á 2025/04/3 12,409

Að skilja fermetra bylgjuform í rafeindatækni

Fermetra bylgjuform eru stór hluti af því hvernig rafeindatæki virka, sérstaklega í kerfum sem fjalla um stafræn merki.Þessar bylgjuform eru einfaldar að lögun en mjög gagnlegar og skipta á milli hátt og lágu stigs í hreinu, endurteknu mynstri.Þú munt finna þá í hlutum eins og tímamælum, klukkum, hljóðrafstöðum og stjórnkerfi.Í þessari grein lærir þú hvað ferningur, rétthyrndur og púlsbylgjulögun er, hvernig þau líta út og hljóð og hvernig þau eru notuð í raunverulegum hringrásum.Þú munt einnig sjá hvernig ferningur bylgjur eru smíðaðar með sinusbylgjum og hvernig á að búa til þær með mismunandi verkfærum eins og tímamælum, örstýringum og merkjakröfum.Hvort sem þú ert bara forvitinn eða vinnur að verkefni, þá mun þessi handbók hjálpa þér að skilja bylgjuform betur.Við skulum byrja.

Vörulisti

Mynd 1. Ferningur bylgjuforms rafall

Hvað eru ferningur, rétthyrndur og púlsbylgjuform?

Ferningur, rétthyrnd og púlsbylgjulögun eru tegundir merkja sem skipta á milli tvö Stig - venjulega há og lágspenna.Þessar bylgjuform eru notaðar mikið í rafeindatækni, sérstaklega í Stafrænar hringrásir þar sem merki eru annað hvort eða slökkt, eins og 1s og 0s í tvöfaldri.A. ferningur bylgjuform er einn algengastur.Það skiptir jafnt á milli há og lágu ríkjanna, eyða sama tíma í hvorum.Þetta skapar mynstur sem lítur út eins og fullkominn ferninga þegar sést á línurit, þess vegna er það kallað ferningur bylgja.

Í kjörnum heimi væri breytingin á milli mikils og lágs í ferkantaðri bylgjuform augnablik - merkið myndi smella frá einu ríki til annars án seinkunar.En í raunveruleikanum tekur þessi tilfærsla örlítinn tíma.Þess vegna Hækkaðu tíma (hversu fljótt það fer upp) og hausttími (hversu fljótt það lækkar) er oft skoðað náið þegar greint er frá þessum bylgjulögum.

Nú, þó að hugtakið „ferningur bylgja“ sé stundum notaður fyrir hverja tveggja stigs bylgjuform, þá er sérstakur munur.Ef bylgjuformið eyðir Meiri tími en lágur - eða á hinn veginn - það er kallað rétthyrnd bylgjulögun. Það er samt að skipta á milli tveggja ríkja, en Tímasetning er ekki jöfn.Það gæti verið hátt í stuttan tíma og lágt í lengri tíma, eða öfugt.

Mynd 2. Fermetra bylgjuform

Svo er það Púlsbylgjulögun.Ólíkt fermetra eða rétthyrndum bylgjulögum endurtaka púls ekki alltaf.Þeir geta gerst einu sinni eða stundum, allt eftir aðstæðum.Púls gæti komið fram þegar spenna lendir á ákveðnum punkti eða þegar einhver atburður kallar á það.Þessar púlsar eru oft notaðar til að senda gögn eða stjórnmerki í hringrásum.

Þessar bylgjulögun virðast grundvallaratriði, en þær gegna stóru hlutverki í því hvernig rafeindatæki tala, vinna merki og framkvæma verkefni á bak við tjöldin.

Hvernig lítur ferningur bylgjuform út?

Auðvelt er að þekkja fermetra bylgjuform þegar þú hefur séð það.Það hefur mjög einfalt og beitt lögun - það hoppar beint upp á hátt stig, helst þar í smá stund, þá lækkar beint niður á lágt stig, og endurtekur þetta mynstur aftur og aftur.Á myndriti eða sveiflusjávaskjá lítur það út eins og röð af tengdum ferningum eða blokkum, að fara upp og niður í hreinum, venjulegum takti.

