- Convertidor d'ona quadrada a sinusoïdal mitjançant RC Network
- Esquema del circuit del convertidor d’ona quadrada a sinusoïdal
- Principi de funcionament del convertidor d'ona quadrada
- Selecció de valors R i C per al circuit del convertidor d’ones quadrades
- Provant el nostre circuit de convertidors d’ona quadrada a sinusoïdal
El circuit convertidor d' ona quadrada a sinusoïdal és un important circuit analògic que converteix les formes d'ona quadrades en formes d'ona sinusoïdal. Té un ampli espectre d’aplicacions en moltes àrees diferents de l’electrònica, com en operacions matemàtiques, acústica, aplicacions d’àudio, inversors, font d’energia, generador de funcions, etc.
En aquest projecte, discutirem com funciona un circuit convertidor d’ona quadrada a ona sinusoïdal i com es pot construir mitjançant electrònica passiva senzilla. També podeu consultar altres circuits generadors de formes d'ona que s'enumeren a continuació.
- Circuit de generador d’ona quadrada
- Circuit del generador d’ones sinuses
- Circuit generador d’ones triangulars
- Circuit del generador d’ones de dents de serra
Convertidor d'ona quadrada a sinusoïdal mitjançant RC Network
Es pot construir un convertidor d’ona quadrada a ona sinusoïdal mitjançant 6 components passius, és a dir, condensadors i tres resistències. Utilitzant aquests tres condensadors i tres resistències, es pot construir una xarxa RC de 3 etapes que prengui una ona quadrada com a entrada i una ona sinusoïdal com a sortida. A continuació es mostra un circuit de xarxa RC simple etapa.
En el circuit anterior, es mostra un filtre RC d' una sola etapa on s'utilitza una sola resistència i un condensador únic. El circuit anterior és força senzill. El condensador es carrega en funció de l'estat de l'ona quadrada. Si l'ona quadrada de l'entrada està en una posició alta, el condensador es carregarà i, si l'ona quadrada es troba en una posició baixa, el condensador es descarrega.
Una ona de senyal variable, com ara una ona quadrada, té una freqüència, depenent d’aquesta freqüència, la sortida dels circuits canvia. A causa d’aquest comportament del circuit, el filtre RC s’anomena circuit integrador RC. Un circuit integrador de RC canvia la sortida del senyal en funció de la freqüència i pot canviar l’ ona quadrada a una ona triangular o l’ona triangular a una ona sinusoïdal.
Esquema del circuit del convertidor d’ona quadrada a sinusoïdal
En aquest tutorial, estem utilitzant aquests circuits integradors de RC (xarxes de filtres RC) per convertir ona quadrada en ona sinusoïdal. A continuació es mostra el diagrama complet del circuit del convertidor i, com podeu veure, només té molt pocs components passius.
El circuit consta de tres etapes de circuits de filtre RC. Cada etapa té el seu propi significat de conversió, entenem el funcionament de cada etapa i com contribueix a convertir l’ona quadrada en ona sinusoïdal mirant la simulació de la forma d’ona
Principi de funcionament del convertidor d'ona quadrada
Per saber com funciona el convertidor d’ona quadrada a ona sinusoïdal, cal entendre què passa a cada etapa de filtre RC.
Primera etapa:
A la primera etapa de xarxa RC, té una resistència en sèrie i un condensador en paral·lel. La sortida està disponible a través del condensador. El condensador es carrega a través de la resistència en sèrie. Però, com que el condensador és un component dependent de la freqüència, es necessita temps per carregar-se. No obstant això, aquesta taxa de càrrega es pot determinar per la constant de temps RC del filtre. En carregar i descarregar el condensador, i atès que la sortida prové del condensador, la forma d'ona depèn molt de la tensió de càrrega del condensador. La tensió del condensador durant el temps de càrrega es pot determinar mitjançant la fórmula següent:
V C = V (1 - e - (t / RC))
I el voltatge de descàrrega es pot determinar per…
V C = V (e - (t / RC))
Per tant, a partir de les dues fórmules anteriors, la constant de temps RC és un factor important per determinar la quantitat de càrrega que emmagatzema el condensador, així com la quantitat de descàrrega que es fa per al condensador durant una constant de temps RC. Si seleccionem el valor del condensador com a 0,1uF i la resistència com a 100 k-ohms com la imatge següent, tindrà una constant de temps de 10 mili-segons.
