方波-正弦波轉(zhuǎn)換電路是將方波轉(zhuǎn)換為正弦波的重要模擬電路。它在電子的許多不同領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，例如數(shù)學(xué)運算，聲學(xué)，音頻應(yīng)用，逆變器，電源，函數(shù)發(fā)生器等。

在這個項目中，我們將討論方波到正弦波轉(zhuǎn)換電路是如何工作的，以及如何使用簡單的無源電子元件來構(gòu)建它。您還可以查看下面列出的其他波形發(fā)生器電路。

?方波產(chǎn)生電路

?正弦波產(chǎn)生電路

?三角波產(chǎn)生電路

?鋸齒波產(chǎn)生電路

使用RC網(wǎng)絡(luò)的方波到正弦波轉(zhuǎn)換器

一個方波到正弦波轉(zhuǎn)換器可以使用6個無源元件，即電容器和三個電阻。使用這三個電容和三個電阻，可以構(gòu)建一個3級RC網(wǎng)絡(luò)，以方波為輸入，正弦波為輸出。一個簡單的單級RC網(wǎng)絡(luò)電路如下所示。

在上述電路中，顯示了單級RC濾波器，其中使用了單個電阻和單個電容器。上面的電路非常簡單。電容器充電取決于方波的狀態(tài)。如果輸入端的方波處于高位，則電容充電，如果輸入端的方波處于低位，則電容放電。

一個變化的信號波，如方波有一個頻率，根據(jù)這個頻率，電路的輸出會發(fā)生變化。由于電路的這種行為，RC濾波器被稱為RC積分器電路。RC積分器電路根據(jù)頻率改變信號輸出，可以將方波變?yōu)槿遣ɑ蛉遣ㄗ優(yōu)檎也ā?

方波到正弦波轉(zhuǎn)換器電路圖

在本教程中，我們將使用這些RC積分器電路(RC濾波器網(wǎng)絡(luò))將方波轉(zhuǎn)換為正弦波。完整的轉(zhuǎn)換器電路圖如下所示，正如您所看到的，它只有很少的無源元件。

該電路由三級RC濾波電路組成。每個級都有自己的轉(zhuǎn)換意義，讓我們通過波形仿真來了解每個級的工作原理以及它是如何將方波轉(zhuǎn)換為正弦波的

方波轉(zhuǎn)換器的工作原理

要了解方波到正弦波轉(zhuǎn)換器是如何工作的，需要了解每個RC濾波器級發(fā)生了什么。

第一階段:

在第一個RC網(wǎng)絡(luò)階段，它有一個電阻串聯(lián)和電容器并聯(lián)。輸出可通過電容器。電容器通過串聯(lián)的電阻充電。但是，由于電容器是一個頻率相關(guān)的組件，它需要時間來充電。然而，這個電荷率可以由濾波器的RC時間常數(shù)決定。通過電容器的充電和放電，并且由于輸出來自電容器，因此波形高度依賴于電容器充電電壓。充電期間的電容器電壓可由下式-確定

VC = V (1 – e-(t/RC))

放電電壓可由-確定

VC = V (e-(t/RC))

因此，從上述兩個公式中可以看出，RC時間常數(shù)是決定電容器存儲多少電荷以及在RC時間常數(shù)期間電容器放電多少的重要因素。如果我們選擇電容的值為0.1uF，電阻器為100 k歐姆，如下圖所示，它將具有10毫秒的時間常數(shù)。

現(xiàn)在，如果通過RC濾波器提供10ms的恒定方波，則由于電容器在RC時間常數(shù)10ms內(nèi)的充放電，輸出波形將是這樣的。

波形為拋物線型指數(shù)波形。

第二階段:

現(xiàn)在第一級RC網(wǎng)絡(luò)的輸出就是第二級RC網(wǎng)絡(luò)的輸入。該RC網(wǎng)絡(luò)取拋物線型指數(shù)波形，使之成為三角形波形。通過使用相同的RC恒定充放電場景，第二級RC濾波器在電容器充電時提供一個直線上升的斜率，在電容器放電時提供一個直線下降的斜率。

這個階段的輸出是斜坡輸出，一個適當(dāng)?shù)娜遣ā?

第三階段:

在這第三個RC網(wǎng)絡(luò)階段中，第二個RC網(wǎng)絡(luò)的輸出就是第三個RC網(wǎng)絡(luò)階段的輸入。它以三角斜坡波作為輸入，然后改變?nèi)遣ǖ男螤睢Ｋ峁┝艘粋€正弦波，其中三角波的上下部分變得平滑，使它們彎曲。輸出非常接近正弦波輸出。

方波變換電路R、C值的選擇

電容和電阻值是該電路最重要的參數(shù)。因為，沒有適當(dāng)?shù)碾娙萜骱碗娮杵髦?，RC時間常數(shù)將不匹配一個特定的頻率，電容器將沒有足夠的時間來充電或放電。這將導(dǎo)致失真的輸出，甚至在高頻時，電阻將作為唯一的電阻工作，并且可以產(chǎn)生與輸入端相同的波形。因此，必須正確選擇電容器和電阻器的值。

如果輸入頻率可以改變，那么可以選擇一個隨機(jī)的電容和電阻值，并根據(jù)組合改變頻率。所有濾波級使用相同的電容和電阻器值是很好的。

作為快速參考，在低頻時，使用較高值的電容器，而在高頻時，選擇較低值的電容器。但是，如果所有元件R1、R2、R3的值相同，并且所有電容器C1、C2、C3的值相同，則可以使用下式-選擇電容器和電阻器

f = 1/(2π x R x C)

式中F為頻率，R為電阻值，單位為歐姆，C為電容，單位為法拉。

下面的原理圖是一個三級RC積分器電路，是前面描述的。然而，該電路使用4.7nF電容器和1千歐姆電阻。這在33 kHz范圍內(nèi)創(chuàng)建了一個可接受的頻率范圍。

測試我們的方波到正弦波轉(zhuǎn)換電路

原理圖是在面包板上制作的，并使用函數(shù)發(fā)生器和示波器來檢查輸出波。如果您沒有函數(shù)生成器來生成方波，您可以構(gòu)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關(guān)項目。電路是非常簡單的，因此它很容易建立在面包板上，你可以看到下面。

在這個演示中，我們使用了一個函數(shù)發(fā)生器，如下圖所示，函數(shù)發(fā)生器被設(shè)置為所需的33 kHz方波輸出。

輸出可以在示波器上觀察到，下面給出了示波器輸出的快照。輸入方波用黃色表示，輸出正弦波用紅色表示。

本文編譯自circuitdigest