Það sem gerir ferningsbylgjuform sannarlega „ferningur“ er að það eyðir jafnan tíma í háu ástandi og í lágu ástandi.Þetta jafnvægi er það sem gefur því nafn sitt.Ef þú myndir líta á það eins og mynstur ljósrofa, þá væri það eins og að kveikja ljósið í tvær sekúndur, slökkva í tvær sekúndur, í tvær sekúndur aftur og svo framvegis.Sú jafnt tímasetning er kölluð a 1: 1 Mark-til-rýmishlutfall - Sem þýðir að „á“ og „slökkt“ tímar passa.

Þó að hugtakið „ferningur bylgja“ sé notað nokkuð lauslega, með tæknilegum hætti, Ef tíminn í háum og lágum ríkjum er ekki sá sami, þá er það ekki lengur sannkallað ferningur bylgjuform.Það er þegar það verður rétthyrnd bylgjuform í staðinn.En báðir deila samt sama upp og niður, tveggja stigs stíl-munurinn er bara á því hversu lengi hvert stig varir.Þetta hreina, skiptismynstur er það sem gerir ferningsbylgjuform svo gagnlegt í stafrænum rafeindatækni, vegna þess að þeir sýna greinilega breytingu frá einu ríki í annað.

Hvernig hljómar ferningur bylgjuform?

Ef þú hefur einhvern tíma heyrt fermetra bylgjuform muntu taka eftir því að það er með skarpt, suðandi hljóð - miklu háværara en slétt sinusbylgja.Sú hörku kemur frá lögun bylgjunnar sjálfrar.Vegna þess að ferningur bylgja hefur fljótt, skyndilega stökk á milli hás og lágs stigs, er hljóðið sem það framleiðir meira skurður og minna slétt út í eyrað.

Mynd 3. Hljóðmynd af fermetra bylgjulögun

Fermetra bylgjur eru fullar af því sem kallað er Harmonics - Þetta eru aukatíðni lagskipt ofan á aðal tóninn.Það er það sem gefur fermetra bylgjur ríkan, vönduðan karakter.Í tónlist eða hljóðhönnun gerir þetta þau gagnleg þegar þú vilt fá meiri athygli eða einstaka tón.Þeir eru oft notaðir í hljóðgervlum og rafeindatækjum af þessum sökum.Þó að sinusbylgja gæti hljómað mjúkt og hreint, kemur ferningur bylgja í gegnum sterkari og ágengari, sem getur verið frábært þegar þú vilt hljóð sem stendur upp úr.

Mikilvægir hlutir við fermetra bylgjuform

Fermetra bylgjulög eru notuð mikið í rafeindatækni, sérstaklega í Stafrænar hringrásir.Þetta eru hringrásir hvar Merki eru annað hvort eða slökkt.Fermetra bylgjuform passar fullkomlega vegna þess að það Skiptir greinilega á milli tveggja stiga: hátt og lágt.Þetta auðveldar tækjum að lesa og bregðast við merkinu.

Í stafrænu kerfum er hátt stigið kallað "1" Og lágt stig er kallað "0". Þú gætir líka heyrt þá vísað til sem Hátt og lágt.Þessir merkimiðar hjálpa til við að sýna þegar merkið er virkt eða óvirkt.Hvort sem þú ert að vinna með einfaldar röksemdaflísir eða háþróaðir örstýringar, ferningur bylgjuform eru oft hluti af ferlinu.Þeir eru vanir stjórna aðgerðum, senda gögn eða halda tíma Í mörgum tegundum tækja.

Þar sem spennustig getur verið mismunandi, flest kerfi Skilgreindu svið fyrir það sem telur hátt eða lágt.Þetta gerir tækjum kleift að virka almennilega, jafnvel þegar merkið er ekki nákvæmlega það sama í hvert skipti.Það eru a Fáir lykilhlutar af fermetra bylgjuforminu ættir þú að skilja að nota það almennilega.

Tímabil

Tímabilið segir þér hversu langan tíma það tekur eina fulla lotu bylgjulögunarinnar að gerast.Það felur í sér að fara frá lágu til háu og aftur í lágt aftur.Þú getur mælt þetta frá einni hækkandi brún til næsta, eða frá einni fallandi brún til næsta.Jafnvel þó að hækkunin eða fallið sé ekki augnablik, nota mælitækin alltaf sama kveikjupunktinn, þannig að niðurstöðurnar halda sig nákvæmar.Að þekkja tímabilið hjálpar þér að skilja hversu hratt bylgjuformið endurtekur.

