Time Division Multiplexing and Demultiplexing

วัตถุประสงค์

1. เพื่อศึกษาหลักการมัลติเพล็กซ์ทางเวลา
2. เพื่อทดลองการส่งสัญญาณแบบ มัลติเพล็กซ์ทางเวลา 4 ช่อง
3. เพื่อศึกษาหลักการทำงานของวงจรมัลติเพล็กซ์ และดีมัลติเพล็กซ์

อุปกรณ์

1. ชุดทดลองระบบสื่อสารมัลติเพล็กซ์
2. แหล่งจ่ายไฟตรงสำหรับวงจรทดลอง
3. ออสซิลโลสโคป 20 MHz แบบ 2 เส้นสัญญาณ
4. เครื่องนับความถี่
5. สายคีบ

ทฤษฎี

          วงจรในการทดลองแบ่งเป็น สองส่วนคือภาคส่ง(Transmitter) และภาครับ (Receiver)ดังรูปที่ 2 ซึ่ง

ภาคส่งอยู่ทางซ้ายมือ

รูปที่ 2 ภาพบอร์ดที่ใช้ในการทดลอง

        สัญญาณที่ผ่านการมัลติเพล็กซ์ทางเวลาแล้วจะมีการแบ่งช่องเวลาออกเป็น 5 ช่องเวลาเพื่อเรียงสัญญาณ ดังนี้

รูปที่3สัญญาณมัลติเพล็กซ์ทางเวลาจาก TP.9

       ดังนั้นในวงจรภาคส่งจะมีวงจรที่ทา หน้าที่ต่างๆเพื่อสร้างสัญญาณตามที่ต้องการ

รูปที่ 4 วงจรภาคส่ง (ซ้าย) และ ภาครับ(ขวา)

       ด้านซ้ายมือของวงจรภาคส่งมีอินพุตขาเข้า 4 อินพุท (1,2,3,4) สามารถป้อนสัญญาณความถี่เสียงเข้าได้ โดยอินพุททั้งสี่ สามารถเลือกว่ามาจากภายในบอร์ดก็ได้โดยการควบคุมที่ดิปสวิทช์ 4 ช่อง IC#4051 (TP.9) ทำหน้าที่เป็นสวิทช์ 5 ช่องควบคุมจาก IC#7490 (TP.5,6,7) ซึ่งสัญญาณควบคุมกำหนดจากสัญญาณนาฬิกา IC555(TP.8)

       วงจรภาครับแสดง IC#MC1733 ทำหน้าที่ขยายสัญญาณที่รับมาผ่านวงจรแปลงสัญญาณแสงเป็นไฟฟ้าออกที่ TP.11 จากนั้นเข้าวงจรแยก Sync. ออกเพื่อสร้างสัญญาณนาฬิกาภาครับให้เข้าจังหวะกับสัญญาณนาฬิกาภาคส่ง โดยใช้ #565PLL ส่วน 7490 และ 4051 ทำหน้าที่เหมือนภาคส่ง

      นำแผงวงจรทดลองติดตั้งเข้ากับแหล่งจ่ายไฟตรงของชุดทดลองซึ่งจะจ่ายไฟฟ้ากระแสตรงค่า +5v

และ-10v ให้กับวงจรการเชื่อมต่อสัญญาณให้ใช้สายนำแสงต่อเชื่อมสัญญาณ

ขั้นตอนการทดลอง

1. เลือกใช้แหล่งกำเนิดสัญญาณอินพุตภายในหรือภายนอก ถ้าใช้จากภายนอกป้อนสัญญาณเข้าได้ไม่เกิน 2 Vp-p

2. เปิดสวิทซ์ให้วงจรทำงานวัดและบันทึกรูปสัญญาณเข้าทั้งสี่ช่อง

3.วัดความถี่และสัญญาณนาฬิกาที่ภาคส่งที่จุด TP8 บันทึกรูปและขนาดของสัญญาณ

4.บันทึกรูปคลื่นที่จุด TP5,TP6,TP7 ตั้งค่าฐานเวลาของเครื่องออสซิลโลสโคปให้แสดงสัญญาณอย่างน้อย 4 พัลซ์

5.ป้อนสัญญาณเข้ารูป sine wave อย่างเดียวโดยเลือกที่สวิทซ์อินพุทแล้วบันทึกสัญญาณที่ TP9

