Generador de ruido: principio de funcionamiento y ámbito de aplicación. Generador de ruido blanco

El ruido blanco es el sonido que escuchas cuando tu televisor está sintonizado en la frecuencia de una estación que no existe. Su densidad espectral aumenta con una pendiente de 3 dB/octava, por lo que el ruido blanco no es adecuado como fuente para probar equipos de audio. Si combinas una fuente de ruido blanco y un filtro de 3 dB/octava, puedes obtener una muy buena aproximación del ruido rosa "real", donde la potencia dentro de cada octava es la misma. Por ejemplo, la potencia en la banda de frecuencia 40...80 Hz será igual a la potencia en la banda de frecuencia 10...20 kHz.

En el que se muestra en la Fig. En el circuito 1, el filtro se fabrica utilizando un tipo de amplificador operacional económico. No hay razón para utilizar amplificadores costosos de bajo ruido en un circuito diseñado para generar ruido.

Foto 1.

La unión base-emisor con polarización inversa del transistor BC548 produce el ruido de un buen diodo zener. Con los calibres indicados en el diagrama, la tensión media de ruido en la banda de frecuencia es de 30 mV. Los “diodos zener de transistores” no son muy fiables, en el sentido de que su voltaje de ruptura puede variar, según el caso, de 5 a 10 V, aunque normalmente el voltaje de ruptura de los transistores ronda los 9 V. A veces se descubre que el El transistor hace mucho ruido y es muy débil. En este caso, basta con coger otro.

La primera etapa del amplificador operacional actúa como un amplificador buffer con una impedancia de entrada muy alta para no cargar la fuente de ruido. La ganancia de la etapa buffer es 11 (20,8 dB). Presión constante en la salida del amplificador buffer debe ser el mismo (o diferir ligeramente) que en el "diodo zener transistorizado".

El pin 8 del amplificador operacional está conectado al polo positivo de la batería, el pin 4 al polo negativo. No lo mezcles o arruinarás el amplificador.

Los condensadores marcados con las letras "NP" son electrolíticos y no polares. Sería posible utilizar unos de película, pero son un poco caros para un proyecto que decidimos abaratar. Y se necesitan condensadores no polares, debido al signo impredecible del voltaje en C4 y a la ausencia casi total de una polarización constante en C8.

La segunda etapa del amplificador es simplemente un filtro con una atenuación lineal de 3 dB/octava en la banda de frecuencia 20 Hz...20 kHz. El filtro convierte el ruido blanco en ruido rosa, asegurando una energía constante en cada una de las 10 octavas del rango de audio.

Debido al alto voltaje de ruptura del “diodo zener transistorizado”, el voltaje de suministro debe ser bastante alto. Usamos dos baterías estándar de 9 V conectadas en serie para que el voltaje total sea de 18 V. Excluimos intencionalmente la indicación LED del circuito, ya que un LED consume más corriente que el resto del circuito.
El interruptor de encendido debe ser bipolar para desconectar ambas baterías. El punto medio de las baterías es la "tierra" del circuito.

El circuito se puede ensamblar en una placa de pruebas y colocarse en una caja de plástico o metal adecuada. Los valores de los componentes no son críticos, por lo que las resistencias y condensadores con una tolerancia del 5% están bien. Usar resistencias de película metálica al 1% para reducir el ruido en este circuito no tiene sentido. Utiliza transistores de baja potencia, los que tengas a mano. También se puede elegir casi arbitrariamente un amplificador operacional dual (o dos individuales), siempre que coincidan con el voltaje de suministro. Pero no olvide que no todos los microcircuitos tienen los mismos pines.

Si tiene un osciloscopio, o alguien que pueda prestarle, asegúrese de que los amplificadores no recorten la señal de ruido. Esto no se puede determinar de oído, el corte distorsiona el espectro de energía de la señal y el ruido deja de ser rosa. Si se detecta recorte, o sospecha que existe, aumente los valores de las resistencias R3 o R4 (cualquiera, pero no ambas). Duplicar la clasificación reduce el voltaje de salida a la mitad.

En principio, existen generadores digitales de ruido “pseudoaleatorio”, pero no me gustan porque tienen un carácter cíclico muy perceptible al oído. En nuestro esquema, el ruido es en realidad aleatorio.

Figura 2.

