Was ist ein Rechteckwellengenerator: Schaltplan & Vorteile

Inhaltsverzeichnis

Rechteckwellengenerator | Rechtecksignalgenerator

Was ist ein Rechteckgenerator?

Ein Rechteckwellengenerator ist ein nicht-sinusförmiger Oszillator, der Rechteckwellen erzeugen kann. Die Schmitt-Triggerschaltung ist eine Implementierung von Rechteckwellengeneratoren. Ein anderer Name für den Rechteckwellengenerator ist ein Astable oder ein freilaufender Multivibrator.

Rechteckwellengeneratorschaltung | Rechtecksignalgeneratorschaltung

Rechteck- und Dreieckwellengenerator | Rechteck- und Dreieckwellengenerator mit Operationsverstärker

Rechteckwellengenerator mit Operationsverstärker

Ein Rechteckwellengenerator mit einem Operationsverstärker wird auch als astabiler Multivibrator bezeichnet. Wenn ein Operationsverstärker gezwungen wird, im Sättigungsbereich zu arbeiten, erzeugt er Rechteckwellen. Der Ausgang des Operationsverstärkers pendelt zwischen der positiven und der negativen Sättigung und erzeugt Rechteckwellen. Deshalb wird die Operationsverstärkerschaltung hier auch als freilaufender Multivibrator bezeichnet.

Rechteckwellengenerator funktioniert

Die Schaltung des Operationsverstärkers enthält einen Kondensator, Widerstände und einen Spannungsteiler. Der Kondensator C und der Widerstand R sind mit der invertierenden Klemme verbunden, wie in Abbildung 1 gezeigt. Die nicht invertierende Klemme ist mit einem Spannungsteilernetzwerk mit Widerständen R . verbunden₁ und R₂. Der Operationsverstärker wird mit einer Versorgungsspannung versorgt. Nehmen wir an, die Spannung am nicht invertierenden Anschluss sei V₁ und über dem invertierenden Anschluss ist V₂. In_d ist die Differenzspannung zwischen dem invertierenden und dem nicht invertierenden Anschluss. Der Kondensator hat zunächst keine Ladung. Daher können wir V₂ als Null.

Wir wissen, V_d = V₁-V₂

Wie anfänglich, V₂=0, v_d = V₁

Wir wissen, V₁ ist eine Funktion der Ausgangs-Offsetspannung, R₁und R₂. Der Leckstrom führt zur Erzeugung der Ausgangs-Offsetspannung.

V_d kann positiv oder negativ sein. Sie hängt von der Polarität der Ausgangs-Offsetspannung ab.

Nehmen wir zunächst an, V_d ist positiv. Der Kondensator hat also keine Ladung und der Operationsverstärker hat maximale Verstärkung. Die positive Differenzspannung treibt also die Ausgangsspannung Vo des Operationsverstärkers in Richtung der positiven Sättigungsspannung.

Also, V.₁=R₁/R₁+R₂V_Sa

An diesem Punkt beginnt der Kondensator, sich über den Widerstand R in Richtung der positiven Sättigungsspannung aufzuladen. Er erhöht seine Spannung von Null auf einen bestimmten Wert. Nach Erreichen eines Wertes etwas größer als V₁, gibt der Operationsverstärker eine negative Ausgangsspannung ab und erreicht die negative Sättigungsspannung. Dann wird die Gleichung

V_d = -V₁+V₂

-V₁=R₁/R₁+R₂(-V_Sa)

Als V.₁ negativ ist, beginnt sich der Kondensator bis zu einem bestimmten Wert in Richtung negativer Sättigungsspannung zu entladen. Nach Erreichen eines Wertes von etwas weniger als V₁, geht die Ausgangsspannung wieder in die positive Sättigungsspannung über.

Dieses Gesamtphänomen tritt wiederholt auf und erzeugt die Rechteckwellen (siehe Abbildung 2). Daher erhalten wir Rechteckwellen, die zwischen +V_Sa und -V_Sa.

Daher ist V₁=R₁/R₁+R₂(V_Sa)

Die Zeitdauer der Ausgabe der Rechteckwelle, T=2RCln (2R₁+R₂/R₂)

Dreieckwellengenerator mit Operationsverstärker

Es gibt zwei Teile einer Dreieckwellengeneratorschaltung. Ein Teil erzeugt die Rechteckwelle und der zweite Teil wandelt die Rechteckwelle in eine dreieckige Wellenform um. Die erste Schaltung besteht aus einem Operationsverstärker und einem Spannungsteiler, der mit dem nicht invertierenden Anschluss des Operationsverstärkers verbunden ist. Die invertierende Klemme ist geerdet.

Der Ausgang dieses Operationsverstärkers dient als Eingang für den zweiten Teil, der eine Integratorschaltung ist. Darin befindet sich ein weiterer Operationsverstärker, dessen invertierender Anschluss mit einem Kondensator und einem Widerstand verbunden ist, wie in Abbildung 3 gezeigt. Der nicht invertierende Anschluss des Operationsverstärkers wird auf Masse gelegt. Nehmen wir an, die erste Ausgabe ist Vo₁ und die zweite Ausgabe ist Vo₂. Du₂ ist als Feedback mit dem ersten Operationsverstärker verbunden.

