Yksinkertainen neliöaalto siniaaltomuuntimeksi

Neliöaalto siniaaltomuunninpiiriksi on tärkeä analoginen piiri, joka muuntaa neliöaaltomuodot siniaaltoiksi. Sillä on laaja kirjo sovelluksia monilla eri elektroniikan alueilla, kuten matemaattisissa operaatioissa, akustiikassa, äänisovelluksissa, inverttereissä, virtalähteessä, toimintageneraattorissa jne.

Tässä projektissa keskustelemme siitä, miten neliöaaltojen ja aaltojen muunninpiiri toimii ja miten se voidaan rakentaa yksinkertaisen passiivisen elektroniikan avulla. Voit myös tarkistaa muita alla lueteltuja aaltomuodon generaattoripiirejä.

• Neliöaaltogeneraattorin piiri
• Siniaalto-generaattorin piiri
• Kolmion aaltogeneraattorin piiri
• Saha-aaltogeneraattorin piiri

Neliö-siniaalto-muunnin RC-verkkoa käyttämällä

Neliöaalto siniaalto -muuntimeen voidaan rakentaa käyttämällä 6 passiivista komponenttia, nimittäin kondensaattoreita ja kolmea vastusta. Näiden kolmen kondensaattorin ja kolmen vastuksen avulla voidaan rakentaa 3-vaiheinen RC-verkko, joka ottaa neliöaallon sisääntuloksi ja siniaallon ulostuloksi. Yksinkertainen yksivaiheinen RC-verkkopiiri on esitetty alla.

Yllä olevassa piirissä näytetään yksivaiheinen RC-suodatin, jossa käytetään yhtä vastusta ja yhtä kondensaattoria. Yllä oleva piiri on melko yksinkertainen. Kondensaattori latautuu neliöaallon tilasta riippuen. Jos tulon neliöaalto on korkeassa asennossa, kondensaattori latautuu ja jos neliöaalto on matalassa asennossa, kondensaattori purkautuu.

Vaihtelevalla signaaliaallolla, kuten neliöaallolla, on taajuus, tästä taajuudesta riippuen piirien lähtö muuttuu. Piirin tämän käyttäytymisen vuoksi RC-suodatinta kutsutaan RC-integraattoripiiriksi. RC-integraattoripiiri muuttaa signaalilähdön taajuudesta riippuen ja voi muuttaa neliöaallon kolmion aalloksi tai kolmion aallon siniaalloksi.

Neliö-siniaalto-muunnin -piirikaavio

Tässä opetusohjelmassa käytämme näitä RC-integraattoripiirejä (RC-suodatinverkot) neliöaallon muuntamiseksi siniaalloksi. Täydellinen muuntimen piirikaavio on annettu alla, ja kuten näette, siinä on vain hyvin vähän passiivisia komponentteja.

Piiri koostuu kolmesta RC-suodatinpiirin vaiheesta. Jokaisella vaiheella on oma muunnosmerkityksensä, ymmärretään jokaisen vaiheen toiminta ja miten se vaikuttaa neliöaallon muuntamiseen siniaalloksi tarkastelemalla aaltomuodon simulointia

Neliöaalto-muuntimen toimintaperiaate

Jos haluat tietää, miten neliöaalto siniaaltomuuntimeksi toimii, on ymmärrettävä, mitä kussakin RC-suodatinvaiheessa tapahtuu.

Ensimmäinen taso:

Että ensimmäinen RC-vaiheessa, se on vastus sarjaan ja kondensaattorin rinnakkain. Lähtö on käytettävissä kondensaattorin poikki. Kondensaattori latautuu vastuksen kautta sarjaan. Mutta koska kondensaattori on taajuudesta riippuva komponentti, lataaminen vie aikaa. Tämä latausnopeus voidaan kuitenkin määrittää suodattimen RC-aikavakion avulla. Lataamalla ja purkaamalla kondensaattoria ja koska lähtö tulee kondensaattorista, aaltomuoto riippuu suuresti kondensaattorin latausjännitteestä. Kondensaattori jännite aikana latausaika voidaan määrittää alla kaavaa-

V _C = V (1 - e ^{- (t / RC)})

Ja purkausjännite voidaan määrittää -

V _C = V (e ^{- (t / RC)})

Siksi edellä olevista kahdesta kaavasta RC-aikavakio on tärkeä tekijä sen määrittämiseksi, kuinka paljon varausta kondensaattori varastoi ja kuinka paljon purkautumista kondensaattorille tehdään RC-aikavakion aikana. Jos valitsemme kondensaattorin arvoksi 0,1uF ja vastuksen arvoksi 100 k-ohmia kuten alla olevassa kuvassa, sen aikavakio on 10 milisekuntia.

