- „Square to Sine Wave Converter“ naudojant RC tinklą
- Kvadrato į sinusinės bangos keitiklio schemą
- Kvadratinių bangų keitiklio darbo principas
- R ir C reikšmių pasirinkimas kvadratinės bangos keitiklio grandinei
- Mūsų kvadrato į sinusinės bangos keitiklio grandinės testavimas
Kvadratinės bangos į sinusinės bangos keitiklio grandinė yra svarbi analoginė grandinė, konvertuojanti kvadratines bangų formas į sinusines. Jis turi platų pritaikymo spektrą įvairiose elektronikos srityse, tokiose kaip matematinės operacijos, akustika, garso programos, keitikliai, maitinimo šaltinis, funkcijų generatorius ir kt.
Šiame projekte aptarsime, kaip veikia kvadratinės ir sinusinės bangos keitiklio grandinė ir kaip ją galima sukurti naudojant paprastą pasyvią elektroniką. Taip pat galite patikrinti kitas žemiau išvardytas bangos formos generatoriaus grandines.
- Kvadratinių bangų generatoriaus grandinė
- Sinusinės bangos generatoriaus grandinė
- Trikampio bangos generatoriaus grandinė
- Pjūklo bangų generatoriaus grandinė
„Square to Sine Wave Converter“ naudojant RC tinklą
Kvadratinės ir sinusinės bangos keitiklį galima sukurti naudojant 6 pasyvius komponentus, būtent kondensatorius ir tris rezistorius. Naudojant šiuos tris kondensatorius ir tris rezistorius, galima sukurti 3 pakopų RC tinklą, kurio kvadratinė banga laikoma įvestimi, o sinusinė - išėjimu. Paprasta vienpakopė RC tinklo grandinė parodyta žemiau.
Pirmiau pateiktoje grandinėje parodytas vieno pakopos RC filtras, kuriame naudojamas vienas rezistorius ir vienas kondensatorius. Minėta grandinė yra gana paprasta. Kondensatorius įkraunamas priklausomai nuo kvadratinės bangos būsenos. Jei kvadratinė banga įėjime yra aukštoje padėtyje, kondensatorius bus įkrautas, o jei kvadratinė banga yra žemoje padėtyje, kondensatorius išsikrauna.
Kintanti signalo banga, pavyzdžiui, kvadratinė, turi dažnį, priklausomai nuo šio dažnio, grandinių išvestis pasikeičia. Dėl tokio grandinės elgesio RC filtras vadinamas RC integratoriaus grandine. RC integratoriaus grandinė keičia signalo išėjimą priklausomai nuo dažnio ir gali pakeisti kvadratinę bangą į trikampę arba trikampę į sinusinę.
Kvadrato į sinusinės bangos keitiklio schemą
Šioje pamokoje mes naudojame šias RC integratoriaus grandines (RC filtrų tinklus) kvadratinei bangai paversti sinusine. Visa keitiklio grandinės schema pateikta žemiau, ir, kaip matote, joje yra tik nedaug pasyvių komponentų.
Grandinė susideda iš trijų RC filtrų grandinių etapų. Kiekvienas etapas turi savo konversijos reikšmę. Supraskime kiekvieno etapo veikimą ir tai, kaip jis prisideda prie kvadratinės bangos pavertimo sinusine banga, žiūrėdamas į bangos formos modeliavimą
Kvadratinių bangų keitiklio darbo principas
Norint žinoti, kaip veikia kvadratinės ir sinusinės bangos keitiklis, reikia suprasti, kas vyksta kiekviename RC filtro etape.
Pirmas lygmuo:
Į pirmą RC tinklo etape, ji turi rezistorius serijos ir kondensatorius lygiagrečiai. Išėjimas yra prieinamas per kondensatorių. Kondensatorius nuosekliai įkraunamas per rezistorių. Kadangi kondensatorius yra nuo dažnio priklausantis komponentas, jį įkrauti reikia laiko. Tačiau šią įkrovos normą galima nustatyti pagal filtro RC laiko konstantą. Kraunant ir iškraunant kondensatorių, o kadangi išėjimas gaunamas iš kondensatoriaus, bangos forma labai priklauso nuo kondensatoriaus įkrovimo įtampos. Įkraunant metu kondensatoriaus įtampa gali būti nustatyta žemiau formuluotėje
V C = V (1 - e - (t / RC))
Ir iškrovos įtampa gali būti nustatyta kiekvienu konkrečiu
V C = V (e - (t / RC))
Todėl, remiantis pirmiau pateiktomis dviem formulėmis, RC laiko konstanta yra svarbus veiksnys nustatant, kiek kondensatorius saugo krūvį, taip pat kiek išleidžiamas kondensatorius per RC laiko konstantą. Jei pasirinksime kondensatoriaus vertę kaip 0,1uF, o rezistorių - kaip 100 k omų, kaip nurodyta toliau pateiktame paveikslėlyje, jo laiko konstanta bus 10 mili sekundžių.