Der Komparator S1 vergleicht kontinuierlich die Spannung von Punkt A (Abbildung 3) mit der Massespannung, d. h. Null. Je nach positivem und negativem Wert wird bei Vo1 die Rechteckwelle erzeugt. In der Wellenform sehen wir, dass S1 +Vsat als Ausgang liefert, wenn die Spannung am Punkt A positiv ist. Dieser Ausgang stellt den Eingang für den zweiten Operationsverstärker bereit, der eine negative Rampenspannung Vr als Ausgang erzeugt. Vr gibt negative Spannung bis zu einem bestimmten Wert. Nach einiger Zeit fällt die Spannung an A unter Null und S1 gibt als Ausgang -Vsat aus.

In diesem Stadium ist der Wert von V_r beginnt in Richtung der positiven Sättigungsspannung zu steigen. Wenn der Wert +Vr überschreitet, steigt der Ausgang der Rechteckwelle auf +V_Sa. Dieses Phänomen setzt sich kontinuierlich fort und liefert sowohl die Rechteckwelle als auch die Dreieckwelle (siehe Abbildung 4).

Für diese gesamte Schaltung bemerken wir, dass wenn V_r von positiv nach negativ verändert wird, entsteht eine positive Sättigungsspannung. Ähnlich ist es, wenn V_r von negativ nach positiv wechselt, entsteht eine negative Sättigungsspannung. Widerstand R₃ ist mit Vo . verbunden₁ während, Widerstand R₂ ist mit Vo . verbunden₂. Daher kann die Gleichung geschrieben werden als

-V_r/R₂ = -(+V_Sa/R₃)

V_r = -R₂/R₃(-V_Sa)

Die Spitze-zu-Spitze-Ausgangsspannung V_pp=V_r-(-V_r)=2V_r=2R₂/R₃(V_Sa)

Die Ausgabe an der Integratorschaltung ist gegeben durch

Hier, V._o=V_pp und V_Eingabe= -V_Sa

Indem wir also die Werte, die wir erhalten, einsetzen,

Daher sind

Also, Frequenz

Formel für den Rechteckwellengenerator

Zeitraum des Rechteckgenerators

Die Zeitperiode des Rechteckgenerators,

R = Widerstand

C = Kapazität des Kondensators, der mit dem invertierenden Anschluss des Operationsverstärkers verbunden ist R₁ und R₂ = Widerstand des Spannungsteilers. 

Frequenzformel des Rechteckwellengenerators

Die Frequenz des Rechteckgenerators,

Rechteckgenerator mit variabler Frequenz

Am häufigsten werden Multivibratorschaltungen zum Erzeugen von Rechteckwellen verwendet. RC- oder LR-Schaltungen können eine periodische Folge von quasi-rechteckigen Spannungsimpulsen unter Ausnutzung der Sättigungscharakteristik des Verstärkers erzeugen. Die Rechteckwellengeneratorschaltung mit variabler Frequenz besteht aus vier Hauptkomponenten - einem Linearverstärker und einem Inverter mit einer Gesamtverstärkung von K, einer Clipper-Schaltung mit einigen spezifischen Eingangs-Ausgangs-Eigenschaften und einem Differenzierer, der ein RC- oder LR-Netzwerk mit der Zeitkonstante &lgr; . Die Zeitdauer des erhaltenen Signals ist

T=2?ln(2K-1)

Diese Multivibratorschaltung kann wegen der symmetrischen Sättigungscharakteristik der Clipper-Schaltung gleichförmige Spannungsimpulse erzeugen. Wir können die Oszillationsfrequenz variieren, indem wir entweder die Zeitkonstante des Differenzierers oder die Verstärkung des Verstärkers variieren.

AVR-Rechteckgenerator

Es ist möglich, verschiedene Wellenformen mit AVR-Mikrocontrollern zu erzeugen, indem ein Digital-Analog-Wandler (DAC) angeschlossen wird. Der DAC wandelt die vom Mikrocontroller bereitgestellten digitalen Eingänge in analoge Ausgänge um und erzeugt so verschiedene analoge Wellenformen. Der DAC-Ausgang ist eigentlich das aktuelle Äquivalent des Eingangs. Daher verwenden wir den integrierten Schaltkreis des Operationsverstärkers 741 als Strom-Spannungs-Wandler.

Der Mikrocontroller gibt nach einer gewissen Verzögerung abwechselnd niedrige und hohe Ausgänge als Eingang an den DAC aus. Dann erzeugt der DAC entsprechende alternative analoge Ausgänge durch die Operationsverstärkerschaltung, um eine Rechteckwellenform zu erzeugen.

Hochfrequenz-Rechteckgenerator

Hochfrequenz-Rechteckwellengeneratoren erzeugen mit minimalen externen Hardwarekomponenten genaue Wellenformen. Die Ausgangsfrequenz kann von 0.1 Hz bis 20 MHz reichen. Auch das Tastverhältnis ist variabel. Die Hochfrequenz-Rechteckgeneratoren werden in

• ‌Präzisionsfunktionsgeneratoren
• ‌Spannungsgesteuerte Oszillatoren
• ‌Frequenzmodulatoren
• ‌Pulsbreitenmodulatoren
• ‌Phasenregelkreise
• ‌Frequenzsynthesizer
• ‌FSK-Generatoren

Zeitperiode und Frequenzableitung des Rechteckwellengenerators

Gemäß den idealen Operationsverstärkerbedingungen ist der Strom durch ihn null. Daher können wir durch Anwendung des Kirchhoffschen Gesetzes schreiben:

Das Verhältnis R₁/R₁+R₂ ist als Rückkopplungsanteil bekannt und wird mit β bezeichnet.

