Генератор случайных чисел на шуме транзистора

[rhouland4]

за основу из сайта: https://supereyes.ru/articles/waveform_ ... bilitrona/





имееться операционники: TL084CN, LM339N, 4136CP, D2822, BA4558, C4558C, LM393, TL061C

идея: после включения питания таймер 555 каждые 5 секунд дает импульс,
и выводятся цифра 0...9, значение которой остается на индикаторе до следующего импульса.

[falkonist]

TL339 и TL393 - не операционные усилители, а компараторы.

[rhouland4]

да, но из представленных операционников можно?
питание однополярное, таймер просто каждые 5 секунд на коротко включит реле,
а на дешифраторе что останеться после отключения, то и будет светиться.
и што лучше комутировать, сам сигнал или питание генератора шума?

[pasha_zv]

генератор случайного сигнала
делал как-то на стабилитроне(в малотоковом режиме он шумит еще как) и ОУ.
на выходе - прямоугольный шум. делай с ним что хочешь. хочешь - считай количество, хочешь - время

[rhouland4]

для статистики тенденций. пока жду заказанные детальки. интересно просто, влияние внешной среды на разные испытаемые датчики, не обязательно стабилитроны.

[Ariadna-on-Line]

На верхнем рисунке операционник "лежит на боку". То бишь с предельным смещением (offset-ом). В этом режиме у него падает усиление. Будет ли он так работать - не уверен. Вполне возможно уйдет в единицу или ноль беспробудно.

Добавлено after 20 minutes 2 seconds:
[uquote="rhouland4",url="/forum/viewtopic.php?p=4670907#p4670907"]для статистики тенденций. пока жду заказанные детальки. интересно просто, влияние внешной среды на разные испытаемые датчики, не обязательно стабилитроны.[/uquote]Если такой любопытный - поищите абсолютно-термостабильную точку полевого транзистора.

[АлександрЛ]

rhouland4, что-то вы очень любите усложнять схемы, наверное, вы у инженера Голдберга учились.
Вот вам генератор случайных чисел, как раз по вашему ТЗ- период ~5 секунл, соотношение индикация/пауза регулируется подстроечным резистором, период повторения -регулируется конденсатором С2.
Элементы U1: A, B, C - генератор. Частота может быть произвольной, примерно 500 Гц и выше.

Спойлер

Генератор случайных чисел V2-1.PNG

(56.83 КБ) 546 скачиваний

Даже в идеальных условиях эмулятора 50 отчётов индикации:
4 2 0 8 6 4 2 0 8 6 4 2 0 9 8 6 4 2 0 8 6 4 2 0 8 6 5 3 1 9 7 5 3 1 9 7 5 3 1 9 7 1 3 2 1 9 7 5 3 1
итого выпало: 5 нулей, 5 единиц, 6 двоек, 5 троек, 5 четвёрок, 5 пятёрок, 5 шестёрок, 4 семёрки, 5 восьмёрок, 5 девяток.
Я так думаю, что это- практически идеальная "случайность", хотя, на первый взгляд есть повторяемость, но её можно убрать за счёт изменения частоты генератора на элементах U1: A B C.

[AlexS4]

да, чем больше разница в частотах генераторов тем больше фазовый шум обоих генераторов будет добавлять рандомности к простой интерференции 2х сигналов. можно искусственно увеличить фазовый шум вч генератора добавив в кольцо генератора триггер шмитта.


вместо вч генератора можно и шумовой генератор
напр так

итание ОУ можно сделать 0,+5V или 0,+3V, как и у счетчика, чтоб не добавлять резистор для согласования уровней

а вот питание шумящего эмиттерного перехода нужно побольше, 7..10V (для мелких транзисторов обычно электрический пробой эмиттера 6..8V). зная это напряжение пробоя можно выбрать питания так чтоб +вход ОУ был точно в его рабочем синфазном диапазоне и упростить скажем так

[Муркиз]

Возьмите узкую выборку из попсы - и будет вам Абсолютный генератор случайного шума !

