- Laukums uz sinusa viļņu pārveidotāju, izmantojot RC tīklu
- Kvadrātveida līdz sinusa viļņu pārveidotāja shēmas diagramma
- Kvadrātveida viļņu pārveidotāja darbības princips
- R un C vērtību izvēle kvadrātveida viļņu pārveidotāja ķēdei
- Mūsu laukuma līdz sinusa viļņu pārveidotāja ķēdes pārbaude
Kvadrātveida viļņu līdz sinusa viļņu pārveidotāja ķēde ir svarīga analogā ķēde, kas kvadrātveida viļņu formas pārveido par sinusa viļņu formām. Tam ir plašs pielietojuma spektrs daudzās dažādās elektronikas jomās, piemēram, matemātiskajās operācijās, akustikā, audio pielietojumā, invertoros, barošanas avotā, funkciju ģeneratorā utt.
Šajā projektā mēs apspriedīsim, kā darbojas kvadrātveida viļņu līdz sinusa viļņu pārveidotāja ķēde un kā to var izveidot, izmantojot vienkāršu pasīvo elektroniku. Varat arī pārbaudīt citas zemāk uzskaitītās viļņu formas ģeneratoru shēmas.
- Kvadrātveida viļņu ģeneratora shēma
- Sinusa viļņu ģeneratora shēma
- Trīsstūra viļņu ģeneratora shēma
- Zāģzobu viļņu ģeneratora shēma
Laukums uz sinusa viļņu pārveidotāju, izmantojot RC tīklu
Kvadrātveida viļņu uz sinusa viļņu pārveidotāju var izveidot, izmantojot 6 pasīvos komponentus, proti, kondensatorus un trīs rezistorus. Izmantojot šos trīs kondensatorus un trīs rezistorus, var izveidot 3 pakāpju RC tīklu, kas kā ieeju ņem kvadrātveida vilni, bet kā izeju - sinusoidālu vilni. Turpmāk parādīta vienkārša vienpakāpes RC tīkla shēma.
Iepriekš minētajā shēmā ir parādīts vienpakāpes RC filtrs, kur tiek izmantots viens rezistors un viens kondensators. Iepriekš minētā shēma ir diezgan vienkārša. Kondensators tiek uzlādēts atkarībā no kvadrātveida viļņa stāvokļa. Ja kvadrātveida vilnis ieejā atrodas augstā stāvoklī, kondensators tiks uzlādēts, un, ja kvadrātveida vilnis atrodas zemā stāvoklī, kondensators tiek izlādēts.
Mainīgam signāla vilnim, piemēram, kvadrātveida vilnim, ir frekvence, atkarībā no šīs frekvences ķēžu izeja tiek mainīta. Šīs ķēdes uzvedības dēļ RC filtru sauc par RC integratora shēmu. RC integratora ķēde maina signāla izvadi atkarībā no frekvences un kvadrātveida vilni var mainīt uz trīsstūra viļņu vai trīsstūra viļņu uz sinusa viļņu.
Kvadrātveida līdz sinusa viļņu pārveidotāja shēmas diagramma
Šajā apmācībā mēs izmantojam šīs RC integratora shēmas (RC filtru tīkli), lai kvadrātveida vilni pārveidotu par sinusa viļņu. Pilna pārveidotāja shēma ir dota zemāk, un, kā redzat, tajā ir tikai ļoti maz pasīvo komponentu.
Shēma sastāv no trim RC filtru ķēžu posmiem. Katram posmam ir sava konversijas nozīme, sapratīsim katra posma darbību un to, kā tas veicina kvadrātveida viļņu pārveidošanu sinusoidālos, aplūkojot viļņu formas simulāciju
Kvadrātveida viļņu pārveidotāja darbības princips
Lai uzzinātu, kā darbojas kvadrātveida viļņu sinusa pārveidotājs, ir jāsaprot, kas notiek katrā RC filtra posmā.
Pirmais posms:
Jo pirmajā RC tīkla posmā, tas ir rezistors virknē un kondensatoru paralēli. Izeja ir pieejama visā kondensatorā. Kondensators tiek uzlādēts caur rezistoru virknē. Bet, tā kā kondensators ir no frekvences atkarīgs komponents, uzlādēšanai nepieciešams laiks. Tomēr šo uzlādes ātrumu var noteikt pēc filtra RC laika konstante. Uzlādējot un izlādējot kondensatoru, un tā kā izeja nāk no kondensatora, viļņu forma ir ļoti atkarīga no kondensatora uzlādes sprieguma. Kondensatora sprieguma laikā uzlādes laiks var noteikt ar turpmāk formula-
V C = V (1 - e - (t / RC))
Un izlādes spriegums var noteikt blakusproduktu
V C = V (e - (t / RC))
Tāpēc no iepriekšminētajām divām formulām RC laika konstante ir svarīgs faktors, lai noteiktu, cik daudz kondensators uzglabā, kā arī cik daudz kondensatoram tiek izlādēts RC laika konstante. Ja kondensatora vērtību mēs izvēlēsimies kā 0,1uF, bet rezistoru - kā 100 k-omi, piemēram, zemāk redzamo attēlu, tā laika konstante būs 10 milisekundes.
