Исследование оригинального генератора шума с полосой частот 45 кГц

Внедрение: 2018 г.

В статье [1] авторы описывают простой и недорогой генератор напряжения формы шума с однородным спектром, ограниченным полосой частот 45 кГц. Выходной сигнал предлагаемого генератора исследован как теоретически, так и экспериментально с использованием модуля АЦП E20‑10.

Для получения выходного сигнала в диапазоне 45 кГц был использован коммерчески доступный MP3‑плеер (Quba, Китай) и аналоговый четырехквадрантный умножитель AD835 (Analog Devices, США) для обеспечения гетеродинного преобразования частоты. Был подготовлен аудиофайл, один стереоканал которого содержит шумоподобный сигнал в диапазоне частот 25 кГц, другой канал содержит синусоидальный сигнал гетеродина с частотой 20 кГц. Затем выходные сигналы обоих каналов были умножены аналоговым умножителем AD835, что позволило сгенерировать шумоподобный сигнал с полосой частот 45 кГц (рисунок 1). 

Рисунок 1. Схема предлагаемого генератора шума (слева) и иллюстрация к принципу гетеродинного преобразования частоты (справа).

Для измерения сигнала на выходах генератора и MP3‑плеера авторы использовали АЦП L‑Card E20‑10. Спектры сигнала были рассчитаны на основе данных во временной области с помощью процедуры FFT в пакете MatLab. Измерения АЧХ выходного сигнала предлагаемого генератора и MP3‑плеера в диапазоне до 250 кГц приведены на рисунках 2а‑2c. Для сравнения на рисунке 2d представлен спектр выходного шумоподобного напряжения, создаваемого серийно выпускаемым генератором напряжения произвольной формы АКИП-3413-3 (АКИП, Россия).

Рисунок 2. Полученные экспериментальные спектры из различных источников: а – спектр вывода шумоподобных данных MP3‑плеера; b – спектр синусоидального выхода 20 кГц, вырабатываемого MP3‑плеером; c – спектр выходного сигнала собранного шумогенератора; d – спектр выходной мощности серийно выпускаемого генератора шума АКИП‑3413‑3.

Амплитуды гармоник предлагаемого спектра на выходе генератора в диапазоне до 45 кГц на два порядка больше, чем амплитуды высших гармоник, в отличие от выходного сигнала АКИП‑3413‑3. 

Авторы отмечают, что предложенный генератор шума можно использовать для решения таких инженерных и научных задач, как создание выходного напряжения для электроимпедансной спектроскопии, генерация ультразвуковых волн для акустических и музыкальных исследований, в качестве внешнего источника шума для моделирования условий высокого шума. 

Источник:
D D Stupin et al 2018 J. Phys.: Conf. Ser. 1038 012038

Разработчик: Ступин Д.Д., Коняхин С.В. (СПбАУ РАН им. Ж.И. Алфёрова), Верлов Н.А. (СПбАУ РАН им. Ж.И. Алфёрова; ПИЯФ, Гатчина, СПб)