[rhouland4]

у дешифратора 4026 счетчика есть удобные функции остоновка счета, отключение дисплея, ну и сбросс,..
это все тоже под управлением на таймере 555 сделаю. подключил 4 разряда, шум регулируеться регулировкой питания для операционника,
и отдельной регулировкой для перехода транзистора генерации, а также в обратной связи самого ОУ.
Голдбергу до меня еще рости и рости. напихал фильтров, питание 18650 > повышайка на 15 > регулятор на LM317, для самого счетчика на 7809
красиво, и идеальной случайности как раз не нужно, чем больше будет отклонения среднего цифр - тем лучше.
одна из задач была полностью исключить влияние запуска - механикой - человеком. конечно, тумблер я включаю, и питание плавно запускаеться до уровня,
с которого генератор шума на ОУ резко включается (видимо это и есть пробой перехода транзистора, который и подключен к тому ОУ )
но если какие то длинные фрагменты последовательностей будут повторяться - будет счастье

Добавлено after 5 minutes 24 seconds:


конечно, можно генерацию цифр ускорить, подать через ардуино монитор на комп и там уже отслеживать тенденции. но
фраер спалилься из за жадности

[rhouland4]

как бы "проблема трех тел"
если определенный нужный режим появляется лишь
в небольшом диапазоне сопротивлений (которых у меня аж три регулируемые)
при изменении любого сопротивление в несколько ом - режим изменяется.
нужно более стабильное питание, сильное экранирование и может тогда,..

пока режим уплывает за несколько секунд, а именно сам режим - частота последнего четвертого
разряда - должна изменяться с самой медленной скоростью. - хотя бы в один герц,.. но там или счет вовсе
останавливается во всех разрядах или бежит с бешеной скоростью.

[AlexS4]

такого причудливого нагромаждения ничем не обоснованных усложненеий увидишь нечасто...
по идее питание счетчиков и индикации можно сделать напрямую от литиевого аккумулятора. это оптимально по энергоэффективности, максимум можно ldo линейник в ~3V для стабилизации яркости. (сопротивления сегментных резисторов надо раз в 10 уменьшить при этом конечно)

и, если так уж хочется именно шум от обратного пробоя эмиттера транзистора, можно добавить микромощный повышающий преобразоватьель в 8..10V. по бустерной схеме или с конденсаторным умножителем. там нужен ток 10..100uA всего.

[АлександрЛ]

пока режим уплывает за несколько секунд, а именно сам режим - частота последнего четвертого
разряда - должна изменяться с самой медленной скоростью. - хотя бы в один герц,.. но там или счет вовсе
останавливается во всех разрядах или бежит с бешеной скоростью.

(имхо) может, вам сделать два "генератора шума" и два двухразрядных счётчика? Тогда "случайность" числа на индикаторе будет больше.
А так- у вас просто идёт последовательный счёт от 0 до 9999

[AlexS4]

еще можно 1 генератор и пробегать 4 счетчика энэйблами от счетчика+демультиплексора на 4 состояния, в cd40xx есть подходящие счетчики-демультиплексоры, будет + 1 корпус.

[rhouland4]

ну да, если гнаться к еще более 'качественной' случайностью, можно 4026 еще другим подобным генератором переключать ENABLED / DISABLED COUNT
интуитивно можно пологать, что таким образом (без второго генератора) получаемая последовательность чисел от 0000 до 9999
небудет повторяться никогда, по причине слишком большом количестве температурнозависимых транзисторов.
но,
можно усложнить и брать статистику последовательностей по короче, до момента - когда некое среднее уже начнет повторяться, что неизбежно,
если подобраный альгоритм по критериям начнет удовлетворять.
но тут не нужна 'качественная' случайность, тенденции проявиться в любом случае, а их интерпретация - дело фантазии
мне нужен запуск генератора шума не моим тумблером, а с задержкой, определяемой воздействием
не со стороны человека.

[AlexS4]

а какая разница чем на самом деле определется случайность?!, тумблером, за счет невозможности контролировать им микросекундные интервалы, интерференцией 2х генераторов с фазовым шумом или генератором шума на pn переходе ?

если задача получать 4значное случайное число то это можно сделать бесконечным количеством реализаций и "качество" случайности этих чисел (а точнее закон распределения их выпадения) можно сделать разным...

но набор усложнений сделаный наугад врядли приведет к нужному распределению

скажите какое нужно: равномерное ? нормальное ? может быть пуассона ? , c какими параметрами ?