Wenn V.₁ erreicht positive Sättigungsspannung,

 V₀ = + V._Sa,

V₁/β = +V_Sa

Oder V.₁ = βV_Sa

Ähnlich ist es, wenn V₁ erreicht negative Sättigungsspannung,

 V₀ = -V_Sa,

V₁/β = -V_Sa

Oder V.₁ = -βV_Sa

Zu diesem Zeitpunkt hat sich der Kondensator auf CV . aufgeladen₁ = CβV₀; es beginnt wieder zu entladen. Nach der allgemeinen Kondensatorgleichung mit einer Anfangsladung Q₀,

Q=CV(1-e^{t / RC})+Q₀e^{t / RC}

Wir wissen, hier V = -V₀ und Q.₀=βCV₀

Damit

Wenn Q nun zu -CV . geht₁ = -CβV₀, erfolgt ein weiterer Wechsel bei t=T/2. Zu diesem Zeitpunkt, 

Daher sind

Frequenz

555 Timer-Rechteckwellengeneratorschaltung | 555 Rechteckwellengeneratorschaltung

Rechteckwellengenerator mit 555 IC | 555 Rechteckwellengenerator

555 Rechteckwellengenerator 50 % Arbeitszyklus

Der Rechteckwellengenerator kann unter Verwendung der integrierten 555-Timer-Schaltung konstruiert werden. Es ist effizient, um Rechteckimpulse mit niedrigerer Frequenz und einstellbarem Tastverhältnis zu erzeugen. Der linke Teil des ICs enthält die Pins 1-4- Ground, Trigger, Output und Reset. Pins 5-8 befinden sich auf der rechten Seite. Pin 5, Pin 6, Pin 7 und Pin 8 sind die Steuerspannung, der Schwellenwert, die Entladung bzw. die positive Versorgungsspannung. Die Hauptschaltung besteht aus dem 555 IC, zwei Widerständen, zwei Kondensatoren und einer Spannungsquelle von 5-15 Volt. Diese Schaltung kann unter Verwendung einer Diode weiter optimiert werden, um eine perfekte Rechteckwelle zu erzeugen. Der 555-Timer kann im astabilen Modus problemlos Rechteckwellen erzeugen.

Das Schaltbild ist in Abbildung 5 dargestellt. Pin 2 (Trigger) und Pin 6 (Threshold) sind so verbunden, dass sich die Schaltung bei jedem Zyklus kontinuierlich selbst triggert. Der Kondensator C lädt sich über beide Widerstände auf, entlädt sich aber nur über R₂ verbunden mit Pin 7 (Entladung). Der Timer startet, wenn die Spannung an Pin 2 unter 1/3 V abfällt_CC. Wenn der 555-Timer über Pin 2 ausgelöst wird, wird der Ausgang von Pin 3 hoch. Wenn diese Spannung auf 2/3 V ansteigt_CC, der Zyklus endet und der Ausgang von Pin 3 wird niedrig. Dieses Phänomen führt zu einem Rechteckwellenausgang.

Die folgenden Gleichungen bestimmen die Ladezeit oder T_on und die Entladezeit oder T_WOW!:

T_on= 0.693(R₁+R₂)C

T_WOW!= 0.693R₂C

Die Gesamtzykluszeit T = 0.693(R₁+R₂+R₂)C =0.693(R₁+ 2R₂)C

Daher ist die Frequenz f = 1/T = 1.44/(R₁+ 2R₂)C

Arbeitszyklus = T_on/T=R₁+R₂/R₁+ 2R₂

555 Rechteckgenerator mit variabler Frequenz

Um einen Rechteckwellengenerator mit variabler Frequenz herzustellen, nehmen wir einen 555-Timer-IC. Zuerst machen wir Pin 2 und Pin 6 kurzgeschlossen. Dann verbinden wir ein Überbrückungskabel zwischen Pin 8 und Pin 4. Wir verbinden den Stromkreis mit positivem V_cc. Pin 1 ist mit Masse verbunden. An Pin 10 ist ein Kondensator von 5 nF angeschlossen. An Pin 2 ist ein variabler Kondensator angeschlossen. Pin 4 und Pin 8 werden kurzgeschlossen. Ein 10 Kohm Widerstand ist zwischen Pin 7 und Pin 8 angeschlossen. Ein 100 Kohm Potentiometer ist zwischen Pin 6 und Pin 7 angeschlossen. Diese Schaltung erzeugt Rechteckwellenformen. Mit Hilfe des Potentiometers können wir die Frequenz einstellen.

ATtiny85 Rechteckgenerator

Der ATtiny85 8-Bit-AVR-Mikrocontroller basierend auf RISC-CPU verfügt über eine 8-Pin-Schnittstelle und einen 10-Bit-ADC-Wandler. Der Timer in ATtiny85 richtet den Pulsweitenmodulationsmodus ein und hilft beim Variieren des Tastverhältnisses, so dass die richtige Rechteckwelle erzeugt wird.

Rechteckwellen-Soundgenerator

Rechteckwellen sind eine der vier Grundwellen, die Schall erzeugen. Die anderen drei Wellen sind die Dreieckswelle, die Sinuswelle und die Sägezahnwelle. Zusammen können die Wellen verschiedene Töne erzeugen, wenn wir die Amplitude und Frequenz variieren. Wenn wir die Spannung, dh die Amplitude, erhöhen, erhöht sich die Lautstärke des Tons. Wenn wir die Frequenz erhöhen, erhöht sich die Tonhöhe des Tons.

