цифровая электроника
вычислительная техника
встраиваемые системы

 
» » Простая схема преобразователя прямоугольного сигнала в синусоидальный

Простая схема преобразователя прямоугольного сигнала в синусоидальный

Автор: Mike(admin) от 20-07-2020, 07:25

Схема преобразования прямоугольного сигнала в синусоидальный является важной аналоговой схемой. Она имеет широкий спектр применения во многих различных областях электроники, таких как акустика, аудиоприложения, инверторы, источники питания, генераторы функций и т. д.


Простая схема преобразователя прямоугольного сигнала в синусоидальный

В этом проекте мы обсудим, как работает схема преобразования прямоугольного сигнала в синусоидальный и как она может быть собрана с использованием простых пассивных электронных компонентов.


Преобразователь прямоугольного сигнала в синусоидальный может быть собран н с использованием 6 пассивных компонентов, а именно трех конденсаторов и трех резисторов. Используя эти три конденсатора и три резистора, можно построить трехкаскадную RC-цепь, которая принимает прямоугольный сигнал на входы и выдает синусоидальный сигнал. Простая однокаскадная RC-цепь показана на следующем изображении.


Простая однокаскадная RC-цепь

В приведенной выше схеме показан однокаскадный RC-фильтр, в котором используется один резистор и один конденсатор. Эта по своему принципу работы схема довольно проста. Конденсатор заряжается в зависимости от состояния прямоугольного сигнала. Если прямоугольный сигнал на входе находится в высоком положении по напряжению, конденсатор заряжается, а если он находится в низком положении, конденсатор разряжается.


Изменяющийся прямоугольный сигнал, имеет частоту, в зависимости от этой частоты выходной сигнал цепей изменяется. Из-за такого поведения схемы RC-фильтр называется RC-интегратором. Схема RC-интегратора изменяет выходной сигнал в зависимости от частоты и может изменить прямоугольный сигнал на треугольный или треугольный на синусоидальный.


В этом уроке мы используем эти интегральные RC-цепи для преобразования прямоугольного сигнала в синусоидальный. Полная принципиальная схема преобразователя приведена далее, и, как вы можете видеть, в ней очень мало пассивных компонентов.


принципиальная схема преобразователя

Схема состоит из трех каскадов фильтрующих RC-цепей. Каждый каскад имеет свое значение преобразования, давайте разберемся с работой каждого каскада и как он способствует преобразованию прямоугольного сигнала в синусоидальный, осуществив моделирование. Чтобы знать, как работает преобразователь, нужно понимать, что происходит на каждом каскаде RC-фильтра.


Первый каскад RC-цепи имеет последовательно включенный резистор и параллельный конденсатор. Выход доступен через конденсатор. Конденсатор заряжается через резистор последовательно. Но, поскольку конденсатор является частотно-зависимым компонентом, для зарядки требуется время. Однако эта скорость заряда может быть определена постоянной времени RC-фильтра. Посредством зарядки и разрядки конденсатора, и поскольку выходной сигнал поступает от конденсатора, форма сигнала сильно зависит от напряжения заряда конденсатора. Напряжение на конденсаторе в течение времени зарядки можно определить по приведенной формуле:


Напряжение на конденсаторе в течение времени зарядки

И напряжение разряда можно определить по следующей формуле:


напряжение разряда

Следовательно, из приведенных выше двух формул постоянная времени RC является важным фактором, определяющим, сколько заряда хранит конденсатор, а также, сколько разряда выполняется для конденсатора в течение постоянной времени RC. Если мы выберем значение конденсатора равным 0,1 мкФ, а резистор – 100 кОм, как показано на рисунке далее, постоянная времени будет равна 10 миллисекундам.


Простая схема преобразователя прямоугольного сигнала в синусоидальный

Теперь, если через этот RC-фильтр подается постоянный прямоугольный сигнал 10 мс, форма выходного сигнала будет такой же из-за зарядки и разрядки конденсатора с постоянной времени RC 10 мс. Сигнал здесь представляет собой экспоненциальную форму параболической формы.


Простая схема преобразователя прямоугольного сигнала в синусоидальный

Теперь выход первого каскада RC-цепи является входом второго каскада RC-цепи. Эта RC-цепь принимает экспоненциальный сигнал параболической формы и делает его треугольным. Используя тот же сценарий постоянной зарядки и разрядки RC, RC-фильтры второго каскада обеспечивают прямой восходящий наклон, когда конденсатор заряжается, и прямой нисходящий наклон, когда конденсатор разряжается. Выход этого каскада – линейное изменение, правильный треугольный сигнал.


Простая схема преобразователя прямоугольного сигнала в синусоидальный

На третьем каскаде RC-цепи выход второй RC-цепи является входом третьего каскада RC-цепи. Он принимает треугольный линейный сигнал в качестве входного сигнала, а затем изменяет формы треугольных сигналов. Это обеспечивает на выходе синусоидальный сигнал, где верхняя и нижняя часть треугольного сигнала сглаживаются, делая их изогнутыми.


Простая схема преобразователя прямоугольного сигнала в синусоидальный

Значение конденсатора и резистора являются наиболее важными параметрами этой цепи. Поскольку без надлежащего значения конденсатора и резистора постоянная времени RC не будет согласована для конкретной частоты, конденсатор не получит достаточно времени для зарядки или разрядки. Это приводит к искаженному выходу или даже к высокой частоте, резистор будет работать как единственный резистор и может генерировать ту же форму сигнала, что и на входе. Таким образом, значения конденсатора и резистора должны быть выбраны правильно.


Если входную частоту можно изменить, можно выбрать случайное значение конденсатора и резистора и изменить частоту в соответствии с комбинацией. Рекомендуется использовать одинаковое значение конденсатора и резистора для всех каскадов фильтра. Для быстрой зарядки на низких частотах используйте конденсатор с более высоким значением, а для высоких частот выберите конденсатор с более низким значением. Однако если все компоненты R1, R2 и R3 имеют одинаковое значение и все конденсаторы C1, C2, C3 имеют одинаковое значение, конденсатор и резистор можно выбрать с помощью приведенной формулы f = 1/(2π x R x C). Здесь F – частота, R – значение сопротивления в Омах, C – емкость в Фарадах. Ниже приведена схема трехкаскадной интегральной RC-цепи, которая была описана ранее. Однако в схеме используются конденсаторы емкостью 4,7 нФ и резисторы 1 кОм. Это создает приемлемый диапазон частот в диапазоне 33 кГц.


Простая схема преобразователя прямоугольного сигнала в синусоидальный

Для тестирования схемы соберем ее на макетной плате, а для проверки выходного сигнала используем генератор функций и осциллограф. Схема очень проста и, следовательно, ее легко собрать на макетной плате, как вы можете видеть на следующем изображении.


Простая схема преобразователя прямоугольного сигнала в синусоидальный

Для этой демонстрации мы используем генератор функций, и, как вы можете видеть на изображении далее, генератор функций настроен на желаемый выходной сигнал прямоугольной формы 33 кГц.


Простая схема преобразователя прямоугольного сигнала в синусоидальный

Выходной сигнал можно наблюдать на осциллографе. Входной прямоугольный сигнал показан желтым цветом, а выходная синусоида – красным цветом.


Простая схема преобразователя прямоугольного сигнала в синусоидальный



© digitrode.ru




Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.

Комментарии:

Оставить комментарий