4Gbs of download speed and 1.2G/2.4Gbs of upload. I. INTRODUCCIÓN La recomendación ITU-T G.984.1 describe una red óptica de acceso flexible capaz de soportar los requerimientos de ancho de banda de negocios y servicios residenciales y cubre sistemas con velocidades nominales de línea de 2.4 Gbit/s en la dirección de descarga y 1.2 Gbit/s y 2.4 Gbit/s en la dirección de carga. Se describen ambos sistemas simétricos y asimétricos con capacidad de gigabit. Esta recomendación propone las características generales para GPON basada en los requerimientos de servicio de los operadores. II. ALCANCE Esta recomendación se ocupa de las características generales de una red GPON capaz de velocidades de gigabit con el fin de motivar la convergencia de las especificaciones de capa física y la capa de red. Las características generales incluyen ejemplos de servicios, interfaces de red de usuario (UNIs) e interfaces de nodo de servicio (SNIs) que son requeridos por los operadores de red. Adicionalmente, esta recomendación muestra los principios de configuración de despliegue. Esta recomendación mantiene las características de ITU-TG.982 e ITU-T G.983 para promover la compatibilidad con instalaciones existentes que cumplan con esta especificación. Los sistemas GPON se caracterizan en general por un sistema de terminación óptica de línea (OLT) y una unidad de red óptica (ONU) o terminación de red óptica (ONT) con una red de distribución óptica pasiva que los interconecta. Existe en general una relación uno a varios entre el OLT y los ON/ONTs respectivamente. Definiciones Esta recomendación hace frecuente uso de los términos definidos en ITU-T-G.983.1 e ITU-T-G.983.3, adiciona algunos términos. Por conveniencia las definiciones principales
relacionadas con los requerimientos de servicio GPON se reportan en este informe. Función de Adaptación (AF) Af es un equipo o función adicional para cambiar un ONT/ONU en el lado del suscriptor a un UNI. Las funciones del AF dependen de la interface de los ONT/ONU en el lado del suscriptor y de la interface UNI. Los AF también son utilizados para cambiar una interface de red OLT en una interface SNI requerida por el operador. Distancia Diferencial de Fibra Un OLT se conecta a varios ONU/ONTs. La distancia diferencial de fibra es la diferencia en distancia entre el ONU/ONT más lejano y más cercano al OLT. Alcance Lógico Se define alcance lógico como la máxima distancia que puede alcanzarse para un sistema en particular de transmisión, sin tener en cuenta el presupuesto. Retardo promedio de transferencia de señal El retardo promedio de transferencia de señal es el promedio de retardo de las señales de subida y bajada entre puntos de referencia; este valor es determinado midiendo el retardo en la señal en el viaje de ida y vuelta y dividiéndolo por dos. Red de Acceso Óptico (Optical Access Network OAN) El OAN es el conjunto de enlaces de acceso que comparten la mis mismas interfaces del lado de red y soportado por sistemas de transmisión óptica. EL OAN puede incluir un número de ODNs conectados al mismo OLT. Red de distribución Óptica (Optical Distribution Network ODN) En el contexto de PON, un árbol de fibras ópticas en la red de acceso, suplementado con divisores de poder o de longitud de onda, filtros u otros objetos ópticos pasivos. Línea de Terminación Óptica (Optical Line Termination OLT) Un dispositivo que termina el punto raíz final de una ODN, implementa un protocolo PON, como el definido por ITU-T G.984, y adapta PON PDUs para enlaces de subida sobre la 1
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Universidad de San Buenaventura. Medina. Informe articulo interface del proveedor de servicio. El OLT provee servicios de administración y funciones de mantenimiento para los ODN y ONUs asociados. Terminación de Red Óptica (Optical Network Termination ONT) Un dispositivo único de suscriptor que termina cualquiera de los puntos de finalización de una ODN, implementa un protocolo PON, y adapta PDUs PON a interfaces de servicio del suscriptor. Un ONT es un caso especial de un ONU. Unidad de Red Óptica (Optical Network Unit ONU)
Es un término genérico que denota un dispositivo que termina cualquiera de los puntos de finalización distribuidos, implementa un protocolo PON, adapta PDUs PON a interfaces de servicio del suscriptor. En algunos contextos un ONU implica un dispositivo multi suscriptor. Alcance Físico
Se define como la máxima distancia física que puede ser alcanzada por un sistema particular de transmisión. Servicio
Se define como un servicio de red requerido por los operadores.