6.วัดความถี่ของสัญญาณ Sync ที่ TP9 ได้ความถี่ 87.41 KHz

7.เปรียบเทียบขนาดของสัญญาณ Vin ที่เข้าไปที่ภาครวมสัญญาณและขนาดของ Vin ที่ปรากฏที่ TP9ว่ามีขนาดเหมือนกันอย่างไร มีแรงดันสูญเสียใน multiplexer switch เท่าไหร่

8.บันทึกรูปคลื่นของสัญญาณที่ตกคร่อมความต้านทาน 10 Ohms (TP4) ว่าเป็นอย่างไร

9.วัดและบันทึกรูปกระแสพัลซ์ที่เข้า Infrared transmitter ว่ามีรูปร่างอย่างไร

10.ขนาดของสัญญาณที่จุด TP11เปลี่ยนแปลงอย่างไร หลังการปรับที่ Gain adj.

11. บันทึกความถี่สัญญาณนาฬิกาที่ภาค PLL ของวงจรภาครับสร้างขึ้นมามีค่าเท่าไหร่? และความแตกต่างกับสัญญาณนาฬิกาที่ภาคส่งอย่างไร? 

12.ปรับ R16 ที่ภาค PLL เพื่อดูผลว่าวงจรสามารถที่จะสร้างสัญญาณนาฬิกาต่างจากสัญญาณ Sync ได้ในช่วงใดบ้าง เมื่อปรับค่า R16 ไม่ถูกต้องสัญญาณที่ส่งมาจะไม่สามารถออกไปที่เอ้าท์พุทได้ และอาจมีเสียงน้อยซ์จากการที่สัญญาณนาฬิกาไม่ถูกต้อง

13.ทดลองหาค่าความกว้างของแถบความถี่ที่ช่องที่ 1 โดยการใช้เครื่องกหนดสัญญาณออดิโอจากภายนอกป้อนสัญญาณเข้ารูป Sine ขนาดไม่เกิน 2 Vp-p แล้วปรับค่าความถี่ไปเรื่อยๆเพื่อบันทึกช่วงผ่านความถี่ภายใน 3 dB

14.วัดสัญญาณขาออกที่จุดเอ้าท์พุทของสัญญาณที่ 1 ทดลองปรับ R16 และดูว่าถ้าสัญญาณนาฬิกาทางภาครับไม่ตรงกับทางภาคส่งแล้วจะเกิดอะไรขึ้น

***หมายเหตุ*** : การทดลองที่ 9,10,13 ไม่ทำ

ผลการทดลอง

1. เลือกใช้แหล่งกำเนิดสัญญาณอินพุตวัดและบันทึกรูปสัญญาณเข้าทั้งสี่ช่อง

CH.1

CH.2

CH.3

CH.4

3. วัดความถี่และสัญญาณนาฬิกาที่ภาคส่งที่จุด TP8 บันทึกรูปและขนาดของสัญญาณ

        Volts/Div = 2 Volts/Div

        Times/Div = 1 us/Div

        Frequency = 438.6 kHz

4. บันทึกรูปคลื่นที่จุด TP5,TP6,TP7 ตั้งค่าฐานเวลาของเครื่องออสซิโลสโคปให้แสดงสัญญาณอย่าง

น้อย 4 พัลซ์

TP.5

TP.6

TP.7

5. ป้อนสัญญาณเข้ารูป sine อย่างเดียวโดยเลือกที่สวิทซ์อินพุท แล้วบันทึกสัญญาณที่จุดออก TP9

6. วัดความถี่ของสัญญาณ Sync ที่ TP9 ว่าเป็นเท่าไหร่ ในหน่วย KHz

ตอบ  87.41 kHz

7. เปรียบเทียบขนาดของสัญญาณ Vinที่เข้าไปที่ภาครวมสัญญาณ และขนาดของ Vin ที่ปรากฏที่TP9 ว่ามีขนาดเหมือนกันอย่างไร มีแรงดันสูญเสียใน multiplexer switch เท่าไหร่

i/p voltage = 938 mV

o/p voltage = 200 mV

      มีแรงดันสูญเสียใน multiplexer switch 0.7-0.5 = 0.2 V

8. บันทึกรูปคลื่นของสัญญาณที่ตกคร่อมความต้านทาน 10 Ohms (TP4) ว่าเป็นอย่างไร

11. บันทึกความถี่สัญญาณนาฬิกาที่ภาค PLL ของวงจรภาครับ และ ภาคส่ง มีค่าเท่ากัน

  

มีการเลื่อนเฟสเล็กน้อย จะเลื่อนมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับการปรับ CLOCK ADJ.

