- Конвертер квадратних синусоїд за допомогою RC Network
- Квадратна схема синусоїдальної схеми перетворювача
- Принцип роботи перетворювача квадратних хвиль
- Вибір значень R і C для схеми перетворювача квадратних хвиль
- Тестування нашої схеми перетворювача квадрата в синусоїду
Схема перетворювача прямокутної хвилі в синусоїду є важливою аналоговою схемою, яка перетворює квадратні форми сигналів в синусоїдні. Він має широкий спектр застосувань у багатьох різних областях електроніки, таких як математичні операції, акустика, аудіопрограма, інвертори, джерело живлення, генератор функцій тощо
У цьому проекті ми обговоримо, як працює схема перетворювача квадратної хвилі в синусоїду та як її можна побудувати за допомогою простої пасивної електроніки. Ви також можете перевірити інші схеми генератора сигналу, перелічені нижче.
- Схема генератора квадратних хвиль
- Схема генератора синусоїди
- Схема генератора хвиль трикутника
- Схема генератора хвилеподібних хвиль
Конвертер квадратних синусоїд за допомогою RC Network
Перетворювач прямокутної хвилі в синусоїду може бути побудований за допомогою 6 пасивних компонентів, а саме конденсаторів та трьох резисторів. Використовуючи ці три конденсатори та три резистори, можна побудувати триступеневу RC-мережу, яка приймає квадратну хвилю як вхідну та синусоїду як вихідну. Проста одностадійна схема RC мережі показана нижче.
У наведеній вище схемі показано одноступінчастий RC-фільтр, де використовуються один резистор і один конденсатор. Наведена схема досить проста. Конденсатор заряджається залежно від стану прямокутної хвилі. Якщо квадратна хвиля на вході знаходиться у високому положенні, конденсатор заряджається, а якщо квадратна хвиля знаходиться в низькому положенні, конденсатор розряджається.
Змінна хвиля сигналу, така як квадратна хвиля, має частоту, залежно від цієї частоти, вихід ланцюгів змінюється. Завдяки такій поведінці схеми RC-фільтр називається ланцюгом інтегратора RC. Схема інтегратора RC змінює вихідний сигнал залежно від частоти і може змінити квадратну хвилю на трикутну хвилю або трикутну хвилю на синусоїду.
Квадратна схема синусоїдальної схеми перетворювача
У цьому підручнику ми використовуємо ці схеми інтегратора RC (мережі RC-фільтрів) для перетворення квадратної хвилі в синусоїду. Повна схема схеми перетворювача наведена нижче, і, як ви можете бачити, вона має дуже мало пасивних компонентів.
Схема складається з трьох ступенів схем RC-фільтра. Кожен етап має своє значення перетворення, давайте зрозуміємо, як працює кожен етап, і як це сприяє перетворенню квадратної хвилі в синусоїду, дивлячись на моделювання сигналу
Принцип роботи перетворювача квадратних хвиль
Щоб знати, як працює перетворювач квадратної хвилі в синусоїду, потрібно зрозуміти, що відбувається на кожному етапі RC-фільтра.
Перший етап:
На першому етапі RC мережі він має послідовно резистор і паралельно конденсатор. Вихід доступний через конденсатор. Конденсатор заряджається через резистор послідовно. Але, оскільки конденсатор є частотно-залежним компонентом, для зарядки потрібен час. Однак цю швидкість заряду можна визначити за постійною часу RC фільтра. Заряджаючи та розряджаючи конденсатор, а оскільки вихід виходить від конденсатора, форма сигналу сильно залежить від напруги заряду конденсатора. Напруга на конденсаторі під час заряду може бути визначено нижче формулюваннях
V C = V (1 - e - (t / RC))
А напруга розряду може бути визначена за–
V C = V (e - (t / RC))
Отже, з наведених двох формул константа часу RC є важливим фактором для визначення того, скільки заряду зберігає конденсатор, а також скільки розряду для конденсатора здійснюється під час константи часу RC. Якщо ми виберемо значення конденсатора як 0,1 мкФ, а резистора як 100 кОм, як показано на малюнку нижче, він матиме постійну часу 10 мілісекунд.
