- Pretvornik kvadratnih sinusov v RC omrežju
- Diagram vezja pretvornika kvadratnih v sinusne valove
- Načelo pretvornika kvadratnih valov
- Izbira vrednosti R in C za vezje pretvornika kvadratnih valov
- Testiranje našega vezja pretvornika kvadrat v sinus
Pretvorniško vezje kvadratnega vala v sinusni val je pomembno analogno vezje, ki pretvori kvadratne valovne oblike v sinusne valove. Ima širok spekter aplikacij na številnih različnih področjih elektronike, kot so matematične operacije, akustika, avdio aplikacija, pretvorniki, vir energije, funkcijski generator itd.
V tem projektu bomo razpravljali o tem, kako deluje vezje pretvornika kvadratnega vala v sinusni val in kako ga je mogoče zgraditi s preprosto pasivno elektroniko. Ogledate si lahko tudi druga spodnja vezja generatorjev valovnih oblik.
- Krog kvadratnega valovnega generatorja
- Vezje generatorja sinusnih valov
- Trikotni valovni generator
- Cirkulacijski krog žagastega vala
Pretvornik kvadratnih sinusov v RC omrežju
Pretvornik kvadratnega vala v sinusni val lahko zgradimo z uporabo 6 pasivnih komponent, in sicer kondenzatorjev in treh uporov. Z uporabo teh treh kondenzatorjev in treh uporov je mogoče zgraditi 3-stopenjsko RC omrežje, ki kot vhod vzame kvadratni val in kot izhod sinusni val. Preprosto enostopenjsko RC omrežno vezje je prikazano spodaj.
V zgornjem vezju je prikazan enostopenjski RC filter, kjer se uporablja en upor in en kondenzator. Zgornje vezje je precej preprosto. Kondenzator se napolni, odvisno od stanja kvadratnega vala. Če je kvadratni val na vhodu v visokem položaju, se kondenzator napolni, če pa je kvadratni val v nizkem položaju, se kondenzator izprazni.
Spremenljiv signalni val, kot je kvadratni val, ima frekvenco, odvisno od te frekvence se spremeni izhod vezij. Zaradi takšnega vedenja vezja se RC filter imenuje RC integratorsko vezje. Vezje RC integratorja spreminja izhodni signal glede na frekvenco in lahko kvadratni val spremeni v trikotni val ali trikotni val v sinusni val.
Diagram vezja pretvornika kvadratnih v sinusne valove
V tej vadnici uporabljamo ta RC integratorska vezja (RC filtrirna omrežja) za pretvorbo kvadratnega vala v sinusni val. Popoln diagram vezja pretvornika je podan spodaj in kot vidite, ima le zelo malo pasivnih komponent.
Vezje je sestavljeno iz treh stopenj RC filtrirnih vezij. Vsaka stopnja ima svoj lastni pretvorbeni pomen, razumejmo delovanje vsake stopnje in kako s simulacijo valovne oblike prispeva k pretvorbi kvadratnega vala v sinusni val
Načelo pretvornika kvadratnih valov
Če želite vedeti, kako deluje pretvornik kvadratnih valov v sinusni val, moramo razumeti, kaj se dogaja v vsaki fazi RC filtra.
Prva stopnja:
V prvi stopnji RC omrežja ima zaporedno upor in vzporedno kondenzator. Izhod je na voljo preko kondenzatorja. Kondenzator se napolni prek upora v seriji. Ker pa je kondenzator frekvenčno odvisna komponenta, je potreben čas za polnjenje. Vendar je to hitrost polnjenja mogoče določiti s časovno konstanto RC filtra. Z polnjenjem in praznjenjem kondenzatorja in ker izhod izhaja iz kondenzatorja, je valovna oblika močno odvisna od napetosti polnjenja kondenzatorja. Kondenzatorja napetost v času polnjenja se lahko določi s spodaj formula-
V C = V (1 - e - (t / RC))
In napetost praznjenja lahko določimo z:
V C = V (e - (t / RC))
Zato je iz zgornjih dveh formul časovna konstanta RC pomemben dejavnik za določanje, koliko napolnjenega kondenzatorja shranjuje, in koliko praznjenja kondenzatorja poteka med RC časovno konstanto. Če izberemo vrednost kondenzatorja kot 0,1uF in upor kot 100 k-ohmov, kot je spodnja slika, bo imel časovno konstanto 10 mili-sekund.