12. เมื่อปรับค่า R16 ไม่ถูกต้องสัญญาณที่ส่งมาจะไม่สามารถออกไปที่เอ้าท์พุทได้ และอาจมีเสียงบีท

จากการที่สัญญาณนาฬิกาไม่ถูกต้อง ถ้าในกรณีที่สัญญาณถูกต้อง  จะไม่มีเสียง

14. ถ้าสัญญาณนาฬิกาทางภาครับไม่ตรงกับทางภาคส่ง รูปสัญญาณขาออกจะไม่เป็นรูป sine และ มี

เสียงความสูง-ต่ำ

วิจารณ์ผลการทดลอง

  จากการทดลองรูปสัญญาณ หรือเฟสของสัญญาณอาจคลาดเคลื่อนไปเล็กน้อย และสัญญาณไม่เรียบ ซึ่งอาจเกิดจากการมีสัญญาณรบกวนเกิดขึ้น โดยอาจเกิดจากภายนอก หรือในภาคอุปกรณ์เอง และอาจเกิดจากขั้นตอนการทดลอง เพราะในบางขั้นตอนไม่สามารถหาผลการทดลองได้เนื่องจากความสามารถที่จำกัดของอุปกรณ์ ทำให้ดูภาพสัญญาณได้ยาก

สรุปผลการทดลอง

 จากการทดลอง Timer Division Multiplexing and Demultiplexing วงจรภาคส่งจะใช้ ic ที่ชื่อว่า ic555 ซึ่งทำหน้าที่สร้างสัญญาณนาฬิกาเพื่อที่จะส่งไปที่ DM7490 ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวนับสัญญาณนาฬิกา(หาร 1, 2 และ 4) เพื่อใช้เป็นสัญญาณ control ของ MC14051 นอกจากสัญญาณนาฬิกาจาก ic555 ยังถูกนำไปกลับเฟส เพื่อใช้เป็นสัญญาณ inhibit ใน 4051 ด้วย เมื่อป้อน input เข้าไปในวงจร 4051 และทำการ multiplex สัญญาณออกมาที่ขา 3 (x) เป็นสัญญาณ Timer Slot ที่มี 4 ช่องสัญญาณ 

       เมื่อต่อสาย coaxial มาสู่ภาครับ วงจรภาครับจะส่งสัญญาณที่ได้รับเข้าที่ขา 3 (x) ของ 4051 ของภาครับ แล้ว demultiplex สัญญาณออกมาที่ output โดยสัญญาณ control ที่ได้มาจะใช้หลักการเดียวกับภาคส่ง แต่สัญญาณนาฬิกาจะได้มาจาก PLL เพื่อให้สัญญาณที่ออกมามีการ synchronize กับสัญญาณที่รับมา 

L - network

วัตถุประสงค์ :

 1. เพื่อให้เข้าใจหลักการ การถ่ายทอดกำลังสูงสุด
2. เพื่อทดลองวงจรแมทชิ่งแบบ L
3. เพื่อให้คุ้นเคยกับการใช้เครื่องวิเคราะห์เน็ทเวิร์คแบบเวกเตอร์ (VNA)

ทฤษฎี :

ในการถ่ายทอดกำลังให้ได้สูงสุด อิมพีแดนซ์ด้าน source และ loadต้องมีคอนจูเกตเท่ากัน ส่วนใหญ่นิยมใช้ Lnetwork ประกอบด้วยอุปกรณ์รีแอกตีฟสองตัว ซึ่งสามารถแมทช์กันได้ รูปที่ 1 แสดง เน็ทเวิร์ค L แบบสองชิ้น ซึ่งจะแมทช์ RS เข้ากับ RL ซึ่ง RL< RS เราใช้รีแอกเตอร์ XP ขนานกับความต้านทานที่มีค่ามากกว่า พิจารณาตัวอย่างที่กำหนดRS = 1000 Ω และ RL = 50 Ω อิมพีแดนซ์ด้านซ้าย เท่ากับ

เลือก XP เพื่อให้ Zleft เป็น 50 Ω คือเท่ากับ ค่าความต้านทานโหลด โดยใช้สมการ (1)คำนวณได้ XP^2 = 52441 ดังนั้น เราสามารถเลือก XP = 229 (L) หรือ XP = -229 ( C) เราสามารถหักล้าง Xleft โดยการใส่ตัวรีแอกเตอร์อนุกรม XS ที่ค่าเท่ากับ -Xleft. ความสัมพันธ์ของ XL XC Rsource R load จะเป็นดังนี้

