ตัวสร้างตัวเลขสุ่ม: 5 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2025 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2025-01-23 15:12

บทความนี้จะแสดงให้คุณเห็นถึงเครื่องกำเนิดตัวเลขสุ่มแบบอะนาล็อก

วงจรนี้เริ่มสร้างเอาต์พุตแบบสุ่มเมื่อมนุษย์สัมผัสขั้วอินพุต เอาต์พุตของวงจรได้รับการขยาย ผสานรวม และขยายสัญญาณเสียงจากมนุษย์ที่ทำหน้าที่เหมือนเสาอากาศ โดยรวบรวมสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า

วงจรแสดงทรานซิสเตอร์อคติป้อนกลับ คุณจะต้องเลือกตัวต้านทานป้อนกลับเพื่อให้แรงดันไฟของตัวรวบรวมทรานซิสเตอร์ของทรานซิสเตอร์ทั้งสี่ตัวมีอคติที่แรงดันไฟจ่ายครึ่งหนึ่ง

หากคุณกำลังทำวงจรนี้ โปรดอ่านบทความทั้งหมดตั้งแต่ต้นจนจบก่อนที่จะเริ่มการเตรียมการใดๆ

เสบียง

ส่วนประกอบ: ทรานซิสเตอร์เอนกประสงค์ - ตัวเก็บประจุ 10, 470 uF - 10, ตัวต้านทาน 1.5 kohm - 20, ตัวต้านทานแบบผสม (100 kohm - 1 Megohm) - 10, สายไฟหุ้มฉนวน, แผ่นเมทริกซ์/ชิ้นส่วนของกระดาษแข็ง, แหล่งจ่ายไฟ 1.5 V - 4.5 V หรือ แบตเตอรี่ AA/AAA/C หรือ D 1.5 V, ชุดสายไฟ/ยางรัดแบตเตอรี่ 1.5 V ตัวต้านทานทั้งหมดจะต้องใช้พลังงานต่ำ

ส่วนประกอบเสริม: บัดกรี, ลวดโลหะ 1 มม., ตัวต้านทาน 100 โอห์ม (1 วัตต์) - 5, ปลอกหุ้ม, สลักเกลียว/น็อต/แหวนรอง, ขั้วต่อโลหะ (สำหรับเชื่อมต่อสายฉนวนกับสลักเกลียวและน็อต)

เครื่องมือ: คีม, ที่ปอกสายไฟ, ออสซิลโลสโคป USB, โวลต์มิเตอร์

เครื่องมือเสริม: หัวแร้ง, มัลติมิเตอร์

ขั้นตอนที่ 1: ออกแบบวงจร

ผู้รวมระบบในวงจรของฉันนั้นเป็นวงจรกรองความถี่ต่ำที่ใช้เพื่อลดความถี่เอาต์พุตสูงสุดเพื่อป้องกันไม่ให้ตัวเลขสุ่มผันผวนเร็วเกินไป แรงดันและกระแสของตัวเก็บประจุมีความสัมพันธ์ดังต่อไปนี้:

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

แรงดันตัวเก็บประจุ Cc2 เท่ากับ:

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

หากกระแสคงที่ แรงดันศักย์ไฟฟ้าของตัวเก็บประจุ Cc จะค่อยๆ เติบโต อย่างไรก็ตาม ในวงจรของฉัน กระแสไฟฟ้าส่วนหนึ่งเข้าสู่ตัวต้านทาน Rc2a การใช้ผู้รวมระบบสำหรับวงจรนี้สามารถแก้ไขและกรองอินพุตไซน์เป็นทรานซิสเตอร์ Q3 ได้ ดังนั้นจึงแปลงอินพุตทรานซิสเตอร์ Q3 เป็นสัญญาณ DC ที่จะให้ค่าสุ่มที่จะขยายโดยทรานซิสเตอร์ Q3 และ Q4 นี่คือสาเหตุที่ในวงจรของฉัน ทรานซิสเตอร์ Q2 ไม่ใช่ผู้รวมระบบจริง ๆ แต่คล้ายกับผู้รวมระบบที่แสดงไว้ที่นี่:

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

คุณสามารถแทนที่ Rc2a และ Cc ด้วยไฟฟ้าลัดวงจร เชื่อมต่อตัวรวบรวม Q2 กับตัวเก็บประจุ Cb3 แล้วลองเชื่อมต่อตัวเก็บประจุขนาดเล็กมากบนตัวต้านทาน Rf2 และดูว่าเกิดอะไรขึ้น

คำนวณความถี่กรองความถี่สูงขั้นต่ำสำหรับแอมพลิฟายเออร์ทรานซิสเตอร์ Q1, Q3 และ Q4:

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

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

= 0.11287584616 เฮิรตซ์

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

(Rb = 5, 600 โอห์มในวงจรจริงที่ฉันทำ)

= 0.0476940195 เฮิรตซ์

การคำนวณความถี่ตัวกรองความถี่ต่ำอยู่นอกเหนือขอบเขตของบทความนี้ ความถี่ตัวกรองความถี่ต่ำได้รับผลกระทบจากส่วนประกอบ Rc2a, Cc2, Rb3 และ Cb3 การเพิ่มมูลค่าของส่วนประกอบเหล่านั้นจะเพิ่มค่าคงที่ของเวลาและลดความถี่ของตัวกรองความถี่ต่ำ

