Текст книги ""Шпионские штучки" и устройства для защиты объектов и информации"

Автор книги: авторов Коллектив

сообщить о нарушении

Текущая страница: 9 (всего у книги 18 страниц)

Если к линии подключается дополнительная нагрузка сопротивлением менее 100 кОм, то напряжение в линии уменьшится на некоторую величину. Одновременно уменьшается и напряжение на движке резистора R2. Это приводит к появлению на входе DD1.1 напряжения, воспринимаемого микросхемой как уровень логического нуля. Этот уровень разрешает прохождение импульсов от DD2.1 через DD1.1.

Поскольку на выходе DD3.1 высокой уровень, то импульсы проходят через ключ DDЗ.2. При этом на выходе DD3.3 тоже высокий уровень и эти импульсы проходят и через ключ DD3.4. Продифференцированные цепочкой С6, R12 импульсы через элемент DD2.4 поступают на базу транзистора VT3. Транзистор открывается, и конденсатор СЗ быстро разряжается через открытый транзистор VT3 и светодиод VD3, который ярко вспыхивает с частотой 0,5–1 Гц. В перерывах между импульсами конденсатор СЗ подзаряжается через резистор R6. Так как оценка состояния линии происходит под управлением импульсов с генератора DD2.1, то некоторое изменение напряжения в линии в момент заряда конденсатора СЗ на работе устройства не сказывается.

Рассмотрим случай, когда телефонная трубка снята. При этом сопротивление телефонного аппарата включается между плюсовым проводом линии и резисторами R11 и R13. Напряжение в линии уменьшается до 5-25 В, т. к. нагрузкой линии будут телефонный аппарат, резистор R13 и резистор R14, зашунтированный малым (около 10 Ом) сопротивлением микросхемы DA1. Напряжение, снимаемое с резистора R13, обеспечивает питание устройства через диод VD4 тина КД522.

При зтом напряжение высокого уровня с точки соединения резисторов R8, R9 поступает на элементы DD3.3 и DD3.1. Низким уровнем закрывается ключ DD3.2. С движка резистора R9 снимается напряжение логической единицы, близкое к напряжению переключения компаратора DD1.4. Допустим, что к линии подключается (или была подключена) дополнительная параллельная или последовательная нагрузка, которая приводит к уменьшению напряжения в линии. При этом напряжение на движке резистора R9 принимает уровень, расцениваемый микросхемой, как уровень логического нуля. При этом импульсы с DD2.1 проходят через DD1.4, DD3.3 и DD3.4. После дифференцирующей цепочки С6, R12 и элемента DD2.4 они поступают на базу транзистора VT3, включая световую индикацию. Одновременно, первый же импульс переводит триггер на DD1.2 и DD1.3 в состояние, разрешающее работу генератора на элементе DD2.3. С выхода генератора короткие импульсы частотой 12–20 кГц поступают на ключ, выполненный на микросхеме DA1. Ключ начинает закрываться и открываться с частотой генератора. При этом сигнал в линии модулируется этой частотой. Это вызывает расширение спектра сигнала, излучаемого радиоретранслятором, подключенным в линию. Одновременно напряжение в линии увеличивается до 35–45 В. Это связано с тем, что последовательно с резистором R13 включается резистор R14, ранее шунтированный ключом DA1. Повышение напряжения в линии до такого уровня позволяет нейтрализовать автоматические записывающие устройства, срабатывающие по уровню напряжения в линии.

Для того, чтобы работа этого генератора не мешала анализу состояния линии, он периодически отключается путем переключения триггера DD1.2, DD1.3 на момент оценки состояния линии. Если в процессе оценки состояния линии принимается решение о том, что линия свободна от посторонних подключений, то схема автоматически устанавливается в исходное состояние и переходит в ждущий режим с периодической проверкой состояния линии.

Резисторы используются типа МЛТ-0,125. Диод VD1 можно заменить на КД105, Д226. Транзисторы можно заменить на КТ3102, КТ503.

Микросхемы можно использовать из серий 564 и 1561. Конденсаторы C1, С2 и СЗ должны быть с минимальным током утечки.

