Generátor náhodných čísel: 5 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:55

Tento článok vám ukazuje analógový generátor náhodných čísel.

Tento obvod začne generovať náhodný výstup, keď sa človek dotkne vstupného terminálu. Výstup obvodu je zosilnený, integrovaný a ďalej zosilňuje hluk od človeka, ktorý funguje ako anténa, a zhromažďuje signály elektromagnetického šumu.

Obvod ukazuje tranzistory s predpätím spätnej väzby. Budete musieť vybrať odpor so spätnou väzbou, aby napätie emitora kolektora tranzistora všetkých štyroch tranzistorov bolo predpäté na polovičné napájacie napätie.

Ak robíte tento okruh, prečítajte si prosím celý článok od začiatku do konca, než začnete s prípravou.

Zásoby

Komponenty: tranzistory na všeobecné použitie - 10, 470 uF kondenzátory - 10, odpor 1,5 kohm - 20, zmiešané odpory (100 kohm - 1 megohm) - 10, izolované vodiče, maticová doska/kus lepenky, napájanie 1,5 V - 4,5 V alebo Batéria 1,5 V AA/AAA/C alebo D, zväzok batérií 1,5 V/gumička. Všetky odpory musia mať nízky výkon.

Voliteľné komponenty: spájka, 1 mm kovový drôt, odpory 100 ohmov (1 W) - 5, puzdro, skrutky/matice/podložky, kovové konektory (na pripojenie izolovaných vodičov k skrutkám a maticiam).

Pomôcky: kliešte, odstraňovač drôtov, USB osciloskop, voltmetr.

Voliteľné nástroje: spájkovačka, multimetr.

Krok 1: Navrhnite obvod

Integrátor v mojom obvode je v podstate nízkopriepustný filtračný obvod používaný na zníženie maximálnej výstupnej frekvencie, aby sa zabránilo príliš rýchlemu kolísaniu náhodného čísla. Napätie a prúd kondenzátora majú nasledujúci vzťah:

Ic (t) = C*dVc (t)/dt

Napätie kondenzátora Cc2 sa rovná:

Vc (t) = (1/Cc)*integrálny [Ic (t)]

Ak je prúd konštantný, potom potenciálne napätie kondenzátora Cc bude pomaly rásť. V mojom obvode však časť prúdu vstupuje do rezistora Rc2a. Použitím integrátora pre tento obvod je možné usmerniť a filtrovať sínusový vstup na tranzistor Q3, čím sa vstup tranzistora Q3 prevedie na jednosmerný signál, ktorý poskytne náhodnú hodnotu, ktorá sa má zosilniť tranzistormi Q3 a Q4. Preto v mojom obvode tranzistor Q2 nie je v skutočnosti integrátorom, ale je podobný integrátoru uvedenému tu:

www.instructables.com/id/Transistor-Integrator/

Môžete nahradiť Rc2a a Cc skratom, pripojiť kolektor Q2 ku kondenzátoru Cb3 a skúsiť pripojiť veľmi malý kondenzátor cez odpor Rf2 a uvidíte, čo sa stane.

Vypočítajte minimálnu vysokofrekvenčnú filtračnú frekvenciu pre tranzistorové zosilňovače Q1, Q3 a Q4:

fhpf = 1 / (2*pi*(Rb + Rc)*Cb)

= 1 / (2*pi*(1, 500 ohmov + 1, 500 ohmov)*(470*10^-6))

= 0,11287584616 Hz

fl = 1 / (2*pi*(1, 500 ohmov + 5, 600 ohmov)*(470*10^-6))

(Rb = 5 600 ohmov v skutočnom obvode, ktorý som vyrobil)

= 0,0476940195 Hz

Výpočet nízkofrekvenčnej filtračnej frekvencie presahuje rámec tohto článku. Frekvencia dolného priepustného filtra je ovplyvnená komponentami Rc2a, Cc2, Rb3 a Cb3. Zvýšením hodnoty týchto komponentov sa zvýši časová konštanta a zníži sa frekvencia dolnopriepustného filtra.

Posledný stupeň zosilňovača vyrobený s tranzistorom Q4 je voliteľný.

Krok 2: Simulácie

Simulácie ukazujú, že tranzistory nie sú predpäté pri polovičnom napájacom napätí. Predpätie tranzistorov na polovičné napájacie napätie nie je nevyhnutné, aby tento obvod fungoval. Pri napájaní 1,5 V môžu byť všetky tranzistory predpäté na 1 V alebo 0,5 V.

Nižšie hodnoty odporu Rf znížia napätie emitora kolektora tranzistora dodávaním väčšieho predpätého prúdu DC do základne tranzistora.

Starý softvér PSpice nemá generátor náhodného šumu.

Krok 3: Vytvorte obvod

Použil som 5,6 kohmový odpor pre Rc2a namiesto 1,5 kohmového odporu, ktorý je zobrazený v obvode. Veľký rozdiel by nemal byť. Môj obvod však mal vyšší zisk a maximálnu dolnú priepustnú frekvenciu filtra (tranzistor Q2 je tiež dolnopriepustný filter). Môj obvod tiež potreboval vyšší odpor Rf2 na zvýšenie napätia predpätého emitora kolektora. Znížením predpätého prúdu kolektora tranzistora však môže Ic znížiť aj zosilnenie prúdu tranzistora.

Na Rb1, Rb2, Rb3 a Rb4 som použil 5,6 kohmové odpory. Veľký rozdiel by nemal byť. Môj obvod mal nižší zisk.

Rf2 môže byť implementovaný s dvoma odpormi 270 ohmov. Všetky tranzistory však majú odlišný prúdový zisk, ktorý sa môže pohybovať od približne 100 do 500. Preto potrebujete nájsť správny spätnoväzobný odpor. Preto som v sekcii súčiastok zadal balík zmiešaných odporov. Pre tento zosilňovač môžete tiež použiť tranzistorové obvody so stabilizovaným alebo predpätím.

Obvod môže začať oscilovať. Môžete skúsiť použiť filtre napájania uvedené v tomto článku:

www.instructables.com/id/Transistor-VHF-Amplifier/

(Preto som špecifikoval vysokovýkonné odpory 100 ohmov)

Krok 4: Upratovanie

Vidíte, že som pri vytváraní obvodu takmer nepoužil spájkovačku.

Na fotografii môžete vidieť aj kovové konektory.

Krok 5: Testovanie

Graf 1:

Kanál 1: Vc1

Mierka: 0,5 V a 4 sekundy

Všimnite si toho, že prvý výstup Vc1 prvého tranzistora Q1 ukazuje, že zvyšné tri tranzistory môžu byť zbytočné

Graf 2:

Kanál 1: Vint1

Kanál 2: Vo1

Mierka: 0,5 V a 40 sekúnd

Graf 3:

Kanál 1: Vo1

Kanál 2: Vo2

Mierka: 0,5 V a 40 sekúnd

Graf 4 (neobsahuje odpor Rf2):

Kanál 1: Vo1

Kanál 2: Vo2

Mierka: 0,5 V a 20 sekúnd

Bez rezistora Rf2 so spätnou väzbou nie je tranzistor Q2 predpätý pri polovičnom napájacom napätí. Okruh pracuje rýchlejšie, s kratším časom usadzovania. Bez Rf2 je však tento zosilňovač rizikovým obvodom a nemusí fungovať pre všetky typy tranzistorov a kondenzátorov.