Tíðni

Tíðni sýnir hversu oft bylgjuformið endurtekur á einni sekúndu.Það er mælt í Hertz (Hz).Ef bylgjuform endurtekur sig einu sinni á hverri sekúndu hefur það tíðni 1 Hz.Ef það endurtekur þúsund sinnum á sekúndu er það 1000 Hz eða 1 kHz.Þú getur auðveldlega skipt á milli tíðni og tímabils með þessari einföldu formúlu:

Tíðni = 1 deilt með tímabili

Tímabil = 1 deilt með tíðni

Amplitude

Amplitude er spennuhæð bylgjulögunarinnar.Það er hægt að mæla það frá botni (lágu) að toppnum (hátt).Í hliðstæðum kerfum gæti þetta verið skráð sem hámarks- eða hámarksspennu.En í stafrænu kerfum er það sem skiptir meira máli hvort merkið er lesið sem lágt eða hátt.

Til dæmis, í eldri TTL kerfum, gæti lágt þýtt spennu milli 0 og 0,4 volt.Hátt gæti verið á bilinu 2 og 5 volt.Nútíma kerfi geta notað lægri spennu, en almenn hugmynd helst sú sama.Það sem skiptir máli er að merkið passar greinilega í lítið eða hátt svið, svo stafræn tæki geta sagt hvað það þýðir.

Þegar þú hefur kynnst tíma, tíðni og amplitude muntu eiga auðveldara með að vinna með fermetra bylgjulögun í raunverulegum hringrásum.Þessar einföldu bylgjuform geta gert mikið þegar þær eru notaðar á réttan hátt.

Hvernig fermetra bylgjuform rísa og falla?

Fermetra bylgjuform eru þekkt fyrir skarpa, hreinar umbreytingar sínar á milli hás og lágs spennustigs.En í hinum raunverulega heimi eru þessar brúnir ekki raunverulega augnablik.Sérhver ferningur bylgjuform tekur lítinn tíma að fara frá lágu til háu (kallað hækkunartíminn) og frá háum til lágum (kallaður hausttíminn).Þessi stuttu aðlögunartímabil geta virst lítil, en þau geta skipt miklu máli í því hversu vel hringrás virkar, sérstaklega í stafrænum rafeindatækni þar sem tímasetning skiptir máli.

Hækkunartíminn er mældur frá þeim stað þar sem merkið nær 10 prósent af lokahágildi þess að því marki þar sem það nær 90 prósent.Falltíminn er mældur á sama hátt, en frá 90 prósent niður í 10 prósent.Þessir sértæku atriði hjálpa til við að forðast smávaxna námundun eða hávaða sem gæti gerst strax í byrjun eða lok umskipta.Í sumum tilvikum gætirðu séð mælingar teknar frá 5 prósentum í 95 prósent, en það er sjaldgæfara.

Mynd 4. hækkar og hausttímastig í ferkantaðri bylgjulögun

Þessar mælingar eru oft gefnar í nanósekúndum, sérstaklega í skjótum stafrænu kerfum.Ef hækkun eða hausttími er of hægur gæti það valdið vandamálum, svo sem mislesið merki eða tímasetningarvandamál í hringrásinni.Þess vegna muntu oft sjá hækkunar- og hausttímagildi sem skráð eru í forskriftum tækja eins og merkja rafala eða rökfræðiflís.

Með því að vita hversu hratt bylgjuform hækkar eða fellur geturðu betur skilið hvort það muni virka vel í verkefninu þínu.Það hjálpar líka þegar þú ert að leysa eða reynir að bæta gæði merkja.Jafnvel þó að þessar breytingar gerist mjög fljótt, þá eru þær mikilvægur hluti af því hvernig ferningur bylgjuform hegða sér í raunverulegum hringrásum.

Hvernig ferningur bylgjuform er úr sinusbylgjum?