При настройке устройства устанавливается частота генераторов 0,5–1 Гц и 12–20 кГц резисторами R3 и R10, соответственно. При включенном генераторе DD2.3 резистором R14 устанавливается уровень напряжения в линии, равный 35–45 В, при котором еще не происходит рассоединение линии. Исходные уровни срабатывания рассматриваемого устройства устанавливаются резисторами R2 и R9.

Прибор необходимо подключать к линии с соблюдением полярности!

Блокиратор параллельного телефона

Во многих офисах и квартирах телефонные аппараты подключают параллельно к одной линии. Поэтому разговор между двумя абонентами легко может прослушать и третий. Чтобы исключить такую возможность, используют устройство, обычно именуемое блокиратором.

Схема блокиратора приведена на рис. 3.14.

Рис. 3.14. Блокиратор на динисторах

Принцип действия схемы, представленной на рис. 3.14, предельно прост. Допустим, что снята трубка с телефонного аппарата ТА2. В цепи задействованного аппарата ТА2 напряжение линии 60 В пробивает динистор VS2 типа КН102А и оно падает до 5-15 В. Этого напряжения недостаточно для пробоя динисторов VS1, VS3 или VS4 в цепях параллельных аппаратов. Последние оказываются практически отключенными от линии очень большим сопротивлением закрытых динисторов. Это будет продолжаться до тех пор, пока первый из снявших трубку (в нашем случае ТА2) не положит ее на рычаги. Эта же схема позволит избавиться и от такого недостатка, связанного с параллельным включением аппаратов, как «подзванивание» их при наборе номера.

Устройство не нуждается в настройке. При подключении необходимо соблюдать полярность напряжения питания.

Аналогичное по принципу действия устройство можно собрать на другой элементной базе по схеме, приведенной на рис. 3.15.

Рис. 3.15. Блокиратор на аналоге динистора

Устройство содержит два аналога динисторов. Диоды и тиристоры могут быть любыми с допустимым напряжением не менее 100 В и рассчитанными на ток до 0,1 А. Стабилитроны VD1 и VD3 могут быть на напряжение стабилизации от 5,6 до 20 В.

3.2.3. Криптографические методы и средства защиты

Кардинальной мерой предотвращения прослушивания телефонных разговоров является использование криптографических методов защиты информации. В настоящее время для защиты телефонных сообщений применяют два метода: преобразование аналоговых параметров речи и цифровое шифрование. Устройства, использующие эти методы, называются скремблерами.

При аналоговом скремблировании производится изменение характеристики исходного звукового сигнала таким образом, что результирующий сигнал становится неразборчивым, но занимает ту же частотную полосу. Это дает возможность без проблем передавать его по обычным телефонным каналам связи. При этом методе сигнал может подвергаться следующим преобразованиям:

– частотная инверсия;

– частотная перестановка;

– временная перестановка.

При цифровом способе закрытия передаваемого сообщения непрерывный аналоговый сигнал предварительно преобразуется в цифровой вид. После чего шифрование сигнала происходит обычно с помощью сложной аппаратуры, зачастую с применением компьютеров.

Ниже приводится описание скремблера, использующего метод частотной инверсии. Этот метод давно и успешно применяется американскими полицейскими службами и обеспечивает эффективную защиту радио– и телефонных переговоров от постороннего прослушивания.

Частотно-инвертированный сигнал выделяется из нижней боковой полосы спектра балансного преобразования звукового сигнала с надзвуковой несущей. Две последовательные инверсии восстанавливают исходный сигнал. Устройство работает как кодер и декодер одновременно. Синхронизации двух скремблеров не требуется. Принципиальная схема такого скремблера приведена на рис. 3.16.

Рис. 3.16. Шифратор звуковых сообщений

Это устройство состоит из тактового генератора на микросхеме DD2 типа К561ЛА7, вырабатывающего сигнал частотой 7 кГц, делителя-формирователя несущей 3,5 кГц на микросхеме DD3.1 типа К561ТМ2, аналогового коммутатора балансного модулятора на микросхеме DD4 типа К561КТЗ, входного полосового фильтра с полосой пропускания 300-3000 Гц на микросхеме DA1.1 типа К574УД2 и сумматора балансного модулятора с фильтром низкой частоты на микросхеме DA1.2 Подстройка частоты тактовых импульсов, а следовательно частоты несущей, производится многооборотным резистором R3.

