การออกแบบและสร้างเครื่องขยายสัญญาณแบบล็อกอินต้นทุนต่ำสำหรับการทดลองทางฟิสิกส์ในห้องปฏิบัติการระดับปริญญาตรี
คำสำคัญ:
วงจรขยายสัญญาณแบบล็อกอิน, ตรวจจับเฟส, วงจรกรองความถี่ต่ำผ่านแบบแอคทีฟอันดับ 4, วงจรเลื่อนเฟส, ความถี่สั่นพ้องวงจร RLC, ห้องปฏิบัติการระดับปริญญาตรีบทคัดย่อ
งานวิจัยนี้นำเสนอการออกแบบและสร้างเครื่องขยายสัญญาณแบบล็อกอินชนิดเฟสคู่ (Dual-Phase Lock-in Amplifier) ที่มีโครงสร้างเรียบง่ายและต้นทุนต่ำ เหมาะสำหรับห้องปฏิบัติการฟิสิกส์ระดับปริญญาตรี วงจรหลักประกอบด้วยวงจรขยายสัญญาณขั้นต้น วงจรเลื่อนเฟส และวงจรกรองความถี่ต่ำผ่านแบบแอคทีฟลำดับที่สี่ โดยใช้ไอซี AD630 เป็นองค์ประกอบสำคัญของวงจรตรวจจับเฟส ระบบควบคุมใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ Arduino UNO รุ่น R3 และจอ LCD การประเมินประสิทธิภาพของเครื่องมือทำโดยการวัดความถี่สั่นพ้องของวงจรอนุกรม RLC ด้วยตัวต้านทานสองค่า (30 Ω และ 100 Ω) ผลการทดลองแสดงความแม่นยำและประสิทธิภาพของวงจรที่พัฒนาขึ้น โดยความถี่ที่วัดได้มีความคลาดเคลื่อนจากค่าทฤษฎีน้อยกว่าร้อยละ 2 และค่ามุมเฟสคลาดเคลื่อนเพียงร้อยละ 0.02 เครื่องมือนี้เหมาะสำหรับการวิจัยที่ต้องการวัดสัญญาณขนาดเล็ก อีกทั้งยังสามารถใช้เป็นสื่อการสอนในห้องปฏิบัติการฟิสิกส์ระดับมหาวิทยาลัย และสามารถประยุกต์ใช้ในงานอุตสาหกรรมที่ต้องการวัดสัญญาณรบกวนต่ำ ด้วยต้นทุนที่คุ้มค่าและโครงสร้างที่สามารถปรับปรุงได้ง่าย
เอกสารอ้างอิง
Atia, W. A., & Davis, C. C. (1997). A phase-locked shear-force microscope for distance regulation in near-field optical microscopy. Applied Physics Letters, 70(4), 405-407.
Kay, A. (2012). Operational amplifier noise: Techniques and tips for analyzing and reducing noise. Newnes.
Kestner, D., & Kostinski, A. (2025). Polarization statistics of thermal microwave radiation. Physical Review E, 111(4), 044125.
Liu, Y., & Zhang, R. (2012). AD630 Lock-In Amplifier Circuit for Weak Signal. Advanced Materials Research, 482-484, 975-980.
Lyu, Z., Dong, T., Du, Y., Chen, H., & Wang, C. (2025). All-optical polarization-filtered subwavelength imaging in microwave regime via atom-based polarization holography. Communications Physics, 8, 175.
Nikzamir, A., & Capolino, F. (2024). Exceptional-point degeneracy as a desirable operation point for an oscillator array with discrete nonlinear gain and radiative elements. Physical Review Applied, 21(2), 024037.
Park, S., & Lee, Y. J. (2015). Precision Electrical Measurement Experiment Using a Lock-in Amplifier that is Suitable for Science and Engineering Undergraduates. New Physics: Sae Mulli, 65(4), 328-332.
Rieke, G. H. (2003). Detection of light: From the ultraviolet to the submillimeter (2nd ed.). Cambridge University Press.
Roy, S. K., Singh, M., Sharma, K. K., Bhargava, C., & Singh, B. P. (2020). Mathematical modelling of simple passive RC filters using floating admittance technique. 2020 IEEE International Conference for Innovation in Technology, Bangluru, India.
Sedra, A. S., & Smith, K. C. (2015). Microelectronic circuits (7th ed.). Oxford University Press.
Sengupta, S. K., Farnham, J. M., & Whitten, J. E. (2005). A simple low-cost lock-in amplifier for the laboratory. Journal of Chemical Education, 82(9), 1399-1401.
Yan, G. (2017). Design of active low-pass filter based on multiple feedback circuit. 2017 9th International Conference on Intelligent Human-Machine Systems and Cybernetics (IHMSC), 258–261. https://doi.org/10.1109/IHMSC.2017.9
Zhong, M., Cumming, D. R. S., & Li, C. (2022). Numerical and experimental investigations of self-mixing effect of a planar Gunn diode oscillator. 2022 16th European Microwave Integrated Circuits Conference, London, United Kingdom. https://doi.org/10.23919/EuMIC50153.2022.9783700
ดาวน์โหลด
เผยแพร่แล้ว
รูปแบบการอ้างอิง
ฉบับ
ประเภทบทความ
หมวดหมู่
สัญญาอนุญาต
ลิขสิทธิ์ (c) 2025 วารสารวิชาการ ปขมท.
อนุญาตภายใต้เงื่อนไข Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