Ja šim RC filtram tiek nodrošināts nemainīga kvadrātveida viļņu 10ms, izejas viļņu forma būs šāda kondensatora uzlādes un izlādes dēļ RC laika konstante 10ms.
Vilnis ir paraboliskas formas eksponenciālā viļņu forma.
Otrais posms:
Tagad pirmā RC tīkla posma izeja ir otrā RC tīkla posma ievade. Šis RC tīkls uzņem paraboliskas formas eksponenciālu viļņu formu un padara to par trīsstūrveida viļņu formu. Izmantojot to pašu RC pastāvīgās uzlādes un izlādes scenāriju, otrā līmeņa RC filtri nodrošina taisnu augšupejošu slīpumu, kad kondensators tiek uzlādēts, un taisnu lejupejošu slīpumu, kad kondensators tiek izlādēts.
Šī posma izeja ir rampas izeja, pareizs trīsstūrveida vilnis.
Trešais posms:
Šajā trešajā RC tīkla posmā otrā RC tīkla izeja ir trešā RC tīkla posma ievade. Tas izmanto trīsstūrveida rampas vilni kā ievadi un pēc tam maina trīsstūra viļņu formas. Tas nodrošina sinusa vilni, kur trīsstūra viļņa augšējā un apakšējā daļa izlīdzinās, padarot tos izliektus. Rezultāts ir diezgan tuvu sinusa viļņa izejai.
R un C vērtību izvēle kvadrātveida viļņu pārveidotāja ķēdei
Kondensatora un rezistora vērtība ir vissvarīgākais šīs ķēdes parametrs. Tā kā bez atbilstoša kondensatora un rezistora vērtības RC laika konstante netiks saskaņota konkrētai frekvencei un kondensators nesaņems pietiekami daudz laika, lai uzlādētu vai izlādētos. Tā rezultātā tiek izkropļota izeja vai pat augstā frekvencē, rezistors darbosies kā vienīgais rezistors un varētu radīt tādu pašu viļņu formu, kāda tā tika dota visā ieejā. Tātad, pareizi jāizvēlas kondensatora un rezistora vērtības.
Ja ieejas frekvenci var mainīt, tad var izvēlēties nejaušu kondensatora un rezistora vērtību un mainīt frekvenci atbilstoši kombinācijai. Visiem filtra posmiem ir labi izmantot vienu un to pašu kondensatora un rezistora vērtību.
Lai ātri uzzinātu, zemās frekvencēs izmantojiet augstākas vērtības kondensatoru, un augstām frekvencēm izvēlieties zemākas vērtības kondensatoru. Tomēr, ja visām sastāvdaļām R1, R2 un R3 ir vienāda vērtība un visiem kondensatoriem C1, C2, C3 ir vienāda vērtība, kondensatoru un rezistoru var izvēlēties, izmantojot šādu formulu:
f = 1 / (2π x R x C)
Kur F ir frekvence, R ir pretestības vērtība omos, C ir kapacitāte Faradā.
Zemāk shēma ir trīspakāpju RC integratora shēma, kas aprakstīta iepriekš. Tomēr ķēdē tiek izmantoti 4,7nF kondensatori un 1 kilo-omi rezistori. Tas rada pieņemamu frekvenču diapazonu 33 kHz diapazonā.
Mūsu laukuma līdz sinusa viļņu pārveidotāja ķēdes pārbaude
Shēma ir izveidota paneļa tabulā, un izejas viļņa pārbaudei tiek izmantots funkciju ģenerators kopā ar osciloskopu. Ja kvadrātveida viļņu ģenerēšanai nav funkciju ģeneratora, varat izveidot savu kvadrātveida viļņu ģeneratoru vai pat Arduino viļņu ģeneratoru, kuru varat izmantot visiem ar viļņu formu saistītajiem projektiem. Ķēde ir ļoti vienkārša, un tāpēc to var viegli uzcelt uz maizes dēļa, kā redzat zemāk.
Šajā demonstrācijā mēs izmantojam funkciju ģeneratoru, un, kā redzat zemāk redzamajā attēlā, funkciju ģenerators ir iestatīts uz vēlamo 33 kHz kvadrātveida viļņu izvadi.
Rezultātu var novērot osciloskopā, zemāk ir sniegts izejas momentuzņēmums no darbības jomas. Ievades kvadrātveida vilnis ir parādīts dzeltenā krāsā, bet izejas sinusoidālais vilnis - sarkanā krāsā.
Ķēde strādāja, kā paredzēts, ieejas frekvencei no 20 kHz līdz 40 kHz, lai uzzinātu vairāk par ķēdes darbību, skatiet tālāk redzamo videoklipu. Ceru, ka jums patika apmācība un uzzinājāt kaut ko noderīgu. Ja jums ir kādi jautājumi, atstājiet tos komentāru sadaļā zemāk. Vai arī varat izmantot mūsu forumus, lai izliktu citus tehniskus jautājumus.