Тепер, якщо через цей RC-фільтр забезпечується 10 мс постійної квадратної хвилі, вихідна форма сигналу буде такою через зарядку і розряд конденсатора в постійній постійній частоті RC 10 мс.
Хвиля є параболічною формою експоненціальної форми хвилі.
Другий етап:
Тепер вихід першого етапу мережі RC є входом другого етапу мережі RC. Ця RC-мережа приймає параболічну експоненціальну форму сигналу і робить її трикутною. Використовуючи той самий сценарій постійного заряджання та розрядження RC, RC-фільтри другого ступеня забезпечують прямий висхідний нахил, коли конденсатор заряджається, і прямий низхідний нахил, коли конденсатор розряджається.
На виході з цього етапу виходить вихід по рампі, власне трикутна хвиля.
Третій етап:
На цьому третьому етапі мережі RC вихід другої мережі RC є входом третього етапу мережі RC. Він приймає трикутну рампа-хвилю як вхід, а потім змінює форми трикутних хвиль. Він забезпечує синусоїду, де верхня та нижня частини трикутної хвилі згладжуються, роблячи їх кривими. Вихід досить близький до виходу синусоїди.
Вибір значень R і C для схеми перетворювача квадратних хвиль
Значення конденсатора та резистора є найважливішим параметром цієї схеми. Оскільки без належного значення конденсатора та резистора константа часу RC не буде відповідати певній частоті, а конденсатор не отримає достатньо часу для зарядки або розряду. Це призводить до спотвореного виходу або навіть на високій частоті, резистор буде працювати як єдиний резистор і може виробляти таку ж форму сигналу, яку він подавав на вході. Отже, значення конденсатора та резистора повинні бути обрані правильно.
Якщо вхідну частоту можна змінити, тоді можна вибрати випадкове значення конденсатора та резистора та змінити частоту відповідно до комбінації. Для всіх ступенів фільтра добре використовувати одне і те ж значення конденсатора та резистора.
Для швидкого ознайомлення на низьких частотах використовуйте конденсатор більшого значення, а для високих - конденсатор нижчого значення. Однак, якщо всі компоненти, R1, R2 і R3 мають одне і те ж значення, а всі конденсатори C1, C2, C3 однакові, конденсатор і резистор можна вибрати, використовуючи формулу нижче -
f = 1 / (2π x R x C)
Де F - частота, R - значення опору в Омах, C - ємність у Фараді.
Нижче схематично представлена триступенева схема інтегратора RC, яка описана раніше. Однак схема використовує конденсатори 4,7 нФ і резистори 1 кілоом. Це створює прийнятний діапазон частот в діапазоні 33 кГц.
Тестування нашої схеми перетворювача квадрата в синусоїду
Схема виконана в макетній панелі, а генератор функцій разом з осцилографом використовується для перевірки вихідної хвилі. Якщо у вас немає генератора функцій для генерації квадратної хвилі, ви можете створити власний генератор квадратних хвиль або навіть генератор сигналів Arduino, який можна використовувати для всіх проектів, пов'язаних з формою хвилі. Схема дуже проста, а отже, вона легко будується на макетній панелі, як ви можете бачити нижче.
Для цієї демонстрації ми використовуємо генератор функцій, і, як ви можете бачити на зображенні нижче, генератор функцій встановлений на бажаний вихідний сигнал квадратної хвилі 33 кГц.
Висновок можна спостерігати на осцилографі, знімок виходу з області дії наведено нижче. Вхідна квадратна хвиля зображена жовтим кольором, а вихідна синусоїда - червоним кольором.
Схема працювала, як очікувалося, для вхідної частоти в діапазоні від 20 кГц до 40 кГц. Ви можете переглянути відео нижче, щоб отримати докладнішу інформацію про те, як працює схема. Сподіваюся, вам сподобався підручник і ви дізналися щось корисне. Якщо у вас виникли запитання, залиште їх у розділі коментарів нижче. Або ви також можете використовувати наші форуми для розміщення інших технічних питань.