Convertor simplu de undă pătrată în undă sinusoidală

Circuitul convertor de undă pătrată în sinusoidal este un circuit analogic important care transformă formele de undă pătrate în forme de undă sinusoidală. Are un spectru larg de aplicații în multe domenii diferite ale electronicii, cum ar fi în operații matematice, acustică, aplicații audio, invertoare, sursă de alimentare, generator de funcții etc.

În acest proiect, vom discuta despre modul în care funcționează un circuit convertor de undă pătrată în undă sinusoidală și modul în care poate fi construit utilizând electronice pasive simple. De asemenea, puteți verifica alte circuite generatoare de forme de undă enumerate mai jos.

• Circuitul generatorului de undă pătrată
• Circuitul generatorului de undă sinusoidală
• Circuitul generatorului de undă triunghiulară
• Circuit generator de undă de ferăstrău

Convertor de unde pătrat în sinusoidal utilizând rețeaua RC

Un convertor de undă pătrată în undă sinusoidală poate fi construit folosind 6 componente pasive, și anume condensatori și trei rezistențe. Folosind acești trei condensatori și trei rezistențe, se poate construi o rețea RC cu 3 trepte care ia o undă pătrată ca intrare și undă sinusoidală ca ieșire. Un circuit simplu de rețea RC cu o singură treaptă este prezentat mai jos.

În circuitul de mai sus, este prezentat un filtru RC cu o singură treaptă, unde se folosește un singur rezistor și un singur condensator. Circuitul de mai sus este destul de simplu. Condensatorul se încarcă în funcție de starea undei pătrate. Dacă unda pătrată din intrare este într-o poziție înaltă, condensatorul se va încărca și, dacă unda pătrată este într-o poziție joasă, condensatorul se descarcă.

O undă de semnal variabilă, cum ar fi o undă pătrată, are o frecvență, în funcție de această frecvență, ieșirea circuitelor se schimbă. Datorită acestui comportament al circuitului, filtrul RC se numește circuit integrator RC. Un circuit integrator RC modifică ieșirea semnalului în funcție de frecvență și ar putea schimba unda pătrată într-o undă triunghiulară sau undă triunghiulară în undă sinusoidală.

Diagrama circuitului convertorului de undă pătrată în sinusoidală

În acest tutorial, folosim aceste circuite integratoare RC (rețele de filtrare RC) pentru a converti unda pătrată în undă sinusoidală. Schema completă a circuitului convertorului este prezentată mai jos și, după cum puteți vedea, are doar foarte puține componente pasive.

Circuitul este format din trei etape ale circuitelor de filtrare RC. Fiecare etapă are propria sa semnificație de conversie, să înțelegem funcționarea fiecărei etape și modul în care contribuie la conversia undei pătrate în unde sinusoidale, analizând simularea formei de undă

Principiul de lucru al convertorului de undă pătrată

Pentru a ști cum funcționează convertorul de undă pătrată în undă sinusoidală, trebuie să înțelegem ce se întâmplă în fiecare etapă de filtrare RC.

Primul stagiu:

În prima etapă de rețea RC, are un rezistor în serie și condensator în paralel. Ieșirea este disponibilă pe condensator. Condensatorul se încarcă prin rezistor în serie. Dar, deoarece condensatorul este o componentă dependentă de frecvență, este nevoie de timp pentru a se încărca. Cu toate acestea, această rată de încărcare poate fi determinată de constanta de timp RC a filtrului. Prin încărcarea și descărcarea condensatorului și din moment ce ieșirea provine de la condensator, forma de undă este foarte dependentă de tensiunea de încărcare a condensatorului. Condensator de tensiune în timpul timpul de încărcare poate fi determinată de mai jos formula-

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

Și tensiunea de descărcare poate fi determinată de…

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

Prin urmare, din cele două formule de mai sus, constanta de timp RC este un factor important pentru a determina câtă încărcare stochează condensatorul, precum și câtă descărcare se face pentru condensator în timpul unei constante de timp RC. Dacă selectăm valoarea condensatorului ca 0.1uF și rezistența ca 100 k-ohmi, ca imaginea de mai jos, va avea o constantă de timp de 10 mili-secunde.

Acum, dacă este furnizat un 10ms de undă pătrată constantă pe acest filtru RC, forma de undă de ieșire va fi așa datorită încărcării și descărcării condensatorului în constanta de timp RC de 10ms.

