Прост преобразувател с квадратна вълна в синусоида

Квадратната вълна към синусоидална конверторна верига е важна аналогова схема, която преобразува квадратни вълнови форми в синусоидални форми. Той има широк спектър от приложения в много различни области на електрониката, като например математически операции, акустика, аудио приложения, инвертори, източник на захранване, генератор на функции и др.

В този проект ще обсъдим как работи веригата на преобразувателя с квадратна вълна в синусоида и как може да бъде изградена с помощта на проста пасивна електроника. Можете също така да проверите други схеми на генератора на вълнообразуване, изброени по-долу.

• Квадратна вълнова генераторна верига
• Верига на генератор на синусоидални вълни
• Триъгълна схема на генератор на вълни
• Пила на генератор на вълнообразни вълни

Преобразувател на квадратни в синусоидални вълни с помощта на RC мрежа

Преобразувател с квадратна вълна в синусоида може да бъде изграден с помощта на 6 пасивни компонента, а именно кондензатори и три резистора. Използвайки тези три кондензатора и три резистора, може да се изгради 3-степенна RC мрежа, която приема квадратна вълна като вход и синусоида като изход. Проста едноетапна RC мрежова схема е показана по-долу.

В горната схема е показан едноетапен RC филтър, където се използва единичен резистор и единичен кондензатор. Горната схема е доста проста. Кондензаторът се зарежда в зависимост от състоянието на квадратната вълна. Ако квадратната вълна във входа е във високо положение, кондензаторът ще се зареди, а ако квадратната вълна е в ниско положение, кондензаторът се разрежда.

Променлива сигнална вълна като квадратна вълна има честота, в зависимост от тази честота изходът на веригите се променя. Поради това поведение на веригата, RC филтърът се нарича RC интеграторна схема. RC интеграторна схема променя изхода на сигнала в зависимост от честотата и може да промени квадратната вълна на триъгълна вълна или триъгълна вълна на синусоида.

Схема на преобразувателя на квадрат в синус

В този урок ние използваме тези RC интеграторни схеми (RC филтърни мрежи) за преобразуване на квадратна вълна в синусоида. Пълната схема на схемата на преобразувателя е дадена по-долу и както можете да видите, тя има само много малко пасивни компоненти.

Веригата се състои от три степени на RC филтърни вериги. Всеки етап има свое собствено значение за преобразуване, нека разберем работата на всеки етап и как допринася за преобразуването на квадратна вълна в синусоида, като разгледаме симулацията на формата на вълната

Работен принцип на преобразувателя на квадратни вълни

За да се знае как работи преобразувателят с квадратна вълна в синусоида, трябва да се разбере какво се случва във всеки етап на RC филтър.

Първи етап:

В първия етап на RC мрежата той има последователно резистор и паралелно кондензатор. Изходът е наличен през кондензатора. Кондензаторът се зарежда последователно чрез резистора. Но тъй като кондензаторът е зависим от честотата компонент, зареждането му отнема време. Тази скорост на зареждане обаче може да се определи от RC времевата константа на филтъра. Чрез зареждането и разреждането на кондензатора и тъй като изходът идва от кондензатора, формата на вълната силно зависи от напрежението на заряда на кондензатора. На напрежението резервоари по време на време за зареждане може да се определя от по-долу formula-

V _C = V (1 - e ^{- (t / RC)})

А напрежението на разреждане може да се определи чрез–

V _C = V (e ^{- (t / RC)})

Следователно, от горните две формули, RC константата на времето е важен фактор, за да се определи колко заряд се съхранява в кондензатора, както и колко разреждане се извършва за кондензатора по време на RC време константа. Ако изберем стойността на кондензатора като 0,1uF, а резистора като 100 k-ома като изображението по-долу, той ще има времева константа от 10 милисекунди.

