Prosty konwerter przebiegu prostokątnego na sinusoidalny

Obwód konwertera fali prostokątnej na sinusoidalną jest ważnym obwodem analogowym, który konwertuje przebiegi prostokątne na przebiegi sinusoidalne. Ma szerokie spektrum zastosowań w wielu różnych obszarach elektroniki, takich jak operacje matematyczne, akustyka, aplikacje audio, falowniki, źródło zasilania, generator funkcyjny itp.

W tym projekcie omówimy, jak działa obwód konwertera przebiegu prostokątnego na sinusoidalny i jak można go zbudować za pomocą prostej pasywnej elektroniki. Możesz również sprawdzić inne obwody generatora przebiegów wymienione poniżej.

• Obwód generatora fal prostokątnych
• Obwód generatora fali sinusoidalnej
• Obwód generatora fal trójkątnych
• Obwód generatora fali piłokształtnej

Konwerter prostokątny na sinusoidalny wykorzystujący sieć RC

Konwerter przebiegu prostokątnego na sinusoidalny można zbudować z 6 elementów pasywnych, a mianowicie kondensatorów i trzech rezystorów. Korzystając z tych trzech kondensatorów i trzech rezystorów, można zbudować 3-stopniową sieć RC, która przyjmuje falę prostokątną jako wejście i falę sinusoidalną jako wyjście. Poniżej przedstawiono prosty jednostopniowy obwód sieci RC.

W powyższym obwodzie pokazano jednostopniowy filtr RC, w którym zastosowano pojedynczy rezystor i jeden kondensator. Powyższy obwód jest dość prosty. Kondensator ładuje się w zależności od stanu przebiegu prostokątnego. Jeśli fala prostokątna na wejściu jest w wysokim położeniu, kondensator zostanie naładowany, a jeśli fala prostokątna jest w niskim położeniu, kondensator zostanie rozładowany.

Zmienna fala sygnału, taka jak fala prostokątna, ma częstotliwość, w zależności od tej częstotliwości, wyjście obwodów zmienia się. Z powodu takiego zachowania obwodu filtr RC nazywany jest obwodem integratora RC. Obwód integratora RC zmienia wyjście sygnału w zależności od częstotliwości i może zmienić falę prostokątną na trójkątną lub trójkątną na sinusoidalną.

Schemat obwodu konwertera prostokątnego na sinusoidalny

W tym samouczku używamy tych obwodów integratora RC (sieci filtrów RC) do konwersji fali prostokątnej na falę sinusoidalną. Pełny schemat obwodu konwertera znajduje się poniżej i jak widać, ma on tylko kilka elementów pasywnych.

Obwód składa się z trzech stopni obwodów filtrów RC. Każdy etap ma swoje własne znaczenie konwersji, zrozummy działanie każdego etapu i jak przyczynia się on do konwersji fali prostokątnej na falę sinusoidalną, patrząc na symulację przebiegu

Zasada działania konwertera prostokątnego

Aby wiedzieć, jak działa konwerter przebiegu prostokątnego na sinusoidalny, należy zrozumieć, co dzieje się na każdym etapie filtra RC.

Pierwszy etap:

W pierwszym stopniu sieci RC ma rezystor połączony szeregowo i kondensator równolegle. Wyjście jest dostępne na kondensatorze. Kondensator jest ładowany szeregowo przez rezystor. Ale ponieważ kondensator jest elementem zależnym od częstotliwości, ładowanie zajmuje trochę czasu. Jednak szybkość ładowania może być określona przez stałą czasową RC filtra. Podczas ładowania i rozładowywania kondensatora, a ponieważ sygnał wyjściowy pochodzi z kondensatora, przebieg jest silnie zależny od napięcia ładowania kondensatora. Napięcie kondensatora w czasie ładowania można określić poniżej formułowaniu

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

I napięcie rozładowania można określić kroku

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

Dlatego z powyższych dwóch formuł, stała czasowa RC jest ważnym czynnikiem określającym, ile ładunku magazynuje kondensator, a także ile rozładowuje się kondensator podczas stałej czasowej RC. Jeśli wybierzemy wartość kondensatora równą 0,1 uF, a rezystor 100 kiloomów, jak na poniższym obrazku, będzie on miał stałą czasową 10 mili-sekund.

Teraz, jeśli przez ten filtr RC zostanie zapewnione 10 ms stałej fali prostokątnej, przebieg wyjściowy będzie taki, ze względu na ładowanie i rozładowywanie kondensatora w stałej czasowej RC wynoszącej 10 ms.