Við fyrstu sýn lítur ferningur bylgjuform mjög frábrugðinn sléttri sinusbylgju.Önnur er skörp og blokkuð, hinn mjúkur og boginn.En ef þú brýtur fermetra bylgjuform niður með því að nota eitthvað sem kallast Fourier greining sérðu að það er í raun búið til með því að bæta saman röð af sinusbylgjum.Þetta kann að virðast á óvart, en það er heillandi leið til að skilja hvernig bylgjulög eru byggð.

Þegar ferningur bylgjuform er greindur reynist það vera blanda af nokkrum sinusbylgjum sem eru öll tengd hvort öðru.Þessar bylgjur eru kallaðar harmonics.Sá fyrsti, þekktur sem grundvallaratriðið, setur aðal tíðni ferningsbylgjunnar.Svo koma hinir: þriðja harmonikkan (sem er þrisvar sinnum tíðni grundvallar), fimmta harmonikkan, sú sjöunda og svo framvegis.Hvert þessara er skrýtið margfeldi af grundvallartíðni og hver og einn er aðeins veikari en sá síðasti.

Mynd 5.

Þannig að því meiri samhljóða sem þú bætir við, því meira sem samanlagt er að líta út eins og ferningur bylgja.Ef þú hefðir aðeins grundvallar sinusbylgjuna myndi það hljóma og líta út eins og slétt bylgja.Bættu við þriðju og fimmtu harmoníkunum og það byrjar að verða Squarer.Haltu áfram og bylgjulögunin verður skarpari og skilgreindari.

Stærðfræðilega er hægt að tjá fermetra bylgju sem summan af harmonískum sinusbylgjum þess með eftirfarandi jöfnu:

Þessi formúla sýnir að fullkomin ferningsbylgja er gerð með því að bæta aðeins við einkennilegu samhljómum sinusbylgjna, þar sem hver harmonic hefur minni styrk en á undan henni.

Mynd 6. Tíðni litróf ferningsbylgjulögunar

Ef þú fer framhjá fermetra bylgjulögun í gegnum lágpassasíu - sem hindrar hærri samhljóða - muntu missa eitthvað af því skarpa lögun.Brúnirnar verða ávöl og bylgjulögunin mun ekki líta út eins og sannkallað ferningur lengur.Það er vegna þess að þessi hærri samhljóða er það sem gefur ferningsbylgju skörpum brúnum og skjótum umbreytingum.

Á litrófsmynd af ferningsbylgju sérðu sterk merki á einkennilegu harmonikum-3., 5., 7. og svo framvegis.Þessi merki falla í styrk þegar þau fara hærra í tíðni.Þú munt ekki sjá neinar jafnar tölur, því ferningur bylgjur innihalda þær ekki.Þetta mynstur er hluti af því sem gefur fermetra bylgjulögun þeirra einstaka eiginleika bæði í hljóði og rafrænni hegðun.

Að skilja að ferningur bylgja er byggð úr sinusbylgjum hjálpar til við að útskýra hvers vegna hún hegðar sér eins og hún gerir.Hvort sem þú ert að vinna með hljóð, tímasetningarmerki eða rökfræðipúls, þá á þessi falinn uppbygging harmonik stóran þátt í því hvernig ferningur bylgjuforma virka í raunverulegum hringrásum.

Notkun fermetra bylgjuforma í raunverulegum hringrásum

Fermetra bylgjulög eru notuð í mörgum mismunandi gerðum rafrásar, sérstaklega þar sem tímasetning og stjórnun er mikilvæg.Ein algengasta notkunin er í Klukka merki.Í stafrænni rafeindatækni er hver aðgerð oft tímasett með klukkupúls - endurtekin ferningsbylgjulögun sem segir kerfinu hvenær á að fara í næsta skref.Örstýringar, örgjörvar og aðrir stafrænar flísar treysta á þennan stöðugan takt til að virka rétt.

Þú finnur líka ferningsbylgjur í Púlsbreidd mótun (PWM), sem er notað til að stjórna tækjum eins og mótorum, LED eða jafnvel hljóðmerkjum.Með því að breyta hversu lengi merkið helst hátt eða lágt á hverri lotu geturðu stillt hluti eins og birtustig eða hraða án þess að þurfa að breyta spennu.Þetta er gagnlegt í hlutum eins og aðdáendastjórnendum, dimmari hringrás og vélfærafræði.