Сега, ако през този RC филтър са предвидени 10ms постоянна квадратна вълна, изходната форма на вълната ще бъде такава поради зареждането и разреждането на кондензатора в RC времеконстанта от 10ms.

Вълната е параболична форма на експоненциална форма на вълната.

Втори етап:

Сега изходът на първия етап на RC мрежата е входът на втория етап на RC мрежата. Тази RC мрежа приема параболичната форма на експоненциална форма на вълната и я прави триъгълна форма на вълната. Чрез използване на същия сценарий на RC постоянно зареждане и разреждане, RC филтрите на втория етап осигуряват прав възходящ наклон, когато кондензаторът се зарежда, и прав низходящ наклон, когато кондензаторът се разрежда.

Резултатът от този етап е рампен изход, правилна триъгълна вълна.

Трети етап:

В този трети етап на RC мрежата изходът на втората RC мрежа е входът на третия етап на RC мрежата. Той приема триъгълната рампа като вход и след това променя формите на триъгълните вълни. Той осигурява синусоида, където горната и долната част на триъгълната вълна се изглаждат, правейки ги извити. Изходът е доста близък до изхода на синусоида.

Избиране на R и C стойности за схема на преобразувател на квадратни вълни

Стойността на кондензатора и резистора е най-важният параметър на тази схема. Тъй като без подходящата стойност на кондензатора и резистора, RC константата на времето няма да бъде съчетана за определена честота и кондензаторът няма да получи достатъчно време за зареждане или разреждане. Това води до изкривена мощност или дори при висока честота, резисторът ще работи като единствен резистор и може да генерира същата форма на вълната, както е дадена на входа. Така че стойностите на кондензатора и резистора трябва да бъдат правилно избрани.

Ако входната честота може да бъде променена, тогава може да се избере произволна стойност на кондензатор и резистор и да се промени честотата според комбинацията. Добре е да използвате една и съща стойност на кондензатора и резистора за всички етапи на филтъра.

За бърза справка при ниски честоти използвайте кондензатор с по-висока стойност, а за високи честоти изберете кондензатор с по-ниска стойност. Ако обаче всички компоненти, R1, R2 и R3 са с еднаква стойност и всички кондензатори C1, C2, C3 са с еднаква стойност, кондензаторът и резисторът могат да бъдат избрани, използвайки формулата по-долу -

f = 1 / (2π x R x C)

Където F е честотата, R е стойността на съпротивлението в ома, C е капацитетът във Farad.

По-долу схематично е дадена тристепенна схема на RC интегратор, която е описана по-рано. Схемата обаче използва кондензатори 4.7nF и резистори от 1 килоом. Това създава приемлив честотен диапазон в диапазона от 33 kHz.

Тестване на нашата схема за преобразуване на квадрат в синусоида

Схемата е направена в макет и функционален генератор заедно с осцилоскоп се използва за проверка на изходната вълна. Ако нямате генератор на функции за генериране на квадратна вълна, можете да създадете свой собствен генератор на квадратни вълни или дори генератор на вълнови форми Arduino, който можете да използвате за всички проекти, свързани с форма на вълната. Веригата е много проста и следователно лесно се изгражда върху макетната плоча, както можете да видите по-долу.

За тази демонстрация използваме генератор на функции и както можете да видите на изображението по-долу, генераторът на функции е настроен на желания изход с квадратна вълна от 33 kHz.

Изходът може да се наблюдава на осцилоскоп, снимка на изхода от обхвата е дадена по-долу. Входната квадратна вълна е показана в жълт цвят, а изходната синусоида е показана в червен цвят.

Веригата работи както се очаква за входна честота, варираща от 20kHz до 40kHz, можете да прегледате видеото по-долу за повече подробности за това как работи веригата. Надявам се, че ви е харесал урока и сте научили нещо полезно. Ако имате някакви въпроси, оставете ги в раздела за коментари по-долу. Или можете да използвате нашите форуми, за да публикувате други технически въпроси.