На рис 3.17 представлены спектры входного (а) и преобразованного (б) сигналов.

Рис. 3.17. Спектры сигналов

В пределах полосы частот 300-3000 Гц разборчивость речи после двух преобразований составляет не менее 65 %.

3.3. Защита информации от утечки по оптическому каналу

Для скрытности проведения перехвата речевых сообщении из помещений могут быть использованы устройства, в которых передача информации осуществляется в оптическом диапазоне. Чаще всего используется невидимый для простого глаза инфракрасный диапазон излучения.

Наиболее сложными и дорогостоящими средствами дистанционного перехвата речи из помещений являются лазерные устройства. Принцип их действия заключается в посылке зондирующего луча в направлении источника звука и приеме этого луча после отражения от каких-либо предметов, например, оконных стекол, зеркал и т. д. Эти предметы вибрируют под действием окружающих звуков и модулируют своими колебаниями лазерный луч. Приняв отраженный от них луч, можно восстановить модулирующие колебания.

Исходя из этого, рассмотрим один из достаточно простых, но очень эффективных способов защиты от лазерных устройств. Он заключается в том, чтобы с помощью специальных устройств сделать амплитуду вибрации стекла много большей, чем вызванную голосом человека.

При этом на приемной стороне возникают трудности в детектировании речевого сигнала. Ниже приведены схемы и описания некоторых подобных устройств.

Простейший модулятор оконного стекла

Этот модулятор прост в изготовлении, содержит минимальное количество деталей и не требует налаживания. Он позволяет передавать стеклу колебания частотой 50 Гц. И в этом заключается его недостаток, так как с помощью современных средств обработки сигналов возможно вырезать эту частоту из спектра речевого сигнала. Принципиальная схема устройства приведена на рис. 3.18.

Рис. 3.18. Простейший модулятор с трансформаторным питанием

В качестве модулятора с частотой 50 Гц используется обычное малогабаритное реле постоянного тока Р1. Питается реле Р1 от сети переменного тока частотой 50 Гц и напряжением 220 В через понижающий трансформатор Т1. На выводы обмотки реле Р1 подается напряжение со вторичной обмотки трансформатора Т1, немного ниже порога срабатывания. В качестве трансформатора используется любой, желательно малогабаритный, понижающий трансформатор. Напряжение на обмотке II выбирается в зависимости от используемого реле. Реле Р1 может быть типа РЭС22, РЭС9 и им подобные. Корпус реле приклеивается к стеклу клеем «Момент» или аналогичным (рис. 3.19).

Рис 3.19. Способ крепления устройства к стеклу.

Если подходящего трансформатора подобрать не удалось, то можно воспользоваться бестрансформаторной схемой устройства приведенной на рис. 3.20.

Рис. 3.20. Бестрансформаторная схема модулятора

Конденсатор С1 гасит излишек напряжения, он подбирается под определенную нагрузку. Его можно разместить прямо в штепсельной вилке. При монтаже необходимо помнить, что устройство не имеет гальванической развязки с питающей сетью.

Другой модулятор позволяет получать сигналы, которые имеют хаотический характер, т. к. частота следования импульсов не стабильна.

Устройство представляет собой два генератора импульсов, частоты которых не стабилизированы и отличаются друг от друга. Оба генератора работают на общую нагрузку. Принципиальная схема модулятора приведена на рис. 3.21.

Рис. 3.21. Модулятор с питанием or сети 220 В

Питание устройства осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 В. Напряжение питания снимается с делителя напряжения на резисторах R1-R3 и выпрямляется диодом VD1 типа КД102А. Выпрямленное напряжение сглаживается конденсатором С1. Так как конденсатор С1 имеет небольшую емкость, то напряжение питания имеет большие пульсации. Оба генератора импульсов собраны на транзисторной сборке VT1 типа К101КТ1Г, содержащей два идентичных транзистора VT1.1 и VT1.2. Микросборка представляет собой транзисторные прерыватели для коммутации слабых сигналов переменного и постоянного токов. Транзисторы микросборки имеют общий коллектор. Работают генераторы следующим образом. Через резисторы R5 и R6 происходит заряд конденсаторов С2 и СЗ, соответственно, от источника питания. При достижении на конденсаторах С2 и СЗ напряжения пробоя транзисторов VT1.1 и VT1.2 последние открываются и происходит разряд конденсаторов через базовый переход транзистора VT2 типа КТ301. Это приводит к открыванию транзистора VT2 и короткие импульсы (щелчки, следующие с частотой в сотни герц) поступают на пьезокерамические излучатели ZQ1 и ZQ2. Период времени между импульсами постоянно изменяется, в связи с чем считывание информации со стекол в условиях апериодических акустических полей даже с использованием специальных фильтров сильно затруднено. Громкость звукового сигнала можно плавно регулировать резистором R4.