1-kHz-Rechteckwellenerzeugung in 8051

Wir können die 8051-Mikrocontroller so programmieren, dass sie eine Rechteckwelle der gewünschten Frequenz erzeugen. Hier beträgt die Frequenz des Signals 1 kHz, die Zeitdauer beträgt also 1 Millisekunde. Der Arbeitszyklus von 50 % ist am besten für perfekte Rechteckwellen geeignet. Also, T_on=T_WOW!= 0.5 ms.

Schaltung und Anschlüsse: Um die Schaltung zu erstellen, benötigen wir die folgenden Komponenten-

• ‌8051 Mikrocontroller
• Digital-Analog-Wandler
• Widerstände und Kondensatoren
• Operationsverstärker

Wir verbinden den Reset-Pin mit der Spannungsquelle (Vcc) und die DAC-Datenpins mit Port 1 des 8051-Mikrocontrollers. Das höchstwertige Bit muss mit dem A . verbunden werden₁ Pin (Pin 5) am DAC und das niedrigstwertige Bit mit dem A₈ Stift.

Logik: Zuerst setzen wir einen der 8051-Ports auf logisch 1 oder hoch und warten dann einige Zeit, bis wir eine konstante Gleichspannung erhalten. Diese Zeit wird als Verzögerung bezeichnet. Nun setzen wir denselben Port auf logisch 0 oder low und warten wieder einige Zeit. Der Vorgang wird in einer Schleife fortgesetzt, bis wir den Mikrocontroller ausschalten.

Rechteckgenerator mit IC 741 | Rechteckwellengenerator mit Operationsverstärker 741

Die Schaltung des Rechteckwellengenerators IC 741 ist in der obigen Abbildung dargestellt (Abbildung 6). Der Operationsverstärker in der unter Verwendung des allgemeinen IC 741 aufgebauten Schaltung. Pin 2 des IC ist mit dem invertierenden Anschluss verbunden und Pin 3 ist mit dem nicht invertierenden Anschluss verbunden. Pin 7 und Pin 4 sind mit der positiven bzw. negativen Versorgungsspannung verbunden. Der Ausgang ist mit Pin 6 verbunden. Der Kondensator, der Widerstand und der Spannungsteiler sind wie in der Abbildung gezeigt angeschlossen.

Das Funktionsprinzip der IC 741-Schaltung ähnelt dem des allgemeinen Rechteckwellengenerators. Der Kondensator lädt und entlädt sich zwischen der positiven und der negativen Sättigungsspannung weiter. So erzeugt es die Rechteckwelle. 

Die Zeitspanne T=2RC ln (2R₁+R₂/R₂)

Die Frequenz ist der Kehrwert der Zeitdauer, also f=1/2RC ln (2R₁+R₂/R₂)

MATLAB-Code zum Generieren von Rechteckwellen

Der Matlab-Befehl zum Erzeugen einer Rechteckwelle ist unten angegeben:

clc
close all
clear  #clearing all previous data
t=1:0.01:50;  #defining X axis from 1 to 50 with step 0.01
Y=square (t,50);   #taking a variable Y for a square wave with 50% duty cycle
plot(Y,t);  #plotting the curve
xlabel('Time');  #labelling X-axis as Time
ylabel('Amplitude');  #labelling Y-axis as Amplitude
title('Square Wave'); #the title of the plot is Square Wave
axis([-2 1000 5 -5]);  #modifying the graph for visualization

Astabiler Multivibrator mit Rechteckwellengenerator

Rechteckwellengenerator mit Transistor | Transistor Rechteckwellengenerator

Eine andere Technik zum Bauen eines Rechteckwellengenerators (Astabiler Multivibrator) besteht in der Verwendung eines BJT- oder Bipolartransistors. Der Betrieb dieses Rechteckwellengenerators oder astabilen Multivibrators hängt von der Schalteigenschaft des BJT ab. Wenn ein BJT als Schalter fungiert, hat er zwei Zustände – ein und aus. Wenn wir +V . verbinden_cc im Kollektoranschluss des BJT, wenn die Eingangsspannung V_i weniger als 0.7 Volt beträgt, befindet sich der BJT im ausgeschalteten Zustand. Im ausgeschalteten Zustand werden der Kollektor und der Emitteranschluss vom Stromkreis getrennt.

Daher verhält sich der Transistor wie ein offener Schalter. Also das ich_c=0 (I_c ist der Kollektorstrom) und der Spannungsabfall zwischen dem Kollektoranschluss und dem Emitteranschluss (V_ce) ist positiv V_cc.

Wenn Vi > 0.7 Volt ist, ist der BJT jetzt eingeschaltet. Wir schließen den Kollektor und den Emitteranschluss kurz. Daher ist V_ce=0 und der Strom I_c wird der Sättigungsstrom (Ic_Sa).

Das Schaltbild ist in Bild 7 dargestellt. Hier sind die Transistoren S₁ und S₂ sehen identisch aus, haben aber unterschiedliche Dotierungseigenschaften. S₁ und S₂ haben Lastwiderstände RL₁ und RL₂ und sind vorgespannt durch R₁ und R₂, bzw. Der Kollektoranschluss von S₂ ist mit der Basisklemme von S . verbunden₁ durch den Kondensator C₁, und der Kollektoranschluss von S₁ ist mit der Basisklemme von S . verbunden₂ durch den Kondensator C₂. Wir können also sagen, dass die astabilen Multivibratoren mit zwei identischen Common-Emitter-Konfigurationen hergestellt werden.

