- Convertidor de onda cuadrada a sinusoidal usando RC Network
- Diagrama de circuito del convertidor de onda cuadrada a sinusoidal
- Principio de funcionamiento del convertidor de onda cuadrada
- Selección de valores R y C para el circuito convertidor de onda cuadrada
- Prueba de nuestro circuito convertidor de onda cuadrada a sinusoidal
El circuito convertidor de onda cuadrada a onda sinusoidal es un circuito analógico importante que convierte formas de onda cuadradas en formas de onda sinusoidal. Tiene un amplio espectro de aplicaciones en muchas áreas diferentes de la electrónica, como en operaciones matemáticas, acústica, aplicaciones de audio, inversores, fuente de alimentación, generador de funciones, etc.
En este proyecto, discutiremos cómo funciona un circuito convertidor de onda cuadrada a onda sinusoidal y cómo se puede construir usando electrónica pasiva simple. También puede consultar otros circuitos generadores de formas de onda que se enumeran a continuación.
- Circuito generador de onda cuadrada
- Circuito generador de onda sinusoidal
- Circuito generador de ondas triangulares
- Circuito generador de ondas de diente de sierra
Convertidor de onda cuadrada a sinusoidal usando RC Network
Se puede construir un convertidor de onda cuadrada a onda sinusoidal utilizando 6 componentes pasivos, a saber, condensadores y tres resistencias. Usando estos tres condensadores y tres resistencias, se puede construir una red RC de 3 etapas que toma una onda cuadrada como entrada y una onda sinusoidal como salida. A continuación se muestra un circuito de red RC de una sola etapa.
En el circuito anterior, se muestra un filtro RC de una sola etapa donde se usa una sola resistencia y un solo capacitor. El circuito anterior es bastante simple. El condensador se carga según el estado de la onda cuadrada. Si la onda cuadrada en la entrada está en una posición alta, el capacitor se cargará, y si la onda cuadrada está en una posición baja, el capacitor se descarga.
Una onda de señal variable, como una onda cuadrada, tiene una frecuencia, dependiendo de esta frecuencia, la salida de los circuitos cambia. Debido a este comportamiento del circuito, el filtro RC se denomina circuito integrador RC. Un circuito integrador RC cambia la salida de la señal según la frecuencia y podría cambiar la onda cuadrada a una onda triangular o la onda triangular a una onda sinusoidal.
Diagrama de circuito del convertidor de onda cuadrada a sinusoidal
En este tutorial, usamos estos circuitos integradores RC (redes de filtros RC) para convertir ondas cuadradas en ondas sinusoidales. El diagrama completo del circuito del convertidor se muestra a continuación y, como puede ver, solo tiene muy pocos componentes pasivos.
El circuito consta de tres etapas de circuitos de filtro RC. Cada etapa tiene su propio significado de conversión, comprendamos el funcionamiento de cada etapa y cómo contribuye a convertir la onda cuadrada en onda sinusoidal al observar la simulación de forma de onda
Principio de funcionamiento del convertidor de onda cuadrada
Para saber cómo funciona el convertidor de onda cuadrada a onda sinusoidal, es necesario comprender qué está sucediendo en cada etapa del filtro RC.
Primera etapa:
En la primera etapa de la red RC, tiene una resistencia en serie y un condensador en paralelo. La salida está disponible a través del condensador. El condensador se carga a través de la resistencia en serie. Pero, como el condensador es un componente que depende de la frecuencia, lleva tiempo cargarse. Sin embargo, esta tasa de carga se puede determinar mediante la constante de tiempo RC del filtro. Al cargar y descargar el capacitor, y dado que la salida proviene del capacitor, la forma de onda depende en gran medida del voltaje de carga del capacitor. El voltaje del capacitor durante el tiempo de carga se puede determinar mediante la siguiente fórmula:
V C = V (1 - e - (t / RC))
Y el voltaje de descarga se puede determinar mediante:
V C = V (e - (t / RC))
Por lo tanto, a partir de las dos fórmulas anteriores, la constante de tiempo RC es un factor importante para determinar cuánta carga almacena el capacitor, así como cuánta descarga se realiza para el capacitor durante una constante de tiempo RC. Si seleccionamos el valor del capacitor como 0.1uF y el resistor como 100 k-ohms como la imagen de abajo, tendrá una constante de tiempo de 10 mili-segundos.