ODN Red de distribución óptica OLT Línea de Terminación óptica ONT Terminación de red óptica ONU Unidad de red óptica OPS Sistema de Operaciones PDH Jerarquía digital POTS Sistema telefónico viejo tradicional PRI Interface primaria de velocidad PSTN Red publica de telefonía conmutada SDH Jerarquía Digital Sincrónica SN Número Serial SNI Interface de Nodo de Servicio TC Convergencia de Transmisión UNI Interface de Red de Usuario VOD Video por demanda WDM Multiplexación por división de longitud de onda Arquitectura de red de acceso optico
Arquitectura de Red La sección óptica de un sistema de red de acceso óptico puede ser activa o pasiva y su arquitectura puede ser punto a punto punto multipunto. La figura 1 muestra las arquitecturas consideradas, que varían desde fibra hasta la casa (FTTH) hasta fibra al edificio o al andén (FFTB/C) o fibra al gabinete (FTTCab). La red acceso óptico (OAN) es común a todas las arquitecturas mostradas en la Figura 1, de aquí la comunidad de este sistema tiene el potencial de general grandes volúmenes a nivel mundial.
Fuente Potencia de salida
La potencia óptica de lanzamiento para los sistemas de FITLPON es crítico porque la energía óptica suficiente de ambos transmisores de cabecera NUA se necesita para superar divisor óptico, fibra, empalme, y las pérdidas del conector , son requeridas para mantener un margen de sistema adecuado. Sensibilidad del receptor La sensibilidad del receptor es de los detectores del nivel mínimo de intensidad de la señal óptica que puede convertir de manera eficiente los fotones a los electrones y todavía mantener una calidad particular de transmisión. La sensibilidad del receptor mínimo es una función de la tasa de bits de transmisión, formato de modulación y el tipo de dispositivo. Abreviaciones y acronimos AF Función de Adaptación BRI Interface básica de velocidad DSL Línea Digital de Suscriptor FTTB Fibra al edificio FTTC Fibra al andén FTTCab Fibra al Gabinete FTTH Fibra a la Casa ISDN Red Digital de Servicios Integrados LT Terminal de línea MDU Unidad Multi Vivienda NT Terminación de Red OAM Operación, Administración y Mantenimiento OAN Red de acceso óptico
Figura 1. Red de acceso óptico Las diferencias del las opciones de red FTTB, FTTC, FTTCab y FTTH son debidas principalmente a los diferentes servicios soportados, de modo que pueden ser tratados de igual forma en esta recomendación. Escenario FTTB
Este escenario está dividido en dos, uno para unidades multivivienda (MDUs) y otra para negocios. Cada escenario tiene las siguientes categorías de servicio. FTTB para MDU Servicios de ancho de banda asimétricos (Servicios de difusión, VOD, descarga archivos, etc.) 2
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Universidad de San Buenaventura. Medina. Informe articulo servicios de ancho de banda simétricos (Difusión de contenido, e-mail, intercambio de archivos, etc.) Telefonía tradicional e ISDN.
La red de acceso debe estar en capacidad de proveer de un modo flexible servicios de telefonía de banda angosta con los tiempos adecuados para la introducción. 2 FTTB para negocios Servicios de ancho de banda simétricos (Software de grupo, difusión de contenido, email, intercambio de archivos, etc). POTS e ISDN igual que FFTB para MDU.
Servicios de Línea Privada, la red de acceso debe proveer de un modo flexible líneas de servicio privado a diferentes velocidades. FTTC y FTTCab
Servicios de ancho de banda asimétrico. Servicios de ancho de banda simétrico (aprendizaje a distancia, telemedicina,etc) POTS e ISDN respaldo xDSL III. FTTH Se han considerado las siguientes categorías de servicio para este escenario Servicios de ancho de banda asimétrico (difusión, VOD, descarga de archivos, etc.) Servicios de ancho de banda simétrico (difusión de contenido, email, intercambio de archivos, aprendizaje a distancia, telemedicina, juego en línea, etc.) POTS e ISDN Configuraciones de referencia
Servicios, Interface usuario-red e interface de nodo de servicio. Servicios Se requiere que GPON soporte todos los servicios conocidos actualmente y nuevos servicios que se discutirán para suscriptores residenciales y de negocios, esto debido a la capacidad de la banda ancha.
Es más claro para algunos operadores que para otros cuales servicios específicos deben ser provistos y depende en las condiciones regulatorias particulares de los mercados de cada operador y del potencial de cada mercado. El como se entregan estos servicios de forma efectiva es una función no solamente de las condiciones legales, sino de otros factores que incluyen la infraestructura de comunicaciones ya existente, la distribución de la vivienda y de la mezcla de usuarios residenciales y de negocios. Algunos ejemplos de servicios se describen en la clausula I.1 Interface Usuario-Red UUNI) e interface de nodo de servicio (SNI) ONU/ONT tiene UNI, del mismo modo que OLT, posee un SNI como se describe ne la figura 2. UNI/SNI depende en cuales servicios son provistos por el operador. Algunos ejemplos de UNI se describen en la clausula I.2 y ejemplos de SNI se describen en la clausula I.3 Tasa de bits
Básicamente GPON le apunta a la transmisión en velocidades superiores o iguales a 1.2 Gbits. En consecuencia, GPON identifica dos combinaciones de velocidad de transmisión como son: 3 1.2 Gbits/s de subida, 2.4 Gbits/s bajada; 2.4 Gbits/s de subida, 2.4 Gbits/s bajada; La velocidad más importante es 1.2 Gbits/s, 2.4 Gbits/s bajada, constituyendo casi la totalidad de los sistemas instalados y planeados para instalación de sistemas GPON. Alcance lógico
EL alcance lógico es la máxima distancia entre la ONU/ONT y el OLT excepto por la limitación de la capa física. En GPON el máximo alcance lógico está definido como 60 km. Alcance físico
Figura 2. Configuración de referencia.2 Interface de Nodo de Servicio Interface en los puntos de referencia S/R y R/S La interface en estos puntos de referencia se define como IFPON. Esta es una interface específica para PON que soporta todos los elementos del protocolo necesarios para permitir la transmisión entre los OLT y los ONUs.
