Преобразователь простой прямоугольной волны в синусоидальную волну

Схема преобразователя прямоугольной волны в синусоидальную - это важная аналоговая схема, которая преобразует прямоугольные волны в синусоидальные. Он имеет широкий спектр приложений во многих различных областях электроники, таких как математические операции, акустика, аудио приложения, инверторы, источники питания, функциональные генераторы и т. Д.

В этом проекте мы обсудим, как работает схема преобразователя прямоугольной волны в синусоидальную волну и как ее можно построить с использованием простой пассивной электроники. Вы также можете проверить другие схемы генератора сигналов, перечисленные ниже.

• Схема генератора прямоугольной волны
• Схема генератора синусоидальной волны
• Схема генератора треугольных волн
• Схема генератора пилообразных волн

Преобразователь прямоугольной формы в синусоидальную с использованием сети RC

Преобразователь прямоугольной волны в синусоидальную волну может быть построен с использованием 6 пассивных компонентов, а именно конденсаторов и трех резисторов. Используя эти три конденсатора и три резистора, можно построить трехкаскадную RC-цепь, которая принимает прямоугольный сигнал на входе и синусоидальный сигнал на выходе. Ниже показана простая однокаскадная сетевая RC-схема.

В приведенной выше схеме показан одноступенчатый RC-фильтр, в котором используются один резистор и один конденсатор. Вышеупомянутая схема довольно проста. Конденсатор заряжается в зависимости от состояния прямоугольной волны. Если прямоугольная волна на входе находится в высоком положении, конденсатор заряжается, а если прямоугольная волна находится в низком положении, конденсатор разряжается.

Изменяющаяся сигнальная волна, такая как прямоугольная волна, имеет частоту, в зависимости от этой частоты выходной сигнал цепей изменяется. Из-за такого поведения схемы RC-фильтр называется схемой RC-интегратора. Схема интегратора RC изменяет выходной сигнал в зависимости от частоты и может изменить прямоугольную волну на треугольную волну или треугольную волну на синусоидальную волну.

Принципиальная схема преобразователя прямоугольной формы в синусоидальную

В этом руководстве мы используем эти схемы интегратора RC (сети фильтров RC) для преобразования прямоугольной волны в синусоидальную волну. Полная принципиальная схема преобразователя приведена ниже, и, как вы можете видеть, в нем очень мало пассивных компонентов.

Схема состоит из трех каскадов цепей RC-фильтров. Каждый этап имеет собственное значение преобразования, давайте разберемся, как работает каждый этап, и как он способствует преобразованию прямоугольной волны в синусоидальную волну, глядя на моделирование формы волны.

Принцип работы преобразователя прямоугольных сигналов

Чтобы знать, как работает преобразователь прямоугольной волны в синусоидальную волну, необходимо понимать, что происходит на каждом этапе RC-фильтра.

Первая ступень:

В первом каскаде RC-цепи последовательно подключены резистор, а параллельно - конденсатор. Выход доступен через конденсатор. Конденсатор заряжается последовательно через резистор. Но, поскольку конденсатор является частотно-зависимым компонентом, для зарядки требуется время. Однако эта скорость заряда может определяться постоянной времени RC фильтра. При зарядке и разрядке конденсатора, а также поскольку выходной сигнал исходит от конденсатора, форма волны сильно зависит от напряжения заряда конденсатора. Напряжение на конденсаторе во время заряда может быть определено ниже формулировках

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

А напряжение разряда можно определить по

V _C = V (е ^{- (t / RC)})

Следовательно, исходя из двух приведенных выше формул, постоянная времени RC является важным фактором для определения того, сколько заряда хранится в конденсаторе, а также сколько разряда происходит для конденсатора в течение постоянной времени RC. Если мы выберем емкость конденсатора 0,1 мкФ и резистора 100 кОм, как показано на рисунке ниже, постоянная времени будет 10 миллисекунд.

