Меню

Усилитель мощности генератора шума

Усилитель мощности генератора шума

Этот универсальный широкополосный генератор шума может пригодиться любителям радиоприёма для настройки преселекторов и резонансных магнитных антенн, а также инженерам и любителям звуковой техники в качестве источника белого шума. Он не содержит дефицитных или дорогостоящих деталей, прост в изготовлении и не требует наладки.

Ниже приведена электрическая схема широкополосного генератора шума. Собственно источником шума в ней служит стабилитрон VD2, на транзисторе VT1 выполнен широкополосный усилитель шумового напряжения, а на транзисторе VT2 – эмиттерный повторитель для согласования генератора с 50-омной нагрузкой.

В отличие от других схем генератора шума, источник шума на стабилитроне VD2 в этой схеме включен не в цепь базы транзистора VT1, а в цепь эмиттера. База транзистора VT1 по переменному току соединена с общим проводом схемы конденсаторами C1 и C2. Таким образом транзистор VT1 в усилительном каскаде включен по схеме с общей базой. Поскольку схема с общей базой, – как подробно изложено в [1], – лишена главного недостатка схемы с общим эмиттером – эффекта Миллера, то такое включение обеспечивает максимальную широкополосность усилителя шумового напряжения для данного типа транзистора. А такой недостаток схемы с общей базой, как высокое выходное сопротивление, компенсируется затем эмиттерным повторителем на транзисторе VT2. В итоге выходное сопротивление генератора шума составляет около 50 Ом (более точно устанавливается подбором резистора R6). Кроме того, при таком включении, в отличие от распостранённой в Internet-е схемы генератора шума, приведенной в [2], где стабилитрон включен последовательно с базой транзистора, через стабилитрон, включенный в эмиттер транзистора, протекает больший ток, и, соответственно, уровень собственных шумов стабилитрона также повышается.

Режимы работы транзисторов VT1 и VT2 и стабилитрона VD2 по постоянному току устанавливаются резисторами R2, R3 и R5: напряжение на базе транзистора VT1, равное половине напряжения питания, устанавливается состоящим из двух одинаковых резисторов R1 и R2 делителем напряжения, а ток через стабилитрон VD2 устанавливается резистором R5. Номинальное значение сопротивления резистора R5 по заданным значениям напряжения питания, напряжения на стабилитроне и току через стабилитрон можно рассчитать по следующей формуле:

Например, при указанном на схеме напряжении питания 24 В и стабилитроне VD2 типа BZX55C9V1 с номинальным напряжением 9,1 В ток через стабилитрон в 10 мА устанавливается резистором:

где 240 Ом – это ближайший к расчётному 230 Ом номинал из ряда E24.

Номинальное сопротивление резистора R4 выбирается таким, чтобы рабочее напряжение на переходе коллектор-база транзистора VT2 лежало в пределах 4..8 В. Это сопротивление приблизительно рассчитывается как частное от деления требуемого значения напряжения на переходе коллектор-база транзистора VT2 на значение коллекторного тока транзистора VT1, приблизительно равное значению тока через стабилитрон VD2.

Нижний по схеме вывод стабилитрона VD2 по переменному току соединён с общим проводом схемы конденсаторами C3 и C5. Дроссель L1 несколько поднимает усиление по напряжению усилителя на транзисторе VT1 и тем самым в некоторой степени компенсирует падение уровня шумового сигнала на частотах выше 2 МГц. Светодиод VD1 служит для индикации включения питания генератора шума выключателем SA1.

Спектральный состав шумового сигнала на выходе генератора в диапазоне частот от 2 МГц до 32 МГц иллюстрирует фото, сделанное с экрана анализатора спектра:

шумовая дорожка №1 – это уровень шума при выключенном генераторе;
шумовая дорожка №2 – это уровень шума при включенном генераторе и закороченном дросселе L1;
шумовая дорожка №3 – работа генератора шума с дросселем L1.

Читайте также:  Потребление мощности во времени

Масштаб горизонтальной оси частот составлял 3 МГц/дел.

На более низких частотах, в том числе звуковых, спектр шума распределён более-менее равномерно. Приведенное ниже фото иллюстрирует спектральный состав шума в диапазоне частот от 500 кГц до 2 МГц:

шумовая дорожка №1 – это уровень шума при выключенном генераторе;
шумовая дорожка №2 – это уровень шума при включенном генераторе с дросселем L1.

Входное сопротивление анализатора спектра во всех случаях было установлено равным 50 Ом.

Для электропитания генератора шума необходим стабилизированный источник питания. Точность установки напряжения питания 24 В должна быть не хуже ±5%. Если такой возможности нет, то запитать генератор можно от источника питания напряжением в пределах от 20 до 30 Вольт, но для этого необходимо стабилизировать напряжение на базе транзистора VT1 на уровне +12 В при помощи, например, стабилитрона, установленного вместо резистора R3. Сопротивление резистора R2 при этом должно быть равным 1,6 кОм.

Генератор шума можно также запитать от двуполярного источника питания ±12 В как показано на схеме ниже:

Элементы C1, C2, R2 и R3 при этом устанавливать не надо.