La Figura 2 muestra la respuesta de transferencia de un filtro con una pendiente de -3 dB/octava. No es del todo perfecto, pero nunca he visto filtros perfectos. Y lo que tenemos es más que suficiente para la mayoría de los propósitos. Ligera caída en bajas frecuencias, debido al capacitor C7 y al capacitor de salida del filtro, en realidad es un poco más grande que lo que se muestra en el gráfico, pero el error no excede 1 dB en todo el rango frecuencias de audio.

Usar un generador de ruido

Conecte el generador al preamplificador y aumente gradualmente el volumen hasta el nivel normal del habla. Esto será aproximadamente 65 dB. Escuche atentamente, buscando cualquier característica en el sonido, como ruido bajo, puntos donde la señal desaparece o cualquier cosa que simplemente no suene como ruido puro. Probablemente necesitarás practicar un poco esta actividad. Si tiene un ecualizador gráfico, será más fácil entender cómo los picos y valles en la respuesta de frecuencia afectan el sonido.

Intente escuchar la señal del generador en buenos auriculares y luego a través del sistema de altavoces de la sala, y compare los resultados. Quizás te sorprendan.

El dispositivo está diseñado según la descripción de un artículo extranjero. Información detallada allí. Me gustaría agregar que el dispositivo está diseñado para funcionar en el rango de baja frecuencia y es una fuente de ruido pseudoaleatorio para verificar, sintonizar y medir los parámetros de los equipos acústicos. Para ampliar las capacidades, se ha agregado un modo de generación de ruido blanco. Debido al bajo consumo del dispositivo, se utiliza energía de batería autónoma.

Características del dispositivo

• Tensión de alimentación: 12-3,5 voltios
• Consumo de corriente a 9 voltios - 5 mA
• Parámetros de ruido rosa: voltaje de salida RMS - 0,2 V, pico - 1 V
• Parámetros de ruido blanco: voltaje de salida RMS - 1,5 V, pico - 2 V

Cuando la tensión de alimentación disminuye, la frecuencia de reloj del dispositivo disminuye, lo que conduce a una disminución de la densidad de ruido espectral en la salida. El generador no quiso funcionar según el circuito original, entrando en excitación incontrolada a 3 MHz, por lo que mediante pinchazos científicos se obtuvo el siguiente circuito:

También se le agrega un interruptor para el tipo de ruido; esto se logra apagando el filtro de escalera, lo que crea una atenuación de 3 dB/octava, y en su lugar se conecta una resistencia adicional, que forma un voltaje. Divisor que evita la sobrecarga del amplificador de salida. En los espectrogramas a continuación puedes ver una comparación entre el generador de referencia y el casero. Click para agrandar.

El generador de referencia tiene un rolloff al final del rango, mientras que la banda del generador casero se extiende hasta 150 kHz sin rollover en casos de ruido blanco. Todas las irregularidades y curvaturas se relacionan únicamente con un analizador de espectro computarizado, en un dispositivo normal la banda de ruido blanco es uniforme para ambos generadores, el propósito de estos gráficos es comparar los generadores entre sí, como puede ver, prácticamente coinciden.

El dispositivo terminado se coloca en una caja de aluminio hecha de chatarra de computadora, los terminales de salida no están soldados en la foto.

Un generador acústico es un dispositivo diseñado para causar interferencias en lugares donde se llevan a cabo negociaciones secretas. El generador acústico genera ruido "blanco" en todo el rango de frecuencia de audio. La transmisión de vibraciones acústicas se realiza, por regla general, mediante vibradores piezoeléctricos y altavoces acusticos. El diagrama anterior se utiliza para trabajos en interiores.

Principales características técnicas
Rango de frecuencia de audio 100 ... 15.000 Hz,
Potencia máxima de salida 15 W,
Fuente de alimentación 220 V 50 Hz, Consumo de energía no más de 20 W

El diagrama esquemático de un generador de ruido blanco acústico se basa en el transistor VT1 y utiliza el ruido que surge en la unión del emisor. La señal resultante será aleatoria y caótica en frecuencia y amplitud.

A continuación, la señal caótica es amplificada por el transistor VT2 y el amplificador operacional U1. Desde la salida del microcircuito del amplificador operacional, la señal se envía a altavoces de la computadora... Desde la misma salida U1, la señal se suministra a 2 rutas.