Der Ausgang wird von einem der beiden Kollektoren zur Erde erhalten. Angenommen, wir nehmen Vc₂ als Ausgabe. Die gesamte Schaltung ist also mit der Versorgungsspannung V . verbunden_cc. Der Minuspol von V_cc ist geerdet. Wenn wir den Schalter K schließen, versuchen beide Transistoren im eingeschalteten Zustand zu bleiben. Aber irgendwann bleibt einer von ihnen im eingeschalteten Zustand und der andere im ausgeschalteten Zustand. Wenn S₁ im eingeschalteten Zustand ist, der Kollektor- und der Emitteranschluss von S₁ kurzgeschlossen werden. Also, Vc₁=0. Inzwischen S₂ befindet sich im ausgeschalteten Zustand.

Daher ist der Kollektorstrom Ic₂=0 und Vc₂=+V_cc. Also für das T₁ Zeitintervall, der Transistor Vc₁ bleibt in logisch 1 und Vc₂ bleibt in logisch 0. Während S₂ im ausgeschalteten Zustand ist, ist der Kondensator C₂ wird belastet. Sagen wir die Spannung an C₂ ist Vc₂. Also verbinden wir den Pluspol des Kondensators mit der Basis von S₂, und der Minuspol des Kondensators an den Emitter von S₂. Also die Spannung Vc₂ wird direkt an die Basis und den Emitteranschluss von S . geliefert₂.

Da sich der Kondensator kontinuierlich auflädt, wird nach einiger Zeit Vc₂ geht über 0.7 Volt hoch. An dieser Stelle ist S₂ geht in den eingeschalteten Zustand, und die Spannungsdifferenz zwischen dem Kollektor- und dem Emitteranschluss von S₂ gleich Null. Nun, S₁ wirkt im eingeschalteten Zustand und die Ausgangsspannung von S₁ ist +V_cc. Der Kondensator C₁ beginnt zu laden, und wenn die Spannung am Kondensator 0.7 Volt überschreitet, S₁ ändert erneut seinen Zustand. Also für das T₁ Zeitintervall, der Transistor Vc₁ bleibt in logisch 0 und Vc₂ bleibt in Logik 1.

Dieses Phänomen wiederholt sich automatisch, bis die Stromversorgung ausgeschaltet wird. Der stetige Übergang zwischen V_cc und 0 erzeugt die Rechteckwelle.

Rechteckwellengenerator mit NAND Gate

Die Verwendung eines NAND-Gatters ist eine der einfachsten Möglichkeiten, einen Rechteckwellengenerator herzustellen. Wir benötigen die folgenden Komponenten, um die Schaltung aufzubauen: zwei NAND-Gatter, zwei Widerstände und ein Kondensator. Die Schaltung ist in Abbildung 8 dargestellt. Das Widerstands-Kondensator-Netzwerk ist das Zeitglied in dieser Schaltung. Das G₁ Das NAND-Gatter steuert seinen Ausgang. Der Ausgang dieses RC-Netzwerks wird auf G . zurückgeführt₁ durch den Widerstand R₁ als Eingabe. Dieser Vorgang erfolgt, bis der Kondensator vollständig geladen ist.

Wenn die Spannung an C die positive Schwelle von G . erreicht₁, ändern die NAND-Gatter den Zustand. Nun entlädt sich der Kondensator bis zur negativen Schwelle von G₁, und wieder ändern die Tore ihre Zustände. Dieser Vorgang erfolgt in einer Schleife und erzeugt eine Rechteckwellenform. Die Frequenz dieser Wellenform wird mit f=1/2.2RC berechnet

Rechteckgenerator mit Schmitt-Trigger

Die Arbeitsweise einer Schmitt-Trigger-Rechteckwellengeneratorschaltung ist der NAND-Gatter-Implementierung ziemlich ähnlich. Die Schmitt-Triggerschaltung ist in Abbildung 9 dargestellt. Auch hier liefert das RC-Netzwerk das Timing. Der Wechselrichter nimmt seinen Ausgang in Form einer Rückmeldung als einen der Eingänge.

Anfänglich ist der Eingang des NICHT-Gatters kleiner als die minimale Schwellenspannung. Der Ausgangszustand ist also High. Jetzt beginnt sich der Kondensator über den Widerstand R . aufzuladen₁. Wenn die Spannung über dem Kondensator die maximale Schwellenspannung berührt, fällt der Ausgangszustand wieder auf niedrig. Dieser Zyklus wiederholt sich immer wieder und erzeugt die Rechteckwelle. Die Frequenz der Rechteckwelle ergibt sich aus f=1/1.2RC

Verilog-Code des Rechteckwellengenerators | Rechteckgenerator mit verilog

`timescale 1ns / 1ps
module square_wave_generator(
input clk,
input rst_n,
output square_wave
);
// Input clock is 100MHz
localparam CLK_FREQ = 100000000;
// Counter to toggle the clock
integer counter = 0;

reg square_wave_reg = 0;
assign square_wave = square_wave_reg;
always @(posedge clk) begin

if (rst_n) begin
counter <= 8'h00;
square_wave_reg <= 1'b0;
end

else begin

// If counter is zero, toggle square_wave_reg
if (counter == 8'h00) begin
square_wave_reg <= ~square_wave_reg;

