Mga di-sinusoidal na alon: parisukat, hugis-parihaba at pulsed waveform

Sa electronic engineering, ang pagbuo at paghuhubog ng mga de -koryenteng alon ay mahalagang mga gawain na ginagamit sa maraming larangan kabilang ang mga sistema ng komunikasyon at digital electronics.Talakayin ng artikulong ito ang tatlong uri ng mga alon: parisukat na alon, hugis -parihaba na alon at pulsed waves, bawat isa ay may mga natatanging katangian at gamit.Ang mga parisukat na alon ng simetrya at mabilis na mga paglilipat sa pagitan ng mga estado ay kung ano ang ginagawang epektibo sa kanila sa paglipat ng mga aplikasyon.Ang kakayahang umangkop na alon ay kapaki-pakinabang sa mga gawain tulad ng Pulse-Width Modulation (PWM) at pagproseso ng signal, kung saan kinakailangan ang pag-aayos ng alon.Ang mga pulsed waves ay hindi regular at hindi paulit-ulit, na ginawa para sa mga sitwasyon kung saan ginagamit ang mga pagbabago sa tiyempo upang magpadala ng impormasyon.

Ang artikulong ito ay galugarin ang mga pisikal na katangian ng mga alon na ito, kung paano sila kumikilos sa pagsusuri ng Fourier, at ang kanilang mga praktikal na gamit.Ang pag -unawa sa mga detalyeng ito ay tumutulong sa pag -highlight kung ano ang nagtatakda ng bawat alon na hiwalay sa mga elektronikong aplikasyon.Sinusuri din kung paano nabuo ang bawat alon at ang mga karaniwang gamit para sa bawat isa, na nagbibigay ng isang mas malinaw na larawan kung paano sila nag -aambag sa pagpapabuti ng mga elektronikong disenyo.

Catalog

Larawan 1: Square waveform

Mga katangian ng mga alon ng parisukat

Ang mga alon ng parisukat ay mga alon na mabilis na lumipat sa pagitan ng dalawang antas ng boltahe na tinatawag na "mataas" at "mababa."Ang mga pagbabagong ito ay nangyayari agad, na lumilikha ng isang matalim na paglipat sa pagitan ng dalawang estado.Gayunpaman, sa mga tunay na sistema, ang mga kadahilanan tulad ng mga katangian ng circuit ay nagpapabagal sa mga paglilipat.Ang oras na kinakailangan upang tumaas ang boltahe o taglagas ay tinatawag na pagtaas ng oras (para sa pag -akyat) at oras ng pagkahulog (para sa pagbaba).Ang isang perpektong alon ng parisukat ay gumugugol ng pantay na oras sa mataas at mababang estado, na lumilikha ng isang balanseng alon.

Ang oras na ginugol sa mataas at mababang estado ay maaaring magkakaiba ngunit ang alon ay itinuturing pa ring isang parisukat na alon.Ang pagbabago ng balanse na ito ay maaaring maging kapaki -pakinabang para sa iba't ibang mga gawain.Gayunpaman, kapag ang katumpakan ng tiyempo tulad ng sa mga sistema ng komunikasyon, mahalaga na panatilihin ang simetrya.Sa mga kasong iyon, maaaring kailanganin ang labis na mga pagsasaayos ng disenyo.

Mga katangian ng hugis -parihaba na alon

Ang mga hugis -parihaba na alon ay katulad ng mga parisukat na alon ngunit may hindi pantay na mataas at mababang mga phase, na nagbibigay sa kanila ng higit na kakayahang umangkop.Habang ang mga parisukat na alon ay may pantay na mataas at mababang beses, ang mga hugis -parihaba na alon ay nagpapahintulot sa iyo na ayusin ang mga oras na ito nang hiwalay.Ginagawa nitong mas kapaki -pakinabang ang mga hugis -parihaba na alon para sa mga sitwasyon kung saan hindi kinakailangan ang mahigpit na pattern ng mga parisukat na alon.

