- Pretvarač kvadrata u sinusni val pomoću RC mreže
- Dijagram kruga pretvarača kvadrata u sinusni val
- Princip rada pretvarača kvadratnih valova
- Odabir vrijednosti R i C za krug pretvarača kvadratnih valova
- Testiranje našeg kruga pretvarača kvadrata u sinusni val
Krug pretvarača kvadratnog vala u sinusni val važan je analogni krug koji pretvara kvadratne valove u sinusne valove. Ima širok spektar primjena u mnogim različitim područjima elektronike, poput matematičkih operacija, akustike, audio aplikacija, pretvarača, izvora napajanja, generatora funkcija itd.
U ovom ćemo projektu razgovarati o tome kako funkcionira krug pretvarača kvadratnog vala u sinusni val i kako se može izgraditi pomoću jednostavne pasivne elektronike. Također možete provjeriti i druge dolje navedene krugove generatora valnih oblika.
- Krug četvrtastog generatora valova
- Krug generatora sinusnih valova
- Krug generatora valova trokuta
- Cirkularni krug generatora valova
Pretvarač kvadrata u sinusni val pomoću RC mreže
Pretvarač kvadratnog vala u sinusni val može se izgraditi pomoću 6 pasivnih komponenata, naime kondenzatora i tri otpornika. Pomoću ova tri kondenzatora i tri otpornika može se izgraditi trostupanjska RC mreža koja uzima kvadratni val kao ulazni i sinusni val kao izlaz. Jednostavni jednostepeni RC mrežni krug prikazan je u nastavku.
U gornjem krugu prikazan je jednostepeni RC filtar gdje se koristi jedan otpornik i jedan kondenzator. Gornji sklop je prilično jednostavan. Kondenzator se puni ovisno o statusu kvadratnog vala. Ako je kvadratni val na ulazu u visokom položaju, kondenzator će se napuniti, a ako je kvadratni val u niskom položaju, kondenzator se prazni.
Različiti signalni val poput kvadratnog vala ima frekvenciju, ovisno o toj frekvenciji, izlaz krugova se mijenja. Zbog takvog ponašanja kruga, RC filtar naziva se RC integracijski krug. RC integratorski krug mijenja izlazni signal ovisno o frekvenciji i mogao bi kvadratni val promijeniti u trokutasti val ili trokutasti val u sinusni val.
Dijagram kruga pretvarača kvadrata u sinusni val
U ovom uputstvu koristimo ove sklopove RC integratora (mreže RC filtara) za pretvaranje kvadratnog vala u sinusni val. Kompletni dijagram sklopa pretvarača dan je u nastavku i kao što vidite, on ima vrlo malo pasivnih komponenata.
Krug se sastoji od tri faze RC krugova filtra. Svaka faza ima svoj značaj pretvorbe, shvatimo kako funkcionira svaka faza i kako doprinosi pretvaranju kvadratnog vala u sinusni val gledajući simulaciju valnog oblika
Princip rada pretvarača kvadratnih valova
Da bismo znali kako radi pretvarač kvadratnog vala u sinusni val, treba razumjeti što se događa u svakoj fazi RC filtra.
Prva razina:
U prvom stupnju RC mreže ima serijski otpornik i paralelno kondenzator. Izlaz je dostupan preko kondenzatora. Kondenzator se puni preko otpornika u seriji. No, kako je kondenzator komponenta ovisna o frekvenciji, potrebno je vrijeme za punjenje. Međutim, ta se brzina punjenja može odrediti pomoću RC vremenske konstante filtra. Punjenjem i pražnjenjem kondenzatora, a budući da izlaz dolazi iz kondenzatora, valni oblik jako ovisi o naponu punjenja kondenzatora. Napon kondenzatora tijekom vremena punjenja može se odrediti donjom formulom-
V C = V (1 - e - (t / RC))
A napon pražnjenja može se odrediti -
V C = V (e - (t / RC))
Prema tome, iz gornje dvije formule, RC vremenska konstanta važan je čimbenik kako bi se utvrdilo koliko napunjenosti sprema kondenzator, kao i koliko se pražnjenja kondenzatora vrši tijekom RC vremenske konstante. Ako odaberemo vrijednost kondenzatora kao 0,1uF, a otpornik kao 100 k-oma kao što je donja slika, imat će vremensku konstantu od 10 mili-sekundi.