Транзистор VT2 можно заменить на КТ3102, КТ315. Пьезокерамические преобразователи могут быть любыми, их число может быть от одного до четырех. Диод VD1 можно заменить на КД105. Пьезоизлучатели наклеиваются в центре стекла внутренних рам и соединяются с генератором тонким проводом.

Модулятор на одной микросхеме

Этот модулятор тоже питается от сети переменного тока напряжением 220 В. Принципиальная схема модулятора приведена на рис. 3.22.

Рис. 3.22. Модулятор не одной микросхеме

Напряжение сети гасится резисторами R1 и R2 и выпрямляется диодом VD1 типа КД102А. Конденсатор С1 уменьшает пульсации выпрямленного напряжения. Модулятор выполнен на одной микросхеме К561ЛЕ5. По своему схемному построению он напоминает генератор качающей частоты иди частотный модулятор. На элементах DD1.3 и DD1.4 собран управляющий генератор низкой частоты. С его выхода прямоугольные импульсы поступают на интегрирующую цепочку R5, С4. При этом конденсатор С4 то заряжается через резистор R5, то разряжается через него. Поэтому на конденсаторе С4 получается напряжение треугольной формы, которое используется для управления генератором на элементах DD1.1, DD1.2. Этот генератор собран по схеме симметричного мультивибратора. Конденсаторы С2 и СЗ поочередно заряжаются через резисторы R3 и R4 от источника треугольного напряжения. Поэтому на выходе генератора будет иметь место сигнал, частота которого «плавает» в области звуковых частот речевого диапазона. Поскольку питание генератора не стабилизировано, то это приводит к усложнению характера генерируемых сигналов. Нагрузкой генератора служат пьезокерамические излучатели ZQ1 и ZQ2 типа ЗП-1.

Микросхему DD1 можно заменить на К561ЛА7 и даже на К561ЛН1, К561ЛН2, либо на микросхемы серий 564, 1561.

Излучатели ZQ1 и ZQ2 могут быть любыми, их количество может быть от одного до четырех. Они могут быть соединены последовательно или параллельно-последовательно.

Устройство модуляции стекла на цифровых микросхемах

Данное устройство вызывает вибрацию стекла с различной частотой, тем самым устраняя основной недостаток простейшего модулятора. Оно выполнено на двух цифровых схемах 561 серии. В качестве вибропреобразователя используется пьезокерамический преобразователь. Принципиальная схема устройства приведена на рис. 3.23.

Рис. 3.23. Модулятор на цифровых микросхемах

Модулятор собран на микросхемах К561ЛН2 и К561ИЕ8. Генератор тактовых импульсов собран на элементах DD1.1, DD1.2, резисторе R1 и конденсаторе C1 по схеме несимметричного мультивибратора.

С выхода генератора тактовые импульсы поступают на вход счетчика DD2 типа К561ИЕ8. Эта микросхема имеет встроенный дешифратор, поэтому напряжение высокого уровня поочередно появляется на выходах счетчика в соответствии с количеством пришедших импульсов.

Допустим, что после прихода очередного тактового импульса уровень логической единицы появился на выходе 2 микросхемы DD2 (выв. 4).

