电路分析8-白噪声发生器

先简单了解一下白噪声,白噪声(White Noise)的名字来源于白色光,因为白色光是由所有可见光波长的均匀混合组成的。白噪声是一种随机信号或声音,其特点是功率谱密度在整个频率范围内是均匀分布的。也就是说白噪声包含了所有频率的声音,且每个频率的强度相等。白噪声存在于现实生活中,听起来像是持续的“嘶嘶”声,比较常见的白噪声如电视或收音机没信号时的声音、风扇的嗡嗡声,或者瀑布的水流声等等。因为白噪声频率分布均匀,常被用来掩盖其他噪音,帮助人们放松、专注或入睡。

这是一张外国电子网站看到的图,是一个简单的白噪声发生电路。有两个版本。一个是齐纳稳压二极管和NPN管组成,另一个则用了2个NPN管组成,其中一个三级管只用了BE极的PN结,相当于替代了一个齐纳二极管。该电路的主要原理就是利用齐纳二极管反向击穿时发生齐纳效应并由此产生白噪声。

电路12V上电,电容C1两端电压不能突变,正极电压为0,Q1截止,电容C1进入充电状态,此时OUTPUT输出电压约为11V,然后C1正极电压开始上升,上升到0.7V以上时,D1反向开始有电流流过,Q1开始导通,OUTPUT输出电压变低,当D1负极电压到达7.5V左右时,D1处于稳压状态,因三极管的放大和反馈作用,输出端电压会稳定于8V左右,因D1反向偏置会发生齐纳效应,电流会有随机的小幅度波动,也就是电流产生了白噪声,这个噪声也随之被三极管放大输出,噪声的幅度大小也会因稳压二极管型号不同而有差异。

下图是根据手头上现有的元件绘制的一个实验电路图。噪声源使用一个8050,让EB极的PN结处于反向偏置,通过R1的100K,流过约10uA的电流,通过C1的0.1uF耦合以放大部分。放大电路使用8050,固定式偏置,CE极的静态工作点在3.25V,Q2的放大倍数大约是200左右,也可以调整R2和R3让工作点更接近于电源中点,或使用电压负反馈偏置等。

电路实际输出的波形如下图。峰峰值大约为1.1V,直接接入到小型有源音箱,白噪声效果不错。

实验视频

 

20250324

电路分析7

        在某电子网站上看到一个电路,是一个自行车夜行警示灯的电路。电路图并不复杂,如下图。
        C2和C3电源去耦电容,电源是9V电池,这两电容甚至可以直接省掉。LDR为光敏电阻,用了一片四通道2输入与非门芯片HCF4011B,两路与非门在这里把2个输入引脚并联从而变成了2个非门。所以使用74HC04等非门(反相器)芯片也是可以。HCF4011B、R1、C1在这里被组成为一个非门多谐振荡器。而LED1和R2限流电阻就是组成LED驱动电路,用于最终的指示。
        首先来分析一下,晚上环境光强烈时,比如汽车大灯照射到这个安装在自行车尾部的装置时,LDR受到强光照射时,电阻变小,这时非门IC1A输入端为低电平输出端为高,而非门2则会是相反了在IC1B的4脚输出端输出低电平,这时LED会变亮。只要LDR受的强光存在,IC1A的输入端会一直处于低电平状态 ,LED会常亮。可以对来车起到一定的警示作用。
        当环境无强光照时,LDR电阻变大,无法把IC1A的输入端稳定的拉低,这时非门多谐振荡器会起作用。假设当前IC1B的4脚输出为高,那么5、6脚必定是为低,这时LED不亮,C1开始正向充电,IC1A输入端电压也会拉高,由于C1的充电,C1负极的电压会由高变低。
        经过一段时间后,C1负极的电压下降到与非门低电平输入阀值时,IC1A输入变为低,这时IC1B输出会转变为低,LED变亮,同时C1会进入放电状态,当放电到一定时间后,C1又会转变为充电状态,C1负极的电压会逐步升高,当升高到与非门高电平输入阀值时,整个电路又会回到上一步骤,并循环往复起来,LED就会呈现闪烁状态。
        所以这个电路就是环境光强时LED常亮,环境光弱时LED闪烁。电路中的非门多谐振荡器的频率可以更改R1或C1来进行调节。
20250317

电路分析6-闪光LED

这是一个只需要五个元件的闪光LED电路。

假设LED使用绿色的LED,压降为1.8V,上电后NPN管BC547的C极电压会为电池电压减去LED压降为7.2V。此时PNP管BC557的B级也为7.2V,E级为0V,BE级处于反偏状态,BC557截止,从而BC547也是截止的。LED为熄灭状态。

电池的9V通过1M欧电阻向1uF电容充电,电容充到大约7.9V时,BC557的BE级处于正偏,BC557开始导通,这时有电流流向BC547的BE级,BC547也开始导通,BC557的B级会被拉低到接近电源负级,使得导通增强,从而LED被点亮了。

电容开始放电,放电的结果就是BC557的E级电压回落,两个三极管重新回到截止状态。LED被熄灭。新的周期重新开始,LED会被不停地点亮和熄灭。

修改电阻和电容的值,可以改变闪光的频率。减小这两个元件的值会使电路振荡频率更快。整个电路在电压低于3V时仍然能正常工作,大约2秒闪一下,工作电流小,发光时长短,所以使用旧的9V电池也可以连续工作很长时间,适合初学者学习制作。图中的BC557,BC547可以更换为9013、9014或8050、8550等三极管。LED也可以更换成蜂鸣器等元件,制作声光小玩具。

下面是使用8050、8550焊接成的实验电路,实际工作视频。

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