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電波及頻率與周期時(shí)間的關(guān)系和案例

模擬對(duì)話 ? 來源:陳年麗 ? 2019-06-24 17:34 ? 次閱讀

電子系統(tǒng)使用各種各樣的信號(hào)波形類型和形狀,從正弦波到波形發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)

振蕩器教程中,我們看到了一個(gè)振蕩器是用于產(chǎn)生連續(xù)輸出信號(hào)的電子電路。通常,該輸出信號(hào)是由電路的諧振分量設(shè)定的某個(gè)預(yù)定頻率或波長(zhǎng)的正弦波形式。我們還看到有許多不同類型的振蕩器電路可用,但通常它們都包括一個(gè)放大器和一個(gè)電感器 - 電容器,(LC)或電阻器 - 電容器,(RC)槽路電路,用于產(chǎn)生正弦波型輸出信號(hào)。

典型電氣波形

但有時(shí)在電子電路中我們需要產(chǎn)生許多不同類型,頻率和形狀的信號(hào)波形,如方波,矩形波,三角波,鋸齒波和各種脈沖和尖峰。

這些類型的信號(hào)波形可用于任何一種定時(shí)信號(hào),時(shí)鐘信號(hào)或作為觸發(fā)脈沖。然而,在我們開始研究如何產(chǎn)生不同類型的波形之前,我們首先需要了解構(gòu)成電波形的基本特性。

從技術(shù)上講,電波形基本上是電壓或電流隨時(shí)間變化的直觀表示。簡(jiǎn)單來說,這意味著如果我們?cè)谝粡埛礁窦埳侠L制這些電壓或電流變化與時(shí)間的基數(shù)(x軸),( t ),結(jié)果繪圖或繪圖將代表形狀如圖所示,波形。有許多不同類型的電波形可用,但通常它們都可以分為兩個(gè)不同的組。

1。單向波形 - 這些電氣波形在一個(gè)正向流動(dòng)時(shí)總是正或負(fù),因?yàn)樗鼈儾粫?huì)穿過零軸點(diǎn)。常見的單向波形包括方波定時(shí)信號(hào),時(shí)鐘脈沖和觸發(fā)脈沖。

2。雙向波形 - 這些電氣波形也稱為交替波形,因?yàn)樗鼈儚恼较蚪惶娴截?fù)方向,不斷地越過零軸點(diǎn)。雙向波形經(jīng)歷幅度的周期性變化,最常見的是正弦波。

波形是單向的,雙向的,周期性的,非周期性,對(duì)稱性,非對(duì)稱性,簡(jiǎn)單或復(fù)雜,所有電氣波形包括以下三個(gè)共同特征:

周期: - 這是波形從開始到結(jié)束重復(fù)自身的時(shí)間長(zhǎng)度(以秒為單位)。此值也可以稱為正弦波波形的周期時(shí)間,( T ),或方波的脈沖寬度。 / li>

頻率: - 這是波形在一秒鐘內(nèi)重復(fù)的次數(shù)。頻率是時(shí)間段的倒數(shù),(?= 1 / T ),標(biāo)準(zhǔn)頻率單位為赫茲,(Hz)。

幅度: - 這是以伏特或安培為單位測(cè)量的信號(hào)波形的幅度或強(qiáng)度。

周期波形

周期波形是所有電氣波形中最常見的,因?yàn)樗ㄕ也?。您家中?a target="_blank">AC(交流)電源波形是一個(gè)正弦波,并且隨著時(shí)間的推移不斷在最大值和最小值之間交替。

每個(gè)單獨(dú)重復(fù)或正弦波形周期之間所需的時(shí)間稱為“周期時(shí)間”或簡(jiǎn)稱波形的周期。換句話說,波形重復(fù)自身所需的時(shí)間。

然后,這個(gè)周期可以隨著每秒波形從幾分之一秒到數(shù)千秒而變化,因?yàn)樗Q于波形的頻率。例如,需要一秒鐘來完成其循環(huán)的正弦波形將具有一秒的周期時(shí)間。同樣,需要五秒鐘才能完成的正弦波將具有五秒的周期時(shí)間,依此類推。

因此,如果波形完成一個(gè)完整模式或循環(huán)之前所需的時(shí)間長(zhǎng)度重復(fù)本身被稱為“波浪的周期”并以秒為單位進(jìn)行測(cè)量,然后我們可以將波形表示為每秒的周期數(shù),用字母 T 表示,如下所示。

正弦波波形

周期時(shí)間單位,( T )include:秒( s ),毫秒( ms )和微秒(μs)。

對(duì)于正弦波波形只有,我們還可以用度或弧度表示波形的周期時(shí)間,因?yàn)橐粋€(gè)完整周期等于360 o ( T = 360 o )或Radians為2pi,2π( T =2π),那么我們可以說2π弧度= 360 o - (記住這個(gè)?。?。

