Generatore di numeri casuali: 5 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:00

Questo articolo mostra un generatore di numeri casuali analogico.

Questo circuito inizia a generare un output casuale quando un essere umano tocca il terminale di input. L'uscita del circuito è amplificata, integrata e amplifica ulteriormente il rumore di un essere umano che agisce come un'antenna, raccogliendo segnali di rumore elettromagnetico.

Il circuito mostra transistor di polarizzazione di retroazione. Dovrai selezionare un resistore di retroazione in modo che la tensione di emettitore del collettore di transistor di tutti e quattro i transistor sia polarizzata a metà della tensione di alimentazione.

se stai facendo questo circuito, ti preghiamo di leggere l'intero articolo dall'inizio alla fine prima di iniziare qualsiasi preparazione.

Forniture

Componenti: transistor per uso generale - condensatori 10, 470 uF - resistore 10, 1,5 kohm - 20, resistori misti (100 kohm - 1 Megohm) - 10, fili isolati, scheda matrice/pezzo di cartone, alimentazione 1,5 V - 4,5 V o Batteria da 1,5 V AA/AAA/C o D, cablaggio della batteria da 1,5 V/elastico. Tutti i resistori devono essere a bassa potenza.

Componenti opzionali: saldatura, filo metallico da 1 mm, resistori da 100 ohm (1 Watt) - 5, involucro, bulloni/dadi/rondelle, connettori metallici (per il collegamento di fili isolati a bulloni e dadi).

Strumenti: pinze, spellafili, oscilloscopio USB, voltmetro.

Strumenti opzionali: saldatore, multimetro.

Passaggio 1: progettare il circuito

L'integratore nel mio circuito è fondamentalmente un circuito di filtro passa basso utilizzato per ridurre la frequenza di uscita massima per evitare che il numero casuale fluttui troppo rapidamente. La tensione e la corrente del condensatore hanno la seguente relazione:

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

La tensione del condensatore Cc2 è pari a:

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

Se la corrente è costante, la tensione potenziale del condensatore Cc aumenterà lentamente. Tuttavia, nel mio circuito una parte della corrente sta entrando nel resistore Rc2a. L'utilizzo di un integratore per questo circuito può rettificare e filtrare un ingresso sinusoidale al transistor Q3, convertendo così l'ingresso del transistor Q3 in un segnale CC che fornirà un valore casuale da amplificare dai transistor Q3 e Q4. Questo è il motivo per cui nel mio circuito il transistor Q2 non è realmente un integratore ma simile a un integratore mostrato qui:

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

Puoi sostituire Rc2a e Cc con un cortocircuito, collegare il collettore Q2 al condensatore Cb3 e provare a collegare un condensatore molto piccolo attraverso il resistore Rf2 e vedere cosa succede.

Calcola la frequenza minima del filtro passa alto per gli amplificatori a transistor Q1, Q3 e 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 nel circuito effettivo che ho realizzato)

= 0,0476940195 Hz

Il calcolo della frequenza del filtro passa basso va oltre lo scopo di questo articolo. La frequenza del filtro passa basso è influenzata dalle componenti Rc2a, Cc2, Rb3 e Cb3. L'aumento del valore di tali componenti aumenterà la costante di tempo e ridurrà la frequenza del filtro passa basso.

L'ultimo stadio amplificatore realizzato con transistor Q4 è opzionale.

Passaggio 2: simulazioni

Le simulazioni mostrano che i transistor non sono polarizzati a metà della tensione di alimentazione. La polarizzazione dei transistor a metà della tensione di alimentazione non è essenziale per il funzionamento di questo circuito. Per un'alimentazione di 1,5 V ogni transistor può essere polarizzato a 1 V o 0,5 V.

Valori più bassi del resistore Rf ridurranno la tensione dell'emettitore del collettore del transistor fornendo più corrente di polarizzazione CC alla base del transistor.

Il vecchio software PSpice non ha un generatore di rumore casuale.

Passaggio 3: crea il circuito

Ho usato un resistore da 5,6 kohm per Rc2a invece del resistore da 1,5 kohm mostrato nel circuito. Non dovrebbe esserci molta differenza. Tuttavia, il mio circuito aveva un guadagno più elevato e una frequenza massima del filtro passa basso (anche il transistor Q2 è un filtro passa basso). Il mio circuito aveva anche bisogno di un resistore Rf2 più alto per aumentare la tensione dell'emettitore del collettore di polarizzazione. Tuttavia, riducendo la corrente di polarizzazione del collettore del transistor, Ic può ridurre anche il guadagno di corrente del transistor.

Ho usato resistori da 5,6 kohm per Rb1, Rb2, Rb3 e Rb4. Non dovrebbe esserci molta differenza. Il mio circuito aveva un guadagno inferiore.

Rf2 può essere implementato con due resistori da 270 ohm. Tuttavia, tutti i transistor hanno un guadagno di corrente diverso che può variare da circa 100 a 500. Quindi è necessario trovare il giusto resistore di retroazione. Questo è il motivo per cui ho specificato un pacco di resistori misti nella sezione dei componenti. È inoltre possibile utilizzare circuiti a transistor a polarizzazione stabilizzata o a polarizzazione fissa per questo amplificatore.

Il circuito potrebbe iniziare a oscillare. Puoi provare a utilizzare i filtri di alimentazione mostrati in questo articolo:

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

(Ecco perché ho specificato le resistenze da 100 ohm ad alta potenza)

Passaggio 4: rivestimento

Puoi vedere che quasi non ho usato un saldatore quando ho realizzato il mio circuito.

Puoi anche vedere i connettori metallici nella foto.

Passaggio 5: test

Grafico 1:

Canale 1: Vc1

Scala: 0,5 V e 4 secondi

Si noti che l'uscita Vc1 del primo transistor Q1 mostra che i restanti tre transistor potrebbero essere inutili

Grafico 2:

Canale 1: Vint1

Canale 2: Vo1

Scala: 0,5 V e 40 secondi

Grafico 3:

Canale 1: Vo1

Canale 2: Vo2

Scala: 0,5 V e 40 secondi

Grafico 4 (nessuna resistenza Rf2 inclusa):

Canale 1: Vo1

Canale 2: Vo2

Scala: 0,5 V e 20 secondi

Senza resistore Rf2 di retroazione il transistor Q2 non è polarizzato a metà tensione di alimentazione. Il circuito funziona più velocemente, con meno tempo di assestamento. Tuttavia, senza Rf2 questo amplificatore è un circuito rischioso e potrebbe non funzionare per tutti i tipi di transistor e condensatori.