ژنراتور شماره تصادفی: 5 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:52

این مقاله یک مولد عدد تصادفی آنالوگ را به شما نشان می دهد.

هنگامی که انسان پایانه ورودی را لمس می کند ، این مدار شروع به تولید خروجی تصادفی می کند. خروجی مدار تقویت می شود ، یکپارچه می شود و نویز انسانی را که مانند آنتن عمل می کند ، تقویت می کند و سیگنال های نویز الکترومغناطیسی را جمع آوری می کند.

مدار ترانزیستورهای بایاس بازخورد را نشان می دهد. شما باید یک مقاومت بازخورد را انتخاب کنید تا ولتاژ ساطع کننده کلکتور ترانزیستور هر چهار ترانزیستور در نصف ولتاژ منبع تعصب داشته باشد.

اگر در حال ایجاد این مدار هستید ، لطفاً قبل از شروع هرگونه آماده سازی ، کل مقاله را از ابتدا تا انتها بخوانید.

تدارکات

اجزاء: ترانزیستورهای عمومی - 10 ، 470 خازن uF - 10 ، مقاومت 1.5 اهم - 20 ، مقاومتهای مخلوط (100 اهم - 1 مگا اهم) - 10 ، سیمهای عایق ، تخته ماتریس/تکه مقوا ، منبع تغذیه 1.5 ولت - 4.5 ولت یا باتری 1.5 ولت AA/AAA/C یا D ، مهار باتری 1.5 ولت/نوار لاستیکی. همه مقاومتها باید دارای قدرت کم باشند.

اجزای اختیاری: لحیم ، سیم فلزی 1 میلی متر ، مقاومت 100 اهم (1 وات) - 5 ، محفظه ، پیچ و مهره/واشر ، اتصالات فلزی (برای اتصال سیم های عایق به پیچ و مهره).

ابزار: انبردست ، سیم گیر ، اسیلوسکوپ USB ، ولت متر.

ابزارهای اختیاری: لحیم کاری ، چند متری.

مرحله 1: طراحی مدار

یکپارچه کننده در مدار من اساساً یک مدار فیلتر پایین گذر است که برای کاهش حداکثر فرکانس خروجی استفاده می شود تا از نوسان سریع تعداد تصادفی جلوگیری شود. ولتاژ و جریان خازن رابطه زیر را دارند:

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

ولتاژ خازن Cc2 برابر است با:

Vc (t) = (1/Cc)*انتگرال [Ic (t)]

اگر جریان ثابت باشد ، ولتاژ بالقوه خازن Cc به آرامی رشد می کند. با این حال ، در مدار من بخشی از جریان وارد مقاومت Rc2a می شود. استفاده از یک انتگرال برای این مدار می تواند ورودی سینوسی را به ترانزیستور Q3 تصحیح و فیلتر کند ، بنابراین ورودی ترانزیستور Q3 را به سیگنال DC تبدیل می کند که یک مقدار تصادفی را برای ترانزیستورهای Q3 و Q4 فراهم می کند. به همین دلیل است که در مدار من ترانزیستور Q2 واقعاً یکپارچه کننده نیست ، اما شبیه یک انتگراتور است که در اینجا نشان داده شده است:

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

می توانید Rc2a و Cc را با یک اتصال کوتاه جایگزین کنید ، کلکتور Q2 را به خازن Cb3 متصل کرده و یک خازن بسیار کوچک را در مقاومت Rf2 متصل کرده و ببینید چه اتفاقی می افتد.

محاسبه حداقل فرکانس فیلتر بالا گذر برای تقویت کننده های ترانزیستور Q1 ، Q3 و Q4:

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

= 1 / (2*pi*(1 ، 500 اهم + 1 ، 500 اهم)*(470*10^-6))

= 0.11287584616 هرتز

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

(Rb = 5 ، 600 اهم در مدار واقعی که من ایجاد کردم)

= 0.0476940195 هرتز

محاسبه فرکانس فیلتر کم گذر خارج از حوصله این مقاله است. فرکانس فیلتر پایین گذر تحت تأثیر اجزای Rc2a ، Cc2 ، Rb3 و Cb3 قرار می گیرد. افزایش ارزش آن اجزا باعث افزایش ثابت زمان و کاهش فرکانس فیلتر پایین گذر می شود.