รูปที่ 2 แสดงวงจร แมทชิ่งที่ได้ เมื่อ XP เป็น L(a) และเมื่อ XP เป็น C(b)สุดท้ายเป็นการหาค่า L และ C ที่ทำให้ได้ ค่ารีแอกแตนซ์ ตามที่คำนวณที่ความถี่ที่ต้องการวงจรในรูปที่ 2(b), ωL = 218 สมมุติว่าความถี่ที่ออกแบบ 1.5 MHz จะคำนวณได้ L = 23.1 μH และ C = 462 pF สังเกตุว่าค่าของ รีแอกเตอร์ทั้งสอง นี้ สามารถหาได้จากค่าความต้านทาน source และ load เว้นแต่ในกรณีที่ต้องการกำหนดว่าอุปกรณ์ตัวไหนเป็น L และตัวไหนเป็น C ในวงจรแมทชิ่งแบบสองชิ้นนี้ไม่มีตัวแปรอิสระ การแมทช์มีผลสูงสุดที่ความถี่ที่ออกแบบการตอบสนองความถี่สำหรับวงจรทั้งสองในรูปที่ 2 การตอบสนองแบบโลวพาส ( 2a) และไฮพาส( 2b)

หากต้องการแมทช์ ความต้านทาน source Rs เข้ากับความต้านทาน load RL เราอาจทำเน็ทเวิร์คไฮพาสหรือโลวพาสซึ่งมีความสามารถเท่าเทียมกัน ตอบสนองสนองความถี่ช่วงแมทช์ คล้ายกัน แต่ที่ความถี่ห่างออกมาปรากฏเป็นไฮพาส หรือ โลวพาส ตามลักษณะวงจร

ขั้นตอนการแมทชิ่งด้วยอุกรณ์รีแอกตีฟสองตัว ทาได้ดังนี้

1) เพิ่มตัวรีแอกตีฟอนุกรมหนึ่งตัว ติดกับ RSMALLER และอีกหนึ่งตัวติดกับ RLARGER ตัวที่วางอนุกรมอาจเป็นตัว L หรือ Cส่วนตัวที่วางขนาน จะให้เป็นชนิดตรงข้าม ถ้าตัวที่ต่ออนุกรมเป็น L จะได้การตอบสนองแบบโลวพาส และเมื่อตัวที่ต่ออนุกรมเป็นตัว C จะได้ลักษณะการตอบสนองแบบ ไฮพาส
· กรณีใช้แบบโลวพาสกับวงจรขยาย BJT ซึ่งปกติจะมีอัตราขยายมากกว่าที่ความถี่ต่ำอาจพบปัญหาเสถียรภาพที่ความถี่ต่ำกรณีนี้เราอาจจะใช้วงจร LC ด้านหน้าเป็น ไฮพาส (seriesC, shunt L) เพื่อช่วยเสถียรภาพ
· ทางด้านเอ้าท์พุท ถ้าต้องการลดความถี่ฮาร์โมนิกส์ จะต่อเป็นวงจรแมทชิ่งแบบโลวพาส

2) ต่อตัวรีแอกตีฟอนุกรมกับ RSMALLER แล้วต่อตัวรีแอกตีฟขนานกับ RLARGER เพื่อสร้างเป็นเน็ทเวิร์คย่อยสองชุด ชุดหนึ่งเป็นอินดัคตีฟ ส่วนอีกชุดหนึ่งเป็นคาปาซิตีฟ (ตัวหนึ่งต่ออนุกรมอีกตัวต่อขนานและทั้งสองต้องแสดงเป็นอิมพีแดนซ์เชิงซ้อนแบบคู่ตรงข้ามซึ่งกันและกัน ที่ความถี่ที่ออกแบบไว้ ดังนั้นค่าแฟกเตอร์ Q ของเน็ทเวิร์คย่อยทั้งสองจะต้องเท่ากันที่ความถี่ที่แมทช์ )

3) การที่เราทราบค่า Q เราสามารถที่จะหาค่าตัวรีแอกตีฟที่ต่ออนุกรม และขนาน จากนั้นสามารถหาค่าตัว
เหนี่ยวนำ และตัวเก็บประจุที่ต้องใช้ในเน็ทเวิร์ค จากสมการต่อไปนี้ :