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Figura1, Red de acceso óptico
Es la máxima distancia física entre el ONU/ONT y el OLT. EN GPON, se definen dos opciones para el alcance físico: 10 km y 20 km. Se asume que 10 km es la máxima distancia sobre la cual se puede usar FP-LD en la ONU para altas tazas de bit como 1.25 Gbit/s o superiores. Distancia diferencial de fibra EN GPON esta distancia es de 20 km. Esto afecta el tamaño de la ventana de rango y da cumplimiento a la norma ITU-T G.983.1 Retardo máximo promedio de transferencia de señal GPON debe acomodar servicios que requieren un retardo máximo promedio de 1.5ms. 3
Configuración de Referencia
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Universidad de San Buenaventura. Medina. Informe articulo Específicamente un sistema GPON debe tener un retardo máximo promedio de menos de 1.5ms entre T-V o (a)-V, dependiendo en las preferencias del operador. Vea la cláusula 12 de ITU-T G.982. En un sistema GPON los puntos de referencia no están restringidos por la configuración del sistema. Tasa de división
Básicamente, a mayor taza de división para un sistema GPON más atractivo para los operadores. Sin embargo, una taza de división muy alta implica una mayor división optica lo que crea la necesidad de mayor presupuesto de potencia para soportar el alcance físico. Tazas de división de 1:64 son realistas para la capa física con la tecnología actual. Sin embargo, anticipando la continua evolución de los módulos ópticos, la capa TC debe considerar tazas de división de 1:128. Superposición de Servicio
Figura 3a. Sistema Dúplex auto3 La figura 3b muestra el modelo de sistema dúplex para la red de acceso doble (dual parented). La parte relevante de la protección en el sistema GPON debe ser una parte de la protección entre la interface ODN en la ONU y cada uno de las interfaces ODN en los dos OLTs vía el ODN, adicionalmente la señalización requerida para implementar las funciones de protección hacia arriba en el SNI.
Se puede utilizar una longitud de onda superpuesta para proveer servicios mejorados al suscriptor. En consecuencia, GPON debe desocupar la Banda de Mejoramiento definida en ITU-T G.983.3 Protección en la sección PON
Desde el punto de vista de la administración de la red de acceso, la arquitectura de protección de GPON se considera que mejora la confiabilidad de las redes de acceso. No obstante, la protección debe ser considerada como un mecanismo óptico porque su implementación depende de la realización de sistemas económicos. Mayor información en conmutación de protección se puede encontrar en ITU-T G.808.1. Esta clausula presenta algunas posibles configuraciones dúplex y sus requerimientos asociados como ejemplos de sistemas protegidos PGON. En adición, se menciona el mensaje requerido por OAM. Posibles tipos de conmutación Existen dos tipos de conmutación de protección, ambos son análogos a los de los sistemas SDH: Conmutación automática y conmutación forzada.
El primer tipo es disparado por detección de fallas como la perdida de la señal, la pérdida de un marco, degradación de señal (el BER supera el umbral predeterminado), etc. El segundo tipo es activado por eventos de administración, como enrutamiento de fibra, reemplazo de fibra, etc. Ambos tipos deben ser posibles en un sistema GPON si se requiere, aunque son funciones opcionales. EL mecanismo de conmutación es generalmente llevado acabo por la función de OAM, por consiguiente, la información requerida del campo OAM debe ser reservada en el marco OAM. La figura 3a muestra el modelo del sistema dúplex auto contenido para la red de acceso. La parte relevante de la protección en el sistema GPON en este esquema debe ser una parte de la protección entre la interface ODN en el OLT y la interface ODN en la ONU vía el ODN, excluyendo el la redundancia de SNI en el OLT.