Ang isang malaking pakinabang ng mga hugis -parihaba na alon ay ang kanilang kakayahang umangkop.Sa pamamagitan ng pag-aayos ng mataas at mababang beses, ang lapad ng bawat pulso ay maaaring kontrolado na mahalaga sa modyul na lapad ng pulso (PWM).Ang PWM ay ginagamit sa mga bagay tulad ng kontrol sa motor, komunikasyon at mga sistema ng kuryente, kung saan kailangang maging tumpak ang tiyempo.Ang mga hugis -parihaba na alon ay mahusay din sa pagproseso ng signal at tiyempo.Halimbawa, sa digital electronics, ang mga hugis -parihaba na alon ay maaaring magamit bilang mga signal ng orasan na may adjustable timings upang makatulong na mag -coordinate ng iba't ibang bahagi ng isang system.Ang mga hugis -parihaba na alon ay mas nababaluktot kaysa sa mga parisukat na alon dahil maaaring maiayos ang kanilang cycle ng tungkulin.

Larawan 2: Rectangular waveform

Mga Katangian ng Pulsed Waves

Ang mga pulsed waveform ay naiiba sa mga pana -panahong mga alon dahil wala silang regular, paulit -ulit na pattern.Ang mga pana -panahong mga alon ay paulit -ulit sa isang matatag na ikot ngunit ang mga pulsed waveform ay nangyayari bilang reaksyon sa isang bagay tulad ng pag -abot sa isang tiyak na boltahe.Dahil dito, ang mga pulsed waveform ay maaaring magmukhang magkakaiba depende sa sitwasyon.

Ang isang mahalagang bagay tungkol sa mga pulsed waveform ay maaari silang magdala ng impormasyon sa pamamagitan ng pagbabago ng kanilang hugis at tiyempo.Ang mga pana-panahong mga alon ay mas mahuhulaan ngunit ang mga pulsed waveform ay maaaring maiakma sa real-time upang ipakita ang iba't ibang uri ng data.Dahil ang mga pulsed waveform ay maaaring magbago batay sa iba't ibang mga kondisyon, sila ay isang mahusay na tool para sa paghawak ng kumplikadong impormasyon.Ang kanilang kakayahang umangkop ay mabilis na ginagawang mahalaga sa kanila para sa mga teknolohiya na nangangailangan ng mabilis na mga tugon at kakayahang umangkop.

Larawan 3: Pulse waveform

Tunog ng isang parisukat, hugis -parihaba at pulsed na mga alon

Mga alon ng parisukat: Ang mga parisukat na alon ay may isang naka -bold, matalim na tunog na nakatayo.Lumilikha sila ng malakas na tunog na ito dahil marami silang kakaibang mga pagkakatugma, na nagbibigay sa kanila ng isang buzzy tone.Ang alon ay mabilis na lumipat sa pagitan ng mataas at mababang antas na gumagawa ng tunog na "edgy" nito at magagawang i -cut sa pamamagitan ng iba pang mga tunog sa isang halo.Ang mga alon ng parisukat ay ginagamit sa elektronikong musika at synths dahil maaari silang gumawa ng parehong malalim na bass at matalim, mga lead-grabbing lead.

Mga Rectangular Waves: Ang mga hugis -parihaba na alon ay mas nababaluktot kaysa sa mga parisukat na alon dahil maaari mong baguhin ang kanilang tono sa pamamagitan ng pag -aayos kung gaano katagal sila manatili sa "mataas" na posisyon.Kapag ang oras na ginugol ng mataas ay halos kalahati, parang ang mga parisukat na alon na may maliwanag at mayaman na tono.Ngunit kung ang oras sa mataas na estado ay nakakakuha ng mas maikli, ang tunog ay nagiging mas payat at mas ilong.Ang kakayahang umangkop na ito ay nagbibigay -daan sa mga hugis -parihaba na alon na lumikha ng isang malawak na hanay ng mga tunog mula sa malakas at punch hanggang sa ilaw at guwang.

Pulsed Waves: Ang mga pulsed waves ay may isang mabilis, matalim na tunog, na ginagawang mahusay para sa maindayog o maikli, percussive effects.Magaling sila sa paglikha ng mabilis na pagsabog ng tunog tulad ng mga pag -click o beep, at gumana nang maayos sa musika na nangangailangan ng malakas, maindayog na mga elemento.Ang mabilis na pagtaas at pagbagsak ng mga pulsed waves ay nagbibigay sa kanila ng isang agresibong pakiramdam, kaya madalas silang ginagamit para sa mga synth stabs.

