- Převodník čtvercových na sinusové vlny pomocí RC sítě
- Obvodové schéma převodníku čtverce na sinusoidu
- Pracovní princip převaděče hranatých vln
- Výběr hodnot R a C pro obvod převodníku hranatých vln
- Testujeme náš obvod převodníku Square to Sine Wave
Obvod obdélníkového převodu na sinusový průběh je důležitým analogovým obvodem, který převádí obdélníkové průběhy na sinusové průběhy. Má široké spektrum aplikací v mnoha různých oblastech elektroniky, například v matematických operacích, akustice, audio aplikacích, invertorech, zdroji energie, generátoru funkcí atd.
V tomto projektu budeme diskutovat o tom, jak obvod převodníku čtvercové vlny na sinusovou vlnu funguje a jak jej lze sestavit pomocí jednoduché pasivní elektroniky. Můžete si také prohlédnout další obvody generátoru křivek uvedené níže.
- Obvod generátoru hranatých vln
- Obvod generátoru sinusových vln
- Obvod generátoru trojúhelníkových vln
- Okruh generátoru pilových vln
Převodník čtvercových na sinusové vlny pomocí RC sítě
Převodník čtvercové vlny na sinusovou vlnu lze sestavit pomocí 6 pasivních komponent, jmenovitě kondenzátorů a tří rezistorů. Pomocí těchto tří kondenzátorů a tří rezistorů lze vybudovat 3stupňovou RC síť, která bere obdélníkovou vlnu jako vstup a sinusovou vlnu jako výstup. Níže je uveden jednoduchý jednostupňový obvod RC sítě.
Ve výše uvedeném obvodu je zobrazen jednostupňový RC filtr, kde je použit jeden rezistor a jeden kondenzátor. Výše uvedený obvod je docela jednoduchý. Kondenzátor se nabije v závislosti na stavu obdélníkové vlny. Pokud je obdélníková vlna na vstupu ve vysoké poloze, kondenzátor se nabije a pokud je čtvercová vlna ve spodní poloze, kondenzátor se vybije.
Měnící se signální vlna, jako je obdélníková vlna, má frekvenci, v závislosti na této frekvenci se změní výstup obvodů. Kvůli tomuto chování obvodu se RC filtr nazývá obvod RC integrátoru. Obvod RC integrátoru mění výstup signálu v závislosti na frekvenci a může změnit obdélníkovou vlnu na trojúhelníkovou nebo trojúhelníkovou na sinusovou.
Obvodové schéma převodníku čtverce na sinusoidu
V tomto tutoriálu používáme tyto RC integrační obvody (RC filtrační sítě) k převodu čtvercové vlny na sinusovou. Kompletní schéma zapojení převodníku je uvedeno níže a jak vidíte, má jen velmi málo pasivních komponent.
Obvod se skládá ze tří stupňů obvodů RC filtru. Každá fáze má svůj vlastní význam převodu, pojďme pochopit fungování každé fáze a jak přispívá k převodu čtvercové vlny na sinusovou vlnu při pohledu na simulaci tvaru vlny
Pracovní princip převaděče hranatých vln
Chcete-li vědět, jak převodník čtvercových vln na sinusové vlny funguje, musíte pochopit, co se děje v každém stupni RC filtru.
První fáze:
V první fázi RC sítě má sériový odpor a paralelně kondenzátor. Výstup je k dispozici přes kondenzátor. Kondenzátor se nabíjí sériově přes odpor. Vzhledem k tomu, že kondenzátor je součást závislá na frekvenci, nabíjení trvá nějakou dobu. Tuto rychlost nabíjení však lze určit časovou konstantou RC filtru. Nabíjením a vybíjením kondenzátoru a protože výstup pochází z kondenzátoru, je tvar vlny vysoce závislý na nabíjecím napětí kondenzátoru. Napětí kondenzátoru během doby nabíjení může být stanovena níže formula-
V C = V (1 - e - (t / RC))
A výbojové napětí lze určit podle -
V C = V (e - (t / RC))
Z výše uvedených dvou vzorců je tedy časová konstanta RC důležitým faktorem pro určení toho, kolik náboje kondenzátor ukládá a kolik se vybije kondenzátoru během časové konstanty RC. Pokud zvolíme hodnotu kondenzátoru jako 0,1 uF a rezistoru 100 k-ohmů jako na následujícím obrázku, bude mít časovou konstantu 10 mili-sekund.
