คลื่นสี่เหลี่ยมอย่างง่ายเพื่อแปลงคลื่นไซน์

คลื่นจัตุรัสไซน์วงจรแปลงคลื่นเป็นวงจรอนาล็อกสำคัญที่แปลงตารางรูปคลื่นที่จะรูปคลื่นไซน์มีแอพพลิเคชั่นที่หลากหลายในหลาย ๆ ด้านของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เช่นในการดำเนินการทางคณิตศาสตร์อะคูสติกแอปพลิเคชั่นเสียงอินเวอร์เตอร์แหล่งจ่ายไฟตัวกำเนิดฟังก์ชัน ฯลฯ

ในโครงการนี้เราจะพูดถึงวิธีการทำงานของวงจรแปลงคลื่นสี่เหลี่ยมเป็นคลื่นไซน์และวิธีการสร้างโดยใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบพาสซีฟง่ายๆ คุณยังสามารถตรวจสอบวงจรกำเนิดรูปคลื่นอื่น ๆ ตามรายการด้านล่าง

• วงจรกำเนิดคลื่นสี่เหลี่ยม
• วงจรกำเนิดคลื่นไซน์
• วงจรกำเนิดคลื่นสามเหลี่ยม
• วงจรกำเนิดคลื่นฟันเลื่อย

Square to Sine Wave Converter โดยใช้ RC Network

ตัวแปลงคลื่นสี่เหลี่ยมเป็นคลื่นไซน์สามารถสร้างได้โดยใช้ส่วนประกอบแฝง 6 ตัว ได้แก่ ตัวเก็บประจุและตัวต้านทานสามตัว การใช้ตัวเก็บประจุสามตัวและตัวต้านทานสามตัวนี้สามารถสร้างเครือข่าย RC 3 ขั้นตอนที่ใช้คลื่นสี่เหลี่ยมเป็นอินพุทและคลื่นไซน์เป็นเอาต์พุต วงจรเครือข่าย RC ขั้นตอนเดียวอย่างง่ายแสดงไว้ด้านล่าง

ในวงจรข้างต้นตัวกรอง RC แบบขั้นตอนเดียวจะแสดงโดยใช้ตัวต้านทานเดี่ยวและตัวเก็บประจุตัวเดียว วงจรข้างต้นค่อนข้างง่าย ตัวเก็บประจุจะถูกชาร์จขึ้นอยู่กับสถานะของคลื่นสี่เหลี่ยม หากคลื่นสี่เหลี่ยมในอินพุตอยู่ในตำแหน่งสูงตัวเก็บประจุจะถูกชาร์จและถ้าคลื่นสี่เหลี่ยมอยู่ในตำแหน่งต่ำตัวเก็บประจุจะถูกปล่อยออก

คลื่นสัญญาณที่แตกต่างกันเช่นคลื่นสี่เหลี่ยมมีความถี่ขึ้นอยู่กับความถี่นี้ผลลัพธ์ของวงจรจะเปลี่ยนไป เนื่องจากพฤติกรรมของวงจรนี้กรอง RC จะเรียกว่าบูรณาการวงจร RC วงจร Integrator RC เปลี่ยนแปลงสัญญาณขึ้นอยู่กับความถี่และสามารถเปลี่ยนคลื่นสี่เหลี่ยมคลื่นสามเหลี่ยมหรือคลื่นสามเหลี่ยมคลื่นไซน์

แผนภาพวงจรแปลงสี่เหลี่ยมเป็นคลื่นไซน์

ในบทช่วยสอนนี้เรากำลังใช้วงจรรวม RC เหล่านี้ (เครือข่ายตัวกรอง RC) เพื่อแปลงคลื่นสี่เหลี่ยมเป็นคลื่นไซน์ แผนภาพวงจรตัวแปลงที่สมบูรณ์แสดงไว้ด้านล่างและอย่างที่คุณเห็นมีส่วนประกอบแฝงเพียงเล็กน้อยเท่านั้น

วงจรประกอบด้วยวงจรกรอง RC สามขั้นตอน แต่ละขั้นตอนมีความสำคัญในการแปลงของตัวเองมาทำความเข้าใจการทำงานของแต่ละขั้นตอนและวิธีที่มีส่วนช่วยในการแปลงคลื่นสี่เหลี่ยมเป็นคลื่นไซน์โดยดูจากการจำลองรูปคลื่น

