Генератор белого шума схема. Генератор белого шума: схемы и принцип работы

Как работает генератор белого шума. Какие бывают типы генераторов шума. Из каких компонентов состоит простейшая схема генератора белого шума. Как сделать генератор шума своими руками.

Содержание

Что такое белый шум и для чего нужны его генераторы

Белый шум представляет собой случайный сигнал с равномерной спектральной плотностью. Это означает, что сигнал содержит все частоты в равной мере. Генераторы белого шума находят широкое применение в различных областях:

Маскировка нежелательных звуков и создание комфортного звукового фона
Тестирование и настройка звуковой аппаратуры
Проверка акустических свойств помещений
Создание помех для защиты информации
Генерация случайных чисел

Рассмотрим основные типы генераторов белого шума и принципы их работы.

Аналоговые генераторы шума

Простейшие аналоговые генераторы шума используют в качестве источника шумящие полупроводниковые приборы — диоды, транзисторы, стабилитроны. Шумовой сигнал с них усиливается и подается на выход. Рассмотрим типовую схему такого генератора:

Схема генератора на стабилитроне

Основные элементы схемы:

Стабилитрон VD1 — источник шума
Операционный усилитель DA1 — усиливает шумовой сигнал
Усилитель мощности DA2 — усиливает сигнал по мощности
Громкоговоритель B1 — воспроизводит шум

Стабилитрон работает в режиме обратного пробоя при малом токе около 100 мкА. Это обеспечивает генерацию шума в широком диапазоне частот. Шумовой сигнал снимается с катода стабилитрона, усиливается ОУ и поступает на усилитель мощности.

Цифровые генераторы шума

Цифровые генераторы формируют псевдослучайную последовательность импульсов, близкую по свойствам к белому шуму. Основные элементы такого генератора:

Регистр сдвига
Сумматор по модулю 2
Тактовый генератор

Регистр сдвига и сумматор формируют М-последовательность — псевдослучайную последовательность максимальной длины. Тактовый генератор задает частоту работы схемы.

Как сделать простой генератор белого шума своими руками

Для создания простейшего генератора белого шума потребуется:

Стабилитрон на 6-9В (например, КС168)
Операционный усилитель (например, КР140УД8)
Резисторы, конденсаторы
Источник питания 9-12В
Громкоговоритель

Схема собирается согласно приведенной выше. Стабилитрон подбирается по максимальному уровню шума. Уровень выходного сигнала регулируется переменным резистором.

Применение генераторов белого шума

Генераторы белого шума широко используются в следующих областях:

Аудиотехника — для тестирования и настройки звуковых систем
Акустика помещений — для измерения характеристик звукопоглощения
Медицина — в аппаратах для лечения тиннитуса и нарушений сна
Защита информации — для создания акустических и электромагнитных помех

Радиотехника — для измерения характеристик фильтров и усилителей

Таким образом, генераторы белого шума являются полезным инструментом во многих сферах науки и техники. Простые схемы позволяют самостоятельно собрать такой генератор для экспериментов и практического применения.

Преимущества и недостатки различных типов генераторов шума

Рассмотрим основные достоинства и ограничения аналоговых и цифровых генераторов белого шума:

Аналоговые генераторы

Преимущества:

Простота схемы
Низкая стоимость
Широкий частотный диапазон

Недостатки:

Нестабильность параметров
Зависимость от температуры
Сложность получения точных характеристик

Цифровые генераторы

Преимущества:

Высокая стабильность

Воспроизводимость параметров
Возможность получения сложных законов распределения

Недостатки:

Более сложная схема
Ограниченный частотный диапазон
Наличие периодичности в сигнале

Выбор типа генератора зависит от конкретной задачи. Для простых применений чаще используются аналоговые схемы, а для точных измерений — цифровые генераторы.

Заключение

Генераторы белого шума являются полезным инструментом в различных областях науки и техники. Простые схемы на основе шумящих полупроводников позволяют легко создать такой генератор своими руками. Для более сложных задач применяются цифровые генераторы псевдослучайных последовательностей. Правильный выбор схемы и элементной базы позволяет получить генератор с требуемыми характеристиками для решения широкого круга задач.

Радиосхемы. — Широкополосный генератор шума

Категория

материалы в категории

Этот универсальный широкополосный генератор шума от десятков Гц до десятков МГц, 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.

Схема 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 С1 и С2. 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 распространенной в Internet-e 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 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 СЗ и С5. Дроссель L1 немного поднимает усиление по напряжению усилителя на транзисторе VT1 и тем самым в некоторой степени компенсирует падение уровня
шумового сигнала на частотах выше 2 МГц. Свето- диод VD1 служит для индикации включения питания генератора шума выключателем SA1.

Спектр
Спектральный состав шумового сигнала на выходе генератора от 2 МГц до 32 МГц иллюстрирует
фото, сделанное с экрана анализатора спектра, где:
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.

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,
где: 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.

Питание

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 (стр.11), элементы CI, С2, R2 и R3 при этом устанавливать не надо.