آخرین مرحله تقویت کننده ساخته شده با ترانزیستور Q4 اختیاری است.

مرحله 2: شبیه سازی

شبیه سازی ها نشان می دهد که ترانزیستورها در نصف ولتاژ منبع تعصب ندارند. برای کارکرد این مدار بایاس گذاری ترانزیستورها در نصف ولتاژ تغذیه ضروری نیست. برای منبع تغذیه 1.5 ولت هر ترانزیستور می تواند در 1 ولت یا 0.5 ولت بایاس باشد.

مقادیر مقاومت Rf پایین تر ، با تأمین جریان بایاس DC بیشتر به پایه ترانزیستور ، ولتاژ امیتر کلکتور ترانزیستور را کاهش می دهد.

نرم افزار قدیمی PSpice تولید کننده نویز تصادفی ندارد.

مرحله 3: مدار را ایجاد کنید

من از مقاومت 5.6 اهم برای Rc2a به جای مقاومت 1.5 اهم استفاده کردم که در مدار نشان داده شده است. نباید تفاوت زیادی وجود داشته باشد. با این حال ، مدار من دارای افزایش بیشتر و حداکثر فرکانس فیلتر کم گذر بود (ترانزیستور Q2 نیز فیلتر پایین گذر است). مدار من همچنین به یک مقاومت Rf2 بالاتر نیاز داشت تا ولتاژ امیتر جمع کننده بایاس را افزایش دهد. با این حال ، کاهش جریان بایاس کلکتور ترانزیستور ، Ic می تواند افزایش جریان ترانزیستور را نیز کاهش دهد.

من از مقاومتهای 5.6 اهم برای Rb1 ، Rb2 ، Rb3 و Rb4 استفاده کردم. نباید تفاوت زیادی وجود داشته باشد. مدار من افزایش کمتری داشت.

Rf2 را می توان با دو مقاومت 270 اهم اجرا کرد. با این حال ، همه ترانزیستورها دارای افزایش جریان متفاوتی هستند که می تواند بین 100 تا 500 متغیر باشد. بنابراین شما باید مقاومت بازخورد مناسب را پیدا کنید. به همین دلیل من یک بسته مقاومت مخلوط را در قسمت اجزاء مشخص کردم. همچنین می توانید از مدارهای ترانزیستور بایاس تثبیت شده یا بایاس ثابت برای این تقویت کننده استفاده کنید.

ممکن است مدار شروع به نوسان کند. می توانید از فیلترهای منبع تغذیه نشان داده شده در این مقاله استفاده کنید:

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

(به همین دلیل است که من مقاومت بالا با قدرت 100 اهم را مشخص کردم)

مرحله 4: محاصره

می بینید که من تقریباً از آهن لحیم کاری هنگام ساخت مدار استفاده نکردم.

همچنین می توانید اتصالات فلزی را در عکس مشاهده کنید.

مرحله 5: آزمایش

نمودار 1:

کانال 1: Vc1

مقیاس: 0.5 ولت و 4 ثانیه

توجه داشته باشید که اولین ترانزیستور Q1 خروجی Vc1 نشان می دهد که سه ترانزیستور باقی مانده ممکن است بی فایده باشند

نمودار 2:

کانال 1: Vint1

کانال 2: Vo1

مقیاس: 0.5 ولت و 40 ثانیه

نمودار 3:

کانال 1: Vo1

کانال 2: Vo2

مقیاس: 0.5 ولت و 40 ثانیه

نمودار 4 (بدون مقاومت Rf2):

کانال 1: Vo1

کانال 2: Vo2

مقیاس: 0.5 ولت و 20 ثانیه

بدون مقاومت بازخورد Rf2 ، ترانزیستور Q2 در نصف ولتاژ منبع تعصب ندارد. مدار سریعتر کار می کند و زمان ته نشینی کمتری دارد. با این حال ، بدون Rf2 این تقویت کننده یک مدار خطرناک است و ممکن است برای همه انواع ترانزیستور و خازن کار نکند.