Ahora, si se proporcionan 10 ms de una onda cuadrada constante a través de este filtro RC, la forma de onda de salida será así debido a la carga y descarga del condensador en la constante de tiempo RC de 10 ms.
La onda es la forma de onda exponencial de forma parabólica.
Segunda etapa:
Ahora, la salida de la primera etapa de la red RC es la entrada de la segunda etapa de la red RC. Esta red RC toma la forma de onda exponencial de forma parabólica y la convierte en una forma de onda triangular. Al utilizar el mismo escenario de carga y descarga constante RC, los filtros RC de la segunda etapa proporcionan una pendiente ascendente recta cuando el capacitor se carga y una pendiente descendente recta cuando se descarga el capacitor.
La salida de esta etapa es la salida de la rampa, una onda triangular adecuada.
Tercera etapa:
En esta tercera etapa de la red RC, la salida de la segunda red RC es la entrada de la tercera etapa de la red RC. Toma la onda de rampa triangular como entrada y luego cambia las formas de las ondas triangulares. Proporciona una onda sinusoidal donde la parte superior e inferior de la onda triangular se suavizan haciéndolas curvas. La salida está bastante cerca de una salida de onda sinusoidal.
Selección de valores R y C para el circuito convertidor de onda cuadrada
El valor del condensador y la resistencia es el parámetro más importante de este circuito. Porque, sin el condensador y el valor de resistencia adecuados, la constante de tiempo RC no coincidirá con una frecuencia en particular y el condensador no tendrá suficiente tiempo para cargarse o descargarse. Esto da como resultado una salida distorsionada o incluso a alta frecuencia, la resistencia funcionará como una única resistencia y podría producir la misma forma de onda que se dio a través de la entrada. Por lo tanto, los valores de los condensadores y resistencias deben elegirse correctamente.
Si se puede cambiar la frecuencia de entrada, entonces se puede elegir un condensador aleatorio y un valor de resistencia y cambiar la frecuencia de acuerdo con la combinación. Es bueno usar el mismo valor de condensador y resistencia para todas las etapas del filtro.
Para una referencia rápida, a bajas frecuencias, use un capacitor de valor más alto, y para altas frecuencias, elija un capacitor de menor valor. Sin embargo, si todos los componentes, R1, R2 y R3 tienen el mismo valor y todos los capacitores C1, C2, C3 tienen el mismo valor, el capacitor y la resistencia se pueden seleccionar usando la siguiente fórmula:
f = 1 / (2π x R x C)
Donde F es la frecuencia, R es el valor de resistencia en ohmios, C es la capacitancia en Faradios.
El siguiente esquema es un circuito integrador RC de tres etapas que se describe anteriormente. Sin embargo, el circuito utiliza condensadores de 4.7nF y resistencias de 1 kiloohmio. Esto crea un rango de frecuencia aceptable en el rango de 33 kHz.
Prueba de nuestro circuito convertidor de onda cuadrada a sinusoidal
El esquema se realiza en una placa de pruebas y se utiliza un generador de funciones junto con un osciloscopio para verificar la onda de salida. Si no tiene un generador de funciones para generar la onda cuadrada, puede construir su propio generador de ondas cuadradas o incluso un generador de formas de onda Arduino que puede utilizar para todos los proyectos relacionados con formas de onda. El circuito es muy simple y, por lo tanto, se construye fácilmente en la placa de pruebas, como puede ver a continuación.
Para esta demostración, estamos usando un generador de funciones y, como puede ver en la imagen de abajo, el generador de funciones está configurado en la salida de onda cuadrada de 33 kHz deseada.
La salida se puede observar en un osciloscopio; a continuación, se muestra una instantánea de la salida del osciloscopio. La onda cuadrada de entrada se muestra en color amarillo y la onda sinusoidal de salida se muestra en color rojo.
El circuito funcionó como se esperaba para una frecuencia de entrada que variaba de 20 kHz a 40 kHz. Puede consultar el video a continuación para obtener más detalles sobre cómo funciona el circuito. Espero que hayas disfrutado del tutorial y hayas aprendido algo útil. Si tiene alguna pregunta, déjela en la sección de comentarios a continuación. O también puede utilizar nuestros foros para publicar otras preguntas técnicas.