ตัวอย่าง

ต้องการแมทช์ความต้านทาน source 5 Ω เข้ากับความต้านทาน load  50 Ω ที่ความถี่ 850MHz เราสามารถเพิ่มตัวเหนี่ยวนำ อนุกรมกับ RSMALLER (5 Ω) และต่อขนานตัวเก็บประจุ กับ RLARGER (50 Ω) สามารถคำนวณ ค่าแฟกเตอร์ Q ของ เน็ทเวิร์คย่อย ที่ต้องการ ได้ดังนี้ :

. เน็ทเวิร์ค LC สามารถแมทช์ ปลายทั้งสองด้าน โดยที่มีคุณลักษณะการตอบสนองไม่สมมาตรในช่วงความถี่ที่ต่ำกว่า และสูงกว่า ความถี่ที่แมทช์ โดยที่มีการสูญเสียน้อยมากที่ความถี่ที่แมทช์
· การสูญเสียในช่วงความถี่ที่ต่ำกว่าความถี่ที่แมทช์ เกิดขึ้น เนื่องจากการไม่แมทช์ ระหว่างวงจรทั้งสองด้านโดย เกิดการสูญเสีย Mismatch Loss [dB] = 10*LOG (1 – Γ 2 )
· การสูญเสีย ในช่วงความถี่สูงกว่าความถี่แมทช์เป็นผลของการตอบสนองแบบโรลออฟ (12dB/octave )
· การตอบสนองของ เน็ทเวิร์ค L-C แสดงความไม่สมมาตรเฉพาะช่วงใกล้ ความถี่แมทช์

อุปกรณ์ที่ใช้ในการทดลอง

1. Vector Network Analyzer 3 GHz 50 Ohms

2. 50 Ohms ,N type or BNC cables

3. L network ที่ต้องการทดสอบ

การทดลอง

1. ออกแบบเน็ทเวิร์คแมทชิ่ง แบบ L ที่ ตอบสนองแบบโลวพาส เพื่อแมทช์ซอร์สอิมพีแดนซ์ 50 +j0Ohms เข้ากับโหลด 750 โอห์ม และคำนวณ XL XC ที่ความถี่ 26 MHz

2. สร้างวงจรโดยใช้ ค่าอุปกรณ์ที่คำนวณได้ โดยใช้ขดลวดแกนอากาศ

3. ต่อวงจรนี้ เข้าที่ ขั้ว N female port 1 ของเครื่องวิเคราะห์เน็ทเวิร์ค ( VNA) เพื่อวัด S11

4. กำหนดความถี่กลาง(Center freq)ช่วงกว้างของความถี่ที่แสดง( Span)และสเกลให้เหมาะสม

5. ทำการวัดในรูปแบบ( format ) Log Mag, SWR และ Smith chart ( R+jX)

6. อาจมีการปรับค่าของอุปกรณ์ในวงจรบ้าง

7. บันทึกผลการทดลองโดยแสดงการพล๊อต ทั้งสามรูปแบบ ในช่วงความถี่เท่ากัน

8. แสดงการคำนวณเปรียบเทียบค่าใน format ทั้งสามว่า สอดคล้องกัน

9. เปรียบเทียบผลการทดลองกับการคำนวณ

ผลการทดลอง

 Zin = 300x jx2πx F x 6.58 e.^(-12) / (300 + jx2πx F x 6.58 e.^(-12) )=7.44x10^-9

II=(Zin-Rs) / (Zin+Rs)

  = -0.9999999999

กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่าม ความถี่(MHz) กับ ปริมาณการสะท้อน (dB)

Smith Chart

วิจารณ์ผลการทดลอง

    ในการทดลองเราต้องกำหนดความถี่ และ ค่า R ภายใน L-network ให้แน่นอน  เพื่อแมทช์อิมพิแดนซ์ ของภาครับและภาคส่ง ให้เท่ากัน โดยคำนวณ Q factor และนำค่า Q factor มาแทนหาค่าอิมพิแดนซ์ของ  L และ C จากนั้นจึงเลือกอุปกรณ์ตามค่าที่ได้คำนวณให้เหมาะสมกับวงจร นั้นคือ อิมพิแดนซ์ของแหล่งจ่าย จะเท่ากัน(ในทางทฤษฎี) หรือ ใกล้เคียง(ในทางปฎิบัติ) กับ อิมพิแดนซ์ของภาครับ จากนั้นนำค่าที่ได้มาพล็อตกราฟ  Log mag และ smith chart ทำให้ทราบว่าที่ความถี่ 180 MHz จะมีค่าปริมาณการสะท้อนน้อยที่สุด

