Generátor náhodných čísel: 5 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:19

Tento článek vám ukazuje analogový generátor náhodných čísel.

Tento obvod začne generovat náhodný výstup, když se člověk dotkne vstupního terminálu. Výstup obvodu je zesílen, integrován a dále zesiluje hluk od člověka, který funguje jako anténa, a shromažďuje signály elektromagnetického šumu.

Obvod ukazuje tranzistory předpětí zpětné vazby. Budete muset vybrat odpor zpětné vazby tak, aby napětí emitoru kolektoru tranzistoru všech čtyř tranzistorů bylo předpjato na poloviční napájecí napětí.

pokud děláte tento okruh, přečtěte si prosím celý článek od začátku do konce, než zahájíte jakékoli přípravy.

Zásoby

Součásti: tranzistory pro všeobecné použití - 10, 470 uF kondenzátory - 10, odpor 1,5 kohm - 20, smíšené odpory (100 kohm - 1 Megohm) - 10, izolované vodiče, maticová deska/kus lepenky, napájení 1,5 V - 4,5 V nebo 1,5 V baterie AA/AAA/C nebo D, kabelový svazek 1,5 V/gumička. Všechny odpory musí mít nízký výkon.

Volitelné součásti: pájka, kovový drát 1 mm, odpory 100 ohmů (1 W) - 5, pouzdro, šrouby/matice/podložky, kovové konektory (pro připojení izolovaných vodičů ke šroubům a maticím).

Pomůcky: kleště, odizolovač drátu, USB osciloskop, voltmetr.

Volitelné nástroje: páječka, multimetr.

Krok 1: Navrhněte obvod

Integrátor v mém obvodu je v podstatě nízkoprůchodový filtrační obvod používaný ke snížení maximální výstupní frekvence, aby se zabránilo kolísání náhodného čísla příliš rychle. Napětí a proud kondenzátoru mají následující vztah:

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

Napětí kondenzátoru Cc2 se rovná:

Vc (t) = (1/Cc)*Integrální [Ic (t)]

Pokud je proud konstantní, potenciální napětí kondenzátoru Cc bude pomalu růst. V mém obvodu však část proudu vstupuje do odporu Rc2a. Pomocí integrátoru pro tento obvod lze usměrnit a filtrovat sinusový vstup na tranzistor Q3, a tím převést vstup tranzistoru Q3 na stejnosměrný signál, který poskytne náhodnou hodnotu, která má být zesílena tranzistory Q3 a Q4. To je důvod, proč v mém obvodu není tranzistor Q2 ve skutečnosti integrátor, ale podobný integrátoru, který je zde ukázán:

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

Můžete nahradit Rc2a a Cc zkratem, připojit kolektor Q2 ke kondenzátoru Cb3 a zkusit připojit velmi malý kondenzátor přes odpor Rf2 a uvidíte, co se stane.

Vypočítejte minimální vysokofrekvenční filtrační frekvenci pro tranzistorové zesilovače Q1, Q3 a Q4:

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

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

= 0,11287584616 Hz

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

(Rb = 5, 600 ohmů ve skutečném obvodu, který jsem vytvořil)

= 0,0476940195 Hz

Výpočet frekvence dolní propusti přesahuje rámec tohoto článku. Frekvence dolní propusti je ovlivněna komponentami Rc2a, Cc2, Rb3 a Cb3. Zvýšení hodnoty těchto komponent zvýší časovou konstantu a sníží frekvenci dolní propusti.

Poslední stupeň zesilovače vyrobený s tranzistorem Q4 je volitelný.

Krok 2: Simulace

Simulace ukazují, že tranzistory nejsou předpětí při polovičním napájecím napětí. Předpětí tranzistorů na poloviční napájecí napětí není pro fungování tohoto obvodu zásadní. Pro napájení 1,5 V lze každý tranzistor předpět na 1 V nebo 0,5 V.

Nižší hodnoty odporu Rf sníží napětí emitoru kolektoru tranzistoru dodáním většího předpínacího proudu DC do základny tranzistoru.

Starý software PSpice nemá generátor náhodného šumu.

Krok 3: Vytvořte obvod

Použil jsem 5,6 kohmový odpor pro Rc2a místo 1,5 kohmového odporu, který je zobrazen v obvodu. Neměl by být velký rozdíl. Můj obvod však měl vyšší zisk a maximální frekvenci dolního průchodu filtru (tranzistor Q2 je také nízkoprůchodový filtr). Můj obvod také potřeboval vyšší odpor Rf2 ke zvýšení předpětí emitoru kolektoru. Snížením předpínacího proudu kolektoru tranzistoru může Ic také snížit zesílení proudu tranzistoru.

Pro Rb1, Rb2, Rb3 a Rb4 jsem použil 5,6 kohmové odpory. Neměl by být velký rozdíl. Můj obvod měl nižší zisk.

Rf2 lze implementovat se dvěma odpory 270 ohmů. Všechny tranzistory však mají jiný proudový zisk, který se může pohybovat přibližně od 100 do 500. Proto potřebujete najít správný zpětnovazební odpor. To je důvod, proč jsem v sekci komponent zadal smíšený odporový balíček. Pro tento zesilovač můžete také použít stabilizované předpětí nebo obvody s pevným předpětím.

Obvod může začít oscilovat. Můžete zkusit použít filtry napájecího zdroje uvedené v tomto článku:

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

(To je důvod, proč jsem specifikoval vysoce výkonné odpory 100 ohmů)

Krok 4: Zapouzdření

Vidíte, že jsem při vytváření obvodu téměř nepoužíval páječku.

Na fotografii můžete také vidět kovové konektory.

Krok 5: Testování

Graf 1:

Kanál 1: Vc1

Měřítko: 0,5 V a 4 sekundy

Všimněte si toho, že výstup Vc1 prvního tranzistoru Q1 ukazuje, že zbývající tři tranzistory mohou být k ničemu

Graf 2:

Kanál 1: Vint1

Kanál 2: Vo1

Měřítko: 0,5 V a 40 sekund

Graf 3:

Kanál 1: Vo1

Kanál 2: Vo2

Měřítko: 0,5 V a 40 sekund

Graf 4 (neobsahuje odpor Rf2):

Kanál 1: Vo1

Kanál 2: Vo2

Měřítko: 0,5 V a 20 sekund

Bez odporu Rf2 zpětné vazby není tranzistor Q2 předpnut na poloviční napájecí napětí. Obvod pracuje rychleji, s kratší dobou usazování. Bez Rf2 je však tento zesilovač rizikovým obvodem a nemusí fungovat pro všechny typy tranzistorů a kondenzátorů.