Детали

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 распространённый 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 С2, СЗ, С4 и С6 — керамические,
остальные — электролитические с рабочим напряжением до 35 В.
Дроссель L1 выполнен на ферритовом бинокуляре марки ЗОВН 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, 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 Сб.

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).
С. М. Задорожный
http://mods. radioscanner. ги/

Как сделать дешевый низкочастотный генератор шума

Генераторы шума довольно часто используются в инженерной практике для формирования сложных спектров, необходимых для достоверного анализа устойчивости трактов передачи информации. Применение шумовых сигналов для низкочастотных цепей имеет тот плюс, что, как правило, передаточные функции данных цепей могут быть приравнены к фильтрам низкой частоты (ФНЧ), чьи передаточные функции описываются полиномами низших порядков. Как известно из теории передачи информации, полоса пропускания белого шума для таких фильтров не соответствует полосе пропускания гармонических сигналов, которые обычно используются при тестировании. Так, для ФНЧ первого порядка — а это самый распространенный на практике вариант представления низкочастотного усилителя — полоса пропускания белого шума превышает полосу пропускания синусоидального сигнала в 1,571 раза [1]. Кроме приведенных примеров, генераторы шума находят применение в генераторах случайных чисел, электронных музыкальных инструментах и для создания маскирующих сигналов.

На практике автор статьи использовал генераторы шума как базовый компонент генераторов случайных чисел, для анализа низкочастотных устройств на воздействие сложных некоррелированных сигналов, для отладки устройств, выделяющих полезный сигнал из сложного зашумленного спектра. Одной из самых интересных работ автора был анализ прохождения через систему слуховых косточек сложного аудиосигнала, который замещался шумом. Работа была направлена на решение вопросов оптимального протезирования в отоларингологии (руководитель работ — профессор, д. м. н. А. Д. Гусаков). Именно использование шумового сигнала позволило по-новому взглянуть на некоторые процессы, участвующие в формировании кривых Флетчера — Мансона (кривые равной слышимости). Без учета этих процессов наблюдался феномен, когда по аудиометру пациент после протезирования имел нормальное звуковосприятие (для проверки при аудиометрии используются тональные сигналы), а в реальной жизни терял распознавание речи (реально это сигналы с широким спектром).

В последнее время автором были успешно завершены ОКР с использованием шумовых сигналов, предусматривавшие создание двух изделий специального назначения. Первое изделие должно было реагировать на возрастание уровня инфранизкочастотных шумов относительно предварительно зафиксированного их среднеквадратичного значения. Задача второго — выделение из зашумленного в относительно широком диапазоне сигнала полезного некоррелированного сигнала. Именно для этих изделий и был разработан предлагаемый прибор. Электрическая принципиальная схема генераторной части прибора представлена на рис. 1.

Рис. 1. Генератор низкочастотного шума

В основе прибора в качестве первичного источника шума — генератор шума 2Г401В производства Новосибирского завода полупроводниковых приборов [2] (на рис. 1 обозначен как VD2). Выбор пал на этот диод потому, что он имеет наибольшую спектральную плотность напряжения (S) из всей серии диодов 2 Г401, а именно — не менее 30 мкВ/√Гц в нормальных климатических условиях.

Граничная частота генерации шума — не менее 1 МГц, а гарантированная нижняя частота генерации шума не превышает 2 Гц. Неравномерность спектральной характеристики во всем диапазоне частот — не более +4 дБ. Поскольку прибор предназначен для формирования низкочастотных шумов в звуковом диапазоне, то в заданном диапазоне частот начальная неравномерность спектральной характеристики значительно ниже и является практически линейной. Нормирование спектральной характеристики генераторов шума типа 2Г401В дает преимущества в их использовании по сравнению с более дешевыми вариантами — стабилитронами [5], обратносмещенными p‑n‑переходами транзисторов или выходным напряжением шумов компенсационных стабилизаторов напряжения [5, 7].

Необходимый для функционирования генератора шума (VD2) ток 50 мкА задан резисторами R8, R10. Включение диода в цепь первичного источника напряжения вызвана требованием обеспечить его рабочее напряжение на уровне не менее 6 В. Выделение необходимого спектра шумового сигнала (если нужен спектр уже, чем 2 Гц — 28 кГц) осуществляется добавочным фильтром, который устанавливается непосредственно между диодом VD2 и схемой нормирования среднеквадратичного уровня выходного напряжения на ИМС DA1.

Нормирование выходного шумового сигнала по среднеквадратичному уровню необходимо по нескольким причинам. Во‑первых, разные экземпляры диодов 2Г401В имеют различные значения спектральной плотности напряжения. Спектральная плотность напряжения зависит от вариации характеристик конкретного экземпляра диода, тока через диод, температуры, сопротивления и емкости нагрузки, сопротивления генератора тока формирующего рабочий ток диода [2]. Для примера на рис. 2 представлена область изменения спектральной плотности напряжения для диода 2Г401В только от величины постоянного тока.