На остальных выходах присутствует уровень логического нуля. Положительное напряжение начинает заряжать конденсатор С2 по цепи VD3, R4, R12. При достижении на конденсаторе С2 напряжения, достаточного для открывания транзистора VT1 типа КТ315, последний открывается, и на выходе элемента DD1.4 появляется уровень логического нуля. Конденсатор С2 быстро разряжается через диод VD11 типа КД522. Транзистор VT1 закрывается, и процесс заряда конденсатора С2 возобновляется но той же зарядной цепи. С приходом очередного тактового импульса уровень положительного напряжения появляется только на выходе 3 (выв. 7). Теперь конденсатор С2 заряжается по цепи VD4, R5, R12. Так как суммарное сопротивление этой цепи меньше, чем сопротивление цепи VD3, R4, R12, то заряд конденсатора С2 до напряжения открывания происходит быстрее. Частота импульсов на выходе этого управляемого генератора увеличивается. Прямоугольные импульсы поступают на вибропреобразователь ZQ1, выполненный на основе пьезокерампческого преобразователя.

Микросхемы DD1 и DD2 можно заменить на аналогичные – серий 176,564,1561. Резисторы – типа МЛТ-0,125. Сопротивлелнлиля резисторов R2-R11 могут быть любыми из интервала 10 кОм – 1 МОм. Резисторы одинакового номинала лучше не использовать. Диоды VD1-VD11 могут быть любыми, например, КД521, Д9, Д18, КД510 и др.

Транзистор VT1 можно заменить на КТ3102. Пьезокерамический преобразователь ZQ1 может быть любой, от игрушек или телефонных аппаратов. Питание устройства осуществляется от батарейки типа "Крона". Вибродатчик ZQ1 приклеивается на стекло клеем "Момент". Сигнал к нему подводится по проводам от элемента DD1.6.

Настройка заключается в установке частоты тактового генератора подбором конденсатора С1 или резистора R1. Частота тактовых импульсов выбирается около 2–3 Гц.

Количество генерируемых частот можно увеличить, если вместо микросхемы DD2 К561ИЕ8 использовать широко распространенную микросхему К561ИЕ10. Эта микросхема (рис. 3.24) содержит два двоичных четырехразрядных счетчика.

Рис. 3.24. Использование микросхемы К561ИЕ10

К выходам счетчиков подключаются резисторы R2-R9, их сопротивления могут быть также от 10 кОм до 1 МОм. Диоды VD1-VD10 из схемы исключаются. При подаче тактовых импульсов на вход CP микросхемы DD2.1 в точке соединения резисторов R2-R12 появляется, изменяющееся ступенчато, напряжение. Число градаций напряжения, а, следовательно, и число частот, можно варьировать путем использования определенного количества разрядов счетчика DD2.

3.4. Специальные устройства защиты информации

Кроме вышеописанных устройств в системах защиты информации используются и многие другие устройства и приборы. К ним относятся такие устройства, как сетевые фильтры, исключающие возможность утечки информации по цепям источников питания; приборы, обеспечивающие автоматическую запись телефонных разговоров; акустические генераторы шума, маскирующие звуковой сигнал и многие другие, используемые, как правило, специалистами в этой области.

3.4.1. Защита питающих цепей радиоэлектронной аппаратуры

Сетевой фильтр

Сетевые фильтры обеспечивают защищенность электронного устройства не только от внешних помех, но и от разного рода сигналов, генерируемых устройствами, которые могут служить источником утечки информации.

К числу защищаемых устройств относят самую разнообразную аппаратуру: компьютеры, приемники диапазона длинных и средних волн, радиотрансляционные приемники и др. Сетевой фильтр включают между энергетической сетью и устройством потребителя.

На рис. 3.25 представлена принципиальная схема сетевого фильтра, рассчитанного на мощность нагрузки 100 Вт. Он обеспечивает питание одновременно двух потребителей.

Рис. 3.25. Сетевой фильтр на два потребителя

В данном фильтре использованы два способа подавления помех: фильтрация режекторным дросселем Др1, Др2 и экранирование сетевой обмотки трансформатора Т1 и выходной обмотки трансформатора Т2. Электростатическим экраном сетевой обмотки трансформатора Т1 и выходной обмотки трансформатора Т2 служат магнитопроводы и низковольтные обмотки трансформаторов, расположенные поверх высоковольтных и соединенные с общим проводом фильтра и устройств-потребителей. Так как направление намотки обмоток и индуктивность дросселей Др1 и Др2 одинаковы, а токи через обмотки Др1 и Др2 противофазны, то сумма магнитных полей этих обмоток равна нулю и результирующее сопротивление дросселей переменному току промышленной частоты равно активному сопротивлению обмоток. Следовательно, падение напряжение на дросселях Др1, Др2 практически равно нулю.