Figura 3b. Sistema Dúplex acceso doble4 Posibles configuraciones dúplex GPON y características. Pueden existir varios tipos de sistemas dúplex GPON, como se muestra en las figuras 4a y 4b. Los protocolos de control para cada configuración deben ser especificados independientemente el uno del otro. Por ejemplo, en la figura 4b, no se requiere protocolo de conmutación debido a que la conmutación es llevada acabo únicamente en el OLT. Ejemplos de configuración TIPO A: Un sistema de configuración obsoleto que duplicaba únicamente las fibras ópticas. TIPO B: La segunda configuración (Figura 4a) duplica los OLTs y las fibras ópticas entre los OLTs y el divisor óptico, el divisor tiene dos puertos de entrada/salida en el lado OLT. Esta configuración reduce el costo de duplexar los ONUs, aunque únicamente el lado del OLT puede ser recuperado. TIPO C: La tercera configuración (Figura 4b) duplica las facilidades del lado OLT y las del lado de la ONU. En esta configuración, la recuperación de una falla en cualquier punto es posible conmutando a los equipos de respaldo. Por lo tanto, el costo del full dúplex permite una alta confiabilidad. TIPO D: Un sistema de configuración obsoleto que permitía la mezcla de ONUs duplicadas y no duplicadas, lo que proveía una combinación de los tipos de protección B y C. 3 4
Sistema dúplex auto Sistema dúplex acceso doble
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Universidad de San Buenaventura. Medina. Informe articulo
Figura 4a. Sistema Only-Dúplex GPON5
1. La función de conmutación de protección debe ser opcional. 2.Ambos sistemas de conmutación de protección automático y forzado son posible en el sistema GPON, si se requiere, aunque ambos son funciones opcionales. 3.Todos los ejemplos de configuración de la clausula 14.2 serán posibles, aunque todos ellos son funciones opcionales. 4.El mecanismo de conmutación es generalmente realizado por la función OAM, por lo tanto, la información requerida del campo OAM debe ser reservada en el marco OAM. 5. Todas las conexiones soportadas entre el nodo de servicio y el equipo terminal deben mantenerse después del swicheo. Teniendo en cuenta el ultimo requerimiento, una implementación del nodo de servicio POTS (central) requiere que el período de perdida de marco sea inferior a 120ms. SI el período de perdida de marco supera ese umbral, el nodo de servicio desconecta la llamada y se requiere un nuevo establecimiento de llamada después de la conmutación de protección. Dado que GPON soporta la emulación de servicios convencionales, como POTS e ISDN, este valor debe ser tenido en consideración. Los servicios T1 y E1 requieren 50ms de tiempos de protección, así que para que estos servicios puedan ser provistos como protegidos, la red GPON debe soportar tiempos protección de 50ms. Campos de información requeridos para marco OAM La conmutación de protección requiere el uso de menos de diez códigos tanto para subida como para bajada, los cuales serán llevados acabo por el campo del marco OAM. Se requerirá entonces la definición del mapeo de campos del marco OAM para conmutación de protección. Seguridad
Figura 4b. Sistema Full-Dúplex GPON6 Note que en ambos de estos tipos de esquemas de protección, las líneas de terminación PON no necesitan residir en un solo equipo OLT. De hecho, ellas pueden estar localizadas en ubicaciones físicamente diversas (dual parenting). IV. CARACTERÍSTICAS
TIPO B: Esta configuración requiere de un respaldo en frío del circuito redundante en el lado del OLT. EN este caso, la perdida de señal o la perdida de marcos es inevitable en el período de conmutación. Sin embargo, todas las conexiones soportadas entre el nodo de servicio y el equipo de terminal deben mantenerse después de esta conmutación. TIPO C: En este caso, el respaldo en caliente del receptor de los circuitos redundantes del receptor son posibles en ambos lados, el de la ONU y el OLT. Por lo tanto, es posible hacer una conmutación sin impacto (sin perdida de marcos) en esta configuración.
Debido a la naturaleza multidifusión de PON, GPON requiere un mecanismo de seguridad que se adapte a los siguientes requerimientos. Prevenir que otros usuarios decodifiquen facilmente los datos en el flujo de bajada. Prevenir que otros usuarios suplanten otro ONU/ONT o usuario. Permitir una implementación efectiva en costos. V. CONCLUSIONES
Los sistemas GPON se caracterizan en general por una sistema de terminación óptica de línea (OLT) y una unidad de red óptica (ONU). La sección optica de un sistema de red de acceso optico puede ser activa o pasiva y dependiendo de su arquitectura puede ser punto a punto punto multipunto. Se requiere que GPON soporte todos los servicios conocidos actualmente y nuevos servicios que se discutirán para suscriptores residenciales y de negocios, esto debido a la capacidad de la banda ancha.
VI.
REFERENCIAS
[1] (2009) Articulo SERIES G: TRANSMISSION SYSTEMS AND MEDIA, DIGITAL SYSTEMS AND NETWORKS
Requerimientos 5 6
Sistema Dúplex GPON Sistema Full-Dúplex GPON
5
Proyecto final.
Diana Rojas, Carolina Guerrero. Universidad San Buenaventura Bogotá, Colombia
dmrojasp@academia.usbbog .edu.co lguerrero@academia.usbb og.edu.co
Resumen: Este es el proyecto final de la materia Circuitos D.C. Se está realizando para complementar los conocimientos adquiridos y para aprender cosas nuevas llevadas a la ingeniería de sonido. Abstract: This is the final project of the subject circuits D.C. Is it being made to complement the knowledge gained and to learn new things to sound engineering.
