- Négyzet-szinusz hullám átalakító RC hálózat használatával
- Négyzet-szinusz hullám átalakító áramköri ábra
- A Square Wave Converter működési elve
- R és C értékek kiválasztása a négyzethullámú átalakító áramkörhöz
- Tér szinusz hullám átalakító áramkör tesztelése
A négyzethullám- szinuszhullám átalakító áramkör egy fontos analóg áramkör, amely négyzet alakú hullámformákat alakít át szinuszhullámformákká. Széles alkalmazási spektruma van az elektronika számos területén, például matematikai műveletekben, akusztikában, audio alkalmazásokban, inverterekben, áramforrásban, funkciógenerátorokban stb.
Ebben a projektben megvitatjuk, hogyan működik a négyzethullám-szinuszhullám átalakító áramkör, és hogyan lehet felépíteni egyszerű passzív elektronika segítségével. Megnézheti az alább felsorolt más hullámalakú generátor áramköröket is.
- Szögletes hullámú generátor áramkör
- Szinusz hullám generátor áramkör
- Háromszög hullámgenerátor áramkör
- Fűrészfog-hullám generátor áramkör
Négyzet-szinusz hullám átalakító RC hálózat használatával
A négyzetes szinusz hullám átalakító 6 passzív alkatrész, nevezetesen kondenzátorok és három ellenállás felhasználásával építhető fel. E három kondenzátor és három ellenállás felhasználásával kiépíthető egy 3 fokozatú RC hálózat, amely négyzethullámot vesz bemenetként, és szinuszhullámot kimenetként. Az alábbiakban egy egyszerű egyfokozatú RC hálózati áramkör látható.
A fenti áramkörben egy egyfokozatú RC szűrő látható, ahol egyetlen ellenállást és egyetlen kondenzátort használnak. A fenti áramkör nagyon egyszerű. A kondenzátor a négyzethullám állapotától függően feltöltődik. Ha a bemenet négyzethulláma magas helyzetben van, a kondenzátor feltöltődik, és ha a négyzethullám alacsony helyzetben van, akkor a kondenzátor kisül.
Egy változó jelhullám, például egy négyzethullám frekvenciája van, ettől a frekvenciától függően az áramkörök kimenete megváltozik. Az áramkör ilyen viselkedése miatt az RC szűrőt RC integrátor áramkörnek hívják. Az RC integrátor áramkör a frekvenciától függően megváltoztatja a jel kimenetét, és a négyzet hullámot háromszög hullámra vagy háromszög hullámot szinusz hullámra változtathatja.
Négyzet-szinusz hullám átalakító áramköri ábra
Ebben az oktatóanyagban ezeket az RC integrátor áramköröket (RC szűrő hálózatok) használjuk a négyzethullám szinuszhullámmá alakítására. Az átalakító teljes kapcsolási rajza az alábbiakban látható, és mint láthatja, csak nagyon kevés passzív alkatrésze van.
Az áramkör az RC szűrőáramkörök három szakaszából áll. Minden szakasznak megvan a maga konverziós jelentősége, értsük meg az egyes szakaszok működését és azt, hogy a hullámalak szimulációjának megnézésével hogyan járul hozzá a négyzethullám szinuszhullámmá alakításához
A Square Wave Converter működési elve
Ahhoz, hogy tudjuk, hogyan működik a négyzethullám-szinuszhullám átalakító, meg kell értenünk, mi történik az egyes RC-szűrő szakaszokban.
Első fázis:
Az első RC hálózati szakaszban soros ellenállással és párhuzamosan kondenzátorral rendelkezik. A kimenet a kondenzátoron keresztül érhető el. A kondenzátor sorosan töltődik fel az ellenálláson keresztül. De mivel a kondenzátor frekvenciafüggő alkatrész, a töltés időbe telik. Ez a töltési ráta azonban a szűrő RC időállandójával határozható meg. A kondenzátor töltésével és kisütésével, és mivel a kimenet a kondenzátorból származik, a hullámforma nagymértékben függ a kondenzátor töltési feszültségétől. A kondenzátor feszültsége a töltési idő alatt az alábbi képlettel határozható meg:
V C = V (1 - e - (t / RC))
És a kisülési feszültséget a következővel lehet meghatározni:
V C = V (e - (t / RC))
Ezért a fenti két képletből az RC időállandója fontos tényező annak meghatározásához, hogy mekkora töltést tárol a kondenzátor, valamint mennyi kisütést hajtanak végre a kondenzátor számára egy RC időállandó alatt. Ha a kondenzátor értékét 0,1uF-nak, az ellenállást pedig 100 k-ohmnak választjuk, mint az alábbi kép, akkor annak időállandója 10 milisekundum lesz.
