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將穩壓器作為噪音源的過濾雜訊產生器

2014年06月26日  | Vladimir Rentyuk

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雜訊產生器是極為有用的器件,可應用於測試設備和亂數產生器中。通常,設計師會將特殊齊納雜訊二極體(在極低電流的情況下)和電晶體(具有反向偏置BE結)用作噪音源。所有這一類噪音源都具有低電平雜訊電壓,需要使用額外的放大器。


穩壓器也可用作雜訊信號源。例如,低壓差穩壓器(如:LM2931-5.0)的輸出雜訊電壓為500μV(一般值:10Hz - 100kHz,COUT = 100μF),該數值比常用的雜訊二極體的雜訊電平高好幾倍。到目前為止,將LM2931-5.0作為雜訊產生器使用的電路已經公開。由於噪音信號約為0.5mV,該電路還需要使用一個額外的放大器。


本文所建議的設計介紹了穩壓器的另一種使用方式,是筆者於偶然間發現的。該電路的可行性已得到證實,但其驚人的效果還未以電腦模擬(如:使用Multisim模擬)呈現出來。所有穩壓器IC和這一類基準IC(如ADR425ARZ)均可產生該效果。我使用LM2931-5.0、L78L15ABU、SPX1117M3-L及其他穩壓器驗證了該效果,結果是LM2931-5.0產生的雜訊最大,ADR425ARZ產生的雜訊最小。


圖1所示的簡單電路可產生數百毫伏的雜訊。穩壓器為濾波器IC2供電,同時當作噪音源來運作。


圖1可產生數百毫伏雜訊的簡單電路
圖1可產生數百毫伏雜訊的簡單電路。

與上述LM2931電路截然相反,此處的噪音源為穩壓器IC1的輸入。R2的作用是將雜訊電流轉變為電壓,在R2為1.5kΩ時可產生800mV峰峰值。IC2中的主動RC四階低通濾波器會選擇理想的雜訊頻寬(約為20Hz-5kHz),並向IC1施加低負載。


R2的計算公式如下:R2 < (VIN – (Vs+VDV) – VPN) / (Iout+Iq);其中VIN為最小輸出電壓(在本例中為+12V),Vs為IC1的最大輸出電壓(5.19V),VDV 為IC1的最大壓差電壓(0.2V),Iout為IC1的最大輸出電流(IC2 LP模式下最大電源電流為2.5mA),Iq為IC1的靜態電流(最大為1mA),VPN為雜訊信號的最大估計電壓(0.6V)。根據該公式,R2 < (12 – (5.19+0.2) – 0.6) / (2.5 + 1) = 1.7kΩ。因此,需要使用電阻值為1.5kΩ的電阻器。


Q1電路可以啟動IC1。在啟動過程中,LM2931-5.0需要持續40ms的26mA初始電流。使用其他類型的穩壓器(L78Lxx,SPX1117)時則沒必要一定要使用Q1電路。該電路可與其他濾波器共同使用,也可單獨使用。在本例中,需將至少1.5mA的負荷施加到IC1上。圖2為輸出雜訊。


圖2 LM2931-5.0產生的雜訊
圖2 LM2931-5.0產生的雜訊。




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