Γεννήτρια τυχαίων αριθμών: 5 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:32

Αυτό το άρθρο δείχνει μια γεννήτρια αναλογικών τυχαίων αριθμών.

Αυτό το κύκλωμα αρχίζει να παράγει τυχαία έξοδο όταν ένας άνθρωπος αγγίζει το τερματικό εισόδου. Η έξοδος του κυκλώματος ενισχύεται, ενσωματώνεται και ενισχύει περαιτέρω τον θόρυβο από έναν άνθρωπο που λειτουργεί σαν κεραία, συγκεντρώνοντας ηλεκτρομαγνητικά σήματα θορύβου.

Το κύκλωμα εμφανίζει τρανζίστορ μεροληψίας ανάδρασης. Θα πρέπει να επιλέξετε μια αντίσταση ανάδρασης έτσι ώστε η τάση εκπομπής συλλέκτη τρανζίστορ και των τεσσάρων τρανζίστορ να είναι προκατειλημμένη στη μισή τάση τροφοδοσίας.

εάν κάνετε αυτό το κύκλωμα, διαβάστε ολόκληρο το άρθρο από την αρχή μέχρι το τέλος πριν ξεκινήσετε οποιαδήποτε προετοιμασία.

Προμήθειες

Συστατικά: τρανζίστορ γενικής χρήσης - 10, 470 πυκνωτές uF - 10, αντίσταση 1,5 kohm - 20, μικτές αντιστάσεις (100 kohm - 1 Megohm) - 10, μονωμένα καλώδια, πίνακας μήτρας/κομμάτι χαρτόνι, τροφοδοσία 1,5 V - 4,5 V ή Μπαταρία 1,5 V AA/AAA/C ή D, πλεξούδα μπαταρίας 1,5 V/λάστιχο. Όλες οι αντιστάσεις πρέπει να είναι χαμηλής ισχύος.

Προαιρετικά εξαρτήματα: συγκόλληση, μεταλλικό σύρμα 1 mm, αντιστάσεις 100 ohm (1 Watt) - 5, περίβλημα, μπουλόνια/παξιμάδια/ροδέλες, μεταλλικοί σύνδεσμοι (για σύνδεση μονωμένων καλωδίων σε μπουλόνια και παξιμάδια).

Εργαλεία: πένσα, απογυμνωτής σύρματος, παλμογράφος USB, βολτόμετρο.

Προαιρετικά εργαλεία: κολλητήρι, πολύμετρο.

Βήμα 1: Σχεδιάστε το κύκλωμα

Ο ενσωματωτής στο κύκλωμά μου είναι βασικά ένα κύκλωμα φίλτρου χαμηλής διέλευσης που χρησιμοποιείται για να μειώσει τη μέγιστη συχνότητα εξόδου για να αποτρέψει την ταχεία διακύμανση του τυχαίου αριθμού. Η τάση και το ρεύμα του πυκνωτή έχουν την ακόλουθη σχέση:

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

Η τάση πυκνωτή Cc2 ισούται με:

Vc (t) = (1/Cc)*Ολοκληρωτικό [Ic (t)]

Εάν το ρεύμα είναι σταθερό, τότε η δυναμική τάση του πυκνωτή Cc θα αυξηθεί αργά. Ωστόσο, στο κύκλωμά μου ένα μέρος του ρεύματος εισέρχεται στην αντίσταση Rc2a. Η χρήση ενός ενσωματωτή για αυτό το κύκλωμα μπορεί να διορθώσει και να φιλτράρει μια ημιτονοειδή είσοδο στο τρανζίστορ Q3, μετατρέποντας έτσι την είσοδο του τρανζίστορ Q3 σε ένα σήμα DC που θα παρέχει μια τυχαία τιμή που θα ενισχυθεί από τα τρανζίστορ Q3 και Q4. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο στο κύκλωμά μου το τρανζίστορ Q2 δεν είναι πραγματικά ενσωματωτής, αλλά παρόμοιο με έναν ενσωματωτή που φαίνεται εδώ:

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

Μπορείτε να αντικαταστήσετε τα Rc2a και Cc με βραχυκύκλωμα, να συνδέσετε τον συλλέκτη Q2 με τον πυκνωτή Cb3 και να δοκιμάσετε να συνδέσετε έναν πολύ μικρό πυκνωτή στην αντίσταση Rf2 και να δείτε τι συμβαίνει.

Υπολογίστε την ελάχιστη συχνότητα φίλτρου υψηλής διέλευσης για ενισχυτές τρανζίστορ Q1, Q3 και Q4:

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

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

= 0.11287584616 Hz

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

(Rb = 5, 600 ohms στο πραγματικό κύκλωμα που έφτιαξα)

= 0,0476940195 Hz

Ο υπολογισμός της συχνότητας φίλτρου χαμηλής διέλευσης είναι πέρα από το πεδίο εφαρμογής αυτού του άρθρου. Η συχνότητα φίλτρου χαμηλής διέλευσης επηρεάζεται από τα συστατικά Rc2a, Cc2, Rb3 και Cb3. Η αύξηση της τιμής αυτών των εξαρτημάτων θα αυξήσει τη χρονική σταθερά και θα μειώσει τη συχνότητα φίλτρου χαμηλής διέλευσης.