Dabar, jei per šį RC filtrą yra 10ms pastovios kvadratinės bangos, išėjimo bangos forma bus tokia dėl kondensatoriaus įkrovimo ir iškrovimo RC laiko konstanta 10ms.
Banga yra parabolinės formos eksponentinė bangos forma.
Antrasis etapas:
Dabar pirmojo RC tinklo etapo išvestis yra antrojo RC tinklo etapo įvestis. Šis RC tinklas paima parabolės formos eksponentinę bangos formą ir paverčia ją trikampe. Naudojant tą patį RC nuolatinio įkrovimo ir iškrovimo scenarijų, antrojo etapo RC filtrai užtikrina tiesų kylantį nuolydį, kai kondensatorius įkraunamas, ir tiesų mažėjantį nuolydį, kai kondensatorius išsikrauna.
Šio etapo išvestis yra rampos išvestis, tinkama trikampė banga.
Trečiasis etapas:
Šiame trečiame RC tinklo etape antrojo RC tinklo išvestis yra trečiojo RC tinklo etapo įvestis. Kaip įvestį imama trikampio rampos banga, tada keičiamos trikampės bangos formos. Tai suteikia sinusinę bangą, kur viršutinė ir apatinė trikampio bangos dalis išlygėja, todėl jos išlenktos. Išvestis yra gana artima sinusinės bangos išėjimui.
R ir C reikšmių pasirinkimas kvadratinės bangos keitiklio grandinei
Kondensatoriaus ir rezistoriaus vertė yra svarbiausias šios grandinės parametras. Nes be tinkamos kondensatoriaus ir rezistoriaus vertės RC laiko konstanta nebus suderinta su tam tikru dažniu ir kondensatorius negaus pakankamai laiko įkrauti ar iškrauti. Tai lemia iškraipytą išėjimą arba net esant dideliam dažniui, rezistorius veiks kaip vienintelis rezistorius ir galėtų sukurti tą pačią bangos formą, kokia buvo duota visame įėjime. Taigi, kondensatoriaus ir rezistoriaus vertės turi būti tinkamai parinktos.
Jei galima pakeisti įėjimo dažnį, galima pasirinkti atsitiktinę kondensatoriaus ir rezistoriaus vertę ir pakeisti dažnį pagal derinį. Visiems filtro etapams naudinga naudoti tą pačią kondensatoriaus ir rezistoriaus vertę.
Norėdami greitai sužinoti, esant žemiems dažniams, naudokite didesnės vertės kondensatorių, o esant dideliems - rinkitės mažesnės vertės kondensatorių. Tačiau jei visi komponentai R1, R2 ir R3 yra vienodos vertės, o visi kondensatoriai C1, C2, C3 yra tos pačios vertės, kondensatorių ir rezistorių galima pasirinkti pagal šią formulę:
f = 1 / (2π x R x C)
Kur F yra dažnis, R yra atsparumo vertė omais, C yra talpa Farade.
Žemiau schema yra trijų pakopų RC integratoriaus grandinė, kuri buvo aprašyta anksčiau. Tačiau grandinėje naudojami 4,7 nF kondensatoriai ir 1 kilogramo omų rezistoriai. Tai sukuria priimtiną dažnio diapazoną 33 kHz diapazone.
Mūsų kvadrato į sinusinės bangos keitiklio grandinės testavimas
Schema sukurta skydinėje, o funkcijų generatorius kartu su osciloskopu naudojamas išėjimo bangai patikrinti. Jei neturite funkcijų generatoriaus kvadratinei bangai generuoti, galite susikurti savo kvadratinių bangų generatorių arba net „Arduino“ bangos formos generatorių, kurį galėsite naudoti visiems su bangomis susijusiems projektams. Grandinė yra labai paprasta ir todėl lengvai pastatoma ant duonos lentos, kaip matote žemiau.
Šioje demonstracijoje mes naudojame funkcijų generatorių ir, kaip matote žemiau esančiame paveikslėlyje, funkcijų generatorius yra nustatytas į norimą 33 kHz kvadratinių bangų išėjimą.
Išvestį galima stebėti osciloskopu, toliau pateikiama išvesties iš srities apžvalga. Įvesties kvadratinė banga rodoma geltona spalva, o išvesties sinusinė - raudona spalva.
Grandinė veikė taip, kaip tikėtasi, kai įėjimo dažnis svyruoja nuo 20 kHz iki 40 kHz. Norėdami sužinoti daugiau apie tai, kaip veikia grandinė, žr. Toliau pateiktą vaizdo įrašą. Tikiuosi, kad jums patiko pamoka ir sužinojote ką nors naudingo. Jei turite klausimų, palikite juos komentarų skiltyje žemiau. Arba galite naudoti mūsų forumus kitiems techniniams klausimams pateikti.