สรุปผลการทดลอง

       จากผลการทดลองเรื่อง L-matching network ทำให้เราทราบว่าเราต้องกำหนด อิมพิแดนซ์ทั้งสองฝั่ง คือ ภาครับ และภาคส่ง ให้มีค่าเท่ากัน จากกราฟ LOG MAG ที่ได้จากการทดลอง พบว่า ที่ความถี่ 180 MHz จะทำให้ค่าปริมาณการสะท้อนน้อยมาก ซึ่งสามารถวิเคราะห์ได้ว่า อิมพิแดนซ์ทั้งสองฝั่ง มีค่าใกล้เคียงมากที่สุด ซึ่งทำให้วงจรทางภาครับ ได้รับกำลังได้สูงสุด เมื่อภาคส่งส่งมา

คำถาม

1. ประโยชน์ของการใช้ L matching

ตอบ  จะใช้ในการถ่ายทอดกำลังสูงสุดโดย Rsource กับ Rload ต้องมีคอนจูเกตกัน โดยมีอุปกรณ์รีแอกตีฟสองตัวที่แมทช์กัน โดยใช้รีแอกเตอร์ขนานกับความต้านทานที่มีค่ามากกว่า ถ้าอิมพีแดนซ์สองด้านไม่เท่ากันจะเกิดการสะท้อนขึ้น

2. เขียนวิธีการใช้เครื่องมือชนิดอื่น นอกเหนือไปจาก VNA เพื่อทำการวัดเช่นเดียวกันนี้

ตอบ สามารถวัดค่าอิมพิแดนซ์ได้โดยใช้ antenna analyzer โดยที่ตั้งค่าพื้นฐานไว้แล้วใช้ long wire เชื่อมต่อ L-network กับ antenna anlyzer แล้วจูนค่า Vc จนค่าตกลงมาที่ 0
      

Microwave

วัตถุประสงค์

1. เพื่อศึกษาการทำงานของอุปกรณ์ในย่านความถี่ X (8 – 12.4 GHz)
2. เพื่อศึกษาเรื่องการสะท้อน และ VSWR
3. เพื่อศึกษาเรื่องความยาวคลื่นในท่อนำคลื่น

อุปกรณ์การทดลอง

1. ชุดทดลองไมโครเวฟ ED-3000
2. เครื่องวิเคราะห์แถบความถี่ 10 GHz
3. Digital voltmeter
4. Digital Ammeter
5. สายต่อที่จำเป็น

เกี่ยวกับชุดทดลอง ED-3000

ชุดทดลองนี้ทำงานในย่านความถี่ระหว่าง 8.5GHz~12.4GHz (X-Band) และ ตัวกำเนิดคลื่นสามารถให้กำลัง 15mW (Approx.) โดยใช้ท่อนำคลื่นหน้าตัดสี่เหลื่ยมผืนผ้า ขนาดมาตรฐาน WR-90 ( 0.9 ” x 0.4”,กว้าง x สูง ) มีอุปกรณ์ต่างๆสำหรับทดลองในย่านความถี่นี้ ดังนี้

การติดตั้งอุปกรณ์

ขั้นตอนการทดลอง: การทดลองนี้จะมีหัวข้อการทดลองจำนวน 5 เรื่อง ซึ่งประกอบไปด้วย

1. การวัด คุณลักษณะของ กัน ไดโอด ( Gunn diode I-V characteristic)

รูปที่ 1 การต่ออุปกรณ์สำหรับทดลอง

  1.1 ต่ออุปกรณ์ดังรูปที่ 1

  1.2 ป้อนแรงดันเริ่มต้นที่ 2.5 v บันทึกค่ากระแสไหลลงในตารางที่ 1

  1.3 เพิ่มค่าแรงดัน ครั้งละ 0.5 v จดค่ากระแส ทา แบบนี้ อีกจน แรงดันถึงค่า 8.0 โวลท์

  1.4 นำค่าจากตารางมา พล๊อตกราฟ V-I characteristic of GUNN diode

        ผลการทดลองที่ได้แสดงช่วง การตอบสนองแบบ negative resistance

รูปที่ 2 ลักษณะการตอบสนองแบบ negative resistance

2. การวัดการเปลี่ยนแปลงของความถี่และกำลังที่ออกจาก กันออสซิเลเตอร์ เมื่อเปลี่ยนค่าแรงดัน

