Генератор случайных чисел: 5 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:48

В этой статье показан аналоговый генератор случайных чисел.

Эта схема начинает генерировать случайный выходной сигнал, когда человек касается входной клеммы. Выходной сигнал схемы усиливается, интегрируется и дополнительно усиливает шум человека, который действует как антенна, собирая сигналы электромагнитного шума.

На схеме показаны транзисторы смещения обратной связи. Вам нужно будет выбрать резистор обратной связи так, чтобы напряжение коллектора-эмиттер транзистора всех четырех транзисторов было смещено на половину напряжения питания.

Если вы делаете эту схему, пожалуйста, прочтите всю статью от начала до конца, прежде чем начинать какие-либо приготовления.

Запасы

Компоненты: транзисторы общего назначения - 10, 470 мкФ, конденсаторы - 10, резистор 1,5 кОм - 20, смешанные резисторы (100 кОм - 1 МОм) - 10, изолированные провода, матричная плата / кусок картона, источник питания 1,5 В - 4,5 В или Батарейка 1,5 В AA / AAA / C или D, жгут проводов для батареек 1,5 В / резиновая лента. Все резисторы должны быть малой мощности.

Дополнительные компоненты: припой, металлический провод 1 мм, резисторы 100 Ом (1 Вт) - 5, корпус, болты / гайки / шайбы, металлические соединители (для соединения изолированных проводов с болтами и гайками).

Инструменты: плоскогубцы, инструмент для зачистки проводов, USB-осциллограф, вольтметр.

Дополнительные инструменты: паяльник, мультиметр.

Шаг 1: спроектируйте схему

Интегратор в моей схеме - это в основном схема фильтра нижних частот, используемая для уменьшения максимальной выходной частоты, чтобы предотвратить слишком быстрое колебание случайного числа. Напряжение и ток конденсатора имеют следующую взаимосвязь:

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

Напряжение конденсатора Cc2 равно:

Vc (t) = (1 / Cc) * Интеграл [Ic (t)]

Если ток постоянный, то потенциальное напряжение конденсатора Cc будет медленно расти. Однако в моей схеме часть тока поступает на резистор Rc2a. Использование интегратора для этой схемы может выпрямить и отфильтровать синусоидальный вход транзистора Q3, тем самым преобразуя вход транзистора Q3 в сигнал постоянного тока, который предоставит случайное значение, которое будет усилено транзисторами Q3 и Q4. Вот почему в моей схеме транзистор Q2 на самом деле не интегратор, а похож на интегратор, показанный здесь:

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

Вы можете заменить Rc2a и Cc с помощью короткого замыкания, подключить коллектор Q2 к конденсатору Cb3 и попробовать подключить очень маленький конденсатор через резистор Rf2 и посмотреть, что произойдет.

Рассчитайте минимальную частоту фильтра верхних частот для транзисторных усилителей Q1, Q3 и Q4:

fhpf = 1 / (2 * пи * (Rb + Rc) * Cb)

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

= 0,11287584616 Гц

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

(Rb = 5, 600 Ом в реальной схеме, которую я сделал)

= 0,0476940195 Гц

Расчет частоты фильтра нижних частот выходит за рамки данной статьи. На частоту фильтра нижних частот влияют компоненты Rc2a, Cc2, Rb3 и Cb3. Увеличение значения этих компонентов увеличит постоянную времени и уменьшит частоту фильтра нижних частот.

Последний каскад усилителя на транзисторе Q4 не является обязательным.

Шаг 2: Моделирование

Моделирование показывает, что транзисторы не смещены при половине напряжения питания. Смещение транзисторов на половину напряжения питания не обязательно для работы этой схемы. При питании 1,5 В каждый транзистор может быть смещен на 1 В или 0,5 В.

Более низкие значения резистора Rf уменьшат напряжение коллектора-эмиттера транзистора, подав больший постоянный ток смещения на базу транзистора.

В старой программе PSpice нет генератора случайных шумов.

Шаг 3: Сделайте схему

Я использовал резистор 5,6 кОм для Rc2a вместо резистора 1,5 кОм, который показан на схеме. Особой разницы быть не должно. Однако моя схема имела более высокое усиление и максимальную частоту фильтра нижних частот (транзистор Q2 также является фильтром нижних частот). Моя схема также нуждалась в более высоком резисторе Rf2 для увеличения напряжения смещения коллектора-эмиттера. Однако, уменьшая ток смещения коллектора транзистора, Ic может также уменьшить коэффициент усиления транзистора по току.

Я использовал резисторы 5,6 кОм для Rb1, Rb2, Rb3 и Rb4. Особой разницы быть не должно. Моя схема имела меньшее усиление.

Rf2 может быть реализован с двумя резисторами на 270 Ом. Однако все транзисторы имеют разное усиление по току, которое может варьироваться от 100 до 500. Таким образом, вам нужно найти правильный резистор обратной связи. Вот почему я указал смешанный пакет резисторов в разделе компонентов. Вы также можете использовать схемы стабилизированного или фиксированного транзистора смещения для этого усилителя.

Схема может начать колебаться. Вы можете попробовать использовать фильтры блока питания, показанные в этой статье:

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

(Вот почему я выбрал резисторы на 100 Ом высокой мощности)

Шаг 4: Обложка

Как видите, при создании схемы я почти не использовал паяльник.

Также на фото можно увидеть металлические разъемы.

Шаг 5: Тестирование

График 1:

Канал 1: Vc1

Масштаб: 0,5 В и 4 секунды

Обратите внимание, что выход Vc1 первого транзистора Q1 показывает, что остальные три транзистора могут быть бесполезны

График 2:

Канал 1: Vint1

Канал 2: Vo1

Масштаб: 0,5 В и 40 секунд

График 3:

Канал 1: Vo1

Канал 2: Vo2

Масштаб: 0,5 В и 40 секунд

График 4 (без резистора Rf2):

Канал 1: Vo1

Канал 2: Vo2

Масштаб: 0,5 В и 20 секунд

При отсутствии резистора Rf2 обратной связи транзистор Q2 не смещен при половине напряжения питания. Схема работает быстрее, с меньшим временем установления. Однако без Rf2 этот усилитель представляет собой опасную схему и может работать не со всеми типами транзисторов и конденсаторов.