III.DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO Se va a tomar un circuito en el cual se van a implementar objetos tales como, baquelita, amplificador, fotorresistencia, potenciómetro, resistencias, condensador, transistor, switch y una pila de 9V. Éste va a ir conectado así:
Palabras claves: Circuito integrado 555, Fotocelda, Transistor, Condensador, Resistencia. I. INTRODUCCIÓN Se va a realizar un trabajo en el cual se van a retomar los temas vistos durante el semestre en la clase de Circuitos DC (Direct Current), también se implementarán objetos nuevos para lograr una buena profundización en el proyecto. Esto se hace con el fin de fomentar mayor interés en los estudiantes, logrando captar su atención con proyectos llamativos y funcionales. Se quiere realizar un circuito en él se hará una alarma despertadora, activándose con la luz solar. II.OBJETIVOS Objetivo general
Donde: R1 es de 2.2KΩ. R2 es de 500Ω. R3 es de 10Ω. C1 ES DE 1µF. El circuito integrado 555 es monoestable. El transistor de PNP. El circuito en PCB es el siguiente:
1- Realizar un circuito donde se implemente una alarma despertadora. Objetivos específicos
1- Implementar los temas contemplados en clase para la realización de la alarma despertador. 2- Investigar temas y materiales anexos a los vistos en clase para la elaboración de la alarma despertador. 3- Construir el circuito pertinente para la obtención de la alarma despertador
Con este circuito se quiere crear una alarma despertadora, su activación se hará gracias al switch
que da la función de encendido o apagado o bien por la fotorresistencia (sabiendo que su resistividad disminuye cuando le da luz) la cual activará el amplificador, la activación por parte del foto resistor se realiza si el switch está encendido, este encenderá el circuito cuando le de luz al foto resistor; para que esta alarma despertador deje de funcionar le tiene que dejar de dar luz haciendo que la resistividad del foto resistor sea muy grande o simplemente apagando el switch. Aparte de esto va a tener un potenciómetro que es el que modifica la amplitud, o sea el volumen que genere la alarma.
Voltaje El voltaje se puede entender como la presión eléctrica también se conoce como la fuerza electromotriz (FEM), presión eléctrica, gradiente de potencial, caída de voltaje y diferencia de potencial. Unidades de voltaje: el volt La unidad básica de presión eléctrica es el volt (V), pero hay múltiplos tales como el Kilo volt (KV) y megacolt (MV) y sus múltiplos como el mili volt (mV) y el micro volt . [3]
IV.MARCO TEÓRICO Amplitud y Volumen: El fenómeno físico de la amplitud corresponde el fenómeno psicológico del volumen, que es, como el tono, un fenómeno relativo. Si dos sonidos no tienen la misma amplitud, el que tiene mayor amplitud se percibe con más alto ('louder') que el otro, y el otro con más bajo (`softer'). [1] Circuito Eléctrico: La topología, de un circuito eléctrico, es la ciencia que estudia todas las propiedades que surgen de la estructura o la geometría de dicho circuito eléctrico. [2] Resistencia La resistencia se expresa en una unidad básica que es el Ohm (Ω) y representa la oposición al flujo e una corriente en circuito resistivo, mientras que hay ciertas componentes que están específicamente diseñadas para proporcionar resistencia. [3]
Corriente La corriente eléctrica es el movimiento de partículas cargadas de determinada dirección. […]. Para cada electrón liberado se crean un ion positivo. Este ion positivo capturará el electrón y entonces, por supuesto, se convierte en un átomo neutro. La unidad de corriente es el amperio (A).[4] Ley de Ohm Originalmente, esta relación a expresó Ohm en la siguiente forma: =
=
Donde: R= Resistencia en Ohm (Ω) V= Diferencia de potencial en volts (V) I= Corriente en amperes (A) K= Constante de proporcionalidad [3]
Potencia Un término eléctrico que se debe mencionares la “potencia eléctrica”, que se define como una medición de la capacidad de trabajo que se ha desarrollado y que se mide en watts. Cuando un volt hace circular un ampere de corriente a través de 1 ohm de resistencia, se libera una cierta cantidad de calor y el resultado es un watt de potencia. […] La fórmula para determinar la potencia en una carga resistiva es la misma para la corriente directa o corriente alterna, y es: = ∗
Ley de Kirchhoff La primera Ley de Kirchhoff afirma que en un nudo donde concurren dos o más intensidades, la suma de todas ellas es nula en cualquier instante. En otras palabras, si asignamos el signo + para las corrientes enteras, y el signo – para las salientes (o viceversa) puede decirse que la suma instantánea de todas las corrientes que entran en un nodo es igual a la suma de las corrientes que salen.
