Gerador de números aleatórios: 5 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:35

Este artigo mostra um gerador analógico de números aleatórios.

Este circuito começa a gerar uma saída aleatória quando um humano toca o terminal de entrada. A saída do circuito é amplificada, integrada e amplifica ainda mais o ruído de um ser humano que atua como uma antena, captando sinais de ruído eletromagnético.

O circuito mostra transistores de polarização de realimentação. Você terá que selecionar um resistor de realimentação para que a tensão do emissor do coletor do transistor de todos os quatro transistores seja polarizada na metade da tensão de alimentação.

se você está fazendo este circuito, por favor, leia todo o artigo do começo ao fim antes de iniciar qualquer preparação.

Suprimentos

Componentes: transistores de uso geral - 10, 470 uF capacitores - 10, 1,5 kohm resistor - 20, resistores mistos (100 kohm - 1 Megohm) - 10, fios isolados, placa de matriz / pedaço de papelão, fonte de alimentação 1,5 V - 4,5 V ou Bateria 1,5 V AA / AAA / C ou D, chicote de bateria de 1,5 V / elástico. Todos os resistores devem ser de baixa potência.

Componentes opcionais: solda, fio de metal de 1 mm, resistores de 100 ohm (1 Watt) - 5, revestimento, parafusos / porcas / arruelas, conectores de metal (para conectar fios isolados a parafusos e porcas).

Ferramentas: alicate, descascador de fios, osciloscópio USB, voltímetro.

Ferramentas opcionais: ferro de solda, multímetro.

Etapa 1: Projete o circuito

O integrador em meu circuito é basicamente um circuito de filtro passa-baixo usado para reduzir a frequência máxima de saída para evitar que o número aleatório flutue muito rapidamente. A tensão e a corrente do capacitor têm a seguinte relação:

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

A tensão do capacitor Cc2 é igual a:

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

Se a corrente for constante, a tensão potencial do capacitor Cc aumentará lentamente. No entanto, em meu circuito, uma parte da corrente está entrando no resistor Rc2a. Usar um integrador para este circuito pode retificar e filtrar uma entrada senoidal para o transistor Q3, convertendo assim a entrada do transistor Q3 em um sinal DC que fornecerá um valor aleatório a ser amplificado pelos transistores Q3 e Q4. É por isso que no meu circuito o transistor Q2 não é realmente um integrador, mas semelhante a um integrador mostrado aqui:

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

Você pode substituir o Rc2a e o Cc por um curto-circuito, conectar o coletor Q2 ao capacitor Cb3 e tentar conectar um capacitor muito pequeno ao resistor Rf2 e ver o que acontece.

Calcule a frequência mínima do filtro passa-alta para amplificadores de transistor Q1, Q3 e Q4:

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

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

= 0,11287584616 Hz

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

(Rb = 5, 600 ohms no circuito real que eu fiz)

= 0,0476940195 Hz

O cálculo da frequência do filtro passa-baixo está além do escopo deste artigo. A frequência do filtro passa-baixa é afetada pelos componentes Rc2a, Cc2, Rb3 e Cb3. Aumentar o valor desses componentes aumentará a constante de tempo e reduzirá a frequência do filtro passa-baixo.

O último estágio amplificador feito com transistor Q4 é opcional.

Etapa 2: Simulações

Simulações mostram que os transistores não são polarizados na metade da tensão de alimentação. Polarizar os transistores com meia tensão de alimentação não é essencial para que este circuito funcione. Para alimentação de 1,5 V, cada transistor pode ser polarizado em 1 V ou 0,5 V.

Valores mais baixos do resistor Rf reduzirão a tensão do coletor do transistor, fornecendo mais corrente de polarização DC à base do transistor.

O software PSpice antigo não possui um gerador de ruído aleatório.

Etapa 3: faça o circuito

Usei um resistor de 5,6 kohm para Rc2a em vez do resistor de 1,5 kohm que é mostrado no circuito. Não deve haver muita diferença. No entanto, meu circuito tinha um ganho mais alto e uma frequência máxima de filtro de passagem baixa (o transistor Q2 também é um filtro de passagem baixa). Meu circuito também precisava de um resistor Rf2 mais alto para aumentar a tensão do emissor do coletor de polarização. No entanto, reduzindo a corrente de polarização do coletor do transistor, Ic pode reduzir também o ganho de corrente do transistor.

Usei resistores de 5,6 kohm para Rb1, Rb2, Rb3 e Rb4. Não deve haver muita diferença. Meu circuito teve ganho inferior.

Rf2 pode ser implementado com dois resistores de 270 ohms. No entanto, todos os transistores têm um ganho de corrente diferente que pode variar de cerca de 100 a 500. Portanto, você precisa encontrar o resistor de feedback correto. É por isso que especifiquei um pacote de resistores mistos na seção de componentes. Você também pode usar circuitos de polarização estabilizada ou transistores de polarização fixa para este amplificador.

O circuito pode começar a oscilar. Você pode tentar usar os filtros de fonte de alimentação mostrados neste artigo:

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

(É por isso que eu especifiquei os resistores de alta potência de 100 ohms)

Etapa 4: Encaixe

Você pode ver que quase não usei ferro de soldar ao fazer meu circuito.

Você também pode ver os conectores de metal na foto.

Etapa 5: Teste

Gráfico 1:

Canal 1: Vc1

Escala: 0,5 V e 4 segundos

Observe que a primeira saída Vc1 do transistor Q1 está mostrando que os três transistores restantes podem ser inúteis

Gráfico 2:

Canal 1: Vint1

Canal 2: Vo1

Escala: 0,5 V e 40 segundos

Gráfico 3:

Canal 1: Vo1

Canal 2: Vo2

Escala: 0,5 V e 40 segundos

Gráfico 4 (sem resistor Rf2 incluído):

Canal 1: Vo1

Canal 2: Vo2

Escala: 0,5 V e 20 segundos

Sem nenhum resistor Rf2 de feedback, o transistor Q2 não é polarizado na metade da tensão de alimentação. O circuito funciona mais rápido, com menos tempo de acomodação. No entanto, sem Rf2 este amplificador é um circuito arriscado e pode não funcionar para todos os tipos de transistor e capacitor.