Jos tämän RC-suodattimen yli annetaan 10 ms vakio-neliöaaltoa, lähtöaaltomuoto on tällainen johtuen kondensaattorin lataamisesta ja purkamisesta RC-aikavakiossa 10 ms.

Aalto on parabolisen muotoinen eksponentiaalinen aaltomuoto.

Toinen taso:

Ensimmäisen RC-verkkoportaan lähtö on nyt toisen RC-verkkoportaan tulo. Tämä RC-verkko ottaa parabolisen muotoisen eksponentiaalisen aaltomuodon ja tekee siitä kolmion muotoisen aaltomuodon. Käyttämällä samaa RC: n jatkuvan latauksen ja purkamisen skenaariota toisen vaiheen RC-suodattimet tarjoavat suoran nousevan kaltevuuden, kun kondensaattori latautuu, ja suoran laskevan kaltevuuden, kun kondensaattori purkautuu.

Tämän vaiheen lähtö on rampin lähtö, oikea kolmion muotoinen aalto.

Kolmas vaihe:

Tässä kolmannessa RC-verkkovaiheessa toisen RC-verkon lähtö on kolmannen RC-verkon vaiheen tulo. Se käyttää tulona kolmiomaisen ramppiaallon ja muuttaa sitten kolmion muotoisten aaltojen muotoja. Se tarjoaa siniaallon, jossa kolmion aallon ylä- ja alaosa tasoittuvat ja tekevät niistä kaarevat. Lähtö on melko lähellä siniaaltolähtöä.

R- ja C-arvojen valinta neliöaaltomuunninpiirille

Kondensaattorin ja vastuksen arvo ovat tämän piirin tärkein parametri. Koska ilman asianmukaista kondensaattorin ja vastuksen arvoa RC-aikavakio ei sovi yhteen tiettyyn taajuuteen ja kondensaattori ei saa tarpeeksi aikaa latautua tai purkaa. Tämä johtaa vääristyneeseen lähtöön tai jopa suurella taajuudella, vastus toimii ainoana vastuksena ja voi tuottaa saman aaltomuodon kuin se annettiin tulon yli. Joten kondensaattorin ja vastuksen arvot on valittava oikein.

Jos tulotaajuutta voidaan muuttaa, voidaan valita satunnainen kondensaattorin ja vastuksen arvo ja muuttaa taajuutta yhdistelmän mukaan. On hyvä käyttää samaa kondensaattorin ja vastuksen arvoa kaikissa suodatinvaiheissa.

Nopeasti, alhaisilla taajuuksilla, käytä korkeamman arvon kondensaattoria ja korkeille taajuuksille valitse pienempi arvo kondensaattori. Jos kaikki komponentit R1, R2 ja R3 ovat kuitenkin samanarvoisia ja kaikki kondensaattorit C1, C2, C3 ovat samanarvoisia, kondensaattori ja vastus voidaan valita seuraavalla kaavalla -

f = 1 / (2π x R x C)

Missä F on taajuus, R on vastusarvo ohmina, C on kapasitanssi Faradissa.

Kaavion alapuolella on kolmivaiheinen RC-integraattoripiiri, joka on kuvattu aiemmin. Piiri käyttää kuitenkin 4,7 nF kondensaattoreita ja 1 kilo-ohmin vastuksia. Tämä luo hyväksyttävän taajuusalueen 33 kHz: n alueelle.

Testaamme neliö-siniaalto-muunninpiirimme

Kaavio tehdään leipätaululle ja toimintageneraattoria yhdessä oskilloskoopin kanssa käytetään lähtöaallon tarkistamiseen. Jos sinulla ei ole Toiminto-generaattoria neliöaallon tuottamiseen, voit joko rakentaa oman neliöaaltogeneraattorin tai jopa Arduino-aaltomuodon generaattorin, jota voit käyttää kaikissa aaltomuotoon liittyvissä projekteissa. Piiri on hyvin yksinkertainen ja siten se on helposti rakennettu leipälaudalle, kuten alla näkyy.

Tässä esittelyssä käytämme funktiogeneraattoria, ja kuten alla olevasta kuvasta näet, funktiogeneraattori asetetaan haluttuun 33 kHz: n neliöaaltolähtöön.

Lähtö voidaan havaita oskilloskoopilla, alla on kuva tilannekatsauksesta. Syötetty neliöaalto näytetään keltaisella ja lähtö siniaalto punaisella.

Piiri toimi odotetusti tulotaajuudelle, joka vaihtelee välillä 20 kHz - 40 kHz, alla olevasta videosta saat lisätietoja piirin toiminnasta. Toivottavasti pidit opetusohjelmasta ja opit jotain hyödyllistä. Jos sinulla on kysyttävää, jätä ne alla olevaan kommenttiosioon. Tai voit myös käyttää foorumeitamme muiden teknisten kysymysten lähettämiseen.