Рис. 2. Область изменения спектральной плотности напряжения диода 2Г401В в зависимости от постоянного рабочего тока

Как можно видеть из приведенной зависимости, разброс достаточно существенный. При увеличении температуры окружающей среды до +70 °С (согласно [2]) уменьшение спектральной плотности напряжения может составить до двух раз. Во‑вторых, использование фильтров, выделяющих необходимую область спектра шума, в свою очередь будет уменьшать среднеквадратичное напряжение шумов на выходе фильтра. Так, согласно техническим условиям [2], при минимальном значении спектральной плотности напряжения S = 30 мкВ/√Гц для полосы частот 2 Гц — 28 кГц среднеквадратичное напряжение шумов будет равно:

S×√Δf = 30×

√(28000–2) = 5,02 мВ,

для полосы частот 2–1000 Гц составит:

30×√(1000–2) = 0,95 мВ,

а для полосы частот 2–100 Гц составит всего:

30×√(100–2) = 0,3 мВ.

Таким образом, если не осуществить нормирование выходного напряжения генератора шума (как это имеет место в [5]), то в ходе измерений необходима постоянная калибровка прибора, что затруднит его использование. Нормирование выходного сигнала по среднеквадратичному уровню осуществляется каскадом на ИМС SSM2166S (Analog Devices, Inc.) [3]. Данная ИМС представляет собой усилитель с компрессией сигнала, которая задается внешним резистором. Причем схема автоматической регулировки усиления (АРУ) работает именно по среднеквадратичному уровню входного сигнала. Передаточная характеристика устройств на базе этой ИМС представлена на рис. 3.

Рис. 3. Передаточные характеристики схем на базе ИМС SSM2166

Подробное описание практической схемы такого усилителя с заданной компрессией, выполненного на SSM2166, приведено в [4]. Встроенный в SSM2166 усилитель, управляемый напряжением (VCA), обеспечивает необходимое усиление, которое динамически регулируется контуром управления так, чтобы сохранить установленную пользователем характеристику сжатия. Степень сжатия может быть установлена от 1:1 до 15:1 относительно определенной пользователем точки поворота. Сигналы выше точки поворота ограничиваются таким образом, чтобы предотвратить перегрузку и устранить эффект «схлопывания». При установке степени сжатия 1:1 усилитель, управляемый напряжением (VCA) ИМС SSM2166, может быть сконфигурирован с усилением до 20 дБ. Это усиление будет дополнением к изменяемому усилению в режимах сжатия. Входной усилитель микросхемы может быть сконфигурирован внешними элементами для обеспечения усиления от 0 до 20 дБ. Убывающее экспандирование (так называемый шумовой затвор) предотвращает усиление шума и внешних помех, лежащих ниже заданного уровня входного сигнала. ИМС серии SSM21xx содержат запатентованный детектор среднеквадратичного значения (AVG). Время усреднения (интеграции) задается внешним конденсатором (обычно используется конденсатор емкостью от 2 до 47 мкФ). Хочу обратить внимание читателей на важный момент. ИМС SSM2166 выпуска до 2009 года не имели на корпусе в строке маркировки буквы «А» (этого суффикса при заказе нет). ИМС, изготовленные после 2009 года, имеют иные номиналы резисторов для установки глубины компрессии. Я советую использовать ИМС SSM2166 выпуска после 2009‑го и последний вариант спецификации, рекомендованный в перечне литературы. Встречающийся в Интернете предыдущий вариант спецификации (Rev.D от 2009 года) имел неточности в разделах, описывающих установку степени компрессии, и в методике установки точки вращения.

Коэффициент усиления каскада на ИМС SSM2166 (D2, рис. 2) примерно 40 дБ, глубина компрессии (15:1), постоянная интегрирования, шумовой затвор и точка поворота выбраны оптимальными для решения поставленной задачи. Как уже отмечалось, детально с их установкой можно ознакомиться в [3, 4]. Уровень выходного сигнала каскада на D2, равный 0,775 В, устанавливается подстроечным резистором R22. Это обеспечит пик-фактор выходного сигнала не менее 3, что достаточно для указанной области применения (как известно, пик-фактор речи составляет 12 дБ). Если требуется больший пик-фактор, то уровень выходного напряжения должен быть установлен ниже.

На выходе генератора установлен буферный выходной каскад на ИМС D3 с регулировкой усиления, поскольку ИМС SSM2166 не имеет защиты от коротких замыканий и имеет низкую нагрузочную способность, а для эффективного использования генератора требуется регулировка уровня выходного сигнала. В рассматриваемом генераторе выходной каскад выполнен на операционном усилителе LMC7101BIM5, частота среза усилителя выбрана равной 28 кГц, при максимальном усилении. Тип операционного усилителя для данной схемы некритичен. Важно, чтобы он был типа rail-to-rail по выходу и обеспечивал работоспособность от однополярного питающего напряжения +5 В. Регулятор усиления (R7) в практической конструкции прибора — это переменный резистор с понижающим редуктором. Выходное сопротивление генератора стандартное — 600 Ом.

