โครงการวิจัยนี้ ต้องการออกแบบสร้างเครื่องกำเนิดสัญญาณฟันเลื่อยความต่างศักย์สูง เพื่อขับเพียโซแทรนสดิวเซอร์ชนิด ลีด-เซอร์โคเนต-ติตาเนต (Pb(ZrXTiX-1)O3: PZT) รูปทรงกระบอกกลวง ซึ่งเป็นตัวควบคุมตำแหน่งกระจก เงาใน มาตรแทรกสอด เฟบรี-เปโรต์ โดยมีเป้าหมายให้เครื่องกำเนิดสัญญาณที่สร้างขึ้นมีราคาถูก แต่มีคุณภาพใกล้เคียงกับเครื่องที่ผลิตจากต่างประเทศ โดยเฉพาะด้านเสถียรภาพของความถี่และความเป็นเชิงเส้นของสัญญาณ ปัญหาในการวิจัยนี้จึงอยู่ที่เทคนิคในการออกแบบภาคต่างๆ ของวงจร การแก้ปัญหาการรบกวนจากภายใน ปัญหาจากสัญญาณแทรนเซียน การรักษาเสถียรภาพของความต่างศักย์และความถี่ ตลอดจนการแกว่งกวัดของสัญญาณเนื่องจากการเรโซแนนซ์ของตัวภาระที่เป็น PZT แทรนสดิวเซอร์ คำตอบที่ได้จากการวิเคราะห์และทดสอบวงจรหลายๆ แบบ คือ "เลือกใช้วงจรง่ายๆ ที่มีอุปกรณ์น้อยที่สุด" ในด้านการประยุกต์ เครื่องกำเนิดสัญญาณชนิดนี้ ยังสามารถใช้กับงานวัดวิเคราะห์สมบัติทางไฟฟ้าของอุปกรณ์ต่างๆ ได้มากมาย ไปจนถึงการใช้เป็นวงจรขับ PZT แทรนส์ดิวเซอร์ รูปร่างอื่นๆ เช่น ใช้ในการกำหนดตำแหน่งระดับนาโน (Nano-positioning)

Introduction:
High voltage ramp generator is a circuit that can generate the ramp signal. Its voltage amplitude is 100 V to 1000 V or more. It must be able to control frequency, period, rise time, duty cycle and also, D.C. offset while linearity and frequency stability are kept within acceptable limits. This instrument can be widely applied in various industries and researches, e.g., electrical cable testing, insulation testing, electrical tolerance test for some device and instruments, PZT actuator drives and controls for AFM/STEM and others nano positioning works. The Metrology and Physics of Instrumentation Research Unit (MPIR) has a plan to develop the scanning Febry-Perot Interferometer (FPI) for lab-scale applications and researches. FPI is a multiple beam interferometer. It has resolving power in the order of picometer. Basic configuration of FPI consists of two mirrors, in parallel and facing each other. When multiple wavelength beam projects into FPI, only a wavelength that resonance to a cavity length between the mirrors is able to transmit. If using a fine distance controller to move one mirror. We can select the certain wavelength to transmit through. This is a kind of spectrometer that called Optical Spectrum Analyzer (OSA).
Quality of the OSA is sensitive to wavelength. It depends on the property and the quality of the high voltage ramp signal more than 50 percent. Hence the project is proposed to develop a high voltage ramp generator for driving the cylindrical PZT transducer. One end of the transducer sticks to one of a mirror in order to control the resonance cavity. The generator circuit is designed to produce ramp signal with amplitude between 0 V to 250 V and the frequency ranging from 0.25 Hz to 100 Hz. When the signal is applied to PZT load, its amplitude must stable at the satisfactory level (i.e. with variation less than 10-6), and has no problems of modulation from resonance of PZT and include linearity response of PZT. Because FPI has a simple structure and is composed of few components, it can be used as the high a quality OSA with reasonable prize comparing to spectrometer or monochromator of the same quality level.

Methodology:

1. Circuit design: The circuit has two significant parts, the high voltage part and a linear ramp generation part. The linear ramp is generated by the timer IC 555 (1). It is operated in mono stable mode but the charging of a timing capacitor is done via a constant current source. Since, the timing capacitor voltage is is vc = q/C

Varying VRE control rise time and frequency. Ramp signal from the capacitor is very sensitive. In order to keep its linearity, a voltage follower is used for buffering before amplification by inverting amplifier. The high voltage part receives voltage of 600 V from full-wave voltage doubler circuit. High voltage regulator, HIP5600, is employed to control and regulate output voltage. It is able to adjust voltage output from 50 V to 400 V. High voltage signal driver is 2SC1507, 300 V, 15 W NPN silicon transistor. The inexpensive transistor is operated as class A potential divider direct coupling amplifier. Generally, most of class A amplifier has nonlinear response. In this case, small signal approximation shows the linear characteristics of 2SC1507 in the region of very low IC and high VCE.

2. The circuit.

3. Signal analysis method.
To analyze signal linearity and stability, Real Time FFT analyzer (Tektronix 2642A) is used (2). High voltage ramp from the generator is attenuated via 50:1 attenuator to feed to the FFT analyzer. Measurement results are compare to a transformation of ramp graph function by Mat-Lab FFT function on the same frequency, amplitude, rise time and fall time conditions (3). The signal stability of frequency and amplitude are observed by measurement of frequency and amplitude of the first 20 terms of Fourier components. The signal linearity is determined by ratio of the component amplitudes comparing to Mat-Lab results of the same math model ramp functions. Analyzing plan is designed to select some range of signal at frequency (1, 2.5, 5, 10, 20, 25) Hz and amplitude (50, 100, 200) V as samples.

Result and discussion:

After several months of finding and testing for suitable device we already build the generator test circuit (Figure 2). However, the signal (Figure 3) is better than our forecasted signal. The signal analysis instrument setup is shown in Figure 4. FFT analysis of the generated ramp at 1.000 Hz is shown in Figure 5, In this figure, first twenty Foureir-components shown its very clean signal.

           Figure 7, the FFT analysis of 1.000 Hz ramp from a well-known brand name. The small Fourier components between the odd harmonics peak show some characteristic signal that must be investigated further. However, Our test
circuit has some defects about stability of high voltage part, ut the circuit is only ฿1,200. We are going to develop the complete circuit soon.