Zufallszahlengenerator - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:15

Dieser Artikel zeigt Ihnen einen analogen Zufallszahlengenerator.

Diese Schaltung beginnt, eine zufällige Ausgabe zu erzeugen, wenn ein Mensch den Eingangsanschluss berührt. Der Schaltungsausgang wird verstärkt, integriert und verstärkt das Rauschen eines Menschen, das wie eine Antenne wirkt und elektromagnetische Rauschsignale sammelt.

Die Schaltung zeigt Rückkopplungs-Bias-Transistoren. Sie müssen einen Rückkopplungswiderstand auswählen, damit die Transistor-Kollektor-Emitter-Spannung aller vier Transistoren auf die halbe Versorgungsspannung vorgespannt ist.

Wenn Sie diese Schaltung machen, lesen Sie bitte den gesamten Artikel von Anfang bis Ende, bevor Sie irgendwelche Vorbereitungen treffen.

Lieferungen

Komponenten: Allzwecktransistoren - 10, 470 uF Kondensatoren - 10, 1,5 kOhm Widerstand - 20, Mischwiderstände (100 kOhm - 1 Megaohm) - 10, isolierte Drähte, Matrixplatine/Stück Karton, 1,5 V - 4,5 V Netzteil oder 1,5 V AA/AAA/C oder D Batterie, 1,5 V Batteriekabelbaum/Gummiband. Alle Widerstände müssen eine niedrige Leistung haben.

Optionale Komponenten: Lötzinn, 1 mm Metalldraht, 100 Ohm Widerstände (1 Watt) - 5, Gehäuse, Schrauben/Muttern/Unterlegscheiben, Metallverbinder (zum Verbinden von isolierten Drähten mit Schrauben und Muttern).

Werkzeuge: Zange, Abisolierzange, USB-Oszilloskop, Voltmeter.

Optionale Werkzeuge: Lötkolben, Multimeter.

Schritt 1: Entwerfen Sie die Schaltung

Der Integrator in meiner Schaltung ist im Grunde eine Tiefpassfilterschaltung, die verwendet wird, um die maximale Ausgangsfrequenz zu reduzieren, um zu verhindern, dass die Zufallszahl zu schnell schwankt. Kondensatorspannung und -strom haben die folgende Beziehung:

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

Die Kondensatorspannung Cc2 entspricht:

Vc(t)= (1/Cc)*Integral[Ic(t)]

Wenn der Strom konstant ist, wird die Potentialspannung des Cc-Kondensators langsam ansteigen. In meiner Schaltung tritt jedoch ein Teil des Stroms in den Rc2a-Widerstand ein. Die Verwendung eines Integrators für diese Schaltung kann einen sinusförmigen Eingang des Transistors Q3 gleichrichten und filtern, wodurch der Eingang des Transistors Q3 in ein Gleichstromsignal umgewandelt wird, das einen Zufallswert liefert, der von den Transistoren Q3 und Q4 verstärkt wird. Aus diesem Grund ist der Q2-Transistor in meiner Schaltung nicht wirklich ein Integrator, sondern ähnlich einem hier gezeigten Integrator:

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

Sie können Rc2a und Cc durch einen Kurzschluss ersetzen, den Q2-Kollektor mit dem Cb3-Kondensator verbinden und versuchen, einen sehr kleinen Kondensator über den Rf2-Widerstand zu verbinden und zu sehen, was passiert.

Berechnen Sie die minimale Hochpassfilterfrequenz für die Transistorverstärker Q1, Q3 und Q4:

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

= 1 / (2*pi*(1,500 Ohm + 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 Ohm in der tatsächlichen Schaltung, die ich gemacht habe)

= 0,0476940195 Hz

Die Berechnung der Tiefpassfilterfrequenz würde den Rahmen dieses Artikels sprengen. Die Tiefpassfilterfrequenz wird durch die Komponenten Rc2a, Cc2, Rb3 und Cb3 beeinflusst. Das Erhöhen des Wertes dieser Komponenten erhöht die Zeitkonstante und verringert die Tiefpassfilterfrequenz.