Ha egy 10 ms állandó négyzethullámot biztosítunk ezen az RC szűrőn, akkor a kimeneti hullámforma ilyen lesz, mivel a kondenzátor 10 ms RC időállandóban töltődik fel és kisüt.
A hullám a parabolikus alakú exponenciális hullámforma.
Második szakasz:
Az első RC hálózati szakasz kimenete a második RC hálózati szakasz bemenete. Ez az RC hálózat felveszi a parabolikus alakú exponenciális hullámformát, és háromszög alakúvá alakítja. Ugyanazon RC állandó töltési és kisütési forgatókönyv alkalmazásával a második fokozatú RC szűrők egyenes emelkedő meredekséget biztosítanak, amikor a kondenzátor feltöltődik, és egyenesen csökkenő meredekséget biztosít, amikor a kondenzátor kisül.
Ennek a szakasznak a kimenete rámpa kimenet, megfelelő háromszög hullám.
Harmadik szakasz:
Ebben a harmadik RC hálózati szakaszban a második RC hálózat kimenete a harmadik RC hálózati szakasz bemenete. A háromszög alakú rámpa hullámát veszi bemenetként, majd megváltoztatja a háromszög alakú hullámok alakját. Szinuszhullámot biztosít, ahol a háromszög alakú hullám felső és alsó része kisimul, görbülve. A kimenet elég közel van a szinusz hullám kimenetéhez.
R és C értékek kiválasztása a négyzethullámú átalakító áramkörhöz
A kondenzátor és az ellenállás értéke ennek az áramkörnek a legfontosabb paramétere. Mivel a megfelelő kondenzátor és ellenállás értéke nélkül az RC időállandó nem lesz egyeztetve egy adott frekvenciával, és a kondenzátor nem kap elegendő időt töltésre vagy kisütésre. Ez torz kimenetet eredményez, vagy akár nagy frekvencián is, az ellenállás egyetlen ellenállásként fog működni, és ugyanazt a hullámformát képes előállítani, mint amit a bemeneten adtak meg. Tehát a kondenzátor és az ellenállás értékeit megfelelően kell megválasztani.
Ha a bemeneti frekvencia megváltoztatható, akkor választhat egy véletlenszerű kondenzátor és ellenállás értéket, és a kombinációnak megfelelően változtathatja meg a frekvenciát. Jó minden szűrőfokozatnál ugyanazt a kondenzátor és ellenállás értéket használni.
Gyors áttekintéshez alacsony frekvenciáknál használjon nagyobb értékű kondenzátort, nagy frekvenciák esetén pedig válasszon kisebb értékű kondenzátort. Ha azonban az összes komponens, R1, R2 és R3 azonos értékű, és az összes C1, C2, C3 kondenzátor értéke azonos, akkor a kondenzátor és az ellenállás az alábbi képlettel választható ki:
f = 1 / (2π x R x C)
Ahol F a frekvencia, R az ellenállás értéke ohmokban, C a kapacitás Faradban.
A vázlat alatt egy háromlépcsős RC integrátor áramkör látható, amelyet korábban leírtunk. Az áramkör azonban 4,7nF kondenzátorokat és 1 kilo-ohmos ellenállást használ. Ez elfogadható frekvenciatartományt hoz létre a 33 kHz-es tartományban.
Tér szinusz hullám átalakító áramkör tesztelése
A vázlatot kenyérlapon készítik, és egy funkciógenerátort, valamint egy oszcilloszkópot használnak a kimeneti hullám ellenőrzésére. Ha nem rendelkezik a négyzethullám létrehozására szolgáló funkciógenerátorral, létrehozhat saját négyzethullám-generátort, vagy akár egy Arduino hullámforma-generátort, amelyet felhasználhat minden hullámalakú projekthez. Az áramkör nagyon egyszerű, ezért könnyen felépíthető a kenyérlapra, amint az alább látható.
Ehhez a bemutatóhoz egy funkciógenerátort használunk, és amint az az alábbi képen látható, a funkciógenerátor a kívánt 33 kHz-es négyzethullámú kimenetre van állítva.
A kimenet oszcilloszkópon figyelhető meg, az alábbiakban egy pillanatfelvételt adunk a hatókörből származó kimenetről. A bemeneti négyzethullám sárga színnel, a kimeneti szinuszhullám pedig piros színnel jelenik meg.
Az áramkör a várakozásoknak megfelelően működött 20 kHz és 40 kHz közötti bemeneti frekvencián. Az áramkör működéséről az alábbi videón olvashat. Remélem, tetszett a bemutató, és valami hasznosat tanultál. Ha bármilyen kérdése van, hagyja őket az alábbi megjegyzés részben. Vagy fórumunkat felhasználhatja egyéb technikai kérdések feltöltésére is.