Generador de números aleatorios: 5 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:40

Este artículo le muestra un generador de números aleatorios analógico.

Este circuito comienza a generar una salida aleatoria cuando un humano toca el terminal de entrada. La salida del circuito se amplifica, integra y amplifica aún más el ruido de un humano que actúa como una antena, recolectando señales de ruido electromagnético.

El circuito muestra transistores de polarización de retroalimentación. Tendrá que seleccionar una resistencia de retroalimentación para que el voltaje del emisor del colector del transistor de los cuatro transistores esté polarizado a la mitad del voltaje de suministro.

Si está haciendo este circuito, lea todo el artículo de principio a fin antes de iniciar los preparativos.

Suministros

Componentes: transistores de uso general - 10, condensadores de 470 uF - 10, resistencia de 1,5 kohm - 20, resistencias mixtas (100 kohm - 1 megaohmio) - 10, cables aislados, placa de matriz / pieza de cartón, fuente de alimentación de 1,5 V - 4,5 V o Pila de 1,5 V AA / AAA / C o D, arnés de batería de 1,5 V / banda elástica. Todas las resistencias deben ser de baja potencia.

Componentes opcionales: soldadura, cable metálico de 1 mm, resistencias de 100 ohmios (1 vatio) - 5, revestimiento, pernos / tuercas / arandelas, conectores metálicos (para conectar cables aislados a pernos y tuercas).

Herramientas: alicates, pelacables, osciloscopio USB, voltímetro.

Herramientas opcionales: soldador, multímetro.

Paso 1: diseñe el circuito

El integrador en mi circuito es básicamente un circuito de filtro de paso bajo que se usa para reducir la frecuencia de salida máxima para evitar que el número aleatorio fluctúe demasiado rápido. La tensión y la corriente del condensador tienen la siguiente relación:

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

El voltaje del capacitor Cc2 equivale a:

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

Si la corriente es constante, la tensión potencial del condensador Cc aumentará lentamente. Sin embargo, en mi circuito, una parte de la corriente entra en la resistencia Rc2a. El uso de un integrador para este circuito puede rectificar y filtrar una entrada sinusoidal al transistor Q3, convirtiendo así la entrada del transistor Q3 en una señal de CC que proporcionará un valor aleatorio para ser amplificado por los transistores Q3 y Q4. Es por eso que en mi circuito, el transistor Q2 no es realmente un integrador, sino similar a un integrador que se muestra aquí:

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

Puede reemplazar el Rc2a y Cc con un cortocircuito, conectar el colector Q2 al condensador Cb3 e intentar conectar un condensador muy pequeño a través de la resistencia Rf2 y ver qué sucede.

Calcule la frecuencia mínima del filtro de paso alto para los amplificadores de transistores Q1, Q3 y Q4:

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

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

= 0,11287584616 Hz

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

(Rb = 5, 600 ohmios en el circuito real que hice)

= 0,0476940195 Hz

El cálculo de la frecuencia del filtro de paso bajo está fuera del alcance de este artículo. La frecuencia del filtro de paso bajo se ve afectada por los componentes Rc2a, Cc2, Rb3 y Cb3. Aumentar el valor de esos componentes aumentará la constante de tiempo y reducirá la frecuencia del filtro de paso bajo.

La última etapa del amplificador hecha con transistor Q4 es opcional.

Paso 2: Simulaciones

Las simulaciones muestran que los transistores no están polarizados a la mitad del voltaje de suministro. La polarización de los transistores a la mitad del voltaje de suministro no es esencial para que este circuito funcione. Para un suministro de 1,5 V, cada transistores se puede polarizar a 1 V o 0,5 V.

Los valores de resistencia de Rf más bajos reducirán el voltaje del emisor del colector del transistor al suministrar más corriente de polarización de CC a la base del transistor.

El antiguo software de PSpice no tiene un generador de ruido aleatorio.

Paso 3: haz el circuito

Usé una resistencia de 5.6 kohm para Rc2a en lugar de la resistencia de 1.5 kohm que se muestra en el circuito. No debería haber mucha diferencia. Sin embargo, mi circuito tenía una mayor ganancia y una frecuencia máxima de filtro de paso bajo (el transistor Q2 también es un filtro de paso bajo). Mi circuito también necesitaba una resistencia Rf2 más alta para aumentar el voltaje del emisor del colector de polarización. Sin embargo, al reducir la corriente de polarización del colector del transistor, Ic también puede reducir la ganancia de corriente del transistor.

Usé resistencias de 5.6 kohm para Rb1, Rb2, Rb3 y Rb4. No debería haber mucha diferencia. Mi circuito tenía una ganancia más baja.

Rf2 se puede implementar con dos resistencias de 270 ohmios. Sin embargo, todos los transistores tienen una ganancia de corriente diferente que puede oscilar entre 100 y 500. Por lo tanto, necesita encontrar la resistencia de retroalimentación correcta. Es por eso que especifiqué un paquete de resistencias mixtas en la sección de componentes. También puede utilizar circuitos de transistor de polarización estabilizada o de polarización fija para este amplificador.

El circuito puede comenzar a oscilar. Puede intentar usar los filtros de fuente de alimentación que se muestran en este artículo:

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

(Esta es la razón por la que especifiqué las resistencias de alta potencia de 100 ohmios)

Paso 4: Encapsulado

Pueden ver que casi no utilicé un soldador al hacer mi circuito.

También puedes ver los conectores metálicos en la foto.

Paso 5: prueba

Gráfico 1:

Canal 1: Vc1

Escala: 0,5 V y 4 segundos

Tenga en cuenta que la primera salida Vc1 del transistor Q1 muestra que los tres transistores restantes podrían ser inútiles

Gráfico 2:

Canal 1: Vint1

Canal 2: Vo1

Escala: 0,5 V y 40 segundos

Gráfico 3:

Canal 1: Vo1

Canal 2: Vo2

Escala: 0,5 V y 40 segundos

Gráfico 4 (No incluye resistencia Rf2):

Canal 1: Vo1

Canal 2: Vo2

Escala: 0,5 V y 20 segundos

Sin resistencia de retroalimentación Rf2, el transistor Q2 no está polarizado a la mitad del voltaje de suministro. El circuito funciona más rápido, con menos tiempo de asentamiento. Sin embargo, sin Rf2, este amplificador es un circuito riesgoso y podría no funcionar para todos los tipos de transistores y capacitores.