Sada, ako je preko ovog RC filtra osigurano 10 ms konstantnog kvadratnog vala, izlazni valni oblik bit će takav zbog punjenja i pražnjenja kondenzatora u RC vremenskoj konstanti od 10 ms.
Val je eksponencijalni valni oblik paraboličnog oblika.
Druga faza:
Sada je izlaz prvog stupnja RC mreže ulaz drugog stupnja RC mreže. Ova RC mreža uzima eksponencijalni valni oblik paraboličnog oblika i čini ga trokutastim valnim oblikom. Korištenjem istog scenarija konstantnog punjenja i pražnjenja RC, RC filtri drugog stupnja pružaju rastući nagib kad se kondenzator napuni i ravno silazni nagib kad se kondenzator prazni.
Izlaz ove faze je izlaz rampe, pravilan trokutasti val.
Treća faza:
U ovom trećem stupnju RC mreže izlaz druge RC mreže je ulaz trećeg stupnja RC mreže. Trokutasti rampni val uzima kao ulaz, a zatim mijenja oblike trokutastih valova. Pruža sinusni val gdje se gornji i donji dio trokutastog vala zaglađuju čineći ih zakrivljenima. Izlaz je prilično blizak izlazu sinusnog vala.
Odabir vrijednosti R i C za krug pretvarača kvadratnih valova
Vrijednost kondenzatora i otpornika najvažniji je parametar ovog kruga. Jer, bez odgovarajuće vrijednosti kondenzatora i otpornika, RC vremenska konstanta neće se podudarati za određenu frekvenciju i kondenzator neće dobiti dovoljno vremena za punjenje ili pražnjenje. To rezultira izobličenim izlazom ili čak na visokoj frekvenciji, otpor će raditi kao jedini otpornik i mogao bi proizvesti isti valni oblik kakav je dat na ulazu. Dakle, vrijednosti kondenzatora i otpornika moraju se pravilno odabrati.
Ako se ulazna frekvencija može promijeniti, tada se može odabrati slučajna vrijednost kondenzatora i otpornika te se frekvencija mijenja prema kombinaciji. Dobro je koristiti istu vrijednost kondenzatora i otpornika za sve stupnjeve filtra.
Za brzu referencu na niskim frekvencijama upotrijebite kondenzator veće vrijednosti, a za visoke frekvencije odaberite kondenzator niže vrijednosti. Međutim, ako su sve komponente, R1, R2 i R3 iste vrijednosti, a svi kondenzatori C1, C2, C3 iste vrijednosti, kondenzator i otpornik mogu se odabrati pomoću donje formule -
f = 1 / (2π x R x C)
Gdje je F frekvencija, R je vrijednost otpora u ohmima, C je kapacitet u Faradu.
Ispod sheme nalazi se trostupanjski sklop RC integratora koji je prethodno opisan. Međutim, krug koristi kondenzatore od 4,7 nF i otpornike od 1 kilo ohma. To stvara prihvatljivo frekvencijsko područje u rasponu od 33 kHz.
Testiranje našeg kruga pretvarača kvadrata u sinusni val
Shema je izrađena u ploči, a za provjeru izlaznog vala koristi se funkcijski generator zajedno s osciloskopom. Ako nemate generator funkcije za generiranje kvadratnog vala, možete izraditi vlastiti generator kvadratnih valova ili čak Arduino generator valova koji možete koristiti za sve projekte koji se odnose na valove. Sklop je vrlo jednostavan i stoga se lako ugrađuje na ploču kao što možete vidjeti dolje.
Za ovu demonstraciju koristimo generator funkcija i kao što možete vidjeti na donjoj slici, generator funkcije postavljen je na željeni izlazni kvadratni val od 33 kHz.
Izlaz se može promatrati na osciloskopu, snimak izlaza iz opsega dat je u nastavku. Ulazni kvadratni val prikazan je žutom bojom, a izlazni sinusni val crvenom bojom.
Krug je radio kako se očekivalo za ulaznu frekvenciju u rasponu od 20 kHz do 40 kHz, za više detalja o tome kako krug možete pogledati video u nastavku. Nadam se da ste uživali u vodiču i naučili nešto korisno. Ako imate pitanja, ostavite ih u odjeljku za komentare u nastavku. Ili također možete koristiti naše forume za postavljanje drugih tehničkih pitanja.