หลักการทำงานของ Square Wave Converter

หากต้องการทราบว่าตัวแปลงคลื่นสี่เหลี่ยมเป็นคลื่นไซน์ทำงานอย่างไรเราต้องเข้าใจสิ่งที่เกิดขึ้นในแต่ละขั้นตอนการกรอง RC

ด่านแรก:

ในขั้นตอนเครือข่าย RC แรกจะมีตัวต้านทานแบบอนุกรมและตัวเก็บประจุแบบขนาน เอาต์พุตมีอยู่ในตัวเก็บประจุ ตัวเก็บประจุได้รับการชาร์จผ่านตัวต้านทานในอนุกรม แต่เนื่องจากตัวเก็บประจุเป็นส่วนประกอบที่ขึ้นกับความถี่จึงต้องใช้เวลาในการชาร์จ อย่างไรก็ตามอัตราการชาร์จนี้สามารถกำหนดได้โดยค่าคงที่เวลา RCของตัวกรอง โดยการชาร์จและการคายประจุของตัวเก็บประจุและเนื่องจากเอาต์พุตมาจากตัวเก็บประจุรูปคลื่นจึงขึ้นอยู่กับแรงดันประจุของตัวเก็บประจุเป็นอย่างมาก แรงดันไฟฟ้าประจุในช่วงเวลาค่าใช้จ่ายจะถูกกำหนดโดยด้านล่าง formula-

V _C = V (1 - จ^{- (t / RC)})

และแรงดันไฟฟ้าสามารถกำหนดได้โดย -

V _C = V (อี^{- (t / RC)})

ดังนั้นจากสองสูตรข้างต้นค่าคงที่เวลา RC จึงเป็นปัจจัยสำคัญในการกำหนดจำนวนประจุที่เก็บประจุและปริมาณการคายประจุของตัวเก็บประจุในช่วงเวลาคงที่ RC หากเราเลือกค่าของตัวเก็บประจุเป็น 0.1uF และตัวต้านทานเป็น 100 k-ohms ดังภาพด้านล่างจะมีค่าคงที่ของเวลา 10 mili-seconds

ตอนนี้หากมีการจัดเตรียมคลื่นสี่เหลี่ยมคงที่ 10ms ในตัวกรอง RC นี้รูปคลื่นเอาต์พุตจะเป็นเช่นนี้เนื่องจากการชาร์จและการคายประจุของตัวเก็บประจุในค่าคงที่เวลา RC ที่ 10ms

คลื่นเป็นรูปคลื่นเอ็กซ์โปเนนเชียลรูปพาราโบลา

ขั้นที่สอง:

ตอนนี้การส่งออกของเวทีเครือข่าย RC แรกคือการป้อนข้อมูลของสองเวทีเครือข่าย RC เครือข่าย RC นี้ใช้รูปคลื่นเอ็กซ์โพเนนเชียลรูปพาราโบลาและทำให้เป็นรูปคลื่นสามเหลี่ยม ด้วยการใช้สถานการณ์จำลองการชาร์จและการคายประจุแบบคงที่ RC เดียวกันตัวกรอง RC ขั้นที่สองจะให้ความลาดชันจากน้อยไปมากโดยตรงเมื่อตัวเก็บประจุได้รับการชาร์จและความชันจากมากไปหาน้อยเมื่อตัวเก็บประจุหลุด

ผลลัพธ์ของขั้นตอนนี้คือเอาต์พุตทางลาดซึ่งเป็นคลื่นสามเหลี่ยมที่เหมาะสม

ด่านที่สาม:

ในขั้นตอนเครือข่าย RC ที่สามนี้เอาต์พุตของเครือข่าย RC ที่สองคืออินพุตของเครือข่าย RC ที่สาม ใช้คลื่นสามเหลี่ยมเป็นอินพุตจากนั้นเปลี่ยนรูปร่างของคลื่นสามเหลี่ยม มันเป็นคลื่นไซน์ที่ส่วนบนและล่างของคลื่นสามเหลี่ยมทำให้เรียบแล้วทำให้โค้ง เอาต์พุตค่อนข้างใกล้เคียงกับเอาต์พุตคลื่นไซน์