แอมพลิฟายเออร์สเตจสุดท้ายที่สร้างด้วยทรานซิสเตอร์ Q4 เป็นอุปกรณ์เสริม

ขั้นตอนที่ 2: การจำลอง

การจำลองแสดงให้เห็นว่าทรานซิสเตอร์ไม่เอนเอียงที่แรงดันไฟจ่ายครึ่งหนึ่ง การให้น้ำหนักทรานซิสเตอร์ที่แรงดันไฟครึ่งหนึ่งไม่จำเป็นสำหรับวงจรนี้ในการทำงาน สำหรับการจ่ายไฟ 1.5 V ทรานซิสเตอร์แต่ละตัวสามารถไบแอสที่ 1 V หรือ 0.5 V

ค่าตัวต้านทาน Rf ที่ต่ำกว่าจะลดแรงดันไฟฟ้าของตัวรวบรวมทรานซิสเตอร์โดยการจ่ายกระแสไฟ DC ไบแอสให้กับฐานทรานซิสเตอร์มากขึ้น

ซอฟต์แวร์ PSpice รุ่นเก่าไม่มีตัวสร้างสัญญาณรบกวนแบบสุ่ม

ขั้นตอนที่ 3: สร้างวงจร

ฉันใช้ตัวต้านทาน 5.6 kohm สำหรับ Rc2a แทนตัวต้านทาน 1.5 kohm ที่แสดงในวงจร ไม่ควรมีความแตกต่างมากนัก อย่างไรก็ตาม วงจรของฉันมีเกนที่สูงกว่าและความถี่ฟิลเตอร์กรองความถี่ต่ำสูงสุด (ทรานซิสเตอร์ Q2 ก็เป็นฟิลเตอร์กรองความถี่ต่ำเช่นกัน) วงจรของฉันยังต้องการตัวต้านทาน Rf2 ที่สูงขึ้นเพื่อเพิ่มแรงดันตัวปล่อยตัวสะสมการให้น้ำหนัก อย่างไรก็ตามการลดกระแสไบแอสของตัวสะสมทรานซิสเตอร์ Ic สามารถลดเกนกระแสของทรานซิสเตอร์ได้เช่นกัน

ฉันใช้ตัวต้านทาน 5.6 kohm สำหรับ Rb1, Rb2, Rb3 และ Rb4 ไม่ควรมีความแตกต่างมากนัก วงจรของฉันมีกำไรต่ำกว่า

Rf2 สามารถใช้ได้กับตัวต้านทาน 270 โอห์มสองตัว อย่างไรก็ตาม ทรานซิสเตอร์ทั้งหมดมีเกนกระแสที่แตกต่างกันซึ่งสามารถอยู่ในช่วงตั้งแต่ 100 ถึง 500 ดังนั้นคุณจึงต้องค้นหาตัวต้านทานป้อนกลับที่เหมาะสม นี่คือเหตุผลที่ฉันระบุแพ็คตัวต้านทานแบบผสมในส่วนส่วนประกอบ คุณยังสามารถใช้ไบแอสที่เสถียรหรือวงจรทรานซิสเตอร์ไบแอสคงที่สำหรับแอมพลิฟายเออร์นี้

วงจรอาจเริ่มสั่น คุณสามารถลองใช้ตัวกรองแหล่งจ่ายไฟที่แสดงในบทความนี้:

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

(นี่คือเหตุผลที่ฉันระบุตัวต้านทานกำลังสูง 100 โอห์ม)

ขั้นตอนที่ 4: การห่อหุ้ม

คุณจะเห็นว่าฉันแทบไม่ได้ใช้หัวแร้งในการทำวงจรเลย

คุณยังสามารถดูขั้วต่อโลหะในรูปภาพได้อีกด้วย

ขั้นตอนที่ 5: การทดสอบ

กราฟที่ 1:

ช่อง 1: Vc1

มาตราส่วน: 0.5 V และ 4 วินาที

โปรดทราบว่าทรานซิสเตอร์ Q1 เอาต์พุต Vc1 ตัวแรกแสดงให้เห็นว่าทรานซิสเตอร์ที่เหลืออีกสามตัวอาจไร้ประโยชน์

กราฟ 2:

ช่อง 1: Vint1

ช่อง 2: Vo1

มาตราส่วน: 0.5 V และ 40 วินาที

กราฟ 3:

ช่อง 1: Vo1

ช่อง 2: Vo2

มาตราส่วน: 0.5 V และ 40 วินาที

กราฟ 4 (ไม่รวมตัวต้านทาน Rf2):

ช่อง 1: Vo1

ช่อง 2: Vo2

มาตราส่วน: 0.5 V และ 20 วินาที

ไม่มีตัวต้านทาน Rf2 ป้อนกลับ ทำให้ทรานซิสเตอร์ Q2 ไม่เอนเอียงที่แรงดันไฟจ่ายครึ่งหนึ่ง วงจรทำงานเร็วขึ้นโดยใช้เวลาตกตะกอนน้อยลง อย่างไรก็ตาม ถ้าไม่มี Rf2 แอมพลิฟายเออร์นี้เป็นวงจรที่มีความเสี่ยงและอาจใช้ไม่ได้กับทรานซิสเตอร์และตัวเก็บประจุทุกประเภท