Еще одной особенностью предлагаемого генератора является предусмотренная его конструкцией возможность добавления в спектр шумового сигнала внешних сигналов. Смешение сигналов осуществляется в буферном выходном каскаде. Сигнал подается на внешний вход «Внеш. ». Входное сопротивление этого входа стандартное — 600 Ом. Регулировка такого комплексного сигнала — общая. При необходимости шумовой сигнал можно отключать нажатием на кнопку «Шум ОТКЛ». В том случае если внешний сигнал был подан, он потупит на тестируемое устройство без шумовой составляющей. Причем все шумы, имеющиеся на входе каскада на DA1, будут подавлены не менее чем на 60 дБ, так как сработает шумовой затвор ИМС SSM2166 (рис. 4).

Рис. 4. Масштабирующий усилитель

Если необходима ступенчатая регулировка выходного сигнала, то устройство может быть дополнено масштабирующим усилителем (на рис. 1 показан как опционный), схема такого усилителя приведена на рис. 4. Именно этот выходной каскад использован в практическом варианте исполнения генератора.

Масштабирующий усилитель позволяет выбрать один из четырех диапазонов установки выходного напряжения 0–1 мВ, 0–10 мВ, 0–100 мВ, 0–1 В. Приоритет имеет переключатель наименьшего диапазона.

В качестве фильтров, выделяющих необходимую область спектра шума, рекомендуется использовать фильтр не ниже четвертого порядка. В практическом варианте исполнения прибора предусмотрен фильтр на специализированной ИМС LTC1563-2CGN [6] (рис. 5). Ее применение оправдано малым уровнем собственных шумов, простотой реализации на ней фильтров высоких порядков, отсутствием внешних частотозадающих конденсаторов и имеющейся на сайте компании Linear Technology свободной программой для расчета.

Рис. 5. Пример реализации фильтра низкой частоты Баттерворта 4 го порядка (частота среза 5 кГц) на ИМС LTC1563-2CGN

Питание прибора осуществляется от гальванических элементов (в оригинальном генераторе от внешнего аккумулятора напряжением 12,6 В).

Описанный прибор особенно будет полезен всем, кому требуется генератор шума в полевых условиях, и особенно тем, кто не так часто использует подобные генераторы. Стабильность в работе, отсутствие необходимости постоянной подстройки, дешевизна и универсальность прибора (как отмечалось, он может быть настроен на любой нужный спектр шума и добавить в него внешний сигнал) является веским аргументом и избавит потребителя от покупки весьма дорогостоящего профессионального генератора. Внешний вид генератора шума, который используется автором статьи, можно увидеть на рис. 6.

Рис. 6. Внешний вид генератора шума

Общее решение предлагаемого генератора в кратком описание впервые было опубликовано в [8].

Литература

Достал И. Операционные усилители. Пер. с англ. М.: Мир, 1982.
Кремниевые p‑n‑генераторы шума 2Г401А‑2Г401В
SSM2166 Microphone Preamplifier with Variable Compression and Noise Gating. Rev.E, 2013. Analog Devices Inc.
Рентюк В. Практика использования ИМС усилителей с АРУ серии SSM21xx // Радиолоцман. 2014. Май. Июнь.
Hageman S. White noise source flat from 1Hz to 100kHz. EDN. 2013. September 12.
LTC1563-2/LTC1563-3 Active RC, 4th Order Lowpass Filter Family LT 1205 REV A Linear Technology Corp. 2005.
Рентюк В. Высокоэффективный генератор шума на базе стабилизатора напряжения // Компоненты и технологии. 2014. № 1.
Rentyuk V. Versatile noise generator tests signal recovery gear // EDN. 2014. May, 19.

«Шпионские штучки» и устройства для защиты объектов и информации / Арсенал-Инфо.рф

3.4.3. Генераторы акустического шума

Акустические генераторы шума используются для зашумления акустического диапазона в помещениях и в линиях связи, а также для оценки акустических свойств помещений.

Под «шумом» в узком смысле этого слова часто понимают так называемый белый шум, характеризующийся тем, что его амплитудный спектр распределен по нормальному закону, а спектральная плотность мощности постоянна для всех частот.

В более широком смысле под шумом, по ассоциации с акустикой, понимают помехи, представляющие собой смесь случайных и кратковременных периодических процессов. Кроме белого шума выделяют такие разновидности шума, как фликкер-шум и импульсный шум. В генераторах шума используется белый шум, так как даже современными способами обработки сигналов этот шум плохо отфильтровывается. Ниже приводятся несколько схем различных генераторов шума.

Генератор белого шума

Самым простым методом получения белого шума является использование шумящих электронных элементов (ламп, транзисторов, различных диодов) с усилением напряжения шума. Принципиальная схема несложного генератора шума приведена на рис. 3.29.

Рис. 3.29.

Генератор шума

Источником шума является полупроводниковый диод — стабилитрон VD1 типа КС168, работающий в режиме лавинного пробоя при очень малом токе. Сила тока через стабилитрон VD1 составляет всего лишь около 100 мкА. Шум, как полезный сигнал, снимается с катода стабилитрона VD1 и через конденсатор C1 поступает на инвертирующий вход операционного усилителя DA1 типа КРМ0УД1208. На неинвертирующий вход этого усилителя поступает напряжение смещения, равное половине напряжения питания с делителя напряжения, выполненного на резисторах R2 и R3. Режим работы микросхемы определяется резистором R5, а коэффициент усиления — резистором R4. С нагрузки усилителя, переменного резистора R6, усиленное напряжение шума поступает на усилитель мощности, выполненный на микросхеме DA2 типа К174ХА10. Работа этого усилителя подробно описана в главе 2. С выхода усилителя шумовой сигнал через конденсатор С4 поступает на малогабаритный широкополосный громкоговоритель В1. Уровень шума регулируется резистором R6.