В схеме генератора шума транзисторы КТ315 можно применить с любым буквенным индексом или заменить их на любые другие высокочастотные транзисторы с максимально допустимым напряжением коллектор-эмиттер не менее 20 В. Вполне подойдёт, например, такой распостранённый импортный транзистор как 2N2222A. Стабилитрон VD2 – любой на напряжение около 9 В. В схеме генератора шума автором опробован отечественный стабилитрон Д814Б – какой-либо разницы в работе генератора замечено не было. Окончательный выбор пал на стабилитрон BZX55C9V1 лишь потому, что последний имеет гораздо меньшие габаритные размеры. Конденсаторы C2, C3, C4 и C6 – керамические, остальные – электролитические с рабочим напряжением до 35 В. Дроссель L1 выполнен на ферритовом бинокуляре марки 30ВН и содержит четыре с половиной витка обмоточного провода ПЭТВР диаметром 0,15 мм. Светодиод VD1 – любой (но не инфракрасный). Универсальный широкополосный генератор шума был собран на маленькой макетной платке размером 30 х 25 мм (см. фото ниже), печатная плата не разрабатывалась.

При использовании описанного генератора в качестве источника белого шума в звуковом диапазоне частот входное сопротивление подключаемой к генератору цепи должно быть не меньше 33 кОм. В противном случае, во избежание «завала» частотной характеристики в области сотен герц, необходимо увеличить ёмкость конденсатора C6.

Литература:
1. Титце У., Шенк К., Полупроводниковая схемотехника: справочное руководство, пер. с нем.–М.: Мир, 1982, стр.229;
2. Простой генератор белого шума. – Радио, 1979, №9, стр.58 (статья перепечатана из английского журнала «Wireless World», 1978, №5);
3. Г.Б.Белоцерковский, «ОСНОВЫ РАДИОТЕХНИКИ И АНТЕННЫ», часть I, «Основы радиотехники», М.; «Советское радио», 1969г., ГЛАВА X: «НЕЛИНЕЙНЫЕ И ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ КОЛЕБАНИЙ. БОРЬБА С ПОМЕХАМИ»; §68 «Радиопомехи»
4. СПРАВОЧНИК РАДИОИНЖЕНЕРА: Амплитудная модуляция — параметры, спектр, способы получения.

Источник



Схемы генераторов шума

Цифровой генератор шума . Цифровой шум представляет собой временной случайный процесс, близкий по своим свойствам к процессу физических шумов и называется поэтому псевдослучайным процессом. Цифровая последовательность двоичных символов в цифровых генераторах шума называется псевдослучайной последовательностью и представляет собой последовательность прямоугольных импульсов псевдослучайной длительности с псевдослучайными интервалами между ними.
Период повторения всей последовательности значительно превышает наибольший интервал между отдельными импульсами последовательности. Наиболее часто в цифровых генераторах шума применяются последовательности максимальной длинны – так называемые М-последовательности, которые формируются при помощи регистров сдвига и сумматоров по модулю 2, использующихся для получения сигнала обратной связи.

Читайте также:  Светильник светодиодный мощностью не менее 100 вт ip65

Принципиальная схема генератора шума с равномерной спектральной плотностью в рабочем диапазоне частот приведена на Рис.1

Этот генератор шума содержит:

* последовательный восьмиразрядный регистр сдвига, выполненный на микросхеме К561ИР2:

* сумматор по модулю 2 (DD2.1);

* тактовый генератор (DD2.3, DD2.4);

Последние элементы выполнены на микросхеме К561ЛН2. Тактовый генератор выполнен на элементах DD 2.3 и DD 2.4 по схеме мультивибратора. С выхода генератора последовательность прямоугольных импульсов с частотой следования около 100 кГц поступает на входы «С» регистров сдвига DD 1.1 и DD 1.2, образующих 8-разрядный регистр сдвига.

Запись информации в регистр происходит по входам « D ». На вход « D » регистра DD 1.1 сигнал поступает с элемента обратной связи – сумматора по модулю 2 на элементе DD 2.1. Однако при включении питания возможно состояние регистров, когда на всех выходах присутствуют низкие уровни. Так как в регистрах М-последовательности запрещено появление нулевой комбинации, то в схему введена специальная цепь запуска генератора, выполненная на элементе DD 2.2. При включении питания он формирует на своём выходе уровень логической единицы, который выводит регистр из нулевого состояния. Затем на дальнейшую работу генератора цепь запуска не оказывает никакого влияния. Сформированный псевдослучайный сигнал снимается с 8-го разряда регистра сдвига и поступает для дальнейшего усиления и излучения. Напряжение источника питания может быть от 3 до 15 В.
В устройстве использованы КМОП микросхемы серии 561, их можно заменить микросхемами серий К564, К1561 или К176. В последнем случае напряжение питания должно быть 9 В.
Правильно собранный генератор в налаживании не нуждается. Изменением тактовой частоты генератора можно регулировать диапазон частот шума и интервал между спектральными составляющими.
Генератор белого шума . Самым простым методом получения белого шума является использование шумящих электронных элементов ( ламп, транзисторов, различных диодов и стабилитронов ) с усилением напряжения шума. Принципиальная схема несложного генератора приведена на Рис.2 .

