Generator liczb losowych: 5 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:27

W tym artykule przedstawiono analogowy generator liczb losowych.

Obwód ten zaczyna generować losowe dane wyjściowe, gdy człowiek dotyka zacisku wejściowego. Wyjście obwodu jest wzmacniane, integrowane i dodatkowo wzmacnia szum człowieka, który działa jak antena, zbierając sygnały szumu elektromagnetycznego.

Obwód pokazuje tranzystory polaryzacji sprzężenia zwrotnego. Będziesz musiał wybrać rezystor sprzężenia zwrotnego, aby napięcie emitera kolektora tranzystora wszystkich czterech tranzystorów było spolaryzowane przy połowie napięcia zasilania.

jeśli wykonujesz ten obwód, przeczytaj cały artykuł od początku do końca przed rozpoczęciem jakichkolwiek przygotowań.

Kieszonkowe dzieci

Komponenty: tranzystory ogólnego przeznaczenia - 10, 470 uF kondensatory - 10, rezystor 1,5 kΩ - 20, rezystory mieszane (100 kΩ - 1 megaom) - 10, izolowane przewody, płytka matrycowa/kawałek tektury, zasilacz 1,5 V - 4,5 V lub Akumulator 1,5 V AA/AAA/C lub D, wiązka akumulatora/opaska gumowa 1,5 V. Wszystkie rezystory muszą mieć niską moc.

Elementy opcjonalne: lut, przewód metalowy 1 mm, rezystory 100 omów (1 W) - 5, obudowa, śruby/nakrętki/podkładki, złącza metalowe (do łączenia przewodów izolowanych ze śrubami i nakrętkami).

Narzędzia: szczypce, ściągacz izolacji, oscyloskop USB, woltomierz.

Opcjonalne narzędzia: lutownica, multimetr.

Krok 1: Zaprojektuj obwód

Integrator w moim obwodzie jest w zasadzie obwodem filtra dolnoprzepustowego używanym do zmniejszenia maksymalnej częstotliwości wyjściowej, aby zapobiec zbyt szybkim wahaniom liczby losowej. Napięcie i prąd kondensatora mają następującą zależność:

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

Napięcie kondensatora CC2 wynosi:

Vc(t)= (1/Cc)*Całka[Ic(t)]

Jeśli prąd jest stały, napięcie potencjału kondensatora Cc będzie powoli rosło. Jednak w moim obwodzie część prądu wchodzi do rezystora Rc2a. Zastosowanie integratora dla tego obwodu może wyprostować i przefiltrować wejście sinusoidalne do tranzystora Q3, przekształcając w ten sposób wejście tranzystora Q3 na sygnał prądu stałego, który zapewni losową wartość do wzmocnienia przez tranzystory Q3 i Q4. Dlatego w moim obwodzie tranzystor Q2 nie jest tak naprawdę integratorem, ale podobnym do integratora pokazanego tutaj:

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

Możesz zastąpić Rc2a i Cc zwarciem, podłączyć kolektor Q2 do kondensatora Cb3 i spróbować podłączyć bardzo mały kondensator do rezystora Rf2 i zobaczyć, co się stanie.

Oblicz minimalną częstotliwość filtra górnoprzepustowego dla wzmacniaczy tranzystorowych Q1, Q3 i Q4:

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

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

= 0,11287584616 Hz

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

(Rb = 5600 omów w rzeczywistym obwodzie, który wykonałem)

= 0,0476940195 Hz

Obliczenie częstotliwości filtra dolnoprzepustowego wykracza poza zakres tego artykułu. Na częstotliwość filtra dolnoprzepustowego mają wpływ składowe Rc2a, Cc2, Rb3 i Cb3. Zwiększenie wartości tych składników zwiększy stałą czasową i zmniejszy częstotliwość filtra dolnoprzepustowego.

Ostatni stopień wzmacniacza wykonany z tranzystora Q4 jest opcjonalny.

Krok 2: Symulacje

Symulacje pokazują, że tranzystory nie są spolaryzowane przy połowie napięcia zasilania. Polaryzacja tranzystorów przy połowie napięcia zasilania nie jest niezbędna do działania tego obwodu. Przy zasilaniu 1,5 V każdy tranzystor może być spolaryzowany na 1 V lub 0,5 V.

Niższe wartości rezystora Rf zmniejszą napięcie emitera kolektora tranzystora, dostarczając więcej prądu polaryzacji DC do bazy tranzystora.

Stare oprogramowanie PSpice nie ma generatora losowego szumu.

Krok 3: Wykonaj obwód

Użyłem rezystora 5,6 kΩ dla Rc2a zamiast rezystora 1,5 kΩ, który jest pokazany w obwodzie. Nie powinno być dużej różnicy. Jednak mój obwód miał większe wzmocnienie i maksymalną częstotliwość filtra dolnoprzepustowego (tranzystor Q2 jest również filtrem dolnoprzepustowym). Mój obwód potrzebował również wyższego rezystora Rf2, aby zwiększyć napięcie polaryzacji emitera kolektora. Jednak zmniejszenie prądu polaryzacji kolektora tranzystora, Ic, może również zmniejszyć wzmocnienie prądu tranzystora.

Użyłem rezystorów 5,6 kΩ dla Rb1, Rb2, Rb3 i Rb4. Nie powinno być dużej różnicy. Mój obwód miał mniejsze wzmocnienie.

Rf2 można zaimplementować za pomocą dwóch rezystorów 270 omów. Jednak wszystkie tranzystory mają różne wzmocnienie prądowe, które może wynosić od około 100 do 500. Dlatego potrzebujesz odpowiedniego rezystora sprzężenia zwrotnego. Dlatego w sekcji z komponentami wymieniłem mieszany pakiet rezystorów. W tym wzmacniaczu można również użyć obwodów tranzystorowych o stabilizowanym lub stałym obciążeniu.

Obwód może zacząć oscylować. Możesz spróbować użyć filtrów zasilania pokazanych w tym artykule:

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

(Dlatego podałem rezystory dużej mocy 100 omów)

Krok 4: Obudowa

Widać, że prawie nie używałem lutownicy podczas tworzenia obwodu.

Na zdjęciu widać również metalowe złącza.

Krok 5: Testowanie

Wykres 1:

Kanał 1: Vc1

Skala: 0,5 V i 4 sekundy

Zauważ, że pierwsze wyjście tranzystora Q1 Vc1 pokazuje, że pozostałe trzy tranzystory mogą być bezużyteczne

Wykres 2:

Kanał 1: Vint1

Kanał 2: Vo1

Skala: 0,5 V i 40 sekund

Wykres 3:

Kanał 1: Vo1

Kanał 2: Vo2

Skala: 0,5 V i 40 sekund

Wykres 4 (bez rezystora Rf2):

Kanał 1: Vo1

Kanał 2: Vo2

Skala: 0,5 V i 20 sekund

Bez rezystora sprzężenia zwrotnego Rf2 tranzystor Q2 nie jest spolaryzowany przy połowie napięcia zasilania. Obwód działa szybciej, z krótszym czasem osiadania. Jednak bez Rf2 ten wzmacniacz jest ryzykownym obwodem i może nie działać dla wszystkich typów tranzystorów i kondensatorów.