Стабилитрон VD1 генерирует шум в широком диапазоне частот от единиц герц до десятков мегагерц. Однако на практике он ограничен АЧХ усилителя и громкоговорителя. Стабилитрон VD1 подбирается по максимальному уровню шума, так как стабилитроны представляют собой некалиброванный источник шума. Он может быть любым с напряжением стабилизации менее напряжения питания.

Микросхему DA1 можно заменить на КР1407УД2 или любой операционный усилитель с высокой граничной частотой коэффициента единичного усиления. Вместо усилителя на DА2 можно использовать любой У3Ч.

Для получения калиброванного по уровню шума генератора используют специальные шумящие вакуумные диоды. Спектральная плотность мощности генерируемого шума пропорциональна анодному току диода.

Широкое распространение получили шумовые диоды двух типов 2ДЗБ и 2Д2С. Первый генерирует шум в полосе до 30 МГц, а второй — до 600 МГц. Принципиальная схема генератора шума на шумящих вакуумных диодах приведена на рис. 3.30.

Рис. 3.30.

Генератор шума на вакуумной лампе

Резистор R1 типа МЛТ-0,25. Резистор R2 — проволочный, он используется совместно с диодом 2ДЗБ. Питание генератора осуществляется от специального блока, схема которого приведена на рис. 3.31.

Рис. 3.31.

Блок питания для генератора 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, представляющей собой последовательность прямоугольных импульсов псевдослучайной длительности с псевдослучайными интервалами между ними. Период повторения всей последовательности значительно превышает наибольший интервал между импульсами. Наиболее часто применяются последовательности максимальной длины М-последовательности, которые формируются при помощи регистров сдвига и сумматоров по модулю 2, использующихся для получения сигнала обратной связи.

Принципиальная схема генератора шума с равномерной спектральной плотностью в рабочем диапазоне частот приведена на рис. 3.32.

Рис. 3.32.

Цифровой генератор шума

Этот генератор шума содержит последовательный восьмиразрядный регистр сдвига, выполненный на микросхеме К561ИР2, сумматор по модулю 2 (DD2.1), тактовый генератор (DD2.3. DD2.4) и цепь запуска (DD2.2), выполненные на микросхеме К561ЛП2.

Тактовый генератор выполнен на элементах DD2.3 и DD2.4 по схеме мультивибратора. С выхода генератора последовательность прямоугольных импульсов с частотой следования около 100 кГц поступает на входы «С» регистров сдвига DD1.1 и DD1.2, образующих 8-разрядный регистр сдвига. Запись информации в регистр происходит по входам «D». На вход «D» регистра DD1.1 сигнал поступает с элемента обратной связи сумматора по модулю 2 — DD2.1 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 цепь запуска генератора, выполненная на элементе DD2.2 При включении питания последний формирует на своем выходе уровень логической единицы, который выводит регистр из нулевого состояния. 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 на микросхемы серий К564, К1561 или К176. В последнем случае напряжение питания должно быть 9 В.

Правильно собранный генератор в налаживании не нуждается. Изменением тактовой частоты можно регулировать диапазон частот шума и интервал между спектральными составляющими для заданной неравномерности спектра.

Неизвестный Ильюшин.

Триумфы отечественного авиапрома

Эта книга – самая полная творческая биография Сергея Владимировича Ильюшина, восстанавливающая историю всех проектов его прославленного КБ, – как военных, так и гражданских, от первых опытных моделей 1930-х гг. до современных авиалайнеров.

Мало кому из конструкторов удается создать больше одного по-настоящему легендарного самолета, достойного войти в «высшую лигу» мировой авиации. У ильюшинского КБ таких шедевров более десятка. Непревзойденный Ил-2 по праву считается лучшим штурмовиком Второй Мировой, Ил-4 – выдающимся бомбардировщиком, Ил-28 – «гордостью советского авиапрома», а военно-транспортный Ил-76 в строю уже 40 лет! Не менее впечатляют и триумфы заслуженного ОКБ в гражданском авиастроении – «илы» успешно конкурировали с лучшими зарубежными авиалайнерами, четыре самолета, носившие имя С.В. Ильюшина, выбирали советские руководители, а Ил-96 и поныне «борт № 1» российских президентов.

Итальянские истребители Reggiane во Второй мировой войне

Начало проектирования самолета Re. 2000 относится к 1938 году, когда Итальянское Министерство авиации выдало ведущим производителям самолетов задание на проектирование одномоторного истребителя — моноплана со звездообразным мотором и вооружением из двух пулеметов Бреда-САФАТ (Breda-SAFAT) калибром 12,7-мм. Победитель конкурса должен был стать основным самолетом Итальянской истребительной авиации.