Fourier analysis ng square, hugis -parihaba at pulsed waves

Parisukat na alon

Ang isang parisukat na alon ay isang alon na mabilis na lumipat sa pagitan ng isang mataas at mababang halaga, paggastos ng pantay na oras sa bawat antas.Sa pamamagitan ng paggamit ng Fourier Series, maaari nating ipahayag ito bilang isang kabuuan ng mga sine waves.Para sa isang parisukat na alon na may amplitude A at panahon t, ang serye ng Fourier ay:

Dito, ang n ay kumakatawan lamang sa mga kakaibang integer, at ay ang dalas ng alon.Ang serye ay nagsisimula sa dalas (kailan ) at may kasamang mas mataas na kakaibang pagkakaisa.Ang bawat sunud -sunod na harmonic ay bumababa sa malawak, kasunod ng kabaligtaran ng maharmonya na numero.

Larawan 4: Square Waves sa Fourier Series

Rectangular waves

Ang mga hugis -parihaba na alon ay katulad ng mga parisukat na alon, ngunit ang oras na ginugol sa mataas at mababang estado ay hindi pantay.Sa kasong ito, ang serye ng Fourier ay dapat na account para sa "duty cycle" d, na kung saan ay ang bahagi ng panahon na ang alon ay nananatili sa mataas na estado.Ang serye ng Fourier para sa isang hugis -parihaba na alon ay:

Ang formula na ito ay nag -aayos para sa iba't ibang mga haba ng mataas at mababang estado, na isinasama ang cycle ng tungkulin D sa mga bahagi ng sine wave.

Larawan 5: Ang mga hugis -parihaba na alon sa serye ng Fourier

Pulsed waves

Ang mga pulsed waves, o mga tren ng pulso, ay binubuo ng paulit -ulit na mga pulso na pinaghiwalay ng mga agwat kung saan ang signal ay zero.Ang Fourier na pagsusuri ng mga tren ng pulso ay mas masalimuot dahil nakasalalay ito sa hugis ng mga pulses at ang tiyempo sa pagitan nila.Ang isang pangkaraniwang serye ng Fourier para sa isang tren ng mga hugis -parihaba na pulso ay mukhang:

Sa expression na ito, ang Δ ay ang lapad ng bawat pulso, t ang panahon sa pagitan ng mga pulso, ay ang base frequency ng pulse train.Ang function, tinukoy bilang , naglalarawan kung paano nakakaapekto ang hugis ng pulso sa mga sangkap ng dalas.

Larawan 6: Fourier analysis ng mga tren ng pulso

Mga halimbawa ng elektrikal na alon

Parisukat na alon

Ang isang parisukat na alon ay isa sa mga pinakasimpleng uri ng mga alon.Ito ay pumalit sa pagitan ng dalawang antas, mataas at mababang paggastos ng isang pantay na halaga ng oras sa bawat estado.Ang pantay na dibisyon na ito ay tinatawag na 50% na cycle ng tungkulin.

Narito kung ano ang ibig sabihin nito:

At Ang alon ay mananatili "sa" para sa isang tiyak na tagal ng oras (mataas na antas).

At Pagkatapos ay mananatili itong "off" para sa isang pantay na tagal ng oras (mababang antas).

Halimbawa, kung ang lapad ng pulso ay 10 millisecond (MS) para sa parehong estado ng "at" off ", kung gayon ang kabuuang oras para sa isang kumpletong pag -ikot (isang panahon) ay:

Ang dalas ng alon ay nagsasabi sa amin kung gaano karaming mga siklo ang nangyayari bawat segundo.Upang mahanap ang dalas, gamitin ang pormula:

Sa kasong ito:

Kaya, ang alon ay umuulit ng 50 beses bawat segundo.