В устройстве использованы два готовых трансформатора Т1 и Т2 типа ТПП296-127/220-50. Режекторный дроссель Др1, Др2 выполнен на ферритовом кольцевом магнитопроводе марки М4000 размером К65х32х8. Две обмотки наматываются в два провода, одновременно, проводом МГШВ-0,5 и содержат но 20 витков каждая. Намотка должна быть в один слой. Марка феррита и размер сердечника могут быть другими, но индуктивность дросселей должна быть около 1,5 мГн.

Конденсаторы С1 и С2 должны быть рассчитаны на напряжение более 400 В.

3.4.2. Устройство для автоматической записи телефонных разговоров

Телефонный адаптер

Для анализа утечки информации по открытым каналам телефонной связи необходимо иметь записи телефонных разговоров всех сотрудников фирмы. Прослушивание записей позволяет установить характер и источник утечки информации и сделать соответствующие выводы.

Для записи телефонных разговоров используются устройства, автоматически подключающие записывающие устройства при снятии трубки телефонного аппарата. Принципиальная схема такого телефонного адаптера представлена на рис. 3.26.

Рис. 3.26. Телефонный адаптер

Когда телефонная трубка не поднята, в телефонной линии присутствует напряжение около 60 В. Через делитель, собранный на резисторах R1-R3, оно поступает на затвор полевого транзистора VT1 типа KП103M и запирает его. Это приводит к закрытию транзистора VT2 типа КТ315 и транзистора VT3 типа КТ814. Реле К1 типа РЭС22 обесточено и его контакты К1.1-К1.4 разомкнуты.

При поднятии телефонной трубки в линии устанавливается напряжение 5-15 В, что ведет к открыванию транзистора VT1 и, следовательно, транзисторов VT2 и VT3. Срабатывает реле К1, которое контактами К1.3 и К1.4 подает питание 220 В на магнитофон, предварительно включенный на запись, и одновременно контактами K1.1 и К1.2 подключает телефонную линию через конденсаторы С1 и С2 ко входу магнитофона. Начинается запись разговора на магнитофон. Запись прекращается после опускания телефонной трубки на рычаг телефонного аппарата. Конденсатор СЗ сглаживает пульсации и шумы, наводимые в линии, которые могут вызвать ложные срабатывания устройства.

При подключении устройства к линии необходимо соблюдать полярность питания. В устройстве можно использовать любой силовой трансформатор, понижающий напряжение до 12 В и рассчитанный на ток нагрузки более 0,1 А или готовый сетевой адаптер с теми же параметрами. Реле РЭС22 можно заменить на два реле типа РЭС9.

Адаптер для диктофона

В настоящее время для записи звуковой информации широкое распространение получили импортные диктофоны со встроенной системой VOX, т. е. с системой управления голосом. Это позволяет более экономно расходовать пленку, т. к. при отсутствии сигнала двигатель диктофона выключен и потребление тока устройством минимально. Ниже приведены две схемы адаптеров для работы с диктофонами.

Первая схема приведена на рис. 3.27.

Рис. 3.27. Адаптер с трансформатором

Эта схема предельно проста, т. к. содержит всего одну деталь – трансформатор Т1, включаемый в разрыв линии. Трансформатор Т1 самодельный. Для его изготовления используется обмотка реле РЭС15 или РЭС49.

Штатная обмотка реле выполняет роль II – обмотки трансформатора. Поверх неё намотана I обмотка, которая содержит 400–500 витков провода ПЭВ 0,1. Нитки обмотки скреплены клеем "Момент".

Адаптер подключается в разрыв любого из проводов линии без соблюдения полярности.

Вторая схема (рис. 3.28), в отличие от первой, не имеет трансформатора, что облегчает её изготовление.

Рис. 3.28. Бестрансформаторный адаптер

Ток, протекающий в линии при разговоре, проходит через резистор R1, вызывая на нем падение напряжения. Напряжение звуковой частоты проходит через конденсатор C1 и поступает на вход VOX диктофона. Для уменьшения высокочастотных наводок линии можно подключить конденсатор С2, обозначенный на схеме пунктирной линией.

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.