电子骰子总是一个令人愉快的项目，它很容易通过微控制器上的几行程序代码或一些数字组件来实现。然而，以模拟技术实现电子骰子更具挑战性。此处显示的电路实现了一个全模拟电子骰子，组件数量有限，可以在小型 PCB 上实现。使用了各种有趣的模拟技术，使其成为一个有趣的应用程序。
如图 1 所示，电路的位于原理图顶部的三个运算放大器周围。这些运算放大器形成一个周期性的模拟阶梯电压，具有六个模拟电平，对应于电子骰子的状态。从左到右，我们看到时钟振荡器、电荷泵和该电荷泵的复位电路。我们现在将按顺序讨论这些部分。
图 1模拟电子骰子电路，从左到右显示了时钟振荡器、电荷泵和该电荷泵的复位电路。
左边，张弛振荡器围绕 IC1A 形成。这是一个经典电路，针对单电源电压进行了修改，使用分压器 R3 和 R8 将偏置设置为电源电压的一半。振荡频率通过 C1 和 R1 选择。振荡器的输出是对称方波。Q2的作用将在后面讨论；现在考虑第二季度不活跃。
振荡器驱动围绕 IC1B 形成的电荷泵。在方波的每个下降沿，C2 的大部分电荷通过
二极管 D1 转移到 C3，从而在出现在 IC1B 输出端的阶梯电压中产生阶跃。在上升沿期间，C2 通过 D2 再次充电。由于反向偏置二极管 D1，对 C2 充电不会影响电荷泵的输出。
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阶梯电压完成六步后，我们需要重置电荷泵并重新开始循环。想象一下，在第 7 步，我们超过某个阈值水平，然后我们立即放电 C3，因此第 7 步持续的时间非常短。IC1C 周围的比较器执行此任务。阈值电压由分压器R7、R6设定。
然而，这里有一些细节很重要：D3、R4 和 C4 会导致上升沿的小延迟，但会导致下降沿的较大延迟。这允许复位电路在第 7 步到达时迅速做出反应，但与此同时，此复位动作将保持足够的时间以使 C3 完全放电。实际的放电动作是通过驱动晶体管 Q1 进入饱和状态来执行的。结果如图 2 所示。
图 2阶梯电压和时钟。
上面是阶梯电压，下面是时钟信号。请注意，更改仅发生在时钟的下降沿。当时钟为高电平时，阶梯电压始终稳定。重要的是，关闭开关 S1 将停止振荡器，但由于 Q2，这只能在时钟电平为高时发生。这意味着，如果您“掷骰子”，振荡器会停在波形阶梯上，而不会停在阶梯之间。因此，当按下 S1 时，电平始终是明确定义的模拟电压，从一组六个可能的电压中随机选择。
重要的是，当停止振荡器时，每个模拟电压电平的概率恰好是 1/6，因为一切都遵循主时钟，并且该时钟只能在其状态为高时保持。换句话说，在振荡器停止时，所有的转换都已经结束。电荷泵更新动作在时钟的下降沿开始；因此，当您可以停止振荡器时，的更新操作肯定已经完成。
为了显示结果，我们使用五个比较器来控制 LED。电阻器 R9 到 R14 形成一个抽头分压器，创建五个比较电平，它们位于阶梯的中间。IC2C 引脚 9 的比较电平如图 3 所示。
图 3 LED 解码器比较电平示例。
这样，当您想要长时间保持该值时，元件容差和电压漂移都有余量。然而，由于 IC1 是一个 CMOS 运算放大器，它具有非常低的漏电流，因此输出电压可以保持很长时间而示波器上看不到任何变化。
LED 状态的解码器使用剩余的 IC1D 运算放大器和 LM324 中的四个运算放大器。执行了一些优化以减小解码电路的大小。这里重要的是要了解随着电压的上升，数字序列不一定是 1-2-3-4-5-6 重复；不同的顺序也可以。为了解码器简单起见，序列被选择为 1-3-5-6-4-2-repeat。下表将使这个想法变得清晰。想象一下按照列出的顺序浏览状态，从所有 LED 关闭开始并读取更改：
至此，已经解释了全模拟电子骰子的主要工作原理，但更详细的信息将在 R18、R21 中找到。如果没有这个分压器，由于运算放大器 IC2B 上的负载，LED4 不会完全变暗。该运算放大器确实也在 LED3 和 LED7 中提供电流，导致输出电压下降。
要解释的部分是LED消隐电路。如果 IC2 始终通电，则 LED 也会在振荡器运行时点亮。我们希望 LED 仅在按下 S1 时点亮，因此仅在这种情况下向 IC2 供电。这通过 T1 和 R24 发生。然而，当 IC2 未供电时，我们应该限制其输入端的电流，这是电阻器 R25 的目的。IC2 也需要是双极运算放大器，以避免断电状态出现问题，这就是选择经典 LM324 的原因。
在实现中，一些值是至关重要的。所有电阻器都应具有 1% 的容差，但与 LED 串联的电阻器除外，其精度可能较低。理想情况下，电容器 C2 和 C3 也应该只有 1% 的容差，这很难或更昂贵。如果 C3/C2 之比太低，则运算放大器 IC1B 输出端阶梯电压的示波器测量将显示少于六步，如果该比率太高，则显示多于六步。通过将一个较小的电容器与 C2 或 C3 并联，可以通过实验进行性调整，以分别降低或增加比率。
在该电路设计中，所有关键内部电压都与电源电压成正比。因此，当使用准确的元件值时，电路可以在 9V 电池上可靠地工作，即使电池放电至 7 伏也是如此。
