方波转正弦波转换电路是一种重要的模拟电路，可将方波转换为正弦波。它在电子学的许多不同领域都有广泛的应用，例如在数学运算，声学，音频应用，逆变器，电源，函数发生器等方面。
在这个项目中，我们将讨论方波到正弦波转换器电路的工作原理以及如何使用简单的无源电子设备来构建它。您还可以查看下面列出的其他波形发生器电路。
- 方波发生器电路
- 正弦波发生器电路
- 三角波发生器电路
- 锯齿波发生器电路
使用RC网络的方正弦波转换器
可以使用6个无源元件（即电容器和3个电阻器）构建方波到正弦波转换器。使用这三个电容器和三个电阻器，可以构建一个三级RC网络，该网络以方波作为输入，正弦波作为输出。一个简单的单级RC网络电路如下所示。
在上述电路中，示出了单级RC滤波器，其中使用了单个电阻器和单个电容器。上面的电路非常简单。电容器根据方波的状态进行充电。如果输入中的方波处于高位置，则电容器将被充电，而如果方波处于低位置，则电容器将被放电。
诸如方波之类的变化的信号波具有一个频率，取决于该频率，电路的输出会发生变化。由于电路的这种行为，RC滤波器称为RC积分器电路。RC积分器电路根据频率改变信号输出，并可能将方波改变为三角波，或者将三角波改变为正弦波。
方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。下面给出了完整的转换器电路图，并且您可以看到，它只有很少的无源元件。
该电路由三级RC滤波电路组成。每个阶段都有自己的转换意义，通过查看波形仿真，让我们了解每个阶段的工作原理以及它如何将方波转换为正弦波
方波转换器的工作原理
要了解方波到正弦波转换器的工作原理，需要了解每个RC滤波器级中正在发生什么。
第一阶段：
在第一个RC网络阶段，它具有一个串联的电阻和一个并联的电容器。输出可通过电容器获得。电容器通过电阻器串联充电。但是，由于电容器是频率相关的组件，因此充电需要时间。但是，该充电率可以由滤波器的RC时间常数确定。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的充电电压。的期间，充电时间电容电压可以通过下面式-来确定
V C = V（1 – e- （t / RC））
和放电电压可以被确定副
V C = V（e- （t / RC））
因此，根据以上两个公式，RC时间常数是确定电容器存储多少电荷以及在RC时间常数期间对电容器进行多少放电的重要因素。如下图所示，如果将电容器的值选择为0.1uF，将电阻的值选择为100 k-ohm，则其时间常数将为10毫秒。
现在，如果跨此RC滤波器提供10ms的恒定方波，则由于在10ms的RC时间常数中电容器的充电和放电，输出波形将像这样。
该波是抛物线形的指数波形。
第二阶段：
现在，第一个RC网络阶段的输出是第二个RC网络阶段的输入。该RC网络采用抛物线形的指数波形，并使其成为三角波形。通过使用相同的RC恒定充电和放电方案，第二级RC滤波器在电容器充电时提供笔直的上升斜率，而在电容器放电时提供笔直的下降斜率。
该阶段的输出是斜坡输出，即适当的三角波。
第三阶段：
在此第三RC网络阶段中，第二RC网络的输出是第三RC网络阶段的输入。它以三角波作为输入，然后改变三角波的形状。它提供了一个正弦波，三角波的上部和下部平滑了起来，使它们弯曲。输出非常接近正弦波输出。
为方波转换器电路选择R和C值
电容和电阻值是该电路最重要的参数。因为，如果没有合适的电容器和电阻器值，则RC时间常数将无法匹配特定频率，并且电容器将无法获得足够的充电或放电时间。这会导致输出失真，甚至导致高频失真，该电阻将作为唯一的电阻工作，并可能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。
如果可以更改输入频率，则可以选择一个随机的电容和电阻值，然后根据组合来更改频率。对于所有滤波器级，最好使用相同的电容和电阻值。
为了快速参考，在低频时，请使用较大值的电容器；对于高频，请选择较低值的电容器。但是，如果所有组件R1，R2和R3的值相同，并且所有电容器C1，C2，C3的值相同，则可以使用以下公式选择电容器和电阻器–
f = 1 /（2πx R x C）
其中F是频率，R是以欧姆为单位的电阻值，C是以法拉表示的电容。
下面的示意图是先前描述的三级RC积分器电路。但是，该电路使用4.7nF电容器和1千欧电阻。这将在33 kHz范围内创建一个可接受的频率范围。
测试我们的方正弦波转换器电路
该原理图在面包板上制成，函数发生器与示波器一起用于检查输出波。如果您没有函数发生器来生成方波，则可以构建自己的方波发生器，甚至可以构建Arduino波形发生器，将其用于所有与波形相关的项目。该电路非常简单，因此很容易在面包板上构建，如下所示。
在本演示中，我们使用函数发生器，如下图所示，函数发生器设置为所需的33 kHz方波输出。
可以在示波器上观察到输出，示波器的输出快照如下。输入方波以黄色显示，输出正弦波以红色显示。
该电路在20kHz至40kHz的输入频率下可按预期工作，有关该电路如何工作的更多详细信息，请参考下面的视频。希望您喜欢本教程并学到了一些有用的东西。如有任何疑问，请在下面的评论部分中保留。或者，您也可以使用我们的论坛来发布其他技术问题。