我們現(xiàn)在知道電波形重復(fù)自身所需的時(shí)間稱為周期時(shí)間或周期,表示固定的時(shí)間量。如果我們?nèi)≈芷诘牡箶?shù)( 1 / T ),我們最終會(huì)得到一個(gè)值,表示一個(gè)周期或周期在一秒或每秒周期內(nèi)重復(fù)的次數(shù),這是通常稱為頻率,單位為赫茲,(Hz)。那么赫茲也可以被定義為“每秒周期數(shù)”(cps),1Hz恰好等于每秒1個(gè)周期。

周期和頻率都是彼此的數(shù)學(xué)倒數(shù),并且是周期時(shí)間。波形減小,頻率增加,反之亦然,周期時(shí)間和頻率之間的關(guān)系為。

頻率與周期時(shí)間的關(guān)系

其中:?以赫茲為單位, T 為秒。

一個(gè)赫茲正好等于每秒一個(gè)周期,但是一個(gè)赫茲是一個(gè)非常小的單位,因此使用的前綴表示波形的數(shù)量級(jí),如kHz,MHz,甚至GHz。

前綴 定義 寫為 時(shí)間段
Kilo kHz 1ms
百萬 兆赫 1微秒
千兆 GHz的 1ns的
Tera 太赫茲 1ps

方波電波

方波波形廣泛用于電子用于時(shí)鐘和定時(shí)控制信號(hào)的微電子電路,因?yàn)樗鼈兪堑乳L(zhǎng)和平方持續(xù)時(shí)間的對(duì)稱波形,代表一個(gè)周期的每一半,幾乎所有數(shù)字邏輯電路都在其輸入和輸出門上使用方波波形。

與正波和負(fù)波峰具有平滑上升和下降波形的正弦波不同,另一方面,方波具有非常陡峭的幾乎垂直的上下兩側(cè),頂部和底部平坦,產(chǎn)生與其描述相符的波形, - “Square”如下圖所示。

方波波形

我們知道方形電氣波形是sym因?yàn)橹芷诘拿恳话攵际窍嗤模悦}沖寬度為正的時(shí)間必須等于脈沖寬度為負(fù)或零的時(shí)間。當(dāng)方波波形在數(shù)字電路中用作“時(shí)鐘”信號(hào)時(shí),正脈沖寬度的時(shí)間稱為周期的“占空比”。

然后我們可以說對(duì)于方波波形正或“開”時(shí)間等于負(fù)或“關(guān)”時(shí)間,因此占空比必須為50%(其周期的一半)。由于頻率等于周期的倒數(shù)( 1 / T ),我們可以將方波波形的頻率定義為:

電波形示例No1

方波電波形的脈沖寬度為10ms,計(jì)算其頻率,(?)。

對(duì)于方波形波形,占空比為50%,因此波形周期必須等于: 10ms + 10ms 或 20ms

所以總結(jié)一下Square Waves。方波波形在形狀上是對(duì)稱的,并且具有等于其負(fù)脈沖寬度的正脈沖寬度,從而產(chǎn)生50%的占空比。在數(shù)字系統(tǒng)中使用方波波形來表示邏輯電平“1”,高幅度和邏輯電平“0”,低幅度。如果波形的占空比是50%以外的任何其他值,(半開半關(guān) - 關(guān)),則結(jié)果波形將被稱為矩形波形或者如果“開啟”時(shí)間非常小a脈沖。

矩形波形

矩形波形類似于上面的方波波形,區(qū)別在于兩者波形的脈沖寬度是不相等的時(shí)間周期。因此,矩形波形被歸類為“非對(duì)稱”波形,如下所示。

矩形波形

上面的例子表明,正脈沖寬度的時(shí)間比負(fù)脈沖寬度短。同樣,負(fù)脈沖寬度可能短于正脈沖寬度,無論哪種方式,所得波形仍然是矩形波形。

這些正負(fù)脈沖寬度有時(shí)稱為“Mark”和“空間”分別與標(biāo)記時(shí)間與空間時(shí)間的比率被稱為周期的“標(biāo)記 - 空間”比率,對(duì)于方波波形,它將等于1。

電氣波形示例No2

矩形波形的正脈沖寬度(標(biāo)記時(shí)間)為10ms,占空比為25%,計(jì)算其頻率。

給出占空比如果為25%或1/4并且這等于10ms的標(biāo)記時(shí)間,那么波形的周期必須等于: 10ms(25%)+ 30ms(75%)等于 40ms(100%)總計(jì)。

矩形波形可用于通過va調(diào)節(jié)施加到諸如燈或電動(dòng)機(jī)的負(fù)載的功率量占用波形的占空比。占空比越高,施加到負(fù)載的平均功率越大,占空比越低,施加到負(fù)載的平均功率越小,這就是使用“脈沖”的一個(gè)很好的例子。寬度調(diào)制“速度控制器。