Donde: P= Potencia en watts (W) V= Diferencia de potencial en volts (V) I= Corriente en amperes (A) [3]
La segunda Ley de Kirchhoff es dual de la anterior. Afirma que, en un circuito cerrado en forma de malla, la suma de las caídas de tensión en todos los elementos que lo forman es nula. O, expresado de distinta manera, si se tiene en cuenta que las f.e.m. de las fuentes que puede haber en un circuito son de
i1 + i 2 + i 3 + i n = 0
distinto signo que las caídas de tensión, puede asegurarse que, en todo momento, la suma de las f.e.m. (positivas) ha de ser igual a la suma de las U (negativas). [5] V1 + V2 + V3 + Vn = 0 Amplificador Un amplificador de voltaje ofrece amplificación de voltaje principalmente para incrementar el voltaje de la señal de entrada. Por el otro lado, los amplificadores de gran señal o de potencia, proporcionan principalmente potencia suficiente a una carga de salida para activar una bocina o algún otro dos positivo de potencia (…). Las principales características de un amplificador de gran señal son la eficiencia de potencia del circuito, la máxima potencia que es capaz de manejar el circuito (...). Clase A: La señal de salida varía durante los 360º complementos del ciclo. Clase B: a señal de salida varía durante 180º. Clase AB: Es un amplificador polarizado, don niel de corriente de clase B y nivel de voltaje de clase A. Clase C: Señal polarizada para operar a menos de 180º. Clase D: Utiliza señales digitales. [7]
Foto-resistencia Las foto-resistencias o ldr’s son resistencias variables en función de la luz. En cualquier tienda de electrónica podemos disponer de diferentes modelos. Es un sensor muy interesante y relativamente barato. Al igual que los pulsadores conectaremos una pata tierra (GND) y la otra pata a una resistencia a de unos 10KΩ, y esta a su vez estará conectada a sV. La entrada análoga tomará el valor del nexo entre la resistencia y la ldr. [8] Circuito integrado 555 El circuito integrado 555, también llamado temporizador integrado es muy conocido por todos los diseñadores de circuitos electrónicos; ya que con él se pueden construir multitud de circuitos de temporización de una forma sencilla y económica, como: multivibradores estables y mono estables, temporizadores electrónicos desde microsegundos has horas, etc. En la figura se puede apreciar la disposición y numeración de los diferentes terminales del CI 555. [9]
Se puede utilizar como oscilador para generar una onda de reloj. Básicamente es un circuito de conmutación que tiene dos niveles distintos de salida. Estando conectados correctamente los componentes externos, ninguno de los niveles de salida es estable. En consecuencia, el circuito bascula continuamente entre estos dos estados inestables. En otras palabras, el circuito oscila y la salida tiene una forma de onda rectangular periódica. Como ningún estado de salida es estable se dice que este circuito es astable y se llama también multivibrador astable o de funcionamiento libre. La frecuencia de oscilación, así como el ciclo de servicio son exactamente controlados por dos resistores externos y un solo condensador temporizador. [13]
Transistor El transistor se usa con amplificadores de pulsos o de señales sinusoidales. En la Clase A y la Clase B el transistor es usado para amplificación lineal en algún canal de señal de entrada que trae acerca de cambio de correspondencia in la señal de salida. En esto se escribe la operación de la forma de la entrada –salida característica para lo todo lo importante. [10]
V. ANTECEDENTES Traducción: Circuito de control de volumen
Temática: Quieren hace un circuito digital en el
cual se hace una diferencia de volumen, éste va a tener cinco bloques, Toman en cuenta las diferentes funciones que hay en los cinco bloques utilizados, el
primero es un potenciómetro, el otro controla el
estado del volumen, el siguiente estado del potenciómetro, también hay uno que da el balance del volumen. [6]
Alarma con dos circuitos 555
Temática: Solución a una investigación del uso del
circuito 555. Se analizan varios usos del circuito 555 para
-
hacer alarmas.
Se consignan los siguientes circuitos: -
-
Alarma para auto con dos temporizadores 555.
Esta alarma es para avisar en caso de que haya un presunto robo o un robo al auto.
Alarma contra incendios. A parte del circuito 555 se utiliza detectores de humo y térmicos. Alarma contra robo.
Alarma al tacto. Se activa al tocar dos contactos que pueden llegar a ser dos alfileres.
Alarma activada con la luz. El principio de esta alarma es una fotocelda. [11]
Título: Alarma fotosensible casera con NE555
Temática: Se explica detalladamente el funcionamiento
del circuito 555 monoestable, de la función que cumple cada una de las ocho patas de dicho circuito.
