- Prevodník štvorcových na sínusové vlny pomocou RC siete
- Obvodový diagram prevodníka štvorcových na sínusové vlny
- Pracovný princíp prevodníka hranatých vĺn
- Výber hodnôt R a C pre obvod prevodníka štvorcových vĺn
- Testovanie nášho obvodu prevodníka štvorcových na sínusové vlny
Obvod prevodníka štvorcových vĺn na sínusové vlny je dôležitý analógový obvod, ktorý prevádza štvorcové tvary vĺn na sínusové. Má široké spektrum aplikácií v mnohých rôznych oblastiach elektroniky, napríklad v matematických operáciách, akustike, zvukových aplikáciách, invertoroch, zdroji energie, generátore funkcií atď.
V tomto projekte budeme diskutovať o tom, ako funguje obvod prevodníka štvorcových a sínusových vĺn a ako ho možno zostaviť pomocou jednoduchej pasívnej elektroniky. Môžete sa tiež pozrieť na ďalšie obvody generátorov kriviek uvedené nižšie.
- Obvod generátora štvorcových vĺn
- Obvod generátora sínusových vĺn
- Obvod generátora trojuholníkových vĺn
- Okruh generátora píl Sawtooth Wave
Prevodník štvorcových na sínusové vlny pomocou RC siete
Prevodník štvorcových a sínusových vĺn je možné zostaviť pomocou 6 pasívnych komponentov, konkrétne kondenzátorov a troch rezistorov. Pomocou týchto troch kondenzátorov a troch rezistorov je možné vytvoriť trojstupňovú RC sieť, ktorá bude mať ako vstup štvorcovú vlnu a ako výstup sínusovú. Jednoduchý jednostupňový obvod RC siete je zobrazený nižšie.
Vo vyššie uvedenom obvode je zobrazený jednostupňový RC filter, kde je použitý jeden odpor a jeden kondenzátor. Vyššie uvedený obvod je dosť jednoduchý. Kondenzátor sa nabíja v závislosti od stavu obdĺžnikovej vlny. Ak je obdĺžniková vlna na vstupe vo vysokej polohe, kondenzátor sa nabije a ak je obdĺžniková vlna v nízkej polohe, kondenzátor sa vybije.
Meniaca sa signálna vlna, ako napríklad štvorcová vlna, má frekvenciu, v závislosti od tejto frekvencie sa mení výstup obvodov. Kvôli tomuto chovaniu obvodu sa RC filter nazýva obvod RC integrátora. Obvod RC integrátora mení výstup signálu v závislosti od frekvencie a mohol by zmeniť štvorcovú vlnu na trojuholníkovú alebo trojuholníkovú na sínusovú.
Obvodový diagram prevodníka štvorcových na sínusové vlny
V tomto tutoriáli používame tieto RC integrátorové obvody (RC filtračné siete) na prevod štvorcovej vlny na sínusovú. Kompletná schéma zapojenia prevodníka je uvedená nižšie a ako vidíte, má iba veľmi málo pasívnych súčiastok.
Obvod sa skladá z troch stupňov obvodov RC filtra. Každá etapa má svoj vlastný konverzný význam, poďme pochopiť fungovanie každej fázy a ako prispieva k premene štvorcovej vlny na sínusovú pri pohľade na simuláciu tvaru vlny
Pracovný princíp prevodníka hranatých vĺn
Aby sme vedeli, ako prevodník štvorcových vĺn na sínusové vlny funguje, je potrebné pochopiť, čo sa deje v každom stupni RC filtra.
Prvé štádium:
V prvom stupni siete RC má sériový odpor a paralelne kondenzátor. Výstup je k dispozícii cez kondenzátor. Kondenzátor sa nabíja cez rezistor v sérii. Pretože je však kondenzátor komponentom závislým od frekvencie, jeho nabitie si vyžaduje určitý čas. Túto rýchlosť nabíjania však možno určiť pomocou časovej konštanty RC filtra. Nabíjaním a vybíjaním kondenzátora a keďže výstup pochádza z kondenzátora, priebeh vlny veľmi závisí od nabíjacieho napätia kondenzátora. Napätie kondenzátora počas doby nabíjania môže byť stanovená nižšie formula-
V C = V (1 - e - (t / RC))
A výbojové napätie možno určiť podľa -
V C = V (e - (t / RC))
Preto je z vyššie uvedených dvoch vzorcov časová konštanta RC dôležitým faktorom pri určovaní toho, koľko náboja kondenzátor uloží, a koľko sa vybije kondenzátora počas časovej konštanty RC. Ak zvolíme hodnotu kondenzátora ako 0,1uF a odporu 100 k-ohmov ako na obrázku nižšie, bude mať časovú konštantu 10 mili-sek.