Önnur algengur staður ferningur bylgjur birtast er í Skipta hringrásir.Þetta er notað til að kveikja og slökkva á íhlutum, svo sem í aflgjafa, merkjakerfi eða stafrænum rökum.Þar sem ferningur bylgjur breytast hreint á milli hára og lágra ríkja eru þær fullkomnar til að meðhöndla þessar tegundir af aðgerðum.

Þeir eru líka hjálplegir í Prófun og kembiforrit.Ef þú ert að hanna hringrás og vilt athuga hvernig það bregst við merkjum, er ferningur bylgja frá aðgerð rafall oft það fyrsta sem þú reynir.Það hjálpar til við að koma í ljós hvernig hringrásin meðhöndlar skjótar umbreytingar, sem eru sérstaklega mikilvægar í háhraða eða stafrænum hönnun.

Hvernig á að búa til fermetra bylgjuform?

Það eru nokkrar auðveldar og áreiðanlegar leiðir til að búa til fermetra bylgjuform, hvort sem þú ert að vinna að einföldu rafeindaverkefni eða byggja upp þróaðra kerfi.Eitt algengasta verkfærið fyrir þetta er 555 Tímamælir IC.Þetta er lítill, ódýr flís sem hefur verið notaður í áratugi í áhugamálum og faglegum hringrásum.Þegar það er sett upp í astable stillingu býr 555 tímamælirinn stöðugt ferningsbylgju og þú getur stillt tíðni og skylduhring með því að breyta nokkrum viðnámum og þétti.

Önnur vinsæl aðferð er að nota Örstýringar.Þessar örsmáu forritanlegu flísar, eins og í Arduino eða öðrum þróunarborðum, geta búið til ferningsbylgjur í gegnum stafræna framleiðsla pinna.Þú getur skrifað stuttan kóða sem kveikir og slökkt á pinna með reglulegu millibili.Margir örstýringar styðja einnig PWM (púlsbreidd mótun), sem gerir þér kleift að stjórna háum og lágum tíma hverrar púls - gagnlegur ef þú þarft ferningsbylgju sem er ekki fullkomlega í jafnvægi.

Til að ná nákvæmari eða sveigjanlegri stjórn gætirðu notað a aðgerð rafall eða merkja rafall.Þetta eru verkfæri sem gera þér kleift að stilla nákvæma tíðni, amplitude og lögun bylgjulögunarinnar, þar með talið ferningsbylgjur.Þeir eru oft notaðir í rannsóknarstofum eða prófunaruppsetningum þar sem nákvæmni og svið skipta meira máli.

Einnig er hægt að búa til fermetra bylgjuform með því að nota sveiflurásir.Þessar hringrásir eru smíðaðar með íhlutum eins og smári, þéttum eða rekstrarmagni.Það fer eftir því hvernig þeir eru hannaðir, þeir geta framleitt ferningsbylgjur á eigin spýtur eða í samsettri meðferð með öðrum bylgjulöggerðum.

Í stafræna heiminum geturðu jafnvel búið til fermetra bylgjuform með því að nota Hugbúnaður .Ef þú ert að vinna með hljóð, eftirlíkingar eða stafræna merkisvinnslu geturðu skrifað kóða sem býr til Square Wave gögn og sendir þau í framleiðslutæki.Þetta er algengt í myndun tónlistar eða þegar prófað er hugbúnaðarkerfi sem þurfa tímasetningarmerki.

Niðurstaða

Square bylgjulögun kann að líta einfalt út, en þau gegna stóru hlutverki í því hvernig rafræn kerfi virka.Allt frá tímasetningu og skipt yfir í hljóð og merkisstýringu eru þeir notaðir á marga mismunandi vegu.Þú hefur séð hvernig þeir eru búnir til, hvernig þeir haga sér og hvar þeir mæta í raunverulegum hringrásum.Með þessari grunnþekkingu muntu eiga auðveldara að skilja eða nota fermetra bylgjuform í eigin verkefnum eða námi.