Nyní, pokud je na tomto RC filtru poskytnuto 10 ms konstantní obdélníkové vlny, bude výstupní křivka taková kvůli nabíjení a vybíjení kondenzátoru v časové konstantě RC 10 ms.
Vlna je exponenciální křivka parabolického tvaru.
Druhá fáze:
Nyní je výstup prvního RC síťového stupně vstupem druhého RC síťového stupně. Tato RC síť přebírá exponenciální tvar vlny parabolického tvaru a vytváří z něj trojúhelníkový tvar vlny. Použitím stejného scénáře RC konstantního nabíjení a vybíjení poskytují RC filtry druhého stupně přímý stoupající sklon, když se kondenzátor nabije, a přímý sestupný sklon, když se kondenzátor vybije.
Výstupem této fáze je rampový výstup, správná trojúhelníková vlna.
Třetí fáze:
V této třetí fázi RC sítě je výstupem druhé RC sítě vstupem třetího RC síťového stupně. Vezme trojúhelníkovou rampovou vlnu jako vstup a poté změní tvary trojúhelníkových vln. Poskytuje sinusovou vlnu, kde se horní a dolní část trojúhelníkové vlny vyhlazují a jsou zakřivené. Výstup je velmi blízký výstupu sinusové vlny.
Výběr hodnot R a C pro obvod převodníku hranatých vln
Hodnota kondenzátoru a odporu je nejdůležitějším parametrem tohoto obvodu. Protože bez správné hodnoty kondenzátoru a odporu nebude časová konstanta RC uzavřena pro konkrétní frekvenci a kondenzátor nebude mít dostatek času na nabití nebo vybití. Výsledkem je zkreslený výstup nebo dokonce při vysoké frekvenci bude rezistor fungovat jako jediný rezistor a může produkovat stejný tvar vlny, jaký byl uveden na vstupu. Hodnoty kondenzátoru a odporu tedy musí být zvoleny správně.
Pokud lze změnit vstupní frekvenci, lze zvolit náhodnou hodnotu kondenzátoru a odporu a změnit frekvenci podle kombinace. Je dobré použít stejnou hodnotu kondenzátoru a odporu pro všechny stupně filtru.
Pro rychlou orientaci použijte při nízkých frekvencích kondenzátor s vyšší hodnotou a pro vysoké frekvence zvolte kondenzátor s nižší hodnotou. Pokud jsou však všechny komponenty R1, R2 a R3 stejné hodnoty a všechny kondenzátory C1, C2, C3 mají stejnou hodnotu, lze kondenzátor a rezistor zvolit pomocí následujícího vzorce -
f = 1 / (2π x R x C)
Kde F je frekvence, R je hodnota odporu v Ohmech, C je kapacita ve Faradu.
Níže je schéma třístupňového RC integrátoru, který je popsán výše. Obvod však používá kondenzátory 4,7nF a rezistory 1 kOhm. Tím se vytvoří přijatelný frekvenční rozsah v rozsahu 33 kHz.
Testujeme náš obvod převodníku Square to Sine Wave
Schéma je vytvořeno na prkénku a ke kontrole výstupní vlny se používá generátor funkcí spolu s osciloskopem. Pokud nemáte generátor funkcí pro generování obdélníkové vlny, můžete si buď vytvořit vlastní generátor čtvercové vlny nebo dokonce Arduino generátor vln, který můžete použít pro všechny projekty související s vlnami. Obvod je velmi jednoduchý, a proto je snadno postavitelný na prkénku, jak vidíte níže.
Pro tuto demonstraci používáme generátor funkcí a jak můžete vidět na následujícím obrázku, je generátor funkcí nastaven na požadovaný výstup obdélníkového tvaru 33 kHz.
Výstup lze pozorovat na osciloskopu, snímek výstupu z rozsahu je uveden níže. Vstupní obdélníková vlna je zobrazena žlutou barvou a výstupní sinusová vlna je zobrazena červenou barvou.
Obvod pracoval podle očekávání pro vstupní frekvenci v rozmezí od 20 kHz do 40 kHz, další video o tom, jak obvod funguje, najdete v níže uvedeném videu. Doufám, že se vám výukový program líbil a naučili jste se něco užitečného. Pokud máte nějaké dotazy, nechte je v sekci komentářů níže. Nebo můžete také použít naše fóra k odeslání dalších technických otázek.