การเลือกค่า R และ C สำหรับ Square Wave Converter Circuit

ค่าตัวเก็บประจุและตัวต้านทานเป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญที่สุดของวงจรนี้ เนื่องจากหากไม่มีค่าตัวเก็บประจุและค่าตัวต้านทานที่เหมาะสมค่าคงที่เวลา RC จะไม่ถูกจับคู่สำหรับความถี่เฉพาะและตัวเก็บประจุจะไม่มีเวลาเพียงพอในการชาร์จหรือคายประจุ ส่งผลให้เอาต์พุตผิดเพี้ยนหรือแม้กระทั่งที่ความถี่สูงตัวต้านทานจะทำงานเป็นตัวต้านทานเพียงตัวเดียวและสามารถสร้างรูปคลื่นเดียวกันกับที่ได้รับจากอินพุต ดังนั้นต้องเลือกค่าตัวเก็บประจุและตัวต้านทานให้เหมาะสม

หากความถี่อินพุตสามารถเปลี่ยนแปลงได้เราสามารถเลือกตัวเก็บประจุแบบสุ่มและค่าตัวต้านทานและเปลี่ยนความถี่ตามการรวมกัน เป็นการดีที่จะใช้ค่าตัวเก็บประจุและตัวต้านทานเดียวกันสำหรับทุกขั้นตอนการกรอง

สำหรับการอ้างอิงอย่างรวดเร็วที่ความถี่ต่ำให้ใช้ตัวเก็บประจุที่มีค่าสูงกว่าและสำหรับความถี่สูงให้เลือกตัวเก็บประจุที่มีค่าต่ำกว่า อย่างไรก็ตามหากส่วนประกอบทั้งหมด R1, R2 และ R3 มีค่าเท่ากันและตัวเก็บประจุทั้งหมด C1, C2, C3 มีค่าเท่ากันสามารถเลือกตัวเก็บประจุและตัวต้านทานได้โดยใช้สูตรด้านล่างนี้ -

ฉ = 1 / (2π x R x C)

โดยที่ F คือความถี่ R คือค่าความต้านทานในหน่วยโอห์ม C คือความจุใน Farad

แผนผังด้านล่างคือวงจรรวม RC สามขั้นตอนที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้ อย่างไรก็ตามวงจรดังกล่าวใช้ตัวเก็บประจุ 4.7nF และตัวต้านทาน 1 กิโลโอห์ม สิ่งนี้จะสร้างช่วงความถี่ที่ยอมรับได้ในช่วง 33 kHz

การทดสอบ Square to Sine Wave Converter Circuit

แผนผังทำในเขียงหั่นขนมและเครื่องกำเนิดฟังก์ชันพร้อมกับออสซิลโลสโคปจะใช้เพื่อตรวจสอบคลื่นเอาท์พุต หากคุณไม่มีเครื่องกำเนิดฟังก์ชันเพื่อสร้างคลื่นสี่เหลี่ยมคุณสามารถสร้างเครื่องกำเนิดคลื่นสี่เหลี่ยมของคุณเองหรือแม้แต่ Arduino Waveform Generator ซึ่งคุณสามารถใช้สำหรับโครงการที่เกี่ยวข้องกับรูปคลื่นทั้งหมด วงจรนั้นง่ายมากและด้วยเหตุนี้จึงสร้างขึ้นได้อย่างง่ายดายบนเขียงหั่นขนมดังที่คุณเห็นด้านล่าง

สำหรับการสาธิตนี้เราใช้เครื่องกำเนิดฟังก์ชันและดังที่คุณเห็นในภาพด้านล่างเครื่องกำเนิดฟังก์ชันถูกตั้งค่าเป็นเอาต์พุตคลื่นสี่เหลี่ยม 33 kHz ที่ต้องการ

ผลลัพธ์สามารถสังเกตได้บนออสซิลโลสโคปภาพรวมของเอาต์พุตจากขอบเขตดังแสดงด้านล่าง คลื่นสี่เหลี่ยมอินพุตจะแสดงเป็นสีเหลืองและคลื่นไซน์ที่ส่งออกจะแสดงเป็นสีแดง

วงจรทำงานตามที่คาดไว้สำหรับความถี่อินพุตตั้งแต่ 20kHz ถึง 40kHz คุณสามารถดูวิดีโอด้านล่างสำหรับรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับวิธีการทำงานของวงจร หวังว่าคุณจะสนุกกับบทช่วยสอนและเรียนรู้สิ่งที่เป็นประโยชน์ หากคุณมีคำถามใด ๆ ทิ้งไว้ในส่วนความคิดเห็นด้านล่าง หรือคุณสามารถใช้ฟอรัมของเราเพื่อโพสต์คำถามทางเทคนิคอื่น ๆ