Se evidencia una alarma realizada con un foto resistor mostrando el circuito esquemático. Se realiza un listado
de los elementos necesarios para armar el circuito físico como
resistencias,
condensador
electrónico,
pulsador para impreso, switch, fotorresistencia.[14] VI.CONCLUSIONES
-
VII. BIBLIOGRAFIA
555 Aplications Traducción: Aplicaciones del 555 Temática: Información sobre el funcionamiento interno de un circuito 555 y algunas de sus posibles aplicaciones para el diseño de circuitos. Se hace referencia a algunos usos del 555 como: - Un circuito básico 555 VCO, un VCO es un oscilador por tensión. Éste consiste en un circuito que genera a su salida una onda estable. - Un VCO de frecuencia modulada., éste es capaz de modular la frecuencia emitida. - Modificado VCO. Tiene el mismo funcionamiento que el VCO de frecuencia modulada, solo que utiliza un voltaje menor para sí funcionamiento. - Oscilador controlador de luz. [12]
tales
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Se demostró que a través de los circuitos DC se puede llegar a la construcción de un circuito práctico, sencillo y útil, generando sonido como lo es éste que es una alarma despertador. La aplicación de circuitos DC dentro de ingeniería de sonido se puede evidenciar por medio de esta alarma despertadora, aplicando de práctica y entendible el conocimiento adquirido durante el curso de circuitos DC en el segundo semestre del presente año. Con la utilización y el diseño del circuito en PCB con un medio electrónico, el cual se implementa en una baquela se pudo observar que es más lúdico para el montaje del mismo.
[1]Guitart, J. (2004). Introducción a la fonética. Sonido y sentido: teoría y práctica de la pronunciación del español contemporáneo con audio CD (esto en cursiva). Washintong, USA. Editorial Georgetown University Press. p. 17 [2]Gómez, J. (1990). Análisis Matricial de los circuitos eléctricos. Circuitos Eléctricos. Volumen l. Oviedo, España. Editorial Universidad de Oviedo. p. 363. [3]Enriquez, G. (2003). Definiciones básicas. El ABC del control electrónico de las máquinas eléctricas. Editorial Limusa. p 19, p 21, p 27, p 28. [4] Fowler, R. (1992). Unidad de corriente el ampere. Electricidad principios y aplicaciones. Barcelona. Reverte. p 17. [5] García, A. (2005). Leyes de Kirchhoff. Instalaciones eléctricas. Marcombo. p 62. [6] Angúlo, J.(2005, Abril 2) Retrived from http://bibing.us.es/proyectos/abreproy/11293/fichero/ Volumen+1%252F3.+Control+de+Volumen.pdf [7] Nashelsky, L (2003). Electrónica: teoría de circuitos y dispositivos electrónicos. Introducción: definiciones y tipos de amplificadores. Pearson, Prentice Hall. P 747. [8] Rodríguez, A. (2010). Computación física en secundaria. LDR [Foto.Resistencia]. Marf Books. P 21. [9] Alcalde, P. (2009). Electrónica. Genmeradores de señal y osciladores. Ediciones Paraninfo. P 248. [10] Amos, S (1981). Principles of transistor Circuits. Introduction: The transistor as a switch. Butterworths. P 219.
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IMPLEMENTACIÓN DE MINI-AMPLIFICADOR PORTÁTIL PARA GUITARRA ELÉCTRICA Y REPRODUCTORES DE MUSICA CON ILUMINACIÓN RÍTMICA Nicolas Julián Osorio. (20141615073)
INGENIERÍA MECATRÓNICA njosorio@academia.usbbog.edu.co
Abstract
Develop an amplifier with low proportions to be transported and used anywhere without connecting to a power outlet for amateur musicians on electric guitar and besides that result interactive , as it will include lights that light up with the pace of amplifier. Resumen Desarrollar un amplificador de bajas proporciones para ser transportado y utilizado en cualquier lugar sin necesidad de conexión a una toma de corriente, para músicos aficionados a la guitarra eléctrica y que además de esto resulte interactivo, ya que incluirá luces que se iluminan con el ritmo del amplificador. I. Introducción. Los instrumentos eléctricos, son un claro ejemplo de como la electrónica se involucra, y puede mejorar los distintos elementos que se encuentran en la vida cotidiana. Se busca implementar un amplificador de guitarra eléctrica que permita un fácil traslado, sin que resulte pesado o complicado de llevar. Inspirado principalmente en músicos aficionados que desean tener un instrumento para practicar con sus guitarras en cualquier lugar con tan solo una batería portátil y una caja acústica de poca proporción.
Además de esto, se busca un diseño que resulte llamativo e interactivo. Para esto se empleara un circuito que permita la iluminación de distintos bombillos con las ondas de sonido emitidas inicialmente por el amplificador, de esta forma, la iluminación llevara un ritmo acorde a la melodía que se esté produciendo.
III. Objetivo general. Implementar un mini-amplificador para guitarra eléctrica y reproductora de música. De esta forma poder ser trasladado y utilizado, en ocasiones poco intensivas, ya que será un dispositivo bajo consumo. Integrado con un circuito que se ilumina de forma rítmica. IV. Objetivos específicos
Determinar elementos pequeños, con las mismas funcionabilidades de un amplificador promedio, permitiendo reducir el tamaño y el consumo del mismo.