Če je prek tega RC filtra zagotovljenih 10 ms konstantnega kvadratnega vala, bo izhodna valovna oblika taka zaradi polnjenja in praznjenja kondenzatorja v RC časovni konstanti 10 ms.
Val je eksponentna valovna oblika parabolične oblike.
Druga stopnja:
Zdaj je izhod prve stopnje RC omrežja vhod druge stopnje RC omrežja. Ta RC mreža zavzame parabolično obliko eksponentne valovne oblike in jo naredi trikotno valovno obliko. Z uporabo istega scenarija stalnega polnjenja in praznjenja RC zagotavljajo RC filtri druge stopnje naravnost naraščajoči naklon, ko se kondenzator napolni, in ravno padajoči naklon, ko se kondenzator izprazni.
Izhod te stopnje je izhod rampe, pravilen trikotni val.
Tretja stopnja:
V tej tretji fazi RC omrežja je izhod druge RC mreže vhod tretje stopnje RC omrežja. Kot vhod vzame trikotni rampni val in nato spremeni oblike trikotnih valov. Zagotavlja sinusni val, kjer se zgornji in spodnji del trikotnega vala zgladijo, tako da so ukrivljeni. Izhod je precej blizu izhodu s sinusnim valom.
Izbira vrednosti R in C za vezje pretvornika kvadratnih valov
Vrednost kondenzatorja in upora je najpomembnejši parameter tega vezja. Ker brez ustrezne vrednosti kondenzatorja in upora upor RC ne bo izenačen za določeno frekvenco in kondenzator ne bo dobil dovolj časa za polnjenje ali praznjenje. To ima za posledico popačen izhod ali celo pri visoki frekvenci bo upor deloval kot edini upor in bi lahko ustvaril enako valovno obliko, kot je bila podana na vhodu. Torej je treba pravilno izbrati vrednosti kondenzatorja in upora.
Če je vhodno frekvenco mogoče spremeniti, lahko izberemo naključno vrednost kondenzatorja in upora ter spremenimo frekvenco glede na kombinacijo. Za vse stopnje filtra je dobro uporabiti enako vrednost kondenzatorja in upora.
Za hiter pregled pri nizkih frekvencah uporabite kondenzator večje vrednosti, za visoke frekvence pa kondenzator nižje vrednosti. Če pa so vse komponente R1, R2 in R3 enake vrednosti in so vsi kondenzatorji C1, C2, C3 enake vrednosti, lahko kondenzator in upor izberemo s spodnjo formulo -
f = 1 / (2π x R x C)
Kjer je F frekvenca, R je vrednost upora v ohmih, C je kapacitivnost v Faradu.
Spodaj je shematsko prikazano tristopenjsko vezje RC integratorja, ki je opisano prej. Vendar vezje uporablja kondenzatorje 4,7 nF in 1 kilo-ohmske upore. To ustvarja sprejemljivo frekvenčno območje v območju 33 kHz.
Testiranje našega vezja pretvornika kvadrat v sinus
Shema je narejena v plošči, za preverjanje izhodnega vala pa se uporablja funkcijski generator skupaj z osciloskopom. Če nimate generatorja funkcij za generiranje kvadratnega vala, lahko zgradite lasten generator kvadratnih valov ali celo generator valov Arduino, ki ga lahko uporabite za vse projekte, povezane z valovnimi oblikami. Vezje je zelo preprosto, zato ga je enostavno zgraditi na plošči, kot lahko vidite spodaj.
Za to predstavitev uporabljamo funkcijski generator in kot lahko vidite na spodnji sliki, je funkcijski generator nastavljen na želeni izhod kvadratnih valov 33 kHz.
Izhod je mogoče opaziti na osciloskopu, posnetek izhoda iz obsega je podan spodaj. Vhodni kvadratni val je prikazan v rumeni barvi, izhodni sinusni val pa v rdeči barvi.
Vezje je delovalo po pričakovanjih za vhodno frekvenco od 20 kHz do 40 kHz, za podrobnosti o delovanju vezja si lahko ogledate spodnji video. Upam, da ste uživali v vadnici in se naučili kaj koristnega. Če imate kakršna koli vprašanja, jih pustite v spodnjem oddelku za komentarje. Lahko pa tudi na naših forumih objavite druga tehnična vprašanja.