รูปที่ 3 การต่ออุปกรณ์สำหรับการทดลองวัดความเปลี่ยนแปลงของ Gunn oscillator O/P

  2.1 ต่ออุปกรณ์ดังรูปที่ 3

  2.2  ป้อนแรงดันค่าต่ำสุดที่ทำให้ กันออสซิเลเตอร์ทำงาน โดยสังเกตุจากเครื่องวิเคราะห์แถบความถี่

  2.3 เพิ่มค่าแรงดัน ครั้งละ 0.5 v จดค่าความถี่ที่อ่านได้จาก เครื่องวิเคราะห์แถบความถี่ทำแบบนี้อีกจน  แรงดันถึง 8.0 โวลท์ บันทึกลงตารางที่ 2

  2.4 นำค่าจากตารางมา พล๊อต Supply voltage VS. Frequency

  2.5 นำค่าจากตารางมา พล๊อต Supply voltage VS. o/p power level

3. การวัดความถี่ (frequency measurement)

รูปที่ 4 การต่ออุปกรณ์สา หรับการวัดความถี่ และ ความยาวคลื่น

ต่ออุปกรณ์ ดังรูปที่ 4 ในการทดลองนี้ เราจะใช้ออสซิโลสโคป แทน เครื่อง SWR indicator

  

  3.1 ค่อยๆหมุนกระบอกของเครื่องวัดความถี่ช้าๆจนกระทั่งสังเกตเห็นการลดลงของขนาดสัญญาณไมโครเวฟ ดูได้จาก ออสซิโลสโคป

  3.2 สามารถอ่านความถี่ได้จาก สเกลที่ปรับเทียบไว้

  3.3 การทำงานของเครื่องใช้หลักการของ resonant cavity

4. การวัดความยาวคลื่น (Wavelength measurement)

  4.1 ตั้ง แผ่นสะท้อนคลื่น ปิดที่ปลายท่อ จากนั้น ค่อยๆเลื่อนแผ่นออกมาโดยให้แผ่นสะท้อนหันหาปลายท่อตลอดเวลา ขณะที่มีแผ่นสะท้อนคลื่นที่ปลาย จะมีคลื่นนิ่ง ในท่อนำคลื่น

  4.2 ขณะที่เราเคลื่อนแผ่นสะท้อนให้หาตำแหน่งที่มีค่าแรงดันคลื่นต่ำสุด(แรงดันนี้เป็นค่าลบกระแสตรง) สองตำแหน่งที่ใกล้กันซึ่งแรงดันในท่อนำคลื่นสามารถตรวจจับได้ด้วย ดีเทคเตอร์ที่ติดไว้ที่ โพรบของสลอตลายน์ ต่อกับออสซิโลสโคป DC coupling

  4.3 ระยะของสองตำแหน่งค่าแรงดันต่ำสุดที่อยู่ชิดกันนี้ เท่ากับ ครึ่งหนึ่งของค่าความยาวคลื่นคำนวณค่าความยาวคลื่นแล้วบันทึกค่าที่ได้ลงในตารางที่ 3-1

5. การวัดความยาวคลื่นในท่อนาคลื่น (Guided wavelength measurement )

  ทำการทดลองแบบ เดียวกับการทดลองที่ 4 แต่ใช้แผ่นปิดปลายท่อ แทน แผ่นสะท้อนคลื่น บันทึก

  ผลลงในตารางที่ 3-1

  บันทึกผลการทดลอง

ผลการทดลองที่ 1 : การวัด คุณลักษณะของ กัน ไดโอด ( Gunn diode I-V characteristic)

ตารางเปรียบเทียบระหว่าง Voltage VS. Current

V(Volt)	2.5	3	3.5	4	4.5	5	5.5	6	6.5	7	7.5	8
I(mA)	211.1	230.2	237	216.5	213.5	208.6	205.2	193.4	191.3	189.5	187.9	186.5

กราฟ V-I characteristic of GUNN diode

ผลการทดลองที่ 2 : การวัดการเปลี่ยนแปลงของความถี่และกำลังที่ออกจาก กันออสซิเลเตอร์ 

เมื่อเปลี่ยนค่าแรงดัน

ตารางเปรียบเทียบระหว่าง Supply voltage VS. Frequency

Supply Voltage (V)	3.5	4	4.5	5	5.5	6	6.5	7	7.5	8
Frequency (MHz)	10.636	11.031	11.011	10.986	10.989	10.977	10.981	10.985	10.989	10.992

