Enkel firkantbølge til sinusbølgeomformer

Firkantbølge til sinusbølgeomformer kredsløb er et vigtigt analogt kredsløb, der konverterer firkantede bølgeformer til sinusbølgeformer. Det har et bredt spektrum af applikationer inden for mange forskellige områder af elektronik, såsom i matematiske operationer, akustik, lydapplikation, invertere, strømkilde, funktionsgenerator osv.

I dette projekt vil vi diskutere, hvordan et kvadratbølge til sinusbølgekonverter fungerer, og hvordan det kan bygges ved hjælp af enkel passiv elektronik. Du kan også tjekke andre bølgeformgenerator kredsløb, der er anført nedenfor.

Square Wave Generator Circuit
Sine Wave Generator Circuit
Triangle Wave Generator Circuit
Sawtooth Wave Generator Circuit

Square to Sine Wave Converter ved hjælp af RC-netværk

En firkantbølge til sinusbølgekonverter kan bygges ved hjælp af 6 passive komponenter, nemlig kondensatorer og tre modstande. Ved hjælp af disse tre kondensatorer og tre modstande kan der bygges et 3-trins RC-netværk, der tager en firkantbølge som input og sinusbølge som output. Et simpelt enkelttrins RC-netværkskredsløb er vist nedenfor.

I ovenstående kredsløb vises et enkelt-trins RC-filter, hvor der anvendes en enkelt modstand og en enkelt kondensator. Ovenstående kredsløb er ret simpelt. Kondensatoren oplades afhængigt af firkantbølgens status. Hvis firkantbølgen i indgangen er i en høj position, bliver kondensatoren ladet, og hvis firkantbølgen er i en lav position, bliver kondensatoren afladet.

En varierende signalbølge, såsom en firkantbølge, har en frekvens, afhængigt af denne frekvens bliver kredsløbets output ændret. På grund af denne opførsel af kredsløbet kaldes RC-filteret et RC-integratorkredsløb. Et RC-integratorkredsløb ændrer signaludgangen afhængigt af frekvensen og kan ændre firkantbølgen til en trekantet eller trekantet bølge til en sinusbølge.

Square to Sine Wave Converter Circuit Diagram

I denne vejledning bruger vi disse RC-integratorkredsløb (RC-filternetværk) til at konvertere firkantbølge til sinusbølge. Det komplette konverter kredsløbsdiagram er angivet nedenfor, og som du kan se, har det kun meget få passive komponenter.

Kredsløbet består af tre faser af RC-filterkredsløb. Hvert trin har sin egen konverteringsbetydning, lad os forstå, hvordan hvert trin fungerer, og hvordan det bidrager til at konvertere firkantbølge til sinusbølge ved at se på bølgeformsimuleringen

Arbejdsprincip for Square Wave Converter

For at vide, hvordan firkantbølgen til sinusbølgekonverteren fungerer, skal man forstå, hvad der sker i hvert RC-filtertrin.

Første fase:

I det første RC-netværkstrin har den en modstand i serie og kondensator parallelt. Outputtet er tilgængeligt på tværs af kondensatoren. Kondensatoren oplades via modstanden i serie. Men da kondensatoren er en frekvensafhængig komponent, tager det tid at oplade. Denne opladningshastighed kan imidlertid bestemmes af filterets RC-tidskonstant. Ved opladning og afladning af kondensatoren, og da udgangen kommer fra kondensatoren, er bølgeformen meget afhængig af kondensatorens opladningsspænding. Den Capacitor spænding under opladningstiden kan bestemmes ved nedenstående ligning-

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

Og afladningsspænding kan bestemmes af–

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

Derfor er RC-tidskonstanten fra de to ovenstående formler en vigtig faktor for at bestemme, hvor meget ladning kondensatoren gemmer såvel som hvor meget afladning der sker for kondensatoren under en RC-tidskonstant. Hvis vi vælger kondensatorens værdi som 0.1uF og modstanden som 100 k-ohm som billedet nedenfor, vil det have en tidskonstant på 10 mili-sekunder.