// Generate 1Hz Frequency
counter <= CLK_FREQ/2 - 1; 
end

// Else count down
else
counter <= counter - 1;
end
end
endmodule

8051 C-Programm zur Erzeugung von Rechteckwellen

#include <reg51.h> // including 8051 register file
sbit pin = P1^0; // declaring a variable type SBIT
for P1.0
main()
{
P1 = 0x00; // clearing port
TMOD = 0x09; // initializing timer 0 as 16 bit timer
loop:TL0 = 0xAF; // loading value 15535 = 3CAFh so after
TH0 = 0x3C; // 50000 counts timer 0 will be
overflow
pin = 1; // sending high logic to P1.0
TR0 = 1; // starting timer
while(TF0 == 0) {} // waiting for first overflow for 50 ms
TL0 = 0xAF; // reloading count again
TH0 = 0x3C;
pin = 0; // sending 0 to P1.0
while(TF0 == 0) {} // waiting for 50 ms again
goto loop; // continuing with the loop
}

8253 Rechteckwellengenerator

8253 ist ein programmierbarer Intervalltimer. Es verfügt über 3 16-Bit-Zähler und arbeitet in sechs Modi. Jeder der Zähler hat drei Modi als -CLK (Eingangsklickfrequenz), OUT (Ausgangswellenform) und GATE (zum Aktivieren oder Deaktivieren des Zählers). Modus 3 ist als Rechteckwellengeneratormodus bekannt. In dieser Betriebsart ist der Ausgang hoch, wenn der Zähler geladen wird. Die Zählung wird dann schrittweise dekrementiert. Wenn er auf Null sinkt, wird der Ausgang niedrig und der Zähler beginnt erneut zu laden. Somit wird eine Rechteckwelle erzeugt.

Einstellbarer Rechteckgenerator

Ein einstellbarer Rechteckwellengenerator kann unter Verwendung eines Potentiometers anstelle eines allgemeinen Spannungsteilers gebaut werden. Da der Widerstandswert veränderbar ist, können wir die Parameter des Rechteckwellenausgangs anpassen.

Vorteile des Rechteckwellengenerators

Ein Rechteckgenerator hat folgende Vorteile:

• Die Schaltung kann leicht entworfen werden. Es braucht keine komplexe Struktur.
• Es ist kostengünstig.
• Die Wartung des Rechteckgenerators ist sehr einfach.
• Ein Rechteckwellengenerator kann Signale mit maximalen Frequenzen erzeugen.

Komparator Rechteckgenerator

Komparatorschaltungen mit einer effizienten Hysterese werden verwendet, um Rechteckwellengeneratoren herzustellen. Hysterese bezieht sich auf die Aktion der Bereitstellung einer positiven Rückmeldung an den Komparator. Diese Hysterese tritt bei Schmitt-Trigger- und Logikgatter-Rechteckwellengeneratoren auf, und es werden fast perfekte Rechteckwellen erzeugt.

Hochspannungs-Rechteckgenerator

Der Hochspannungs-Rechteckgenerator kann unter Verwendung eines MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) hergestellt werden. Diese Rechteckwellengeneratorvorrichtung erzeugt effektiv Rechteckwellen mit unterschiedlichen Amplituden.

Rechteck-Sinus-Generator | Rechteckwelle zu Sinuswellengenerator

Die Rechteckwellen-Sinuswellen-Wandlerschaltung verwendet mehrere RC-Netzwerke. Es hat drei Widerstände und drei Kondensatoren. Das dreistufige RC-Filter wandelt die Rechteckwelle zunächst in eine Dreieckswelle um und wandelt sie dann in eine Sinuswelle um. Die Werte des Widerstands und des Kondensators bestimmen die Frequenz der Rechteckwelle.

Rechteck-zu-Sinus-Generatorschaltung

Digitaler Rechteckwellengenerator

Digitale Funktionsgeneratoren sind eine der am meisten bevorzugten Methoden zur Erzeugung von Rechteckimpulsen. Es wird direkte digitale Synthese (DSS) genannt. Die für DSS erforderlichen Komponenten sind ein Phasenakkumulator, ein Digital-Analog-Wandler und eine Nachschlagetabelle mit Wellenformen. DSS erzeugt aus einem Rampensignal eine willkürliche periodische Wellenform und erzeugt somit eine digitale Rampe. Diese Technik ist genau und sehr stabil.

1 mHz Rechteckwellengeneratorschaltung

Die Schmitt-Trigger-Oszillatorschaltung ist eine der effektivsten Möglichkeiten, eine 1-MHz-Rechteckwelle zu erzeugen. Die Schaltung umfasst ein paar Schmitt-Inverter, einen variablen Widerstand, einige Kondensatoren und Widerstände. 

Rechteckwellengenerator-Chip

Der Operationsverstärker-IC 741 ist der beliebteste Chip zur Erzeugung von Rechteckwellen. Darüber hinaus wird der 555-Timer-IC auch verwendet, um Rechteckwellengeneratorschaltungen herzustellen.

Anwendung für Rechteckwellengenerator | Anwendung von Rechteckwellengenerator

Die Anwendungen eines Rechteckgenerators sind-

• ‌Es wird verwendet, um Rechteckwellen und andere Schaltungen zu erzeugen, die aus Rechteckwellen Dreieck- oder Sinuswellen erzeugen.
• ‌Rechteckwellengeneratoren sind nützlich bei der Steuerung von Taktsignalen.
• ‌Es wird in Musikinstrumenten verwendet, um verschiedene Klänge zu emulieren.
• ‌Funktionsgeneratoren, Kathodenstrahloszilloskope, verwenden Rechteckwellengeneratoren.