三角波形

三角波形通常是雙向非正弦波形,在正峰值和負(fù)峰值之間振蕩。盡管稱為三角波,但三角波實(shí)際上更像是對(duì)稱的線性斜坡波形,因?yàn)樗皇且粋€(gè)恒定頻率或速率的緩慢上升和下降電壓信號(hào)。在每個(gè)斜坡方向之間電壓變化的速率在周期的兩半期間相等,如下所示。

三角波形

通常,對(duì)于三角波形,正向斜坡或斜率(上升)與負(fù)向斜坡(衰減)的持續(xù)時(shí)間相同給三角波形一個(gè)50%的占空比。然后任何給定的電壓幅度,波形的頻率將決定波的平均電壓電平。

因此對(duì)于緩慢上升和緩慢的延遲時(shí)間斜率將給出比更快的更低的平均電壓電平上升和衰減時(shí)間。但是,我們可以通過改變上升或下降斜坡值來產(chǎn)生非對(duì)稱三角波形,從而為我們提供另一種通常稱為鋸齒波波形的波形

鋸齒波形

鋸齒波形是另一種類型的周期波形。顧名思義,波形的形狀類似于鋸片的齒。鋸齒狀波形可以具有自身的鏡像,具有緩慢上升但非常陡峭的衰減,或者幾乎垂直上升和緩慢衰減,如下所示。

鋸齒波形

正斜坡鋸齒波形更常見兩種波形類型中,波的斜坡部分幾乎是完全線性的。 Sawtooth波形通常可從大多數(shù)函數(shù)發(fā)生器獲得,由基頻(?)和偶數(shù)諧波的所有整數(shù)比組成,1 / 2,1 / 4,1 / 6 1/8 ...... 1 / n等。實(shí)際上這意味著鋸齒波形富含諧波,音樂合成器和音樂家為音樂提供音質(zhì)或音調(diào)色彩,沒有任何失真。

觸發(fā)和脈沖

雖然技術(shù)上觸發(fā)和脈沖是兩個(gè)獨(dú)立的波形,但我們可以將它們組合在一起, “觸發(fā)器”基本上只是一個(gè)非常狹窄的“脈沖”。不同之處在于觸發(fā)器在方向上可以是正的或負(fù)的,而脈沖在方向上只是正的。

A脈沖波形或“脈沖序列”,因?yàn)樗鼈兪歉R姷氖?,一種非正弦波形,類似于我們之前看到的矩形波形。不同之處在于脈沖的確切形狀由周期的“標(biāo)記 - 空間”比率確定,對(duì)于脈沖或觸發(fā)波形,波形的標(biāo)記部分非常短,具有快速上升和衰減形狀,如圖所示下面。

脈沖波形

A脈沖是一個(gè)波形或信號(hào)本身。與高頻方波時(shí)鐘信號(hào)甚至矩形波形相比,它具有非常不同的標(biāo)記 - 空間比。

“脈沖”和觸發(fā)器的目的是產(chǎn)生非常短的信號(hào)來控制發(fā)生某些事情的時(shí)間,例如,啟動(dòng)定時(shí)器,計(jì)數(shù)器,單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器或觸發(fā)器等,或作為觸發(fā)器來切換“開啟”晶閘管,三端雙向可控硅開關(guān)和其他功率半導(dǎo)體器件。

函數(shù)發(fā)生器

A函數(shù)發(fā)生器或有時(shí)稱為波形發(fā)生器是一種器件或者以所需頻率產(chǎn)生各種不同波形的電路。它可以生成正弦波,方波,三角波形和鋸齒波形以及其他類型的輸出波形。

有許多“現(xiàn)成的”波形發(fā)生器IC可用,所有這些都可以合并到一個(gè)用于產(chǎn)生所需的不同周期波形的電路。

一個(gè)這樣的器件是 8038 精密波形發(fā)生器IC,能夠產(chǎn)生正弦波,方波和三角波輸出波形,最小數(shù)量為外部組件或調(diào)整。通過正確選擇外部RC元件,可以選擇工作頻率范圍超過八十年的頻率,從0.001Hz到300kHz。

波形發(fā)生器IC

振蕩頻率在很寬的溫度和電源電壓范圍內(nèi)都非常穩(wěn)定,頻率可高達(dá)1MHz。三個(gè)基本波形輸出(正弦波,三角波和方波)中的每一個(gè)都可以從獨(dú)立的輸出端子同時(shí)獲得。 8038的頻率范圍是電壓可控的,但不是線性函數(shù)。三角對(duì)稱性和正弦波失真是可調(diào)的。

在下一個(gè)關(guān)于波形的教程中,我們將看一下用于生成的多諧振蕩器連續(xù)輸出波形或單個(gè)脈沖。用作脈沖發(fā)生器的一個(gè)這樣的多諧振蕩器電路稱為單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器。

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