Integrar un circuito, que perciba las ondas de sonido que emite el amplificador, y ser visualizadas por medio de dispositivos de iluminación. diseñar una caja acústica liviana de buen aspecto, que permita visualizar la iluminación según las hondas que se emitan. Implementar amplificador, de tal forma que reduzca el tamaño. Realizar pruebas que comprueben el buen funcionamiento del elemento a tratar.
tonalidades y frecuencias [2] [3]. Pero es cómodo cuando algún músico desea trasladarlo, sin necesidad de que sea un evento importante. En los años 30, empezaron a producir los primeros amplificadores, pero no fueron diseñados, inicialmente para ser usados en instrumentos musicales como la guitarra eléctrica. Esto dando lugar a que en los años 40 fuese diseñado para instrumentos musicales [1].
V. Descripción del proyecto Se pretende crear un amplificador similar a los de las guitarras, pero que su consumo, tamaño y peso sea menor. El amplificador estará compuesto principalmente por: resistencias, condensadores, condensadores cerámicos, LED´s, alta voz, plut de batería, interruptor (on/off), caja acústica, entradas de audio. Añadiéndose al amplificador, un circuito que perciba las ondas de sonido emitidas por el amplificador y las ilustre por medio de LED´s que se iluminan a lo largo del circuito. Se busca que el diseño sea poco pesado para trasladar y tenga un buen aspecto.
VI. Antecedentes del tema
La implementación de electrónica en distintos medios con los que se tiene contacto frecuentemente, se ha incrementado con el pasar de los años [1]. Estos cambios se han tomado más fuerza en cada elemento como relojes de análogos a digitales, pizarras de salones a pizarras digitales incluso en los instrumentos, como guitarras eléctricas o violines eléctricos entre otros. El proyecto tiene como objetivo proporcionar un complemento necesario para los instrumentos musicales eléctricos ya que es quien produce el sonido del instrumento por medio de bafles, a esta se le determina amplificador o también caja acústica [3]. Los amplificadores que actualmente se encuentran en el mercado, resultan bastante rústicos y pesados, ya que pueden funcionar por horas, incluso en varias
Figura 1.Primeros amplificadores. Tomado de (http://wse3as1rg475.pintto.com/utfn2?_xafv=560f59e1f8525f936a8b5c63)
A principio de los años 60 el guitarrista surf Dick contribuyo, de forma considerable, a la producción de amplificadores con mejores y nuevas características, permitiendo que la industria de estos se ampliara [1].
Hasta el día de hoy las prestigiosas compañías como Marshall, Penvey, Buguera que producen este tipo de elementos, buscan mejorar la calidad del sonido, aportar más funcionabilidades y efectos como lo es la distorsión superior a 100w[3].
Figura 2. Amplificador Marshall Tomado de (http://www.taringa.net/posts/info/3684420/Kirk-Hammett-elestudiante.html)
Figura 3. Amplificador Buguera
Adaptación de circuito de luz rítmica en Protoboard
Tomado de (http://www.euronics.es/bugera-6260-212-infinium-amplificadorguitarra.html)
VII. desarrollo del proyecto.
1. Informarse del tema a tratar (estado del arte) 2. Definir los circuitos que se implementaran durante el proyecto.
Circuito de luz montado en váquela
Circuito de sonido montado en váquela Circuito de sonido
Circuito montado en caja del amplificador Circuito de luz rítmica
3. Realizar en una váquela el circuito, de esta forma asegurar que los circuitos queden fijos sin presentar inconvenientes. Circuito con elementos solo de sonido
Adaptación de circuito de sonido en Protoboard
Circuito de luces listo para montarse con caja de acrílico sobre al altavoz
Conclusiones VIII
Los elementos de un circuito deben ser siempre investigados antes de ponerse en práctica, para asegurarse de que son los adecuados, así mismo para asegurarse que el circuito va a responder adecuadamente en el funcionamiento, debe implementarse en una Protoboard antes de ser ubicado en una váquela , de esta forma permitirá varios montajes hasta asegurar el adecuado. Al crear circuitos que tengan que ver con el funcionamiento de transmisión de audio debe tenerse capacidad de tiempo, dedicación y persistencia, ya que es una labor complicada por los diferentes inconvenientes que en estos se encuentran en el transcurso de su elaboración. Estos proyectos ayudan al aprendizaje completo del manejo de elementos como condensadores, potenciómetros, resistencias, váquelas las cuales ayudan a tener una práctica amplia para en un futuro lograr circuitos más complejos para mejores proyectos. El entendimiento de los elementos trabajados teóricamente en clase, toman una mayor fuerza cuando son utilizados de forma práctica en un montaje, ya que se evidencia el funcionamiento de los mimos, como lo son los integradores.
IX Referencias.
[1] H. Pinksterboer, Tipbook Amplifiers and Effects: The Complete Guide, Hal Leonard, 2009. [2] M. Alfredo and O. Beneitez, “T e s i s,” pp. 1– 79, 1988.
[3] M. Eroglu S., Toprak S., Urgan O, MD, Ozge E. Onur, MD, Arzu Denizbasi, MD, Haldun Akoglu, MD, Cigdem Ozpolat, MD, Ebru Akoglu, “No Title No Title,” Saudi Med J, vol. 33, pp. 3–8, 2012.