Die Abbildung 1 zeigt das Blockschaltbild des White Noise Generator.
Besonders hochwertige Generatoren nutzen rein thermische Rauschquellen mit geheizten speziellen Widerständen. Die erreichbaren Signalamplituden liegen im Nano- und Mikrovoltbereich, wobei ein komplexer apparativer Aufwand notwendig ist.
Normalerweise werden die pn-Strecken von Dioden, Z-Dioden und
Transistoren als Rauschquelle verwendet. Das Signal wird danach auf die Nutzamplitude verstärkt und der Frequenzbereich ausgefiltert.
Diese Generatoren erzeugen eine Überlagerung aus thermischen gaußschen Rauschen, dem Schottky-Rauschen und dem Eigenrauschen der
Verstärkerstufen.
Generieren eines weißes Rauschen:
• Die Emitter – Basis Spannung eines NPN-Transistors in Sperrrichtung anlegen.
• Auf die genügende Spannung einstellen, um die Durchbruchspannung (Breakdown-Voltage) zu ̈uberschreiten.
• Daraus entstehende Geräusch wird verstärkt, damit die Amplitude des erzeugten Rauschens hoch genug ist um als Signal verwendet zu werden.
Allerdings hat diese Schlatung keine Ausgangskennlinie, da die Komponenten im LTSpice Programm im idealen Zustand operieren.White Noise entsteht jedoch, wenn die Transistoren im realen Zustand sind.
Der Grund ist folgendes:
In idealen Zuständen ist “Rauschen” generell nicht erwünscht und entsteht bei Unregelmäßigkeiten bzw. beim nicht funktionieren der Bauteile. Deswegen werden alle Bauteile im LTSpice im idealen fall betrachtet. Somit entsteht bei der Ausgangskennlinie kein gewünschtes Rauschen.
Aus diesem Grund konnte die Ausgangskennlinie nicht in diesem Referat gezeigt werden.
Bauteile:
Für den Schaltungsaufbau wurden folgende Bauteile verwendet:
Funktionsweise:
Generieren eines weißes Rauschen:
• Die Emitter – Basis Spannung eines NPN-Transistors in Sperrrichtung anlegen.
• Auf die genügende Spannung einstellen, um die Durchbruchspannung (Breakdown-Voltage) zu überschreiten.
• Daraus entstehende Geräusch wird verstärkt, damit die Amplitude des erzeugten Rauschens hoch genug ist um als Signal verwendet zu werden.
Die Abbildung 71 zeigt die simulierte Schaltung des weißen Rauschens.
An- und Ausschalten:
• White Noise Generator hat keinen Ein- und Ausschaltbutton. Sie funktioniert in dem der eingetroffene Signal über der Schaltung ein Rauschen generiert. An der Frontplatine sind 4
Buchsen eingebaut.
• Die 4 Buchsen sind jeweils: Signal IN/OUT , Voltage IN/OUT
• Durch diese Buchsen kann der WNG mit beliebigen Schaltungen vernetzt werden.
Simulation:
Die Abbildungen 72 und 73 zeigen das erzeugte Rauschsignal aus dem Oszilloskop.
Da diese Schaltung im Originalfall mit einer Batterie von 9V Spannung versorgt
wurde, kann man auch deutlich sehen, dass das Rauschsignal nicht unterhalb des
0V Bereichs existiert.
Um dies zu ändern wurde zur Schaltung als Extra ein OPV eingebaut um den
Intervall von 0V-4V auf -2V — 2V zu setzen.
Anschließend wurde noch ein OPV in die Schaltung mit eingebaut, um die
Amplitude um das 5-fache zu verstärken.
Das Endergebnis beträgt ein Signal, welches in einem Intervall zwischen -10V und 10V ist.
Im Simulationsprogramm LTSpice konnten wir auch nicht die Endgültige Schaltung simulieren, da die Komponenten im LTSpice Programm im idealen Zustand operieren.White Noise entsteht jedoch, wenn die Transistoren im realen Zustand sind.
Der Grund ist folgendes:
In idealen Zuständen ist “Rauschen” generell nicht erwünscht und entsteht bei Unregelmäßigkeiten bzw. beim nicht funktionieren der Bauteile. Deswegen werden alle Bauteile im LTSpice im idealen fall betrachtet. Somit entsteht bei der Ausgangskennlinie kein gewünschtes Rauschen.
Aus diesem Grund konnte die Ausgangskennlinie nicht in diesem Referat gezeigt werden.
EAGLE:
Hier sind die Eagle Dateien für den White Noise Generator eingetragen:
Platine:
Die fertiggestellte Platine für den White Noise Generator:
Auswertung:
• In dieser Schaltung wurde der White Noise Generator generiert. Im großen und
ganzen lief das Labor sehr effizient. Von den Anfangsschritten bis zum fertigstellen
der Platine ging die Arbeit im Labor recht fließend.
• Allerdings konnte die Platine an dem der White Noise Generator eingebaut wurde
bei den Tests keine genügende Effizienz zeigen.
• Der wichtigste Grund dafür ist die Zusammenarbeit mit der Splittergruppe. Wegen
der Mangel an Zeit und um mit den Platinen schnell fertig zu werden, wurde die
White Noise Generator- und Splitterschaltung auf eine einzige Platine
zusammengefügt.
• Wegen erheblichen Lötfehlern (auf der vorherigen Seite sichtbar) funktionierte der
Teil der Platine nicht an dem der White Noise Generator eingebaut war.
• In den kommenden Terminen wird hart daran gearbeitet diese Fehler zu beheben
und die Schaltung in Funktion zu bringen.