4월3일에서 12,417

전자 제품의 정사각형 파형 이해

사각형 파형은 전자 장치의 작동 방식, 특히 디지털 신호를 다루는 시스템에서 큰 부분입니다.이 파형은 단순하지만 매우 유용하며 깨끗하고 반복되는 패턴으로 높고 낮은 레벨 사이를 전환합니다.타이머, 시계, 사운드 발전기 및 제어 시스템과 같은 것들에서 찾을 수 있습니다.이 기사에서는 정사각형, 직사각형 및 펄스 파형, 외관 및 소리 및 실제 회로에서 사용되는 방법을 배웁니다.또한 사인파를 사용하여 사각형 파를 구축하는 방법과 타이머, 마이크로 컨트롤러 및 신호 생성기와 같은 다양한 도구를 사용하여 생성하는 방법을 볼 수 있습니다.호기심이 많든 프로젝트를 진행하든이 안내서는 정사각형 파형을 더 잘 이해하는 데 도움이됩니다.시작합시다.

목록

그림 1. 제곱 파형 생성기

정사각형, 직사각형 및 펄스 파형은 무엇입니까?

사각형, 직사각형 및 펄스 파형 사이를 전환하는 신호 유형입니다 둘 레벨 - 보통 높고 낮은 전압.이 파형은 전자 제품, 특히 신호가있는 디지털 회로 바이너리에서 1과 0과 같이 켜져 있거나 꺼져 있습니다.에이 사각형 파형 가장 일반적인 것 중 하나입니다.전환 높은 상태와 낮은 상태 사이에서 균등하게, 각각에서 같은 시간을 보냅니다.이것은 그래프에서 볼 때 완벽한 사각형처럼 보이는 패턴을 생성하므로 사각형 파라고합니다.

이상적인 세계에서는 제곱 파형의 높음과 낮은 변화가 즉각적 일 것입니다. 신호는 지연없이 한 상태에서 다른 상태로 스냅됩니다.그러나 실제로이 변화는 시간이 조금 걸립니다.그래서 그 이유입니다 상승 시간 (얼마나 빨리 올라가는지)와 가을 시간 (얼마나 빨리 떨어지는 지) 이 파형을 분석 할 때 종종 면밀히 살펴 봅니다.

이제 "Square Wave"라는 용어는 때때로 2 단계 파형에 사용되지만 특정 차이가 있습니다.파형이 소비되는 경우 낮거나 다른 방법으로 더 높은 시간은 직사각형 파형이라고합니다.. 여전히 두 상태 사이에서 전환 중입니다 타이밍이 같지 않습니다.짧은 시간 동안 높고 더 긴 시간 동안 낮거나 그 반대도 마찬가지입니다.

그림 2. 제곱 파형

그런 다음이 있습니다 펄스 파형.정사각형 또는 직사각형 파형과 달리 펄스가 항상 반복되는 것은 아닙니다.상황에 따라 한 번 또는 가끔 발생할 수 있습니다.전압이 특정 지점에 도달하거나 일부 이벤트가 트리거 될 때 펄스가 발생할 수 있습니다.이 펄스는 종종 회로에서 데이터를 보내거나 신호를 제어하는 ​​데 사용됩니다.

이 파형은 기본적으로 보일 수 있지만 전자 장치가 대화하고 신호를 처리하며 무대 뒤에서 작업을 수행하는 방식에서 큰 역할을합니다.

사각형 파형의 모습은 무엇입니까?

정사각형 파형을 본 후에는 쉽게 알 수 있습니다.매우 간단하고 날카로운 모양을 가지고 있습니다. 그것은 높은 수준으로 똑바로 점프합니다, 그때 잠시 거기에 머물러 있습니다 낮은 수준으로 똑바로 떨어집니다이 패턴을 반복해서 반복합니다.그래프 나 오실로스코프 화면에서는 연결된 사각형 또는 블록 행처럼 보이며 깨끗하고 규칙적인 리듬으로 위아래로 올라갑니다.

