Σχεδιασμός και υλοποίηση ενισχυτή χαμηλού θορύβου
Design and implementation of a low noise amplifier
![Thumbnail](/xmlui/bitstream/handle/11400/6178/Arachovitis_50106816.pdf.jpg?sequence=4&isAllowed=y)
Λέξεις-κλειδιά
Ενισχυτές χαμηλού θορύβου ; Ηλεκτρομαγνητικές διαταραχές ; Τελεστικοί ενισχυτές ; Εύρος ζώνης ; Εικόνα θορύβου ; Θόρυβος ; Κεραίες ; PCBΠερίληψη
Ο συγκεκριμένος στόχος της παρούσας διατριβής είναι η σχεδίαση, η ανάπτυξη και ο χαρακτηρισμός ενός δέκτη χαμηλού θορύβου ευρείας περιοχής συχνοτήτων, υψηλού κέρδους, για την ανίχνευση ηλεκτρομαγνητικών διαταραχών κατά τη διάρκεια θραύσης φυσικών και δομικών στοιχείων. Η είσοδος στο κύκλωμα που θα έχει αναπτυχθεί, θα είναι ένα σήμα πολύ χαμηλής ισχύος, το οποίο θα λαμβάνεται από την κεραία, ή το σύνολο κεραιών που θα επιλεχθούν. Ακολούθως, τα τελικά δεδομένα θα συλλεχθούν από μία κάρτα ανάγνωσης δεδομένων (PCI 2 AE) για ανάλυση, τα οποία θα έχουν προκύψει μετά τη σχεδίαση και την υλοποίηση ενός ενισχυτή χαμηλού θορύβου. Αυτή η έρευνα, αναφέρεται σε ενισχυτές και πιο συγκεκριμένα σε τελεστικούς ενισχυτές και στις λειτουργίες τους καθώς και καλύπτει τα βασικά χαρακτηριστικά των σημάτων AC, του λόγου στάσιμων κυμάτων τάσης (VSWR) και τη σημασία της προσαρμογής των αντιστάσεων εισόδου-εξόδου. Επικεντρώνεται ακόμα στο κέρδος, στο εύρος ζώνης, στην εικόνα θορύβου και στον ρόλο που παίζουν στην απόδοση του ενισχυτή, συμπεριλαμβανομένης της εικόνας θορύβου αναστροφής ενός τελεστικού ενισχυτή. Για το κομμάτι κατασκευής της διατριβής, εφαρμόστηκαν τρία πιλοτικά σχέδια, χρησιμοποιώντας καθένα διαφορετικό τελεστικό ενισχυτή για την αντιμετώπιση υφιστάμενων προκλήσεων. Η τελική επιλογή ήταν ο INA 2186, προσφέροντας πλεονεκτήματα όπως πολύ χαμηλό θόρυβο και ρυθμιζόμενο κέρδος. Η διαδικασία κατασκευής φάνηκε να είναι πολύπλοκη και προκλητική λόγω του σχεδιασμού ενισχυτή υψηλών συχνοτήτων σε σύγκριση με έναν ενισχυτή ακουστικών συχνοτήτων. Η επιτυχής σχεδίαση ενός τέτοιου ενισχυτή με χρήση τελεστικών ενισχυτών, απαιτεί προσεκτικό σχεδιασμό PCB, με την φωτοευαίσθητη πλακέτα χαλκού να αποδεικνύεται πιο αποτελεσματική. Επιπροσθέτως, ένα υψηλής ποιότητας τροφοδοτικό είναι απαραίτητο για τη βέλτιστη απόδοση του ενισχυτή και τη μείωση του θορύβου. Η θωράκιση του ενισχυτή και του PCB είναι τέλος κρίσιμη για την ελαχιστοποίηση των εξωτερικών παρεμβολών θορύβου.
Περίληψη
The specific aim of this thesis is the design, development, and characterization of a wideband, high-gain, low-noise receiver for detecting electromagnetic disturbances during the fracture of natural and structural elements. The input to the developed circuit will be a very low-power signal received from the antenna or antenna set selected. Subsequently, the final data will be collected by a PCI 2 AE System of a card data reading card for analysis, which will have been collected after the design and the implementation of a low noise amplifier. This research refers to amplifiers, and more precisely operational amplifiers and their functions, as well as covering basic characteristics of AC signals, VSWR, and the importance of impedance matching. It also focuses on gain, bandwidth, noise figure and the role they play in amplifier performance, including noise reversal in an Operational Amplifier. Three pilot designs were implemented for the construction part of the thesis, each utilizing a different operational amplifier to address existing challenges. The final choice was the HP INA 2186 operational amplifier, offering advantages such as very low noise and adjustable gain. The construction process was found to be complex and challenging due to the high-frequency amplifier design compared to an audio frequency amplifier. Successful design of a high-frequency amplifier using operational amplifiers requires meticulous PCB design, with photo-sensitive copper boards proving more effective. Additionally, a high-quality power supply is essential for optimal amplifier performance and noise reduction. Shielding the amplifier and PCB is crucial for minimizing external noise interference.