Ла-7

Истребитель Ла-7 стал высшим достижением советской конструкторской школы военного времени. Авиаконструкторы смогли добиться наилучших возможных результатов в сложнейших условиях простыми средствами и самыми примитивными конструкционными материалами. Самолеты изготавливались заводами, технологический уровень, равно как и квалификация рабочих, которых не шел ни в какое сравнение с западными заводами. Учитывая конкретные условия, в которых создавался Ла-7, и условия, в которых истребители строились, остается только восхищаться конструкторами, сумевшими сделать этот выдающийся самолет и снять перед ними шляпу.

Самолеты-разведчики Р-5 и P-Z

Его появление не предварялось какими-то значительными теоретическими изысканиями либо сомнениями. Основной задачей при создании Р-5 стал выбор оптимальных размеров и летных характеристик в соответствии с располагаемыми возможностями. Необходимость появления самолета с более высокими боевыми и летными данными, чем серийно выпускаемый Р-1, во второй половине 1920-х годов понималась очевидной. Класс одномоторного разведчика, способного выполнять функции легкого бомбардировщика и штурмовика, был в тот период наиболее распространенным; самолеты этого типа являлись основой как советских, так и зарубежных ВВС. В 1929 г. разведчики составляли 82%, от общего числа самолетов в советской боевой авиации. Новый разведчик, получивший обозначение Р-5, появился на аэродромах уже в начале 30-х годов, когда это соотношение начало изменяться в пользу специализированных военных аппаратов. Поэтому Р-5 стал многоцелевой рабочей машиной авиации, выполняя функции боевого, транспортного, пассажирского самолета.

Простая схема генератора белого шума

Каждый разработчик схем использует различные методы для удаления шумов из своей схемы. Шум является одной из основных проблем при построении любой схемы, специально связанной с аудио- или силовой электроникой, но сегодня мы создадим схему, которая будет создавать шумы. Специальный тип шума, обозначаемый как Белый шум .

Что такое белый шум?

Термин Белый произошел от Белого Света. Белый свет представляет собой смесь всех огней равной плотности. Так же, как белый свет — это смесь всех огней, Белый шум — это случайный сигнал с одинаковой плотностью различных частот. Но есть разница между белым светом и белым шумом. Белый по внешнему виду свет не имеет плоской спектральной плотности мощности, в то время как белый шум имеет постоянную спектральную плотность мощности.

Простой пример белого шума: когда Радио не захватывает ни одну радиостанцию, мы слышим белый шум. В этом проекте мы создадим простую схему генератора белого шума 9.0004 с использованием одного транзистора, двух резисторов, одного стабилитрона и электролитического конденсатора.

Использование генератора белого шума

Белый шум имеет широкий спектр применения.

Широко используется в музыкальном производстве.
Белый шум полезен для получения импульсной характеристики электрической цепи. Это часть электронной техники.
Белый шум имеет случайную частоту, поэтому мы можем генерировать случайные числа из белого шума.
Также имеет медицинскую реализацию. Белый шум используется для лечения тиннитуса.
Инженеры по звуку и акустике используют белый шум, чтобы сбалансировать выравнивание звука на концерте или другом мероприятии.

Необходимые компоненты
Для изготовления этого генератора белого шума нам потребуются следующие элементы:
Транзистор BC108.
Стабилитрон 10 В (1N4740A)
Резистор 68k
Резистор 6,8 кОм
Электролитический алюминиевый конденсатор 4,7 мкФ 35 В
Три одинарных патрубка
Мелкая медная плита или картон
Паяльник
Проволока для пайки
Любой блок питания с выходным напряжением от 26 В до 30 В.

Транзистор BC108

Вот основной транзистор. Мы выбрали для этой цели BC108, другой предпочтительный выбор — 2N3643. Хотя любой эквивалентный транзистор с таким же номиналом будет работать нормально, как и ожидалось.
Транзистор в металлическом корпусе TO-18 очень распространен в электронике по сравнению с типичным пластиковым корпусом, используемым в BC547 или подобных. BC108 представляет собой кремниевый планарный эпитаксиальный транзистор NPN с напряжением коллектор-эмиттер 25 В, напряжением коллектор-база 30 В и напряжением эмиттер-база 5 В с непрерывным током коллектора 200 мА.
Схема расположения выводов представлена на рисунке ниже:0002 Другим важным компонентом является диод Зенера, который является неотъемлемой частью схемы генератора шума. Нам нужно проверить полярность диода, иначе схема работать не будет.

Схема простого генератора белого шума

Схема проста. Есть один выходной контакт для вывода шума и два контакта для питания, Vin и GND.

Работа схемы генератора белого шума
Транзистор BC108 получает ток смещения через 10-вольтовый стабилитрон, который находится в обратном смещении с базой транзистора. 10-вольтовый стабилитрон действует как источник шума. Два других резистора подключены для контроля тока. Конденсатор 4,7 мкФ работает как фильтрующий конденсатор. Схема нуждается в достаточно высоком напряжении, чтобы обеспечить шум на выходе. Мы предоставили 26 В в качестве входного напряжения схемы.

Мы сделали схему на небольшой плате.