กราฟ  Supply voltage VS. Frequency

ตารางเปรียบเทียบระหว่าง Supply voltage VS. o/p power level

Supply Voltage (V)	3.5	4	4.5	5	5.5	6	6.5	7	7.5	8
o/p power (dBm)	-44.77	-42.65	-29.32	-14.08	-11.3	2.59	3.16	3.74	4.08	4.31

กราฟ Supply voltage VS. o/p power level

ผลการทดลองที่ 3 : การวัดความถี่ (frequency measurement)

ที่ความถี่ 10.985 GHz เมื่อทำการปรับ Frequency Meter จนกระทั่งสังเกตเห็นการลดลงของขนาด

สัญญาณไมโครเวฟ ซึ่งสามารถวัดได้เท่ากับ -4.84 dBm 

ผลการทดลองที่ 4-5 : การวัดความยาวคลื่น

ตารางที่ 3-1

Frequency (GHz)	10.986	11.277	10.803
λ(mm)	7.5	5	7
λg (mm)	17.5	7.5	9

วิจารณ์ผลการทดลอง

    จากการทดลองสามารถหาค่าความถี่ของสัญญาณไมโครเวฟ ความยาวคลื่นในท่อปลายปิด และปลายเปิด นอกจากนี้ทำให้ทราบถึงการวัดค่าคุณลักษณะของ Gun diode และการเปลี่ยนความถี่เมื่อเปลี่ยนแปลงแรงดัน หลังจากการทดลอง ผู้ทำการทดลองพบว่า กราฟคุณลักษณะของ Gun diode และการเปลี่ยนความถี่เมื่อเปลี่ยนแปลงแรงดัน นั้นมีความคลาดเคลื่อนจากความเป็นจริงซึ่งเป็นผลมาจาก scale การวัดมีความละเอียดน้อย และช่วงการวัดแคบซึ่งทำให้ไม่เห็นภาพรวมของกราฟทั้งหมด และในส่วนของความยาวคลื่นเนื่องจากอุปกรณ์ที่ใช้วัดมีความละเอียดที่น้อยทำให้ผู้ทำการทดลองต้องประมาณค่าขณะที่วัด  ซึ่งส่งผลให้เกิดความคลาดเคลื่อนขึ้น ดังนั้นผู้ทดลองจึงต้องทำการทดลองหลายครั้ง และนำผลการทดลองที่ได้มาเฉลี่ยเพื่อให้ใกล้ค่าความเป็นจริงมากที่สุด 

สรุปผลการทดลอง

   ในการทดลองเราได้ทำการศึกษาการทำงานของชุดทดลองไมโครเวฟ ED-3000 ซึ่งเราได้รู้ถึงหน้าที่ของอุปกรณ์ต่างๆ ที่ได้ทำการทดลองดังนี้
1. Gun oscillator เป็น ตัวกำเนิดคลื่น microwave
2. Attenuator เป็นตัวลดทอนสัญญาณ ตั้งแต่ 0- (-20) dB
3. Frequency meter เป็นตัวอ่านค่าความถี่
4. Slotted line เป็นตัววัดสัญญาณคลื่นที่จุดต่างๆ ตามความยาวท่อ
   ในการทดลอง เมื่อ Gun oscillator กำเนิดคลื่นไมโครเวฟออกมา ผ่าน Attenuator เมื่อเราทำการหมุนที่ Attenuator จะสังเกตเห็นว่า สัญญาณไมโครเวฟถูกลดทอนลง และได้ความถี่ 10.985 GHz
   ในส่วนการวัดความยาวในท่อนำคลื่น เราสามารถหาความยาวคลื่นได้โดยนำแผ่นสะท้อนคลื่น วางที่ปลายท่อ  หลังจากนั้น ค่อยๆ เลื่อนแผ่นสะท้อนออก และสังเกตที่ oscilloscope ดูการเปลี่ยนแปลงของกราฟโดย กราฟจะเลื่อนลง ต่ำสุด-สูงสุด 2 ครั้ง  เหมือนกับว่า เคลื่อนที่ได้ ครึ่งลูกคลื่น  โดยเราจะทำซ้ำ เพื่อหาค่าเฉลี่ย  จากนั้น คูณ 2 จะได้ความยาวคลื่น 1 ลูกคลื่น