El amplificador de baja frecuencia para vibradores está construido según un circuito de conexión típico TDA2030. Es recomendable instalarlo en el radiador.

La fuente de alimentación del generador acústico de ruido blanco se realiza según el diseño clásico de un estabilizador de voltaje bipolar, pero más potente, por lo que el dispositivo se puede utilizar en habitaciones o pasillos grandes. Los transistores VT4 y VT3 deben colocarse en los radiadores.

Como convertidores electromecánicos se pueden utilizar teléfonos electromagnéticos convencionales. Pero las tabletas de cobre deben soldarse a sus membranas teniendo en cuenta que el borde superior debe estar al nivel de la tapa. En términos de eficiencia, estos teléfonos "soviéticos" son los mejores. También puede tomar relés electromagnéticos convencionales o emisores piezoeléctricos, pero esto complicará enormemente el diseño de los emisores.

El siguiente circuito generador crea interferencias de radio electromagnéticas en las ondas de aire en el rango de 30 MHz - 1 GHz. Además, este diseño de radioaficionado se puede utilizar para bloquear la activación de errores de radio desde control remoto, porque afecta los circuitos de entrada del receptor del control remoto.

Este diseño de radioaficionado utiliza un circuito generador de ruido de radio clásico. Por lo tanto, creo que no es necesaria una descripción, pero conviene llamar su atención sobre el hecho de que los transistores VT1-VT4 deben instalarse en los radiadores. En lugar de las resistencias R1 y R2, puedes poner una con un valor nominal de 4,7 Ohmios y una potencia de 10 W.

El consumo de corriente del circuito autooscilador para crear interferencias de radio es de 300 miliamperios. Todos los transistores deben montarse sobre una placa o radiador de aluminio. Las bobinas L1-L3 se enrollan con un cable con un diámetro de 0,15-0,25 en una resistencia MLT-0,25, aproximadamente 17 vueltas cada una. Este diseño se puede colocar en una carcasa de condensador de papel, lo que bloquea receptores y transmisores con frecuencias de hasta 150 megahercios.

Este bloqueador en el rango de FM y un poco más en algún lugar hasta 200-300 MHz funciona de manera muy efectiva. El alcance es de unos 50 a 70 metros y prácticamente no requiere ajuste.

Inductores: L1 -2 vueltas de 0,45 mm sobre mandril de 4 mm; L2, L5 - 16 vueltas de PELSHO de 0,3 mm sobre anillos de ferrita 8*4*2; L3 - 5 vueltas de 0,45 mm en un mandril de 4 mm, L4 - 2 vueltas de 1 mm en un mandril de 8 mm, L6 - tres vueltas de 0,45 en un mandril de 4 mm; L7 - media vuelta de 0,8 mm en un mandril de 4 mm; L8 - 45 vueltas de 0,5 mm en un trozo de aislamiento interno del coaxial, longitud de devanado 23 mm; L9 - 4 vueltas de 0,45 mm en un mandril de 4 mm; L10 - 1 vuelta en un mandril de 5 mm, L11 - 23 vueltas de 0,5 mm en un trozo de aislamiento interno del coaxial; Transistor T1 - KT368

Los circuitos propuestos para bloqueadores simples están diseñados para la supresión local de señales de receptores de televisión y del rango de radio FM. Con estos parámetros del dispositivo, al girar el trimmer se puede crear ruido con interferencia de cualquier canal de televisión o cualquier otra frecuencia portadora. El dispositivo está atascado en algún lugar a una distancia de 10 a 15 metros.

El inductor L1 contiene 10 vueltas de alambre de cobre con un diámetro de un mm en un marco de 10 mm (con un grifo en el medio). En principio, la recortadora no es necesaria. Atornillamos el inductor L2 a una resistencia MLT 0,5 con un valor nominal de 100 Ohmios, un cable de 0,1 mm y unas 100 vueltas.

Al realizar el montaje, tenga en cuenta que la bobina de contorno L1 no debe ubicarse en el mismo eje que el inductor L2 y debe estar a una distancia de 2 cm o más. La antena es un trozo de alambre de cobre de 20 a 40 cm de largo.