Die letzte Verstärkerstufe mit Q4-Transistor ist optional.

Schritt 2: Simulationen

Simulationen zeigen, dass Transistoren nicht bei der halben Versorgungsspannung vorgespannt sind. Das Vorspannen der Transistoren bei der halben Versorgungsspannung ist für die Funktion dieser Schaltung nicht unbedingt erforderlich. Für eine 1,5-V-Versorgung kann jeder Transistor mit 1 V oder 0,5 V vorgespannt werden.

Niedrigere Rf-Widerstandswerte reduzieren die Kollektor-Emitter-Spannung des Transistors, indem mehr DC-Vorspannungsstrom an die Transistorbasis geliefert wird.

Die alte PSpice-Software hat keinen Zufallsrauschgenerator.

Schritt 3: Machen Sie die Schaltung

Ich habe einen 5,6-kOhm-Widerstand für Rc2a anstelle des in der Schaltung gezeigten 1,5-kOhm-Widerstands verwendet. Es sollte nicht viel Unterschied geben. Meine Schaltung hatte jedoch eine höhere Verstärkung und eine maximale Tiefpassfilterfrequenz (Q2-Transistor ist auch Tiefpassfilter). Meine Schaltung benötigte auch einen höheren Rf2-Widerstand, um die Vorspannungskollektor-Emitter-Spannung zu erhöhen. Durch Verringern des Kollektorvorspannungsstroms des Transistors kann Ic jedoch auch die Transistorstromverstärkung verringern.

Ich habe 5,6 kOhm Widerstände für Rb1, Rb2, Rb3 und Rb4 verwendet. Es sollte nicht viel Unterschied geben. Meine Schaltung hatte eine geringere Verstärkung.

Rf2 kann mit zwei 270 Ohm Widerständen realisiert werden. Alle Transistoren haben jedoch eine unterschiedliche Stromverstärkung, die von etwa 100 bis 500 reichen kann. Daher müssen Sie den richtigen Rückkopplungswiderstand finden. Aus diesem Grund habe ich im Abschnitt Komponenten ein gemischtes Widerstandspaket angegeben. Sie können für diesen Verstärker auch stabilisierte Vorspannung oder Transistorschaltungen mit fester Vorspannung verwenden.

Die Schaltung könnte anfangen zu schwingen. Sie können versuchen, die in diesem Artikel gezeigten Netzteilfilter zu verwenden:

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

(Deshalb habe ich die Hochleistungs-100-Ohm-Widerstände angegeben)

Schritt 4: Ummantelung

Sie können sehen, dass ich beim Herstellen meiner Schaltung fast keinen Lötkolben verwendet habe.

Sie können auch die Metallanschlüsse auf dem Foto sehen.

Schritt 5: Testen

Grafik 1:

Kanal 1: Vc1

Skala: 0,5 V und 4 Sekunden

Beachten Sie, dass der Ausgang Vc1 des ersten Transistors Q1 anzeigt, dass die verbleibenden drei Transistoren nutzlos sein könnten

Grafik 2:

Kanal 1: Vint1

Kanal 2: Vo1

Skala: 0,5 V und 40 Sekunden

Grafik 3:

Kanal 1: Vo1

Kanal 2: Vo2

Skala: 0,5 V und 40 Sekunden

Diagramm 4 (kein Rf2-Widerstand enthalten):

Kanal 1: Vo1

Kanal 2: Vo2

Skala: 0,5 V und 20 Sekunden

Ohne Rückkopplungswiderstand Rf2 ist der Q2-Transistor nicht mit der halben Versorgungsspannung vorgespannt. Die Schaltung arbeitet schneller, mit weniger Einschwingzeit. Ohne Rf2 ist dieser Verstärker jedoch eine riskante Schaltung und funktioniert möglicherweise nicht für alle Transistor- und Kondensatortypen.