WikiDer > Rechteckwelle

Blokgolf
Rechteckwelle aus Harmonischen. Das Gibbs-Phänomen ist hier deutlich sichtbar.

EIN Rechteckschwingung, Kippspannung oder Neigungssignal ist ein elektrischSignal oder Tonsignal die ihren Namen von der Form erhält, wenn das Signal aufgezeichnet oder visualisiert wird (Auftragung der Amplitude gegen die Zeit). Bei einer typischen Rechteckwelle wechselt die Amplitude zwischen 0 und einer bestimmten Spannung V(von), in der Regel von gleicher Dauer. Die Perioden mit hoher Amplitude bilden in der Zeichnung 'Würfel', und einige dieser Perioden in einer Reihe ähneln a Zinnen oder die Spitze einer Burgmauer.

mathematische Darstellung

Eine beispielhafte Definition einer theoretischen Rechteckwellenfunktion ist:

Diese Funktion hat das gleiche Zeitspanne als die Sinus (sin(x)) Es sind jedoch unzählige Varianten einer mathematischen Darstellung denkbar; das ist nur eins.

Rechteckwellenschaltungen

Eine Rechteckwelle ist mit beiden a analog wie ein Digital Schaltung besonders einfach zu realisieren.
In der analogen Variante wird ein sogenannter "astabiler Multivibrator" oder "bistabiler Multivibrator" ein typischer Rechteckwellengenerator. In dieser Schaltung ist a Widerstand R und Kondensator oder elco C enthalten die Darstellung der RC-Kreis und bestimmen damit die Periode des Signals.

In der digitalen Variante verwendet man zum Beispiel die 555-TimerIC (oder 556, eine Doppelversion des 555), der in der Minimalkonfiguration nur eine Versorgungsspannung (von 5 bis 15 Volt), einen Widerstand und einen Kondensator oder Elektrolytkondensator (im astabilen Modus) benötigt. Der Ausgangssignalpegel beträgt ca. – …“e des Netzteils. Wie bei der analogen Variante bestimmen die Werte des Widerstands (R) und des Kondensators (C) die Periode. Da der 555-Timer Versorgungsspannungen von 5 bis 15 Volt verarbeiten kann, kann dieser IC für beides verwendet werden CMOS wenn TTL Anwendungen. Der Timer 555 kann als mono- oder bistabiler Timer verwendet werden.

Die digitale Variante bietet eine bessere Annäherung an eine reelle Rechteckwelle und wird daher bevorzugt. Optional kann der Ausgang des Timers auf einfache Weise mit einer klassischen Transistorverstärkerschaltung verstärkt werden, um ihn als Funktionsgenerator geeignet zu machen oder direkt an einem Lautsprecher hörbar zu machen.

Beachten Sie, dass das tatsächlich erzeugte Ausgangssignal immer eine Annäherung an die (theoretische) Rechteckwellenfunktion ist; in der Praxis kann sich die Spannung am Ausgang nie plötzlich von 0 auf V change ändern(von) ohne die Zwischenwerte anzunehmen - man spricht von einem sogenannten "Angriffsgeschwindigkeit", die Zeit, die es für V . braucht(von) erreichen. Das gleiche gilt für den Übergang von V(von) auf 0 Volt. Auf dieser Seite spricht man vom "Zerfallsrate" oder "Abklingwert". Die theoretische Funktion eines Blocksignals ist (unwiderruflich) diskontinuierlich auf einem Intervall, was in der analogen Praxis nicht möglich ist.

Wenn die linke Seite von 1 Zinne (stark) vergrößert ist, sind außerdem Sinuswellen sichtbar, die sich um V . erstrecken(von) schwingen. Die Schaltung braucht einige Zeit, um sich um V . einzuschwingen(von) stabilisieren. Das nennt man "Gibbs-Phänomen". Man könnte argumentieren, dass je kürzer die Attack- und Decay-Rate, desto besser die Schaltung. Wenn diese Raten jedoch kürzer (steiler) werden, wirkt sich dies nachteilig auf das Erreichen des stationären Zustands aus (der Gibbs-Effekt manifestiert sich dann als größeres Ausmaß).

Außer bei analogen (Mess-)Anwendungen sind auch die Attack- und Decay-Raten meist irrelevant, da tatsächlich nur a diskret oder Digital Interpretation des Signals (Low und High, 0 und 1). Der genaue Wert, bei dem das Signal als hoch oder niedrig interpretiert wird, hängt von der verwendeten Technologie ab und unterscheidet sich beispielsweise zwischen CMOS und TTL und kann bis zu einem gewissen Grad auch willkürlich sein.

Anzeigen des Signals

Wie oben erwähnt, ist es möglich, das Signal mit a . hörbar zu machen Lautsprecher. Im Vergleich zu einem gewöhnlichen Sinus hat die Rechteckwelle einen reicheren Klang erinnert an a Klarinette. Für einen Lautsprecher gilt insbesondere auch, dass er nicht zwischen zwei Auslenkpositionen hin- und herspringen kann, sondern auch alle dazwischenliegenden Positionen einnehmen muss. Das heißt, wir gehen immer nur zu a Ansatz um der Rechteckwelle zu lauschen.

Es ist auch möglich, das Signal auf a . sichtbar zu machen Oszilloskop. Der Bildschirm des 'Scope' zeigt dann ein Diagramm des Ausgangssignals über der Zeit. Insbesondere mit diesem Instrument kann die Attack-/Decay-Rate sowie das Verhalten des Signals vor Erreichen des stationären Zustands (das bereits erwähnte Gibbs-Phänomen) visualisiert werden.

Varianten

Es gibt mehrere Varianten der Rechteckwelle; Man kann sich zum Beispiel Varianten vorstellen, bei denen die Dauer der Ruhezeit und der Aktivzeit nicht gleich sind, sondern sich voneinander unterscheiden (Ruheposition ist viel länger oder viel kürzer als die Aktivposition). Bei Timer-Anwendungen findet man häufig die Variante, bei der der aktive Zustand im Vergleich zur Ruhezeit relativ kurz ist. Dies wird auch als Impulsgenerator bezeichnet.

Außerdem kennen wir auch eine Variante mit nicht 2, sondern 3 Zuständen: die 0-Spannung, eine Periode mit negativem Wert und eine Periode mit positivem Wert, wobei die Periode mit der 0-Spannung doppelt so oft angenommen wird wie die anderen Perioden.

Anwendungen

Rechteckwellenanwendungen sind hauptsächlich Timeranwendungen in digitalen Schaltungen und Messanwendungen von analogen Schaltungen (z.B. to verzerren zu entscheiden). Um die Frequenz eines Signals beliebiger Form zu bestimmen, wird es zunächst mit einem Sättigungsverstärker in eine Rechteckwelle umgewandelt. Das Zählen der Anzahl ansteigender Flanken pro Zeiteinheit ergibt dann die gesuchte Frequenz.

Siehe auch

Externe Links

Verweise

  • Elektrische Umbauten, von M. J. Hoeijmakers und H. Paling, März 1994, Fakultät für Elektrotechnik, Technische Universität Delft
  • Datenblatt Buch 1, 2. Auflage, 1989, Uitgeversmaatschappij Elektruur B.V.
  • Messtechnik/Elektronik Datenblätter, September 1990, Fakultät für Elektrotechnik, Technische Universität Delft