El circuito del generador de ruido blanco consta de dos generadores controlados por voltaje y está fabricado en un microcircuito doméstico 531GG1. Un generador opera constantemente a una frecuencia relativamente baja, la señal recibida se envía a la entrada de control de otro generador, que opera a alta frecuencia 20-70 MHz dependiendo del voltaje de entrada.

El circuito generador de ruido es clásico, pero a pesar de su sencillez, se utiliza en generadores de ruido fabricados en fábrica. El diseño del dispositivo utiliza una fuente de alimentación ajustable que cambia la fuente de alimentación del generador de 1,5 V a 18 V con una corriente de hasta 2A. Esto es necesario para optimizar la producción de energía. El dispositivo debe ajustarse mediante un indicador de campo, mientras se mide el consumo de corriente, que no debe exceder los 2A. Las resistencias de ajuste VR2, VR3 también se utilizan para el ajuste. Para ajustar la uniformidad del espectro, es aconsejable utilizar un analizador de espectro. Tenga en cuenta que es necesario aplicar fuerza. aire acondicionado y un radiador lo más grande posible.

El rango de este generador acústico es de cientos de kHz a 1 GHz. No requiere ninguna configuración y comienza a funcionar inmediatamente. Tiene dos salidas: normal (MiddleOut) y alta. El uso de una salida potente aumenta el consumo de corriente y el calentamiento de los elementos. Se requiere estrictamente un flujo de aire forzado con un ventilador.

La fuente de ruido en este generador acústico es un diodo Zener VD1 tipo KS168, que funciona en modo de avalancha incluso con corrientes bajas. La corriente que pasa a través del diodo Zener en este diseño es de aproximadamente 100 μA. El ruido se elimina del cátodo del diodo zener y pasa a través del condensador C1 a la entrada inversora del amplificador operacional DA1 en el microcircuito KR140UD1208. Lo contrario: la entrada no inversora del amplificador operacional recibe un voltaje de polarización, que es igual a la mitad del voltaje de suministro del divisor de voltaje. El divisor está construido sobre las resistencias R2 y R3. El modo de funcionamiento del amplificador operacional depende del valor de la resistencia R5 y la ganancia se inserta mediante la resistencia R4. Desde la carga del amplificador operacional, cuyo papel en este circuito lo desempeña la resistencia R6, el voltaje de ruido amplificado se suministra al amplificador de potencia DA2 en el chip universal K174XA10. Desde su salida, la señal de ruido pasa a través del condensador C4 al altavoz B1. /p>

Configuramos el nivel de ruido con la resistencia variable R6. El diodo Zener VD1 genera ruido en el rango de frecuencia de hercios a diez megahercios. Si K174XA10 no está disponible, puedes utilizar cualquier UNG, lo principal es que tiene una amplia gama de frecuencias de funcionamiento.

Un generador de ruido blanco digital es un proceso aleatorio temporal, cercano en sus propiedades al proceso del ruido físico y se denomina proceso pseudoaleatorio. Una secuencia digital de símbolos binarios en generadores digitales de ruido acústico se denomina secuencia pseudoaleatoria, que es una secuencia de pulsos rectangulares con duración pseudoaleatoria e intervalos entre ellos.

El generador de ruido está hecho en chips digitales: registro de desplazamiento de ocho bits en el chip K561IR2, un sumador de módulo 2 (DD2.1), un generador de reloj (DD2.3, DD2.4) y un circuito de activación (DD2.2), en el chip K561LP2.

El generador de reloj en DD2.3 y DD2.4 está construido según un circuito multivibrador. Desde su salida con una frecuencia de repetición de aproximadamente 100 kHz, llega una secuencia de pulsos rectangulares a los registros de desplazamiento DD1.1 y DD1.2, formando un registro de desplazamiento de 8 bits. Cuando se aplica energía, los registros pueden estar en un estado en el que todas sus salidas son bajas. Dado que está prohibida la aparición de una combinación cero en los registros, se introduce en el circuito un circuito de arranque del generador, en el elemento DD2.2. Cuando se enciende, DD2.2 produce un uno en su salida, que transferirá el registro desde un valor cero. La señal pseudoaleatoria generada se elimina del octavo bit del registro de desplazamiento y pasa al amplificador y al emisor. El voltaje en la fuente de alimentación puede estar en el rango de 3 a 15 V.

