비 시노 이드 파형 : 사각형, 직사각형 및 펄스 파형

전자 공학에서 전기 파형 생성 및 형성은 통신 시스템 및 디지털 전자 제품을 포함한 많은 분야에서 사용되는 중요한 작업입니다.이 기사는 세 가지 유형의 파형, 즉 정사각형 파, 직사각형 파 및 펄스 파, 각각 독특한 특성과 용도를 갖습니다.정사각형 웨이브 대칭과 상태 간의 빠른 전환은 응용 프로그램을 전환하는 데 효과적입니다.직사각형 파도 유연성은 파형을 미세 조정 해야하는 PWM (Pulse-Width Modulation) 및 신호 처리와 같은 작업에 유용합니다.펄스 파도는 불규칙하고 반복되지 않으며 타이밍 변경이 정보를 보내는 데 사용되는 상황에 대해 만들어졌습니다.

이 기사는 이러한 파형의 물리적 특성, 푸리에 분석에서 어떻게 행동하는지 및 실제 용도를 탐구합니다.이러한 세부 사항을 이해하면 전자 애플리케이션에서 각 파형을 차별화하는 내용을 강조하는 데 도움이됩니다.또한 각 파형이 어떻게 생성되는지와 각각의 공통 용도를 조사하여 전자 설계 개선에 어떻게 기여하는지에 대한 명확한 그림을 제공합니다.

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그림 1 : 제곱 파형

정사각형의 특성

사각형 파는 "High"와 "Low"라는 두 전압 레벨 사이에서 빠르게 전환하는 파형입니다.이러한 변화는 즉시 발생하여 두 상태 사이의 급격한 변화를 만듭니다.그러나 실제 시스템에서는 회로 특성과 같은 요소가 전환 속도가 느려집니다.전압이 상승하거나 낙하하는 데 걸리는 시간을 Rise Time (증가)과 가을 시간 (추락)이라고합니다.완벽한 정사각형 파는 높은 상태와 낮은 상태에서 동일한 시간을 보내며 균형 파형을 만듭니다.

높고 낮은 상태에서 소비 된 시간은 다를 수 있지만 파도는 여전히 제곱 파로 간주됩니다.이 균형을 변경하면 다른 작업에 유용 할 수 있습니다.그러나 통신 시스템에서와 같이 타이밍 정확도가있을 때 대칭을 유지하는 것이 중요합니다.이 경우 추가 설계 조정이 필요할 수 있습니다.

직사각형 파도의 특성

직사각형 파는 정사각형 파도와 비슷하지만 높고 낮은 단계가있어 유연성을 높입니다.정사각형 파는 높고 낮은 시간이 동일하지만 직사각형 파를 사용하면이 시간을 별도로 조정할 수 있습니다.이것은 정사각형 파의 엄격한 패턴이 필요하지 않은 상황에 직사각형 파를 더 유용하게 만듭니다.

직사각형 파도의 큰 이점 중 하나는 유연성입니다.높고 낮은 시간을 조정하면 펄스 폭 변조 (PWM)에서 중요한 각 펄스의 폭을 제어 할 수 있습니다.PWM은 타이밍이 정확 해야하는 모터 제어, 통신 및 전원 시스템과 같은 것들에 사용됩니다.직사각형 파도 신호 처리 및 타이밍에도 좋습니다.예를 들어, 디지털 전자 장치에서는 직사각형 파를 조절 가능한 타이밍을 갖춘 시계 신호로 사용하여 시스템의 다른 부분을 조정하는 데 도움이 될 수 있습니다.직사각형 파는 듀티 사이클을 조정할 수 있기 때문에 사각형 파수보다 유연합니다.

그림 2 : 직사각형 파형

펄스 파의 특성

펄스 파형은 정기적 인 반복 패턴이 없기 때문에 주기적 파형과 다릅니다.정기 파형은 정상 사이클에서 반복되지만 펄스 파형은 특정 전압에 도달하는 것과 같은 반응에서 발생합니다.이 때문에 펄스 파형은 상황에 따라 다르게 보일 수 있습니다.

