简单的方波到正弦波转换器
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方波-正弦波转换电路是将方波转换为正弦波的重要模拟电路。它在电子的许多不同领域具有广泛的应用，例如数学运算，声学，音频应用，逆变器，电源，函数发生器等。
在这个项目中，我们将讨论方波到正弦波转换电路是如何工作的，以及如何使用简单的无源电子元件来构建它。您还可以查看下面列出的其他波形发生器电路。
•方波产生电路
•正弦波产生电路
•三角波产生电路
•锯齿波产生电路
使用RC网络的方波到正弦波转换器
一个方波到正弦波转换器可以使用6个无源元件，即电容器和三个电阻。使用这三个电容和三个电阻，可以构建一个3级RC网络，以方波为输入，正弦波为输出。一个简单的单级RC网络电路如下所示。
在上述电路中，显示了单级RC滤波器，其中使用了单个电阻和单个电容器。上面的电路非常简单。电容器充电取决于方波的状态。如果输入端的方波处于高位，则电容充电，如果输入端的方波处于低位，则电容放电。
一个变化的信号波，如方波有一个频率，根据这个频率，电路的输出会发生变化。由于电路的这种行为，RC滤波器被称为RC积分器电路。RC积分器电路根据频率改变信号输出，可以将方波变为三角波或三角波变为正弦波。
方波到正弦波转换器电路图
在本教程中，我们将使用这些RC积分器电路(RC滤波器网络)将方波转换为正弦波。完整的转换器电路图如下所示，正如您所看到的，它只有很少的无源元件。
该电路由三级RC滤波电路组成。每个级都有自己的转换意义，让我们通过波形仿真来了解每个级的工作原理以及它是如何将方波转换为正弦波的
方波转换器的工作原理
要了解方波到正弦波转换器是如何工作的，需要了解每个RC滤波器级发生了什么。
第一阶段:
在第一个RC网络阶段，它有一个电阻串联和电容器并联。输出可通过电容器。电容器通过串联的电阻充电。但是，由于电容器是一个频率相关的组件，它需要时间来充电。然而，这个电荷率可以由滤波器的RC时间常数决定。通过电容器的充电和放电，并且由于输出来自电容器，因此波形高度依赖于电容器充电电压。充电期间的电容器电压可由下式-确定
VC = V (1 – e-(t/RC))
放电电压可由-确定
VC = V (e-(t/RC))
因此，从上述两个公式中可以看出，RC时间常数是决定电容器存储多少电荷以及在RC时间常数期间电容器放电多少的重要因素。如果我们选择电容的值为0.1uF，电阻器为100 k欧姆，如下图所示，它将具有10毫秒的时间常数。
现在，如果通过RC滤波器提供10ms的恒定方波，则由于电容器在RC时间常数10ms内的充放电，输出波形将是这样的。
波形为抛物线型指数波形。
第二阶段:
现在第一级RC网络的输出就是第二级RC网络的输入。该RC网络取抛物线型指数波形，使之成为三角形波形。通过使用相同的RC恒定充放电场景，第二级RC滤波器在电容器充电时提供一个直线上升的斜率，在电容器放电时提供一个直线下降的斜率。
这个阶段的输出是斜坡输出，一个适当的三角波。
第三阶段:
在这第三个RC网络阶段中，第二个RC网络的输出就是第三个RC网络阶段的输入。它以三角斜坡波作为输入，然后改变三角波的形状。它提供了一个正弦波，其中三角波的上下部分变得平滑，使它们弯曲。输出非常接近正弦波输出。
方波变换电路R、C值的选择
电容和电阻值是该电路最重要的参数。因为，没有适当的电容器和电阻器值，RC时间常数将不匹配一个特定的频率，电容器将没有足够的时间来充电或放电。这将导致失真的输出，甚至在高频时，电阻将作为唯一的电阻工作，并且可以产生与输入端相同的波形。因此，必须正确选择电容器和电阻器的值。
如果输入频率可以改变，那么可以选择一个随机的电容和电阻值，并根据组合改变频率。所有滤波级使用相同的电容和电阻器值是很好的。
作为快速参考，在低频时，使用较高值的电容器，而在高频时，选择较低值的电容器。但是，如果所有元件R1、R2、R3的值相同，并且所有电容器C1、C2、C3的值相同，则可以使用下式-选择电容器和电阻器
f = 1/(2π x R x C)
式中F为频率，R为电阻值，单位为欧姆，C为电容，单位为法拉。
下面的原理图是一个三级RC积分器电路，是前面描述的。然而，该电路使用4.7nF电容器和1千欧姆电阻。这在33 kHz范围内创建了一个可接受的频率范围。
测试我们的方波到正弦波转换电路
原理图是在面包板上制作的，并使用函数发生器和示波器来检查输出波。如果您没有函数生成器来生成方波，您可以构建自己的方波生成器，甚至可以使用Arduino波形生成器用于所有波形相关项目。电路是非常简单的，因此它很容易建立在面包板上，你可以看到下面。
在这个演示中，我们使用了一个函数发生器，如下图所示，函数发生器被设置为所需的33 kHz方波输出。
输出可以在示波器上观察到，下面给出了示波器输出的快照。输入方波用黄色表示，输出正弦波用红色表示。
本文编译自circuitdigest
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