정사각형 파형을 진정으로 "정사각형"하게 만드는 것은 낮은 상태와 마찬가지로 높은 상태에서 동일한 시간.이 균형은 이름을 부여합니다.라이트 스위치 패턴처럼 보려면 2 초 동안, 2 초 동안, 다시 2 초 동안 켜지는 등의 조명을 켜는 것과 같습니다.동일한 타이밍은 a라고합니다 1 : 1 마크 대 공간 비율 - "on"및 "Off"시간을 의미합니다.

"Square Wave"라는 용어는 기술적 인 용어로 매우 느슨하게 사용되지만 높고 낮은 상태에서 소비 된 시간이 동일하지 않다면 더 이상 진정한 정사각형 파형이 아닙니다..그때는 대신 직사각형 파형이됩니다.그러나 둘 다 여전히 동일한 위아래의 2 레벨 스타일을 공유합니다. 차이는 각 레벨이 얼마나 오래 지속되는지에 달려 있습니다.이 깨끗하고 스위칭 패턴은 한 상태에서 다른 상태로의 변화를 명확하게 보여주기 때문에 스퀘어 파형을 디지털 전자 제품에 유용하게 만드는 이유입니다.

사각형 파형의 소리는 어떻습니까?

정사각형 파형을들은 적이 있다면 매끄럽고 사인파보다 훨씬 더 강렬한 사운드가 있습니다.그 가혹함은 파도 자체의 모양에서 나옵니다.정사각형 파는 높이와 낮은 레벨 사이의 빠르고 갑자기 점프하기 때문에 생성되는 소리가 더 절단되고 귀에 덜 매끄 럽습니다.

그림 3. 사각형 파형의 사운드 표현

정사각형 파도는 불리는 것으로 가득 차 있습니다 배음 - 메인 톤 위에 겹쳐진 여분의 주파수입니다.그것이 정사각형 파도에 풍부하고 날카로운 캐릭터를주는 것입니다.음악이나 사운드 디자인에서 더 관심을 끌거나 독특한 톤을 원할 때 유용합니다.그들은 종종 신디사이저와 전자 기기에 사용됩니다.사인파가 부드럽고 순수하게 들릴 수 있지만, 정사각형 파는 더 강력하고 공격적인 것을 통해옵니다. 이는 눈에 띄는 소리를 원할 때 좋을 수 있습니다.

사각형 파형에 대한 중요한 것들

사각형 파형은 전자 제품, 특히 디지털 회로.이들은 회로입니다 신호는 켜져 있거나 꺼져 있습니다.정사각형 파형은 완벽하게 맞습니다 두 레벨 사이에서 명확하게 스위치 : 높음과 낮음.따라서 장치가 신호를 쉽게 읽고 응답 할 수 있습니다.

디지털 시스템에서는 일반적으로 높은 수준을 호출합니다 "1" 그리고 낮은 레벨이 호출됩니다 "0". 당신은 그것들이 부를 언급하는 것을들을 수도 있습니다 높고 낮은.이 레이블은 신호가 활성화되거나 비활성화 될 때 표시하는 데 도움이됩니다.간단한 로직 칩 또는 고급 마이크로 컨트롤러로 작업하든 사각형 파형은 종종 프로세스의 일부입니다.그들은 익숙합니다 조치를 제어하거나 데이터를 보내거나 시간을 유지하십시오 많은 유형의 장치에서.

전압 레벨은 약간 다를 수 있으므로 대부분의 시스템 높거나 낮은 것으로 간주되는 범위 정의.이를 통해 신호가 매번 동일하지 않은 경우에도 장치가 제대로 작동 할 수 있습니다.A가 있습니다 당신이 이해해야 할 정사각형 파형의 주요 부분은 제대로 사용합니다.

기간

기간은 파형의 전체 사이클이 발생하는 데 걸리는 시간을 알려줍니다.여기에는 낮은 곳에서 높이로 그리고 다시 낮게 이동하는 것이 포함됩니다.하나의 상승 가장자리에서 다음에, 또는 하나의 하락 가장자리에서 다음으로 측정 할 수 있습니다.상승 또는 하락이 즉각적이지 않더라도 측정 도구는 항상 동일한 트리거 포인트를 사용하므로 결과는 정확합니다.기간을 아는 것은 파형이 얼마나 빨리 반복되는지 이해하는 데 도움이됩니다.