Проверка схемы
Мы подключили осциллограф к выходу схемы, чтобы увидеть уровень шума на выходе.

Мы также можем видеть уровень шума на выходе схемы в видео, приведенном в конце . На видео мы видим, что волна издает высокочастотные шумы.

Мы также захватили сигналы в случайное время.

На приведенных выше изображениях мы зафиксировали шумовой сигнал в четыре случайных момента времени. Мы видим, что в этих четырех сигналах доступны волны разной частоты. Мы устанавливаем время захвата осциллографа на 100 мкс и устанавливаем деление на 500 мВ. Мы также установили курсор на 1V от пика до пика, и мы видим, что величина напряжения довольно стабильна.

Важно Примечания
Соберите схему на печатной плате.
Убедитесь, что длина дорожек короткая.
Используйте чистый блок питания. Шумный блок питания может повлиять на выходной сигнал.
Будьте осторожны с ориентацией стабилитрона.
Добавьте усилитель, чтобы шум был слышен.
Схема генератора белого и розового шума
построить простую схему генератора белого шума, которую можно впоследствии отфильтровать для генерации розового шума на выходе.
Если вы слышите белый шум или розовый шум, вы обнаружите, что он в точности похож на шум, который мы слышим в FM-радиоприемниках в отсутствие радиостанции или в телевизорах, показывающих только растровое изображение, в условиях отсутствия сигнала.
Более подробную информацию о розовом шуме можно изучить в следующей статье:
https://en.wikipedia.org/wiki/Pink_noise
Содержание
Что такое шум
Шум обычно является нежелательным элементом, который может ухудшить эффективность любого измерительного прибора. Следовательно, может показаться странным, что любому пользователю требуется генерация такого шума, однако вы можете найти это вполне нормальным.
Генераторы шума довольно часто вносят шум в радиочастотные усилители, что позволяет пользователю диагностировать низкую эффективность сигнала усилителя.
Генерация шума также оказывается полезной для проверки звуковых систем и в качестве генератора случайных сигналов при добавлении звуковых эффектов, подобных ветру, в музыкальных выходах. Вы найдете пару широко используемых характеристик генератора шума, а именно «розовый шум» и «белый шум».
Что такое белый шум
Белый шум назван так потому, что он обладает одинаковой силой шума в эквивалентных полосах пропускания во всем рассматриваемом частотном диапазоне. Поэтому, например, источник белого шума может иметь одинаковую энергию в диапазоне частот от 100 до 200 Гц вплоть до диапазона от 5000 до 5100 Гц.
Когда белый шум проходит процесс фильтрации или модификации, его называют цветным шумом или, если быть более точным, его называют «розовым» или «серым» шумом.
Что такое розовый шум
Определение розового шума обычно ограничивается характеристикой шума, которая включает идентичную энергию на процентное изменение ширины полосы. Например, когда рассматривается настоящий розовый шум, энергия между 100 Гц и 200 Гц должна быть идентична энергии между 5000 Гц и 10 000 Гц (изменение на 100 % в каждом из сценариев).
В результате кажется, что розовый шум обладает более высокой частотой низких частот по сравнению с тем, что может иметь белый шум.
В процессе тестирования розовый шум может казаться более последовательным и стабильным.
Чтобы преобразовать белый шум в розовый, необходимо пройти процесс фильтрации, в результате которого его выходной уровень снижается на 3 дБ на октаву или на 10 дБ на декаду по мере увеличения частоты.
Как работает схема
Что касается приведенной выше схемы генератора розового шума, транзистор Q1 можно увидеть в конфигурации, похожей на стабилитрон. Типичная проводка перехода база-эмиттер имеет обратное смещение, что приводит к пробою стабилитрона примерно при напряжении от 7 до 8 вольт.
Шумовой ток стабилитрона Q1 проходит на базу Q2, вызывая генерацию белого шума напряжением около 150 мВ на выходе.
Эта конфигурация «стабилитрона» не только работает как источник шума, но также эффективно смещает Q2, и выходной шум Q2 применяется непосредственно к выходному сигналу белого шума. Чтобы иметь возможность преобразовать белый шум в розовый, необходимо пройти процесс фильтрации, который дает срез на 3 дБ на октаву при повышении частоты.
Обычная RC-сеть может не подходить для реализации в качестве отдельной RC-ступени для получения среза в 6 дБ на октаву. По этой причине необходима уникальная схема резистора Rs и конденсатора Cs для приближения к намеченному наклону 3 дБ на октаву.
Так как этот тип фильтра способен обеспечивать высокий уровень ослабления шума, для восстановления выходного уровня необходим усилитель.
Именно по этой причине транзистор Q3 подключен как усилитель с фильтром розового шума, подключенным как сеть обратной связи между коллектором и базой.
Это позволяет получить необходимое качество за счет управления характеристикой зависимости усиления от частоты транзистора. Таким образом, мы можем получить требуемый розовый шум с выхода транзистора Q3, который затем подается на указанное выходное гнездо схемы.
Использование одного транзистора
Простой генератор белого и розового шума можно построить с помощью одного транзистора и стабилитрона. 10-вольтовый стабилитрон служит источником шума и, кроме того, стабилизирует рабочий уровень транзистора.