Источником шума является полупроводниковый диод VD 1 типа КС168А, работающий в режиме лавинного пробоя при очень малом токе. Сила тока через стабилитрон VD 1 составляет всего лишь около 100 мкА. Шум, как полезный сигнал, снимается с катода стабилитрона VD 1 и через конденсатор С1 поступает на инвертирующий вход операционного усилителя DA 1 типа КР140УД1208. На неинвертирующий вход этого усилителя поступает напряжение смещения, равное половине напряжения питания с делителя напряжения, выполненного на резисторах R 2 и R 3.
Режим работы микросхемы определяется резистором R 5, а коэффициент усиления – резистором R 4. С нагрузки усилителя, переменного резистора R 6, усиленное напряжение шума поступает на усилитель мощности, выполненный а микросхеме DA 2 типа К174ХА10. С выхода усилителя шумовой сигнал через конденсатор С4 поступает на малогабаритный широкополосный громкоговоритель В1.

Уровень шума регулируется резистором R 6. Стабилитрон VD 1 генерирует шум в широком диапазоне частот от единиц герц до десятков мегагерц. Однако на практике он ограничен АХЧ усилителя и громкоговорителя. Стабилитрон VD 1 подбирается по максимальному уровню шума, но так как стабилитроны представляют собой некалиброванный источник шума, то стабилитрон может быть любым, с напряжением стабилизации менее напряжения питания.
Микросхему DA 1 можно заменить микросхемой КР1407УД2 или любой операционный усилитель с высокой граничной частотой коэффициента единичного усиления. Вместо усилителя на DA2 можно использовать любой другой УЗЧ.

Читайте также:  Таблица подбора автомата по мощности нагрузки

В. Г. Белолапотков, А. П. Семьян «500 схем для радиолюбителей ШПИОНСКИЕ ШТУЧКИ И НЕ ТОЛЬКО» Наука и техника, Санкт-Петербург, 2007г, стр. 200-204.

Источник

Генератор шума: принцип действия и область применения

С помощью электронных схем сегодня можно реализовать самые смелые идеи. Начинающему радиолюбителю под силу собрать даже такое “экзотическое” устройство, как генератор шума. Этот прибор выпускается в промышленных масштабах и предназначен для защиты от утечки информации с работающих радиоэлектронных устройств: компьютеров, мобильных телефонов и т.д. Их еще часто называют “глушилками” из-за способности подавить любой информационный сигнал, который попадает в сферу их действия.

Применение устройства целесообразно в офисах или лабораториях, в общем, везде, где должен сохраняться особый режим секретности. Если в какой-либо организации существует запрет на использование мобильной связи, то генератор шума в состоянии перекрыть любой сигнал и не допустить проведение переговоров. Кроме этого, можно создать устройство, которое будет генерировать так называемый “белый шум”. Это шум звукового диапазона, который может воспрепятствовать утечке информации при проведении совещаний или особо важных переговоров. Комната при этом “окутывается белым шумом”.

Кроме вышеперечисленных примеров, генератор шума может использоваться и в других целях. Наверное, многие помнят игровой автомат “Морской бой”, в котором нужно было подбить корабль с помощью торпеды. При попадании в цель включался генератор шума, который работал в звуковом диапазоне и имитировал звук взрыва.

Такое устройство несложно сконструировать, если знать принцип его действия. Прибор, работающий в звуковом диапазоне, генерирует сигналы звуковой частоты, равные по амплитуде. Особенностью прибора является то, что на выходе одновременно присутствует смешанный сигнал. Его можно сгенерировать, предположим, на микропроцессоре, точно разделив звуковой диапазон и смешав сигналы с определенной дискретностью. Но гораздо проще использовать в качестве источника белого шума электронные приборы: радиолампы или стабилитрон. Такие устройства несложно найти в специализированных магазинах. Генератор шума на стабилитроне состоит из параметрического стабилизатора. Сигнал снимается непосредственно со стабилитрона и отдается на операционный усилитель с определенной частотой среза. Выделенный таким образом белый шум остается усилить с помощью УЗЧ и передать на динамик. Прибор устойчиво работает в широком диапазоне

температур и начинает генерировать сигнал смешанной частоты сразу после монтажа и подключения к источнику питания. Довольно интересно услышать, как работает стабилитрон.

Готовые приборы также можно приобрести в магазинах. В качестве примера можно рассмотреть генератор шума ГШ-1000М. Прибор компактен, и радиус его действия составляет 40 квадратных метров. Он надежно защищает организацию от возможной информационной утечки с работающих компьютеров. Также возможно использовать несколько таких приборов, например, для защиты мощных вычислительных центров или терминалов. В этом случае приборы можно располагать на расстоянии 20 м друг от друга. Излучение, создаваемое генератором, не превышает допустимые нормы и не вредит здоровью обслуживающего персонала.

Источник

Adblock
detector