펄스 파형의 한 가지 중요한 점은 모양과 타이밍을 변경하여 정보를 전달할 수 있다는 것입니다.주기적인 파형은보다 예측 가능하지만 펄스 파형은 실시간으로 조정하여 다른 종류의 데이터를 표시 할 수 있습니다.펄스 파형은 다른 조건에 따라 변경 될 수 있으므로 복잡한 정보를 처리하기에 좋은 도구입니다.빠르게 적응하는 능력은 빠른 응답과 유연성이 필요한 기술에 중요합니다.

그림 3 : 펄스 파형

정사각형, 직사각형 및 펄스 파의 소리

정사각형 파동 : 정사각형 파도에는 굵고 날카로운 소리가 돋보입니다.그들은 이상한 고조파가 많기 때문에이 강한 사운드를 만듭니다.웨이브는 빠르게 높은 레벨과 낮은 레벨 사이를 빠르게 전환하여 사운드를 "초대"하고 다른 소리를 믹스로자를 수 있습니다.정사각형 파도는 전자 음악과 신디사이저에 사용됩니다. 깊은베이스와 날카로운 주목을받는 리드를 만들 수 있기 때문입니다.

직사각형 파동 : 직사각형 파도는 "높은"위치에있는 기간을 조정하여 톤을 바꿀 수 있기 때문에 사각형 파수보다 유연합니다.높은 시간이 절반 정도 인 경우 밝고 풍부한 톤으로 정사각형 파도처럼 들립니다.그러나 높은 상태의 시간이 짧아지면 소리가 더 얇아지고 비강이됩니다.이 유연성을 통해 직사각형 파도는 강하고 펀치에서 빛과 중공에 이르기까지 광범위한 사운드를 생성 할 수 있습니다.

펄스 파도 : 펄스 파도는 빠르고 날카로운 소리를냅니다. 리듬 또는 짧고 타악기 효과에 적합합니다.그들은 클릭이나 경고음과 같은 빠른 사운드를 만드는 데 능숙하며 강력하고 리듬 요소가 필요한 음악에서 잘 작동합니다.펄스 파의 빠른 상승과 하락은 공격적인 느낌을 주므로 종종 신디 스테이브에 사용됩니다.

사각형, 직사각형 및 펄스 파의 푸리에 분석

정사각형

제곱파는 높은 값과 낮은 값 사이를 빠르게 전환하여 각 레벨에서 동일한 시간을 소비하는 파형입니다.푸리에 시리즈를 사용하면 사인파의 합으로 표현할 수 있습니다.진폭 A 및 기간 T가있는 사각형 파의 경우 푸리에 시리즈는 다음과 같습니다.

여기서 N은 이상한 정수만을 나타냅니다. 파도의 주파수입니다.이 시리즈는 주파수로 시작합니다 (시기 ) 그리고 더 높은 홀수 고조파를 포함합니다.각각의 연속적인 고조파는 고조파 수의 역전에 따라 진폭이 감소합니다.

그림 4 : 푸리에 시리즈의 정사각형

직사각형 파

직사각형 파는 정사각형 파도와 비슷하지만 높고 낮은 상태에서 소비 된 시간은 불평등합니다.이 경우 푸리에 시리즈는 "듀티 사이클"D를 설명해야하며, 이는 파동이 높은 상태로 유지되는 기간의 비율입니다.직사각형 파의 푸리에 시리즈는 다음과 같습니다.

이 공식은 듀티 사이클 D를 사인파 구성 요소에 통합하여 높은 상태와 낮은 상태의 다른 길이에 맞게 조정됩니다.

그림 5 : 푸리에 시리즈의 직사각형 파

펄스 파

펄스 파 또는 펄스 트레인은 신호가 0 인 간격으로 분리 된 반복 펄스로 구성됩니다.펄스 트레인의 푸리에 분석은 펄스의 모양과 그 사이의 타이밍에 의존하기 때문에 더 복잡합니다.직사각형 펄스 열차를위한 일반적인 푸리에 시리즈는 다음과 같습니다.