Установка конденсатора C2 в указанном месте преобразует выходной сигнал из «белого» шума в «розовый». Используя указанные компоненты и вход питания, уровень белого шума выходного напряжения будет около 15 В, а уровень розового шума выходного напряжения около 14,5 В. Транзистор может быть BC547 или любым другим подобным транзистором с малым сигналом, который также может работать нормально. .
О компании Swagatam
Я инженер-электронщик (dipIETE), любитель, изобретатель, разработчик схем/печатных плат, производитель. Я также являюсь основателем веб-сайта: https://www.homemade-circuits.com/, где я люблю делиться своими инновационными схемами и учебными пособиями.
Если у вас есть какие-либо вопросы, связанные со схемой, вы можете ответить через комментарии, я буду очень рад помочь!
Простая схема генератора белого шума
20 октября 2021 г. 22 октября 2021 г. Инженерные проекты
Сигнал, который содержит почти все частоты, называется белым шумом. В аудиосистеме белый шум содержит только слышимую частоту. Белый шум электрической системы аналогичен белому свету оптики, где белый свет содержит все частоты или цвета. Белый шум в основном используется при тестировании звукового оборудования, такого как предварительный усилитель, усилители мощности, фильтры и т. д. Ознакомьтесь со статьей «Электрические шумы | Виды электрического шума. Итак, сегодня в этой статье мы собираемся описать простую схему генератора белого шума. Эта схема может использовать частоту до 100 кГц.
Схема простого генератора белого шума разработана на основе универсального биполярного NPN-транзистора BC547. BC547 доступен в корпусе TO-92, и его три контакта расположены как коллектор, база и эмиттер.
Основными целями выбора BC547 являются:
Высокий коэффициент усиления по постоянному току (макс. 800).
Дешево и легкодоступно
Низкий базовый ток (макс. 5 мА).
База-эмиттер составляет около 6 В, а напряжение коллектор-эмиттер составляет около 65 В.
Здесь используется стабилитрон для создания шума. При выборе стабилитрона следует учитывать несколько соображений.
Напряжение пробоя стабилитрона должно быть меньше напряжения питания.
Если напряжение питания находится в диапазоне от 12 В до 15 В, напряжение пробоя стабилитрона составит 6,8 В.
Если напряжение питания находится в пределах от 9В до 12В, то напряжение пробоя стабилитрона будет меньше 6В.
Ток через стабилитрон создает шум. Здесь для управления током через стабилитрон используются четыре переключателя для выбора нужного тока и получения нужной мощности шума.
Простая методика генерации белого шума
Шумовой выход стабилитрона подается на базу транзистора Q1, транзистор T1 сконфигурирован как усилитель с общим коллектором или, можно сказать, эмиттерный повторитель. Так как вход общего коллектора должен иметь высокое входное сопротивление, а выход должен иметь низкое сопротивление. При очень малом токе стабилитрон имеет очень высокое сопротивление на входе транзистора Q1. На выходе внешнее сопротивление не подключено, поэтому сопротивление очень низкое. Коэффициент усиления усилителя с общим коллектором равен единице, т.е. единице. Следовательно, выход транзистора Q1 такой же, как и вход усилителя шума. Таким образом, вы также можете сказать, что выход транзистора Q1 является буфером входного шума.
Если нам нужно усилить белый шум, мы должны добавить дополнительный усилительный каскад.
Схема генератора белого шума с усилителем
Во второй схеме мы дополнительно добавляем усилитель, построенный на транзисторах Q2 и Q3, как показано на рисунке ниже. Переменный резистор VR1 используется здесь для регулировки амплитуды усиливаемого шума.
Транзистор Q2 сконфигурирован как усилитель напряжения или можно сказать усилитель с общим эмиттером. Коэффициент усиления по напряжению усилителя с общим эмиттером
Прочтите статью Усилитель с общим эмиттером, чтобы узнать о других параметрах. Из вышеприведенного выражения можно сказать, что резистор, подключенный к коллектору, и резистор, подключенный к эмиттеру, отвечают за усиление по напряжению. В приведенной выше конфигурации выходное напряжение, т. е. напряжение на коллекторе, составляет примерно половину напряжения питания. Выход транзистора Q2 подключен к базе транзистора Q3 через резистор R11. Транзистор Q3 также выполнен в виде усилителя с общим коллектором.
Выходной сигнал на разъеме CON3 представляет собой буферизованный белый шум, тогда как выходной сигнал на разъеме CON2 представляет собой усиленную версию белого шума. Если вам нужна высокая мощность белого шума, вы должны заменить транзистор силовым транзистором и стабилитрон на мощный стабилитрон.
Напряжение питания будет 15В, но эта схема будет нормально работать и при 12В. В случае изменения напряжения питания на 9В напряжение пробоя стабилитрона будет меньше 6В (скажем 5,8В).
Схема печатной платы
Схема печатной платы разработана с использованием программного обеспечения Altium Design. Схема печатной платы со стороны пайки и схема печатной платы со стороны компонентов показаны на рис.

Что такое белый шум и для чего нужны его генераторы