например если нужно банальное равномерное распределение 0000-9999 (чтоб вероятность выпадения каждого конкретного числа была 10^-4 для любого числа из диапазона) то необходимо чтоб за период 1 выборки генератором шума счетчик 9999 прокрручивался до переполненния не менее нескольких раз всреднем. ну или можно сократить это время в сотни раз, прокручивая счетчики 0-9 поотдельности, каждый гарантированно по нескольку раз.

если продолжить идею АлександрЛ, то настраиваете вч генератор на ~1..2MHz и кнопкой останавливаете счет в любой произвольный момент. весь счетчик 9999 будет пробегаться 100..200раз в секунду (самая медленная старшая цифра меняется 1000раз в секунду), это точно за пределами возможности человека по контролю фазы нажатия

можно еще оставить дребезг контатктов кнопки, чтоб он добавил рандомности, даже если на кнопку будет жать робот

[rhouland4]

во первых - ровное распределение чисел - нормальность - именно не нужна и нужно апаратным способом без участия человека - именно без каких либо механических контактов -
все на полупроводниках, мое дело едиственное по началу включение тумблера. далее только по внутренним цепям полупроводников - задержка по времени, и подача питания
в определенный момент - пороговым устройством. как бы так уже и работает, генерация шума поевляется только после около 10 секунд, а это по мне существенно - такая
задержка не может быть только зарядом конденсаторов до какого то уровня, там уже что то другое.
и второе - получаемые комбинации цифр - проще - простой ряд, последовательность, вот ее исследовать можно, но не в ручном порядке,
дело должно быть за ардуино и передачей на комп в массив. конечно /тим все ускориться, а по каким критериям исследовать полученый массив - дело уже програмирования.

[AlexS4]

генерация шума поевляется только после около 10 секунд, а это по мне существенно - такая
задержка не может быть только зарядом конденсаторов до какого то уровня, там уже что то другое.

и откудаш такая уверенность?
по мне так если в RC 1M и 10uF то это какраз похоже на 10s ...

можно поставить 100k все конденсаторы попути 10nF например. тогда выход на рабочий режим будет порядка 1mS.
а вообще я выше постил менее ужасную схему с номиналами.

и зачем вообще питание рубить у генератора ? это странно. не для экономии же
выключать энэйбл счета таймером и все!

[rhouland4]

да, насчет RC 1M и 10uF уверенность пошаталась,..
но уже запаял, если только осцилограф подключить и понаблюдать на конденсаторах.
а питание для генератора нужно навороченое, конечно, неэкономлю,
операционник 833, он не так и много шумит сам по себе, а вот 5551 транзюки, ему и задает пихтение,
просто реголировка сразу тремя сопротивлениями вдохновляет на проблему
пока ненахожу устойчивости, вроде аккумулятор 18650 не сильно нагружен всей схемой - 400мА,
питание генератора наблюдаю на трехсегментном вольтметре. но видимо там сотые или даже тысячные доли вольта имеет
значение, надо точнее другим вольтметром понаблюдать, есть 5сегментный тестер, с ним присобачюсь,..

[rhouland4]

не нахожу решения по поводу слишком малого уровня управляющего сигнала от таймера 555 на счетчик 4026
собрал на отдельном таймере 555 генератор ровных временных интервалов - идикатором - светодиод,
регулируется широко, от пол секунды до 10 секунд.
(хотя хотелка была в разных временых отрезках вкл / выкл, ну да ладно)
загвоздка в питании этого таймера, по причине ужасной хотелки использовать полимерный конденсатор на 6,3 вольта,
понизил стабилизатором TL431 до 6 вольт, там по току отдаваемые 100мА с лихом должно хватать для светодиода,
и просто управлением 4026.
с кнопками работает на отлично, а вот таймер,..
когда светиться светодиод - сигнал поступает на 4026 - Disable Display
и удачно гасит все индикаторы. как бы ура.

но кукишь тебе с сигналом остановки счета - нет у таймера такого уровня плюса, чтоб хватило для Stop Count

нужно как то инвертировать и усилить со светодиода -
- когда светодиод не светиться, нужно плюс 9.


что посоветуете?