Larawan 7: 3-phase boltahe na mapagkukunan ng inverter na may square wave output

Rectangular wave

Ngayon, galugarin natin ang mga hugis -parihaba na alon, na katulad ng mga alon ng parisukat ngunit walang pantay na oras at off.Ang oras na ang signal ay mananatiling mataas ay tinatawag na positibong lapad ng pulso, at ang ratio ng oras na iyon sa kabuuang panahon ay tinatawag na cycle ng tungkulin.

Kung ang positibong lapad ng pulso ay 10 ms ngunit ang cycle ng tungkulin ay 25%, nangangahulugan ito na ang alon ay "on" para lamang sa 25% ng kabuuang ikot.

Upang mahanap ang kabuuang panahon, hatiin ang positibong lapad ng pulso sa pamamagitan ng cycle ng tungkulin:

Upang mahanap ang dalas, gamitin ang parehong pormula tulad ng dati:

Kaya, ang alon na ito ay uulitin ng 25 beses bawat segundo na may "on" na oras na mas maikli kumpara sa "off" na oras.

Paghahambing ng mga parisukat na alon, hugis -parihaba na alon, at pulsed waveforms

Katangian	Parisukat na alon	Rectangular waves	Pulsed waveforms
Hugis	Simetriko, pantay na mataas at mababang beses	Asymmetrical, pagbabago ng cycle ng tungkulin	Matalim, biglang pulso ng iba't ibang lapad
Amplitude	Pare -pareho	Pare -pareho	Pare -pareho
Kadalasan	Naayos batay sa aplikasyon	Nababagay	Mas mababa kaysa sa dalas ng base
Pulso Lapad	Kalahati ng panahon (sa 50% na cycle ng tungkulin)	Nakasalalay sa cycle ng tungkulin	Napakaikli sa katamtaman, tinukoy ang pulso
Pag -uulit Rate	Tinukoy ng dalas	Tinukoy ng dalas	Mababa sa napakataas
Tungkulin Siklo	50% (naayos)	Anumang porsyento, hindi 50%	Nag -iiba nang malawak, mas mababa sa 50%
Harmonic Nilalaman	Mayaman sa kakaibang pagkakaisa	Mayaman sa Harmonics	Nakasalalay sa hugis ng pulso at lapad
Henerasyon Paraan	Oscillator, flip-flops	Nababagay na mga oscillator, signal generator	Mga generator ng pulso, dalubhasang mga circuit
Mga Aplikasyon	Mga circuit ng tiyempo, mga digital na orasan	Ang paglipat ng mga suplay ng kuryente, modulators	Radar, komunikasyon, medikal na imaging

Larawan 8: parisukat at hugis -parihaba na alon

Konklusyon

Ipinapaliwanag ng artikulong ito ang kahalagahan ng iba't ibang uri ng mga alon sa disenyo ng mga elektronikong sistema.Ang bawat alon ay may sariling mga katangian at benepisyo na kapaki -pakinabang sa mga tiyak na sitwasyon.Ang mga parisukat na alon ay kapaki -pakinabang sa mga digital system.Tinitiyak nila ang makinis at tumpak na mga paglilipat sa pagitan ng mga binary state na mabuti para sa pagproseso ng data at komunikasyon.Ang mga hugis -parihaba na alon ay lumalawak sa konsepto na ito sa pamamagitan ng pagbibigay ng nababagay na mga siklo ng tungkulin, na nagpapahintulot para sa mas tumpak na kontrol sa mga aplikasyon kung saan kailangang ipasadya ang signal ng tiyempo.Ang mga pulsed waves ay napakahalaga sa mga sitwasyon na humihiling ng mataas na kakayahang umangkop at pagtugon, tulad ng radar o medikal na imaging.Ipinapadala nila ang impormasyon sa pamamagitan ng mga pagbabago sa hugis ng pulso at tiyempo, na ginagawang perpekto para sa pagpapadala ng data.Ang pagsusuri ng Fourier ng mga alon na ito ay nag -aalok ng isang malinaw, matematika na pag -unawa sa kanilang pag -uugali.Ang artikulong ito ay nagbibigay ng isang malinaw na pangkalahatang -ideya ng parehong teorya at praktikal na paggamit ng mga alon na ito, na ginagawa itong isang mahalagang gabay para sa sinumang nagtatrabaho sa elektronikong disenyo.