FAQs

Wie findet man die Frequenz eines Rechteckgenerators?

Für einen Rechteckwellengenerator ist T=2RC ln (2R₁+R₂/R₂). Aus dieser Gleichung wird die Frequenz der Welle bestimmt.

Daher ist die Frequenz f=1/2RC ln (2R₁+R₂/R₂)

Was ist der Dreieckwellengenerator?

Ein Dreieckswellenformgenerator ist eine elektronische Wellenformgeneratorschaltung.

Ein Dreieckswellenformgenerator erzeugt Dreieckswellen. Im Allgemeinen erzeugt ein mit einer Integratorschaltung kombinierter Rechteckwellengenerator Dreieckswellen.

Wie kann man Rechteck- und Dreieckswellen erzeugen?

Eine astabile Multivibratorschaltung gilt als eine der besten Methoden zur Erzeugung von Rechteckwellen. Es umfasst einen Operationsverstärker, einen Kondensator, einen Widerstand und ein Spannungsteilernetzwerk.

Wir können die von einem astabilen Multivibrator erhaltene Ausgangsrechteckwelle als Eingang einer Integratorschaltung verwenden, um Rechteckwellen zu erzeugen. Außerdem können wir eine Schmitt-Trigger-Rückkopplungsschaltung mit einem Integrator, um Dreieckswellen zu erhalten.

Was sind die Anwendungen eines Rechteckwellengenerators?

Ein Rechteckwellenformgenerator wird häufig in der Elektronik verwendet.

Einige nützliche Anwendungen eines Rechteckwellengenerators sind-

• Taktsignale
• ‌Emulierung von Sound von verschiedenen Instrumenten
• ‌Sinus-/Dreieckwellen-Wandlerschaltungen
• ‌Transistorschaltung
• ‌Überprüfung der Verstärkerreaktion
• ‌Steuerungssystemoperationen

Ich möchte einen Rechteckgenerator mit variablem Tastverhältnis herstellen, bei dem die Eingangsspannung 12 V beträgt. Was wird die Anforderung sein und wie wird sie hergestellt?

Ein Rechteckwellengenerator in Kombination mit Dioden kann beim Variieren des Tastverhältnisses helfen.

Die unten angegebene Rechteckwellengeneratorschaltung ermöglicht es uns, Änderungen im Tastverhältnis vorzunehmen. Hier sind zwei Dioden parallel geschaltet, jedoch gegenläufig. Eine Diode beginnt zu arbeiten, wenn der Ausgang hoch ist, die andere wird in Betrieb genommen, wenn der Ausgang niedrig ist. Wenn der Ausgang hoch ist, ist der D₁ Diode beginnt zu arbeiten. Ähnlich, wenn der Ausgang niedrig ist, D₂ betreibt. Somit geht die Schaltung auf logisches High und Low und erzeugt eine Rechteckwellenform.

Die Zeitspanne T=2RC ln (2R₁+R₂/R₂)

Wie erzeugt man mit einem Operationsverstärker eine Rechteckwelle?

Wir wissen, dass es zahlreiche Möglichkeiten gibt, eine Rechteckwelle zu erzeugen.

Ein Operationsverstärker erzeugt, wenn er mit einem Kondensator, einem Widerstand und einem Spannungsteiler verwendet wird, eine Rechteckwelle. Die Rechteckwellenerzeugung erfolgt, wenn der Ausgang zwischen den positive und die negative Sättigungsspannung kontinuierlich.

Wie kann ich aus einer Dreieckwelle eine Rechteckwelle erzeugen, indem ich nur einen Widerstand und einen Kondensator verwende?

Wir wissen, dass eine Differenzierschaltung eine Rechteckwelle als Ausgang liefert, wenn sie eine Dreieckwelleneingabe benötigt.

Um also aus einer Dreieckwelle eine Rechteckwelle zu erzeugen, können wir den Kondensator in Reihe mit der Quelle halten und zuerst den Widerstand erden. Auf diese Weise können wir einen Hochpassfilter erstellen. Ist die Frequenz der Dreieckswelle kleiner als die Grenzfrequenz des Hochpassfilters, so differenziert der Filter die Dreieckswelle und erzeugt eine Rechteckwelle.

Wie lautet die Gleichung der Rechteckwelle?

Eine Rechteckwelle kann in verschiedenen Formen dargestellt werden.

Die häufigste Gleichung einer Rechteckwelle ist –

x(t)=sgn(sin 2πt/T)=sgn(sin(2πft))

y(t)=sgn(cos 2πt/T)=sgn(cos(2πft))

Wobei T = Zeitraum und f = Frequenz der Welle.

Wir können die Gleichung entsprechend den gegebenen Bedingungen modifizieren.

Wie wandelt man eine Dreieckswelle in eine Rechteckwelle um?

Rechteckwelle ist nichts anderes als das Integral einer Dreieckwelle.

Um eine Dreieckswelle in eine Rechteckwelle umzuwandeln, können wir eine Differenzierverstärkerschaltung verwenden. Diese Schaltung umfasst einen Operationsverstärker, einen Kondensator und einen Widerstand.

Was passiert, wenn eine Rechteckwelle durch einen Kondensator geht?