Hvis der nu tilvejebringes en 10 ms af en konstant firkantbølge over dette RC-filter, vil outputbølgeformen være sådan på grund af opladning og afladning af kondensatoren i RC-tidskonstanten på 10 ms.

Bølgen er den paraboliske formede eksponentielle bølgeform.

Anden fase:

Nu er output fra det første RC-netværkstrin input af det andet RC-netværkstrin. Dette RC-netværk tager den paraboliske formede eksponentielle bølgeform og gør den til en trekantet bølgeform. Ved at bruge det samme RC konstant opladnings- og afladningsscenarie tilvejebringer RC-filtre i andet trin en lige stigende hældning, når kondensatoren oplades, og en lige nedadgående hældning, når kondensatoren aflades.

Resultatet af dette trin er rampeoutput, en ordentlig trekantet bølge.

Tredje fase:

I dette tredje RC-netværkstrin er output fra det andet RC-netværk input af det tredje RC-netværkstrin. Det tager den trekantede rampebølge som input og ændrer derefter formene på de trekantede bølger. Det giver en sinusbølge, hvor den øvre og nedre del af den trekantede bølge glatter ud, hvilket gør dem buede. Outputtet er temmelig tæt på en sinusbølgeoutput.

Valg af R- og C-værdier for Square Wave Converter Circuit

Kondensator og modstandsværdi er den vigtigste parameter i dette kredsløb. Fordi uden den rette kondensator og modstandsværdi, matches RC-tidskonstanten ikke for en bestemt frekvens, og kondensatoren får ikke tid nok til at oplade eller aflade. Dette resulterer i en forvrænget udgang eller endda ved høj frekvens, modstanden fungerer som den eneste modstand og kan producere den samme bølgeform, som den blev givet på tværs af indgangen. Så kondensator- og modstandsværdier skal vælges korrekt.

Hvis indgangsfrekvensen kan ændres, kan man vælge en tilfældig kondensator og modstandsværdi og ændre frekvensen i henhold til kombinationen. Det er godt at bruge den samme kondensator og modstandsværdi til alle filtertrin.

For en hurtig reference, ved lave frekvenser, brug en kondensator med højere værdi, og vælg en kondensator med lavere værdi til høje frekvenser. Hvis alle komponenterne, R1, R2 og R3 er den samme værdi, og alle kondensatorer C1, C2, C3 er den samme værdi, kan kondensatoren og modstanden vælges ved hjælp af nedenstående formel -

f = 1 / (2π x R x C)

Hvor F er frekvensen, R er modstandsværdien i Ohm, C er kapacitansen i Farad.

Nedenfor er skematisk et tretrins RC-integratorkredsløb, der er beskrevet tidligere. Imidlertid bruger kredsløbet 4.7nF kondensatorer og 1 kilo-ohm modstande. Dette skaber et acceptabelt frekvensområde i 33 kHz-området.

Test af vores Square to Sine Wave Converter Circuit

Skematisk er lavet i et brødbræt, og en funktionsgenerator sammen med et oscilloskop bruges til at kontrollere outputbølgen. Hvis du ikke har en funktionsgenerator til at generere firkantbølgen, kan du enten bygge din egen firkantbølgenerator eller endda en Arduino bølgeformgenerator, som du kan bruge til alle bølgeformrelaterede projekter. Kredsløbet er meget simpelt, og det bygges derfor let på brødbrættet, som du kan se nedenfor.

Til denne demonstration bruger vi en funktionsgenerator, og som du kan se i billedet nedenfor, er funktionsgeneratoren indstillet til den ønskede 33 kHz firkantbølgeoutput.

Outputtet kan observeres i et oscilloskop, et øjebliksbillede af output fra omfanget er angivet nedenfor. Den firkantede indgangsbølge vises i gul farve og udgangssinusbølgen vises i rød farve.

Kredsløbet fungerede som forventet for en indgangsfrekvens fra 20 kHz til 40 kHz, du kan se videoen nedenfor for flere detaljer om, hvordan kredsløbet fungerer. Håber du nød tutorialen og lærte noget nyttigt. Hvis du har spørgsmål, skal du lade dem være i kommentarfeltet nedenfor. Eller du kan også bruge vores fora til at stille andre tekniske spørgsmål.