Το τελευταίο στάδιο ενισχυτή που κατασκευάζεται με τρανζίστορ Q4 είναι προαιρετικό.

Βήμα 2: Προσομοιώσεις

Οι προσομοιώσεις δείχνουν ότι τα τρανζίστορ δεν είναι προκατειλημμένα στη μισή τάση τροφοδοσίας. Η πόλωση των τρανζίστορ στη μισή τάση τροφοδοσίας δεν είναι απαραίτητη για να λειτουργήσει αυτό το κύκλωμα. Για παροχή 1,5 V κάθε τρανζίστορ μπορεί να είναι προκατειλημμένο σε 1 V ή 0,5 V.

Οι χαμηλότερες τιμές αντίστασης Rf θα μειώσουν την τάση εκπομπής συλλέκτη τρανζίστορ παρέχοντας περισσότερο ρεύμα πόλωσης DC στη βάση του τρανζίστορ.

Το παλιό λογισμικό PSpice δεν διαθέτει τυχαία γεννήτρια θορύβου.

Βήμα 3: Κάντε το κύκλωμα

Χρησιμοποίησα αντίσταση 5,6 kohm για Rc2a αντί αντίσταση 1,5 kohm που εμφανίζεται στο κύκλωμα. Δεν πρέπει να υπάρχει μεγάλη διαφορά. Ωστόσο, το κύκλωμά μου είχε υψηλότερο κέρδος και μέγιστη συχνότητα φίλτρου χαμηλής διέλευσης (το τρανζίστορ Q2 είναι επίσης φίλτρο χαμηλής διέλευσης). Το κύκλωμά μου χρειαζόταν επίσης υψηλότερη αντίσταση Rf2 για να αυξήσει την τάση εκπομπής πόλων του συλλέκτη. Ωστόσο, μειώνοντας το ρεύμα πόλωσης του συλλέκτη τρανζίστορ, το Ic μπορεί επίσης να μειώσει το κέρδος ρεύματος τρανζίστορ.

Χρησιμοποίησα αντιστάσεις 5,6 kohm για Rb1, Rb2, Rb3 και Rb4. Δεν πρέπει να υπάρχει μεγάλη διαφορά. Το κύκλωμά μου είχε μικρότερο κέρδος.

Το Rf2 μπορεί να εφαρμοστεί με δύο αντιστάσεις 270 ohm. Ωστόσο, όλα τα τρανζίστορ έχουν διαφορετικό κέρδος ρεύματος που μπορεί να κυμαίνεται από περίπου 100 έως 500. Έτσι, χρειάζεστε την εύρεση της κατάλληλης αντίστασης ανάδρασης. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο καθορίσα ένα πακέτο μικτής αντίστασης στην ενότητα εξαρτημάτων. Μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε σταθεροποιημένα προκατειλημμένα κυκλώματα τρανζίστορ μεροληψίας για αυτόν τον ενισχυτή.

Το κύκλωμα μπορεί να αρχίσει να ταλαντεύεται. Μπορείτε να δοκιμάσετε να χρησιμοποιήσετε φίλτρα τροφοδοσίας που εμφανίζονται σε αυτό το άρθρο:

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

(Αυτός είναι ο λόγος που προσδιόρισα τις αντιστάσεις υψηλής ισχύος 100 ohm)

Βήμα 4: Εγκλωβισμός

Μπορείτε να δείτε ότι σχεδόν δεν χρησιμοποίησα κολλητήρι όταν έκανα το κύκλωμά μου.

Μπορείτε επίσης να δείτε τους μεταλλικούς συνδετήρες στη φωτογραφία.

Βήμα 5: Δοκιμή

Γράφημα 1:

Κανάλι 1: Vc1

Κλίμακα: 0,5 V και 4 δευτερόλεπτα

Σημειώστε ότι η πρώτη έξοδος τρανζίστορ Q1 Vc1 δείχνει ότι τα υπόλοιπα τρία τρανζίστορ θα μπορούσαν να είναι άχρηστα

Γράφημα 2:

Κανάλι 1: Vint1

Κανάλι 2: Vo1

Κλίμακα: 0,5 V και 40 δευτερόλεπτα

Γράφημα 3:

Κανάλι 1: Vo1

Κανάλι 2: Vo2

Κλίμακα: 0,5 V και 40 δευτερόλεπτα

Γράφημα 4 (Δεν περιλαμβάνεται αντίσταση Rf2):

Κανάλι 1: Vo1

Κανάλι 2: Vo2

Κλίμακα: 0,5 V και 20 δευτερόλεπτα

Χωρίς αντίσταση Rf2 ανάδρασης, το τρανζίστορ Q2 δεν είναι προκατειλημμένο στη μισή τάση τροφοδοσίας. Το κύκλωμα λειτουργεί γρηγορότερα, με λιγότερο χρόνο καθίζησης. Ωστόσο, χωρίς Rf2 αυτός ο ενισχυτής είναι ένα επικίνδυνο κύκλωμα και μπορεί να μην λειτουργεί για όλους τους τύπους τρανζίστορ και πυκνωτή.