En el desarrollo de radioaficionados se utilizan microcircuitos CMOS de la serie 561, si no están disponibles, se pueden reemplazar con microcircuitos de las series K564, K1561 o incluso K176. Cuando se utiliza la serie 176, la tensión de alimentación debe ser de nueve voltios.

Un generador acústico digital correctamente cableado y ensamblado no requiere sintonización. Cambiando frecuencia de reloj Puede cambiar el rango de "ruido blanco" y el intervalo entre componentes espectrales.

En un generador resistivo de ruido blanco, los EMF aparecen debido a un aumento en la temperatura de la capa conductora de la resistencia, que se calienta mediante la corriente continua que fluye a través del filtro, que está hecho en el inductor L1 y el capacitor C2. La corriente que fluye se puede cambiar girando la resistencia variable R2.

Estructuralmente, el invento del radioaficionado está fabricado en una caja rectangular de fibra de vidrio, con tapa extraíble. . En el panel frontal hay una perilla de resistencia R2 con una escala.

Estrangulador L1: 15 vueltas de alambre con un diámetro de 0,6 mm, enrolladas en un mandril con un diámetro de 4 mm.

Estoy cansado de aparcar a algunos conductores incomprendidos en un macizo de flores cerca de la casa. Existe una forma sencilla y legal de darles una lección, a saber: cobrar diagrama simple bloqueadores de alarmas de automóviles. Y después de esto, el automóvil ubicado dentro del alcance del dispositivo no podrá activarse ni eliminarse del sistema de alarma.

Generador de ruido semiconductor es un diodo que, en un determinado modo de funcionamiento, puede utilizarse como fuente de ruido en un determinado rango de frecuencia.

El principio de funcionamiento de los generadores de ruido se basa en las propiedades de ruptura por avalancha de la unión de diodos. En la etapa inicial de la ruptura de una avalancha, el proceso de ionización por impacto resulta inestable: la ionización por impacto ocurre, se descompone y reaparece en aquellos puntos de transición donde actualmente hay suficiente intensidad de campo eléctrico. El resultado de la generación aleatoria y desigual de nuevos portadores de carga durante la ionización por impacto es un ruido característico de un cierto rango de corrientes. Cuando se utilizan dispositivos como, por ejemplo, diodos Zener, el ruido es un fenómeno perjudicial. Es por eso que el rango de corrientes correspondientes al ruido queda excluido del rango de corrientes de funcionamiento de los diodos Zener.

Por lo tanto, los diodos con polarización inversa se pueden utilizar como generadores de ruido en el rango de corrientes inversas desde la corriente de ruptura mínima (\(I_(sonda min)\)) hasta la máxima (\(I_(sonda max)\)), donde la Se observa la mayor intensidad de las fluctuaciones eléctricas.

Los parámetros de los generadores de ruido son en muchos aspectos similares a los parámetros de los diodos Zener. Las más específicas son tres características que describen las propiedades de la señal de ruido generada por los dispositivos y su dependencia de las fluctuaciones en la temperatura del dispositivo.

Densidad de ruido espectral(\(S_sh\)). De la teoría de la señal se sabe que la densidad espectral es una de las características más importantes de cualquier señal. Para fines de medición, el llamado "ruido blanco", dicha señal tiene una densidad espectral constante en todas las frecuencias. Los generadores de ruido semiconductores permiten obtener dicha característica en un determinado rango de frecuencia. Parámetro densidad espectral del ruido(\(S_w\)) de un dispositivo semiconductor se expresa como el valor efectivo de la tensión de ruido, referido a una banda de 1 Hz, a una corriente de ruptura determinada y en un rango de frecuencia determinado. En los generadores de ruido semiconductores y en los diodos zener más comunes, los valores de \(S_sh\) se encuentran en el rango de 3...30.

Frecuencia de corte de uniformidad del espectro(\(f_(gr)\)). En los generadores de ruido de semiconductores reales, la densidad espectral del ruido generado es constante sólo en un determinado rango de frecuencia. A medida que aumenta la frecuencia, su valor disminuye gradualmente. La frecuencia espectral más alta a la que la desviación negativa de la densidad del ruido espectral no excede un valor dado (a una corriente de ruptura dada) se llama frecuencia de corte de uniformidad del espectro(\(f_(gr)\)). En dispositivos típicos, el valor \(f_(gr)\) se encuentra dentro del rango de 1...4 MHz.