Теперь, если через этот RC-фильтр подается постоянная прямоугольная волна 10 мс, форма выходного сигнала будет такой из-за заряда и разряда конденсатора с постоянной времени RC 10 мс.

Волна представляет собой экспоненциальную форму волны параболической формы.

Вторая стадия:

Теперь выход первого каскада RC сети является входом второго каскада RC сети. Эта RC-сеть принимает экспоненциальную форму волны параболической формы и делает ее треугольной. Используя тот же сценарий постоянной зарядки и разрядки RC, RC-фильтры второй ступени обеспечивают прямой восходящий наклон, когда конденсатор заряжается, и прямой нисходящий наклон, когда конденсатор разряжается.

Выход этого каскада - выход пилообразного сигнала, правильная треугольная волна.

Третий этап:

На этом третьем этапе RC-сети выход второй RC-сети является входом третьего этапа RC-сети. Он принимает треугольную рампу в качестве входных данных, а затем изменяет форму треугольных волн. Он обеспечивает синусоидальную волну, в которой верхняя и нижняя части треугольной волны сглаживаются, делая их изогнутыми. Выходной сигнал довольно близок к выходному синусоидальному сигналу.

Выбор значений R и C для схемы преобразователя прямоугольных импульсов

Емкость конденсатора и резистора является наиболее важным параметром этой схемы. Потому что без правильного номинала конденсатора и резистора постоянная времени RC не будет соответствовать конкретной частоте, и у конденсатора не будет достаточно времени для зарядки или разрядки. Это приводит к искажению выходного сигнала или даже при высокой частоте резистор будет работать как единственный резистор и может генерировать сигнал той же формы, что и на входе. Таким образом, номиналы конденсатора и резистора должны быть выбраны правильно.

Если входная частота может быть изменена, тогда можно выбрать случайное значение конденсатора и резистора и изменить частоту в соответствии с комбинацией. Хорошо использовать одинаковые конденсаторы и резисторы для всех ступеней фильтра.

Для быстрой справки, на низких частотах используйте конденсатор более высокого номинала, а для высоких частот выберите конденсатор более низкого номинала. Однако, если все компоненты, R1, R2 и R3 имеют одинаковое значение и все конденсаторы C1, C2, C3 имеют одинаковое значение, конденсатор и резистор могут быть выбраны по следующей формуле -

f = 1 / (2π x R x C)

Где F - частота, R - значение сопротивления в Ом, C - емкость в Фарадах.

Ниже представлена ​​схема трехступенчатого RC-интегратора, описанного ранее. Однако в схеме используются конденсаторы 4,7 нФ и резисторы на 1 кОм. Это создает приемлемый частотный диапазон в диапазоне 33 кГц.

Тестирование нашей схемы преобразователя прямоугольной формы в синусоиду

Схема сделана на макетной плате, и генератор функций вместе с осциллографом используется для проверки выходной волны. Если у вас нет генератора функций для генерации прямоугольной волны, вы можете создать свой собственный генератор прямоугольной волны или даже генератор сигналов Arduino, который вы можете использовать для всех проектов, связанных с волновыми формами. Схема очень проста и, следовательно, легко собирается на макетной плате, как вы можете видеть ниже.

Для этой демонстрации мы используем генератор функций, и, как вы можете видеть на изображении ниже, генератор функций настроен на желаемый выходной сигнал прямоугольной формы 33 кГц.

Выходной сигнал можно наблюдать на осциллографе, снимок выходного сигнала осциллографа приведен ниже. Входной прямоугольный сигнал отображается желтым цветом, а выходной синусоидальный сигнал - красным цветом.

Схема работала, как ожидалось, для входной частоты от 20 кГц до 40 кГц, вы можете обратиться к видео ниже, чтобы узнать больше о том, как работает схема. Надеюсь, вам понравился урок и вы узнали что-то полезное. Если у вас есть какие-либо вопросы, оставьте их в разделе комментариев ниже. Или вы также можете использовать наши форумы, чтобы задать другие технические вопросы.