วงจรกำเนิดและผสมสัญญาณรบกวน Noise source and Noise mixer circuit

White noise เป็นสัญญาณรบกวนที่มีการนำมาใช้สำหรับการทดสอบในวงจรหลากหลายชนิด ในกรณีนี้จะนำมาใช้เพื่อผสมสัญญาณรบกวนกับสัญญาณที่ทราบขนาดและความถี่ เพื่อศึกษาการใช้ Lock-In Amplifier สำหรับแยกสัญญาณขนาดเล็กออกจากสัญญาณรบกวน

โดยทั่วไปแล้ววงจรกำเนิดสัญญาณรบกวน นิยมใช้ซีเนอร์ไดโอดเนื่องจากเป็นแหล่งกำเนิดสัญญาณรบกวนที่แถบย่านความถี่ที่กว้าง ซึ่งใช้เทคนิคการเลือกไดโอดที่มีสัญญาณค่าคงที่ตลอดย่านความถี่ที่ต้องการแล้วทำการไบอัสกลับทำนองเดียวกันกับการไบอัสกลับขาเบสคู่กับอิมิตเตอร์ของทรานซิสเตอร์เพื่อใช้เป็นสัญญาณรบกวน เพื่อใช้เป็นแหล่งกำเนิดสัญญาณรบกวน

วงจรที่สร้างขึ้นมีวัตถุประสงค์เพื่อให้ได้สัญญาณรบกวนที่มีขนาดคงที่ตลอดช่วงความถี่ในย่าน  1-100 กิโลเฮิรตซ์ เพื่อใช้สำหรับผสมกับสัญญาณที่ต้องการ สำหรับจำลองการวัดสัญญาณในสัญญาณรบกวนที่มีขนาดใหญ่กว่าสัญญาณที่ทำการวัด โดยเลือกใช้ซีเนอร์ไดโอดขนาด เบอร์ 1N4742A ไบแอสด้วยไฟเลี้ยง 18 โวลต์ ผ่านตัวต้านทาน 1 เมกกะโอห์ม ซึ่งได้สัญญาณรบกวนขนาดโดยประมาณ 60 มิลลิโวลต์ RMS (เป็นค่าเฉลี่ยตลอดช่วงสัญญาณ)

ในรูปที่ 1 แสดงส่วนกำเนิดสัญญาณรบกวนที่ประกอบด้วยซีเนอร์ไดโอดโดยไบอัสกลับผ่านตัวต้านทานขนาด 1 เมกกะโอห์ม ด้วยไฟเลี้ยงขนาด 18 โวลต์ ซึ่งได้จากแหล่งจ่ายไฟ +9/-9 โวลต์ จากนั้นใช้ออปแอมป์เบอร์ OP07 ขนาดสัญญาณขึ้นด้วยกำลังขยาย 10 เท่า ซึ่งจะทำให้ได้สัญญาณรบกวนดังแสดงในรูปที่ 2

                          รูปที่ 1 แสดงวงจรกำเนิด/รวมสัญญาณรบกวนที่สร้างขึ้น

รูปที่ 2 สัญญาณรบกวนที่ได้จากเครื่องกำเนิดสัญญาณ

ส่วนวงจรผสมสัญญาณเลือกใช้ วงจรขยายรวมสัญญาณแบบไม่กลับเฟส (non-inverting summing amplifier) ที่มีกำลังขยายเท่ากับ 1 เพื่อรวมสัญญาณที่ป้อนเข้าไปกับสัญญาณรบกวนที่สร้างขึ้นมา ดังแสดงในรูปที่ 1 ซึ่งจะทำให้ได้สัญญาณที่ถูกผสมด้วยสัญญาณรบกวนที่สร้างขึ้นมีลักษณะดังแสดงในรูปที่ 3 ด้านล่าง

รูปที่ 3 ด้านบน-สัญญาณรูปไซน์ ด้านล่าง-สัญญาณรูปไซน์ที่ถูกผสมด้วยสัญญาณรบกวน

          สำหรับวงจรที่ใช้งานจริง ได้ทำการบักกรีโดยใช้บอร์ดอเนกประสงค์ ซึ่งมีลักษณะดังแสดงในรูปที่ 4 ประกอบด้วย อินพุตที่เป็นแหล่งจ่ายไฟที่เป็น +9/0/-9 โวลต์ อินพุตที่เป็น สัญญาณที่ต้องการผสม เอาท์พุตที่เป็นสัญญาณรบกวน และเอาท์พุตที่เป็นสัญญาณผสมระหว่างสัญญาณรบกวนกับสัญญาณที่ป้อนมาทางด้านอินพุต

รูปที่ 4 วงจรที่สร้างเสร็จบนบอร์ดเอนกประสงค์

เอกสารอ้างอิง

1. White noise source flat from 1Hz to 100 kHz, Steve Hageman, Availale: August, 2015.

http://www.edn.com/design/analog/4420926/White-noise-source-flat-from-1Hz-to-100kHz. 

2. Average and Summer Circuits, Editorial team, Availale: August, 2015.

http://www.allaboutcircuits.com/textbook/semiconductors/chpt-8/averager-summer-circuits/.