Ara, si es proporciona un 10ms d'una ona quadrada constant a través d'aquest filtre RC, la forma d'ona de sortida serà així a causa de la càrrega i descàrrega del condensador a la constant de temps RC de 10ms.
L’ona és la forma d’ona exponencial de forma parabòlica.
Segona etapa:
Ara la sortida de la primera etapa de xarxa RC és l'entrada de la segona etapa de xarxa RC. Aquesta xarxa RC adopta la forma d’ona exponencial de forma parabòlica i la converteix en una forma d’ona triangular. En utilitzar el mateix escenari de càrrega i descàrrega constant de RC, els filtres RC de la segona etapa proporcionen una pendent ascendent recta quan es carrega el condensador i un pendent descendent recta quan es descarrega el condensador.
La sortida d’aquesta etapa és la sortida de rampa, una ona triangular adequada.
Tercera etapa:
En aquesta tercera etapa de xarxa RC, la sortida de la segona xarxa RC és l'entrada de la tercera etapa de xarxa RC. Pren l’ona de la rampa triangular com a entrada i després canvia les formes de les ones triangulars. Proporciona una ona sinusoïdal on la porció superior i inferior de l’ona triangular es suavitzen fent-les corbes. La sortida és força propera a una sortida d'ona sinusoïdal.
Selecció de valors R i C per al circuit del convertidor d’ones quadrades
El valor del condensador i la resistència és el paràmetre més important d’aquest circuit. Com que, sense el valor adequat del condensador i de la resistència, la constant de temps de RC no coincidirà amb una freqüència determinada i el condensador no obtindrà prou temps per carregar-se o descarregar-se. Això resulta en una sortida distorsionada o fins i tot a alta freqüència, la resistència funcionarà com a única resistència i podria produir la mateixa forma d'ona que es va donar a l'entrada. Per tant, els valors del condensador i de la resistència s’han de triar correctament.
Si es pot canviar la freqüència d’entrada, es pot triar un condensador i un valor de resistència aleatoris i canviar la freqüència segons la combinació. És bo utilitzar el mateix valor de condensador i resistència per a totes les etapes del filtre.
Per obtenir una referència ràpida, a freqüències baixes, utilitzeu un condensador de valor superior i, per a freqüències altes, trieu un condensador de valor inferior. Tanmateix, si tots els components, R1, R2 i R3 tenen el mateix valor i tots els condensadors C1, C2, C3 tenen el mateix valor, es pot seleccionar el condensador i la resistència mitjançant la fórmula següent:
f = 1 / (2π x R x C)
On F és la freqüència, R és el valor de resistència en ohms, C és la capacitat de Farad.
A continuació es mostra un circuit integrador de RC de tres etapes que es descriu anteriorment. Tot i això, el circuit utilitza condensadors de 4,7 nF i resistències d’1 quilo-ohm. Això crea un interval de freqüència acceptable en el rang de 33 kHz.
Provant el nostre circuit de convertidors d’ona quadrada a sinusoïdal
L'esquema es fa en una taula de treball i s'utilitza un generador de funcions juntament amb un oscil·loscopi per comprovar l'ona de sortida. Si no teniu un generador de funcions per generar l'ona quadrada, podeu construir el vostre propi generador d'ones quadrades o fins i tot un generador de formes d'ona Arduino que podeu utilitzar per a tots els projectes relacionats amb la forma d'ona. El circuit és molt senzill i, per tant, es construeix fàcilment a la taula de tall, tal com es pot veure a continuació.
Per a aquesta demostració, estem utilitzant un generador de funcions i, com podeu veure a la imatge següent, el generador de funcions s’estableix a la sortida d’ona quadrada desitjada de 33 kHz.
La sortida es pot observar en un oscil·loscopi; a continuació es mostra una instantània de la sortida de l’abast. L'ona quadrada d'entrada es mostra en color groc i l'ona sinusoïdal de sortida es mostra en color vermell.
El circuit va funcionar tal i com s’esperava per a una freqüència d’entrada que oscil·lava entre 20kHz i 40kHz. Podeu consultar el vídeo següent per obtenir més detalls sobre el funcionament del circuit. Espero que us hagi agradat el tutorial i hàgiu après alguna cosa útil. Si teniu cap pregunta, deixeu-les a la secció de comentaris a continuació. O també podeu utilitzar els nostres fòrums per publicar altres qüestions tècniques.