Teraz, ak je cez tento RC filter poskytnutých 10 ms konštantnej obdĺžnikovej vlny, bude výstupný tvar vlny takýto kvôli nabíjaniu a vybíjaniu kondenzátora v časovej konštante RC 10 ms.
Vlna je exponenciálny tvar vlny parabolického tvaru.
Druhá etapa:
Teraz je výstupom prvého stupňa siete RC vstupom druhého stupňa siete RC. Táto sieť RC prijíma exponenciálny tvar vlny parabolického tvaru a vytvára z neho trojuholníkový tvar vlny. Použitím toho istého scenára konštantného nabíjania a vybíjania RC poskytujú RC filtre druhého stupňa priamy stúpajúci sklon, keď sa kondenzátor nabije, a priamy klesajúci sklon, keď sa kondenzátor vybije.
Výstupom tohto stupňa je výstup rampy, správna trojuholníková vlna.
Tretia etapa:
V tomto treťom stupni siete RC je výstupom druhej siete RC vstupom tretieho stupňa siete RC. Berie ako vstup trojuholníkovú rampovú vlnu a potom mení tvary trojuholníkových vĺn. Poskytuje sínusovú vlnu, pri ktorej sa horná a dolná časť trojuholníkovej vlny vyhladzujú a sú zakrivené. Výstup je dosť blízko výstupu sínusovej vlny.
Výber hodnôt R a C pre obvod prevodníka štvorcových vĺn
Hodnota kondenzátora a odporu je najdôležitejším parametrom tohto obvodu. Pretože bez správnej hodnoty kondenzátora a rezistora nebude časová konštanta RC spárovaná pre konkrétnu frekvenciu a kondenzátor nebude mať dostatok času na nabitie alebo vybitie. To má za následok skreslený výstup alebo dokonca pri vysokej frekvencii bude rezistor pracovať ako jediný rezistor a môže produkovať rovnaký tvar vlny, aký bol daný na vstupe. Hodnoty kondenzátora a odporu teda musia byť zvolené správne.
Ak je možné zmeniť vstupnú frekvenciu, je možné zvoliť náhodnú hodnotu kondenzátora a odporu a zmeniť frekvenciu podľa kombinácie. Je dobré používať rovnakú hodnotu kondenzátora a odporu pre všetky stupne filtra.
Pre rýchlu orientáciu použite pri nízkych frekvenciách kondenzátor s vyššou hodnotou a pre vysoké frekvencie zvoľte kondenzátor s nižšou hodnotou. Ak sú však všetky komponenty R1, R2 a R3 rovnaké a všetky kondenzátory C1, C2, C3 majú rovnakú hodnotu, je možné kondenzátor a rezistor zvoliť pomocou nasledujúceho vzorca -
f = 1 / (2π x R x C)
Kde F je frekvencia, R je hodnota odporu v ohmoch, C je kapacita vo Faradovi.
Nižšie je schematický znázornený trojstupňový obvod RC integrátora, ktorý je opísaný vyššie. Obvod však používa kondenzátory 4,7nF a rezistory 1 kiloohmy. Takto sa vytvorí prijateľný frekvenčný rozsah v rozsahu 33 kHz.
Testovanie nášho obvodu prevodníka štvorcových na sínusové vlny
Schéma je vyhotovená na prepojovacom poli a na kontrolu výstupnej vlny sa používa funkčný generátor spolu s osciloskopom. Ak nemáte generátor funkcií na generovanie štvorcových vĺn, môžete si buď vytvoriť vlastný generátor štvorcových vĺn, alebo dokonca generátor vĺn Arduino, ktorý môžete použiť pre všetky projekty súvisiace s tvarmi vĺn. Obvod je veľmi jednoduchý, a preto je ľahko zabudovateľný na doske, ako vidíte nižšie.
Na túto ukážku používame funkčný generátor a ako vidíte na obrázku nižšie, funkčný generátor je nastavený na požadovaný výstup s obdĺžnikovou vlnou 33 kHz.
Výstup je možné pozorovať na osciloskope, snímka výstupu z rozsahu je uvedená nižšie. Vstupná obdĺžniková vlna je zobrazená žltou farbou a výstupná sínusová vlna červenou farbou.
Obvod pracoval podľa očakávania pre vstupnú frekvenciu v rozmedzí od 20 kHz do 40 kHz. Viac podrobností o fungovaní obvodu nájdete v videu nižšie. Dúfam, že sa vám výukový program páčil a dozvedeli ste sa niečo užitočné. Ak máte nejaké otázky, nechajte ich v sekcii komentárov nižšie. Alebo môžete použiť naše fóra na uverejnenie ďalších technických otázok.