Unda este forma de undă exponențială în formă parabolică.

A doua faza:

Acum, ieșirea primei etape de rețea RC este intrarea celei de-a doua etape de rețea RC. Această rețea RC ia forma de undă exponențială în formă parabolică și o face o formă de undă triunghiulară. Prin utilizarea aceluiași scenariu de încărcare și descărcare constantă RC, filtrele RC din a doua etapă oferă o pantă dreaptă ascendentă atunci când condensatorul se încarcă și o pantă descendentă dreaptă atunci când condensatorul este descărcat.

Ieșirea acestei etape este ieșirea pe rampă, o undă triunghiulară adecvată.

A treia etapă:

În această a treia etapă de rețea RC, ieșirea celei de-a doua rețele RC este intrarea celei de-a treia etape de rețea RC. Ia valul de rampă triunghiular ca intrare și apoi schimbă formele undelor triunghiulare. Oferă o undă sinusoidală în care porțiunea superioară și inferioară a undei triunghiulare se netezesc, făcându-le curbate. Ieșirea este destul de apropiată de o ieșire cu undă sinusoidală.

Selectarea valorilor R și C pentru circuitul convertorului de undă pătrată

Valoarea condensatorului și rezistenței este cel mai important parametru al acestui circuit. Deoarece, fără valoarea corespunzătoare a condensatorului și a rezistorului, constanta de timp RC nu va fi potrivită pentru o anumită frecvență și condensatorul nu va obține suficient timp pentru încărcare sau descărcare. Acest lucru are ca rezultat o ieșire distorsionată sau chiar la frecvență înaltă, rezistorul va funcționa ca un rezistor unic și ar putea produce aceeași formă de undă ca și cea dată de intrare. Deci, valorile condensatorului și rezistenței trebuie alese corect.

Dacă frecvența de intrare poate fi modificată, atunci se poate alege o valoare aleatorie a condensatorului și rezistenței și să schimbe frecvența în funcție de combinație. Este bine să utilizați aceeași valoare a condensatorului și rezistenței pentru toate etapele filtrului.

Pentru o referință rapidă, la frecvențe joase, utilizați un condensator cu valoare mai mare, iar pentru frecvențe înalte, alegeți un condensator cu valoare mai mică. Cu toate acestea, dacă toate componentele, R1, R2 și R3 au aceeași valoare și toate condensatoarele C1, C2, C3 au aceeași valoare, condensatorul și rezistorul pot fi selectate folosind formula de mai jos -

f = 1 / (2π x R x C)

Unde F este frecvența, R este valoarea rezistenței în ohmi, C este capacitatea în Farad.

Mai jos schematic este un circuit integrator RC în trei trepte, care este descris anterior. Cu toate acestea, circuitul folosește condensatori de 4,7 nF și rezistențe de 1 kilo-ohm. Acest lucru creează un interval de frecvență acceptabil în domeniul de 33 kHz.

Testarea circuitului nostru de convertizor de undă sinusoidală

Schema este realizată într-o placă de calcul și un generator de funcții împreună cu un osciloscop sunt utilizate pentru a verifica unda de ieșire. Dacă nu aveți un generator de funcții pentru a genera unda pătrată, puteți să vă construiți propriul generator de undă pătrată sau chiar un generator de forme de undă Arduino pe care să îl puteți utiliza pentru toate proiectele legate de forma de undă. Circuitul este foarte simplu și, prin urmare, este ușor de construit pe panou, după cum puteți vedea mai jos.

Pentru această demonstrație, folosim un generator de funcții și, după cum puteți vedea în imaginea de mai jos, generatorul de funcții este setat la ieșirea dorită a undei pătrate de 33 kHz.

Ieșirea poate fi observată pe un osciloscop, un instantaneu al ieșirii din lunetă este dat mai jos. Unda pătrată de intrare este afișată în culoare galbenă, iar unda sinusoidală de ieșire este afișată în culoare roșie.

Circuitul a funcționat conform așteptărilor pentru o frecvență de intrare cuprinsă între 20kHz și 40kHz. Puteți consulta videoclipul de mai jos pentru mai multe detalii despre modul în care funcționează circuitul. Sper că ți-a plăcut tutorialul și ai învățat ceva util. Dacă aveți întrebări, lăsați-le în secțiunea de comentarii de mai jos. Sau puteți utiliza, de asemenea, forumurile noastre pentru a posta alte întrebări tehnice.