Madalas na Itinanong [FAQ]

1. Ano ang mga pakinabang ng mga parisukat na alon?

Pinahahalagahan ang mga alon ng parisukat dahil simple at kapaki -pakinabang ang mga ito sa maraming mga gawain sa pagproseso ng signal at signal.Ang isang malaking benepisyo ay ang kanilang matalim na switch sa pagitan ng mataas at mababang antas, na ginagawang perpekto para sa tiyempo at digital na mga signal ng orasan sa mga computer at iba pang mga digital na aparato.Ang mga mabilis na pagbabagong ito ay makakatulong na maiwasan ang pagkalito sa mga signal ng pagbabasa.Gayundin, ang mga parisukat na alon ay mayroon lamang mga kakaibang harmonika na ginagawang mas madali silang magtrabaho sa mga aplikasyon na kinasasangkutan ng mga pagkakatugma, tulad ng synthesizer at teknolohiya ng audio, kung saan mahalaga ang mga malinaw na tunog.

2. Paano ginagawa ang mga parisukat na alon?

Ang mga alon ng parisukat ay nabuo gamit ang mga electronic oscillator, tulad ng Schmitt trigger o flip-flop circuit, na toggle sa pagitan ng dalawang antas ng boltahe.Ang mga oscillator na ito ay lumipat ng mga output kapag ang kanilang pag -input ay tumatawid sa ilang mga halaga ng threshold, na lumilikha ng matalim na paglilipat na katangian ng mga parisukat na alon.Ang mga generator ng pag -andar na ginamit sa mga laboratoryo ay maaari ring ma -program upang makabuo ng mga parisukat na alon ng nais na dalas at amplitude sa pamamagitan ng mabilis na paglipat sa pagitan ng mga estado ng mataas at mababang boltahe.

3. Ano ang hugis -parihaba na panahon ng pulso?

Ang panahon ng isang hugis -parihaba na pulso ay tumutukoy sa tagal ng isang kumpletong pag -ikot ng pulso, na sumasaklaw sa isang mataas na estado at isang mababang estado.Ito ay nai -rate bilang oras na kinakailangan upang bumalik ang pulso sa paunang estado nito.Ang panahon ng t ng pulso ay ang kabuuan ng tagal ng mataas na estado (tthigh) at ang mababang estado (tlow), na ipinahayag bilang t = hita+tlow.Sa mga praktikal na termino, tinutukoy ng panahong ito ang dalas ng alon ng pulso na may dalas na ang gantimpala ng panahon (f = 1/t).

4. Ano ang mga sangkap ng pulso waveform?

Ang isang pulso waveform ay binubuo ng maraming mga sangkap:

Amplitude: Ang maximum na halaga ng pulso sa itaas o sa ibaba ng baseline nito.

Tagal: Ang haba ng oras para sa pulso ay nasa pinakamataas na amplitude nito.

Rise Time: Ang oras na kinuha para sa pulso upang lumipat mula sa mababang halaga nito (madalas na lupa o zero boltahe) sa mataas na halaga nito.

Taglagas na oras: Ang oras na kinuha para sa pulso upang lumipat mula sa mataas na halaga nito hanggang sa mababang halaga nito.

Duty Cycle: Kinakatawan ang proporsyon ng isang panahon kung saan ang signal ay aktibo o mataas.Ito ay madalas na ipinahayag bilang isang porsyento.

5. Paano sinusukat ang alon ng pulso?

Narito ang proseso:

Ikonekta ang mga probes ng oscilloscope sa mapagkukunan ng signal o ang aparato na naglalabas ng pulso waveform.

Ayusin ang mga setting ng oscilloscope tulad ng oras/dibisyon at volts/dibisyon upang naaangkop na masukat ang alon sa pagpapakita.

Mag -trigger ng oscilloscope upang patatagin ang display ng alon, tinitiyak na ang pulso ay malinis at patuloy na na -visualize.

Gamitin ang mga tool sa pagsukat ng oscilloscope upang matukoy ang amplitude, panahon, pag -ikot ng tungkulin, pagtaas ng oras at pagbagsak nang direkta mula sa ipinakita na alon.