Verschiedene Wellenformgeneratoren verwenden Kondensatoren in ihrer Schaltung.

Wenn eine Rechteckwelle einen Kondensator durchläuft, kann sie je nach den anderen Schaltungsparametern verschiedene Arten von Wellenformen erzeugen.

Was ist die Anwendung eines Audiofrequenz-Sinus- und Rechteckwellengenerators?

Musikinstrumente verwenden hochwertige Wellenformgeneratoren.

Als Audiooszillator wird ein Audiofrequenz-Sinus- und Rechteckwellengenerator verwendet. Die Schaltung besteht aus einem Weinbrückenoszillator, der den besten Audiofrequenzbereich bietet.

Was ist der Unterschied zwischen Pulswelle und Rechteckwelle?

Rechteckwelle ist nichts anderes als eine Teilmenge der Pulswelle.

Eine Rechteckwelle ist eine spezielle Art von Pulswelle, bei der die positiven Hälften des Zyklus gleich den negativen Hälften sind. Eine Pulswelle mit 50% Tastverhältnis wird als Rechteckwelle bezeichnet.

Wie erzeugt man eine trapezförmige Wellenform aus einem Operationsverstärker?

Wir können in drei Schritten eine trapezförmige Wellenform erzeugen.

Dieses Verfahren ergibt fast eine trapezförmige Wellenform.

• ‌Rechteckwelle erzeugen
• ‌Umwandlung der Rechteckwelle in eine Dreieckswelle mit einem Integrator
• Verwenden Sie eine Clipper-Schaltung, um die Spannung zu begrenzen, ohne den Rest der Wellenform zu beeinflussen.

Was ist der Vorteil der Verwendung einer Rechteckwellenform als Eingangssignal?

Eine Rechteckwellenform ist eine periodische Wellenform, die ihrer Natur nach nicht sinusförmig ist. Die Amplitude einer Rechteckwelle hat bei einer bestimmten Frequenz feste Maxima und Minima.

Die Hauptvorteile der Verwendung einer Rechteckwellenform als Eingangssignal sind:

• ‌Es hat eine große Bandbreite von Frequenzen.
• ‌Mit Rechteckwellen ist eine einfache und schnelle Visualisierung in einem Oszilloskop möglich.
• ‌Quadratische Wellenformen können auf zu behebende Probleme hinweisen.

Wandelt die LC-Schaltung die Rechteckwellen-Ausgangsspannung in eine reine Sinus-Ausgangsspannung um? Wenn ja, welche Operation steckt dahinter?

Ein LC-Kreis ist ein Netzwerk bestehend aus einer oder mehreren Induktivitäten und Kondensatoren.

Ja, LC-Filterschaltungen wandeln Rechteckwellen effizient in Sinuswellen um. Die Filterschaltung lässt nur die Grundfrequenz der Rechteckwelle durch und filtert andere hochfrequente Harmonische heraus. Dadurch wird die Rechteckwelle in eine Sinuswelle umgewandelt.

Warum erhalten wir eine Rechteckwelle als Ausgang in der Komparatorschaltung?

Eine Komparatorschaltung vergleicht ein AC-Sinussignal mit einem DC-Referenzsignal.

Wenn das Eingangssignal größer als das Referenzsignal wird, ergibt sich ein positives Ausgangssignal. Wenn es kleiner als das Referenzsignal ist, ist der Ausgang negativ. In beiden Szenarien ist die Differenz der Signale so groß, dass sie mit der maximal möglichen Leistung (±V_Sa). Es ist also klar, dass der Ausgang ständig zwischen positiver und negativer Sättigungsspannung baumelt. Deshalb erhalten wir Rechteckwellen als Komparatorausgang.

Wie erzeuge ich in 8051 mit eingebettetem C eine Rechteckwelle für verschiedene Arbeitszyklen?

#include<reg51.h>
sbitpbit=PI^7;
void delay_on();
void delay_off();
void main()
{
TMOD=0x01;  //initializing timer 0 in mode 1
 while(1);        // repeating this
delay_on();   //800 microsecond delay
pbit=0;            //output pin low
delay_off();  //200 microsecond delay
}
}
//function for 800 microsecond delay
Void delay_on()
{
TH0=OxFD;
TR0=1;   //turning the timer 0 ON
while(!TF0);   //waiting for timer overflow
TR0=0;      //switching the timer 0 OFF
TF0=0;      //clearing the overflow flag
}
//function for 200 microsecond delay
Void delay_off()
{
TH0=OxFF;
TL0=0x48;
TR0=1;  
while(!TF0);   
TR0=0;     
TF0=0;     
}   //clearing TF0

Wie schreiben wir einen eingebetteten C-Code, um eine Rechteckwelle von 50 Hz zu erzeugen?

#include<reg51.h>
void delay(int time)
{
int i,j;
for(i=0;i<time;i++)
for(j=0;j<922;j++);
}
void main()
{
while(1)
{
p1=255;
delay(10);
p1=0;
delay(10);
}
}

Kaushikee Banerjee

Hallo……ich bin Kaushikee Banerjee und habe meinen Master in Elektronik und Kommunikation abgeschlossen. Ich bin ein Elektronik-Enthusiast und widme mich derzeit dem Bereich Elektronik und Kommunikation. Mein Interesse liegt in der Erforschung modernster Technologien. Ich bin ein begeisterter Lerner und bastele mit Open-Source-Elektronik herum.