Coeficiente de temperatura promedio de densidad espectral de ruido.(\(\alpha_(S_ш)\)). La corriente inversa que precede a la ruptura de una avalancha y el voltaje de ruptura durante la ruptura de una avalancha aumentan con el aumento de la temperatura. Como resultado, la región de la característica corriente-tensión correspondiente a la mayor intensidad de ruido se desplaza con los cambios de temperatura a la región de altas corrientes y tensiones. Aquellos. en un modo de corriente estable, la densidad espectral del ruido generado también cambiará con un cambio de temperatura. Este cambio se caracteriza por un coeficiente especial llamado temperatura. coeficiente de densidad espectral del ruido(\(\alpha_(S_ш)\)). Se expresa como la relación entre el cambio relativo en la densidad espectral del ruido en un rango de temperatura de funcionamiento determinado y el cambio absoluto en la temperatura ambiente a corriente constante. El signo y el valor del coeficiente de temperatura de la densidad espectral del ruido pueden ser diferentes para diferentes corrientes.

El diagrama que se muestra en la Fig. 1 es una implementación del generador de ruido rosa (ruido de parpadeo) descrito en la Nota Técnica NBS #604, “Simulación numérica y analógica eficiente de procesos de ruido de parpadeo”, por J.A. Barnes y Stephen Jarvis. Con los parámetros de los componentes indicados en el diagrama, a su salida habrá un ruido uniformemente decreciente con una densidad espectral de 1/f en frecuencias desde menos de un hercio hasta más de cuatro kilohercios. El circuito utiliza un amplificador operacional TLC2272, aunque se pueden usar otros amplificadores operacionales con alta impedancia de entrada y bajo nivel de ruido. El amplificador debe tener un nivel de ruido de corriente bajo, ya que el circuito utiliza una resistencia R3 de valor relativamente alto, que se utiliza para generar ruido blanco con una amplitud de 50 nV. Seleccione un amplificador operacional con un voltaje de ruido inferior a 15 nV√Hz y una corriente de ruido inferior a 0,1 pA√Hz, ambos disponibles en muchos amplificadores operacionales modernos. Los valores de los capacitores difieren ligeramente de los valores calculados en el documento anterior para simplificar el diseño y se aplica polarización en el circuito para permitir el uso de capacitores electrolíticos. Los condensadores electrolíticos deben seleccionarse con cuidado, ya que muchos condensadores electrolíticos de aluminio tienen tolerancias muy estrechas.

Arroz. 1. Circuito generador de ruido rosa.

A diferencia de los circuitos generadores de ruido que utilizan diodos Zener, transistores con polarización inversa y otros dispositivos generadores de ruido, este circuito produce un nivel de salida predecible y repetible. Si elimina la señal de la salida del amplificador DA1.1 a través de un condensador de 100 µF de la misma manera que la segunda etapa, puede obtener una fuente conveniente y precisa de ruido blanco con un valor de 5 µV√Hz, las frecuencias de los cuales se encuentran en el rango de frecuencia de audio, esta fuente es perfecta para calibrar al medir el ruido de audio. Para aplicar un voltaje de polarización de 2,5 V a este condensador adicional, necesitará agregar una resistencia de aproximadamente 30 MΩ entre la fuente de alimentación de +5 V y la entrada positiva del primer amplificador operacional DA1.1. Si no hay una resistencia de alta resistencia, entonces puede usar un divisor de voltaje de 100 kOhm + 460 Ohm conectado a la fuente de +5 V y al cable común y desviado con un capacitor. El terminal inferior de la resistencia R3 debe conectarse a este divisor. Si se utiliza un condensador de tantalio, no es necesario utilizar un voltaje de polarización, ya que este tipo de condensador puede funcionar a desplazamiento cero(además, puede soportar tensión inversa, sin exceder el 10% de la tensión de funcionamiento). Se puede agregar un amplificador sumador al circuito, combinando ruido blanco de la salida del primer amplificador operacional y ruido de parpadeo de la salida del circuito, lo que permitirá simular varios dispositivos y sistemas de ruido. Dos entradas del amplificador sumador le permiten ajustar de forma independiente los niveles de ruido blanco y rosa en la salida.