在做项目的时候,我们需要PWM当信号转换为直流信号收集到单片机时,我们可以使用它RC积分电路。
RC积分电路模型为:
Vi为输入的PWM方波,经过RC完整的直流信号可以在积分后输出。
周期为5ms的pwm:
经过RC输出波形后:
积分 本质上,电路利用电容器两端稳定的直流信号(选择合适的R和C)。
同样,我们也可以通过rc电路将pwm本章转换为各种波形(三角波),我们只讨论R和选择C将PWM 变成直流信号。
在此之前,我们需要知道几个知识点:
1、当信号频率低于此截止频率时,信号可以通过;当信号频率高于此截止频率时,信号输出将显著减少。此截止频率被定义为通带和阻带之间的界限。
公式:f=1/2πRC;
低通滤波器频率曲线如图所示:
当信号小于-3db(截止频率)当输入信号超过-3时,电容器不会衰减db信号有明显的衰减。
在我们将pwm如果转换为直流信号,如果转换为直流信号pwm如果频率大于截止频率,肯定会影响我们输出的直流信号,所以我们选择R和C计算的截止频率应小于输入信号频率。
更多截止频率参考地址:如何理解滤波器中的截止频率?这篇文章非常彻底 - 21ic电子网
2、时间常数τ:用来反映电容充电放电快慢的物理量。
公式:τ=RC
每次经过一个时间常数后,电容充电电压达到与电源压差的0.632倍(63.2%)。通常认为5次常数后,电容就满了。可想而知,充电过程中电容电压的变化如下:
其实我们需要知道的是,电容充满电需要5τ。
时间常数τ知识可参考:时间常数τ是什么?_zxh521_1的博客-CSDN博客_时间常数
回到项目,我们需要PWM波形转变为标准的直流波形,在选取R和C遵循两个原则:
1、pwm比电容转折频率低。
2.电容时间常数τ>10T(PWM周期)
3、时间常数τ输出直流电压波形的爬升时间决定了。(例如5v 50%占空比PWM经过RC后输出的直流电源为0-2.5V这段电压的上升时间由这段电压的上升时间组成τ一般来说,选择爬升时间快的个别例外)
例如:R=1K、C=10uf
输入pwm周期为5ms
则:f=1/(2π*RC)=f=15.9HZ。
τ=10ms =2倍周期
输入波形:
输出波形:
由于τ=2T输出电压波形不稳定。
注意,实测后,电容C相对较小(uf),R比较小Ω水平输出的波形会失真,充放电时间不对,R值需要增加KΩ。
例如: V=3V R=10Ω C=0.47F
V=5V R=10Ω C=0.47F
V=5V R=10kΩ C=470uF
V=1V R=10kΩ C=470uF
V=5V R=10Ω C=470uF
V=10V R=10Ω C=470uF
如上图可知时间常数T与电容的输入电压无关。
并且在设置时间常数τ时应合理的选取R和C的值(C比较大,那么R适当的可以小一点,C比较小UF R应大一点KΩ级别)。