이 표현에서 δ는 각 펄스의 너비이며 T는 펄스 사이의주기입니다. 펄스 트레인의 기본 주파수입니다.그만큼 함수는 다음과 같이 정의됩니다 , 펄스 모양이 주파수 성분에 어떤 영향을 미치는지 설명합니다.

그림 6 : 펄스 트레인의 푸리에 분석

전기 파형 예제

정사각형

제곱 파는 가장 간단한 유형의 파형 중 하나입니다.각 주에서 동일한 시간의 높은 지출과 낮은 지출의 두 수준을 번갈아 가며 교대합니다.이 동등한 부서를 50% 듀티 사이클이라고합니다.

그 의미는 다음과 같습니다.

• 파도는 일정 기간 (높은 수준) 동안 "on"에 머무 릅니다.

• 그런 다음 동일한 기간 (낮은 레벨) 동안 "꺼짐"을 유지합니다.

예를 들어, 펄스 폭이 "on"및 "off"상태 모두에 대해 10 밀리 초 (ms) 인 경우 하나의 전체 사이클 (한 기간)의 총 시간은 다음과 같습니다.

파도의 주파수는 초당 몇 사이클이 발생하는지 알려줍니다.주파수를 찾으려면 공식을 사용하십시오.

이 경우 :

따라서 파도는 초당 50 회 반복됩니다.

그림 7 : 제곱 파동 출력이있는 3 상 전압 소스 인버터

직사각형 파

이제 정사각형 파와 비슷하지만 켜지거나 오프 시간이 동일하지 않은 직사각형 파형을 탐색합시다.신호가 높게 유지되는 시간은 양의 펄스 폭이라고하며, 총 기간 대가 그 시간의 비율을 듀티 사이클이라고합니다.

양의 펄스 폭이 10ms이지만 듀티 사이클이 25% 인 경우, 총 사이클의 25%에 대해 파도가 "on"이라는 것을 의미합니다.

총 기간을 찾으려면 양의 펄스 폭을 듀티 사이클로 나눕니다.

주파수를 찾으려면 이전과 동일한 공식을 사용하십시오.

따라서이 파형은 "on"시간에 비해 "on"시간이 짧아서 초당 25 회 반복됩니다.

정사각형, 직사각형 파도 및 펄스 파형의 비교

특성	정사각형	직사각형 파	펄스 파형
모양	대칭적이고 동일 높고 낮은 시간	비대칭, 변화하는 듀티 사이클	너비가 다른 날카 롭고 갑작스러운 펄스
진폭	끊임없는	끊임없는	끊임없는
빈도	응용 프로그램에 따라 고정되었습니다	조절할 수 있는	기본 주파수보다 낮습니다
맥박 너비	기간의 절반 (50% 듀티 사이클)	듀티 사이클에 의존합니다	매우 짧거나 중간 정도의 펄스를 정의합니다
되풀이 비율	주파수로 정의됩니다	주파수로 정의됩니다	낮거나 매우 높습니다
의무 주기	50% (고정)	50%가 아닌 모든 비율	50% 미만의 광범위
고조파 콘텐츠	이상한 고조파가 풍부합니다	고조파가 풍부합니다	맥박 모양과 너비에 따라 다릅니다
세대 방법	발진기, 플립 플롭	조정 가능한 발진기, 신호 생성기	펄스 생성기, 특수 회로
응용 프로그램	타이밍 회로, 디지털 시계	전원 공급 장치, 변조기 스위칭	레이더, 커뮤니케이션, 의료 영상