Fala jest parabolicznym przebiegiem wykładniczym.

Drugi etap:

Teraz wyjście pierwszego stopnia sieci RC jest wejściem drugiego stopnia sieci RC. Ta sieć RC przyjmuje przebieg wykładniczy w kształcie parabolicznym i sprawia, że ​​jest to przebieg trójkątny. Korzystając z tego samego scenariusza stałego ładowania i rozładowywania RC, filtry RC drugiego stopnia zapewniają proste nachylenie narastające, gdy kondensator jest ładowany, i proste opadanie, gdy kondensator jest rozładowywany.

Wyjściem tego stopnia jest wyjście rampowe, właściwa fala trójkątna.

Trzeci etap:

W tym trzecim stopniu sieci RC, wyjście drugiej sieci RC jest wejściem trzeciego stopnia sieci RC. Pobiera trójkątną falę narastającą jako dane wejściowe, a następnie zmienia kształt fal trójkątnych. Zapewnia falę sinusoidalną, w której górna i dolna część fali trójkątnej wygładza się, powodując ich zakrzywienie. Wyjście jest bardzo zbliżone do wyjściowej fali sinusoidalnej.

Wybieranie wartości R i C dla obwodu konwertera fal kwadratowych

Najważniejszym parametrem tego obwodu jest wartość kondensatora i rezystora. Ponieważ bez odpowiedniej wartości kondensatora i rezystora stała czasowa RC nie będzie dopasowana do określonej częstotliwości, a kondensator nie będzie miał wystarczająco dużo czasu na naładowanie lub rozładowanie. Powoduje to zniekształcenie sygnału wyjściowego lub nawet przy wysokiej częstotliwości, rezystor będzie działał jako jedyny rezystor i może wytwarzać taki sam przebieg, jak podany na wejściu. Dlatego wartości kondensatorów i rezystorów muszą być odpowiednio dobrane.

Jeśli można zmienić częstotliwość wejściową, można wybrać losową wartość kondensatora i rezystora i zmienić częstotliwość zgodnie z kombinacją. Dobrze jest stosować te same wartości kondensatorów i rezystorów dla wszystkich stopni filtra.

Dla szybkiego odniesienia, przy niskich częstotliwościach użyj kondensatora o wyższej wartości, a dla wysokich częstotliwości wybierz kondensator o niższej wartości. Jeśli jednak wszystkie składniki R1, R2 i R3 mają tę samą wartość i wszystkie kondensatory C1, C2, C3 mają tę samą wartość, kondensator i rezystor można wybrać za pomocą poniższego wzoru–

f = 1 / (2π x R x C)

Gdzie F to częstotliwość, R to wartość rezystancji w omach, C to pojemność w Faradzie.

Poniższy schemat przedstawia trzystopniowy obwód integratora RC, który został opisany wcześniej. Jednak obwód wykorzystuje kondensatory 4,7nF i rezystory 1 kilooma. Tworzy to akceptowalny zakres częstotliwości w zakresie 33 kHz.

Testowanie naszego obwodu konwertera fali prostokątnej na sinusoidalną

Schemat jest wykonany w płytce stykowej, a generator funkcyjny wraz z oscyloskopem służy do sprawdzania fali wyjściowej. Jeśli nie masz generatora funkcji do generowania fali prostokątnej, możesz zbudować własny generator fal prostokątnych lub nawet generator przebiegów Arduino, którego możesz używać we wszystkich projektach związanych z przebiegami. Obwód jest bardzo prosty i dlatego można go łatwo zbudować na płytce stykowej, jak widać poniżej.

W tej demonstracji używamy generatora funkcyjnego i jak widać na poniższym obrazku, generator funkcyjny jest ustawiony na żądane wyjście fali prostokątnej 33 kHz.

Sygnał wyjściowy można obserwować na oscyloskopie, migawka wyjścia z oscyloskopu jest podana poniżej. Wejściowa fala prostokątna jest pokazana na żółto, a wyjściowa fala sinusoidalna w kolorze czerwonym.

Obwód działał zgodnie z oczekiwaniami dla częstotliwości wejściowej w zakresie od 20 kHz do 40 kHz, możesz zapoznać się z poniższym filmem, aby uzyskać więcej informacji na temat działania obwodu. Mam nadzieję, że spodobał Ci się samouczek i nauczyłeś się czegoś przydatnego. Jeśli masz jakieś pytania, zostaw je w sekcji komentarzy poniżej. Możesz też skorzystać z naszych forów, aby zadać inne pytania techniczne.