그림 8 : 정사각형 및 직사각형 파

결론

이 기사는 전자 시스템 설계에서 다양한 유형의 파형의 중요성을 설명합니다.각 파형에는 특정 상황에서 유용한 자체 특성과 이점이 있습니다.사각형 파는 디지털 시스템에 유용합니다.데이터 처리 및 통신에 적합한 이진 상태 간의 원활하고 정확한 전환을 보장합니다.직사각형 파는 조정 가능한 듀티 사이클을 제공 하여이 개념을 확장하여 신호 타이밍을 사용자 정의 해야하는 응용 분야에서보다 정확한 제어를 허용합니다.펄스 파는 레이더 또는 의료 영상과 같은 높은 유연성과 응답 성을 요구하는 상황에서 매우 귀중합니다.그들은 맥박 모양과 타이밍의 변화를 통해 정보를 전달하여 데이터 전송에 이상적입니다.이 파형의 푸리에 분석은 그들의 행동에 대한 명확하고 수학적 이해를 제공합니다.이 기사는 이러한 파형의 이론과 실제 용도에 대한 명확한 개요를 제공하여 전자 설계에서 일하는 사람에게 귀중한 안내서가됩니다.

자주 묻는 질문 [FAQ]

1. 정사각형 파의 장점은 무엇입니까?

사각형 파는 많은 전자 제품 및 신호 처리 작업에서 간단하고 유용하기 때문에 가치가 있습니다.큰 이점 중 하나는 높은 레벨과 낮은 레벨 사이의 급격한 전환으로 컴퓨터 및 기타 디지털 장치의 타이밍 및 디지털 시계 신호에 적합합니다.이러한 빠른 변화는 읽기 신호의 혼란을 피하는 데 도움이됩니다.또한 정사각형 파도에는 이상한 고조파가있어 신디사이저 및 오디오 기술과 같은 고조파와 관련된 응용 분야에서 쉽게 작업 할 수 있습니다.

2. 정사각형 파도는 어떻게 만들어 집니까?

사각형 파는 Schmitt 트리거 또는 플립 플롭 회로와 같은 전자 발진기를 사용하여 생성되며, 이는 두 전압 레벨 사이에 전환합니다.이 발진기는 입력이 특정 임계 값을 가로 지르면 출력을 전환하여 사각형 파의 날카로운 전환 특성을 만듭니다.실험실에 사용 된 기능 생성기는 또한 고전압 상태와 저전압 상태를 빠르게 전환하여 원하는 주파수와 진폭의 제곱파를 생성하도록 프로그래밍 할 수 있습니다.

3. 직사각형 펄스 기간은 무엇입니까?

직사각형 펄스의 기간은 하나의 높은 상태와 하나의 낮은 상태를 포함하는 펄스의 하나의 완전한 사이클의 지속 시간을 나타냅니다.이것은 펄스가 초기 상태로 돌아 오는 데 걸리는 시간으로 정량화됩니다.펄스의 기간 t는 t = 허벅지+tlow로 표현 된 높은 상태 (tthigh) 및 낮은 상태 (tlow)의 기간의 합입니다.실제적인 관점에서,이 기간은 펄스 파형의 주파수가주기의 상호 주파수 (f = 1/t)를 결정합니다.

4. 펄스 파형의 구성 요소는 무엇입니까?

펄스 파형은 여러 구성 요소로 구성됩니다.

진폭 : 기준선 위 또는 아래의 펄스의 최대 값.

기간 : 펄스의 시간은 최대 진폭입니다.

상승 시간 : 펄스가 낮은 값 (종종 접지 또는 제로 전압)에서 높은 값으로 전환하는 데 걸리는 시간.

가을 시간 : 펄스가 높은 값에서 낮은 값으로 전환하는 데 걸리는 시간.

듀티 사이클 : 신호가 활성이거나 높은 한 기간의 비율을 나타냅니다.종종 백분율로 표현됩니다.

5. 펄스 파형은 어떻게 측정됩니까?

프로세스는 다음과 같습니다.

오실로스코프 프로브를 신호 소스 또는 펄스 파형을 출력하는 장치에 연결하십시오.

디스플레이의 파형을 적절히 스케일링하기 위해 시간/분할 및 볼트/디비전과 같은 오실로스코프 설정을 조정하십시오.

오실로스코프를 트리거하여 파형 디스플레이를 안정화시켜 펄스가 깨끗하고 꾸준히 시각화되도록합니다.

오실로스코프의 측정 도구를 사용하여 펄스 진폭, 기간, 듀티 사이클, 상승 시간 및 가을 시간을 표시된 파형에서 직접 결정하십시오.