빈도

주파수는 1 초 안에 파형이 반복되는지를 보여줍니다.Hertz (HZ)에서 측정됩니다.파형이 매 초기에 반복되면 주파수는 1Hz입니다.1 초 만에 천 번 반복되면 1000Hz 또는 1kHz입니다.이 간단한 공식을 사용하여 주파수와 시간 사이를 쉽게 전환 할 수 있습니다.

주파수 = 1을 시간별로 나눈 값

기간 = 1을 주파수로 나눈 값

진폭

진폭은 파형의 전압 높이입니다.하단 (낮음)에서 상단 (높음)까지 측정 할 수 있습니다.아날로그 시스템에서는 피크 또는 피크 전압으로 나열 될 수 있습니다.그러나 디지털 시스템에서 더 중요한 것은 신호가 낮은지 높거나 높은지 여부입니다.

예를 들어, 구형 TTL 시스템에서 낮은 것은 0에서 0.4 볼트 사이의 전압을 의미 할 수 있습니다.높음은 2 볼트에서 5 볼트 사이 일 수 있습니다.현대 시스템은 낮은 전압을 사용할 수 있지만 일반적인 아이디어는 동일하게 유지됩니다.중요한 것은 신호가 명확하게 낮거나 높은 범위에 맞아 디지털 장치가 그 의미를 알 수 있다는 것입니다.

시간, 주파수 및 진폭에 익숙해지면 실제 회로에서 사각형 파형으로 작업하는 것이 더 쉬워집니다.이 간단한 파형은 올바른 방식으로 사용될 때 많은 작업을 수행 할 수 있습니다.

정사각형 파형은 어떻게 상승하고 떨어지는가?

사각형 파형은 고전압 수준과 저전압 레벨 사이의 날카 롭고 깨끗한 전환으로 유명합니다.그러나 실제 세계에서는 그 가장자리가 진정으로 즉각적이지 않습니다.모든 정사각형 파형은 낮은 곳에서 높음 (상승 시간이라고 함) 및 높음에서 낮음 (가을 시간)으로 이동하는 데 적은 시간이 걸립니다.이러한 짧은 전환 기간은 사소한 것처럼 보일 수 있지만, 특히 타이밍이 중요한 디지털 전자 장치에서 회로가 얼마나 잘 작동하는지에 큰 차이를 만들 수 있습니다.

상승 시간은 신호가 최종 높은 값의 10 %에 도달하는 지점에서 90 %에 도달하는 지점에서 측정됩니다.가을 시간은 같은 방식으로 측정되지만 90 %에서 10 %로 측정됩니다.이러한 특정 지점은 전환의 시작 또는 끝에서 발생할 수있는 약간의 반올림 또는 소음을 피하는 데 도움이됩니다.경우에 따라 측정 값이 5 %에서 95 %로 간주 될 수 있지만 덜 일반적입니다.

그림 4. 제곱 파형의 상승 및 낙하 시점

이러한 측정은 종종 나노초, 특히 빠른 디지털 시스템에서 제공됩니다.상승 또는 하락 시간이 너무 느리면 오해 신호 또는 회로의 타이밍 문제와 같은 문제가 발생할 수 있습니다.그렇기 때문에 신호 생성기 또는 로직 칩과 같은 장치의 사양에 상승 및 하락 시간 값이 나열되는 경우가 많습니다.

파형이 얼마나 빨리 상승하거나 떨어지는 지 알면 프로젝트에서 원활하게 작동하는지 더 잘 이해할 수 있습니다.또한 신호 품질을 문제 해결하거나 신호 품질을 향상 시키려고 할 때 도움이됩니다.이러한 변화가 매우 빨리 발생하지만 사각형 파형이 실제 회로에서 어떻게 행동하는지의 중요한 부분입니다.

사인파로 제곱 파형이 ​​어떻게 만들어 졌습니까?

언뜻보기에 정사각형 파형은 부드러운 사인파와 매우 다르게 보입니다.하나는 날카 롭고 차단하고 다른 하나는 부드럽고 커브됩니다.그러나 푸리에 분석이라는 것을 사용하여 사각형 파형을 분해하면 일련의 사인파를 추가하여 실제로 만들어 졌다는 것을 알 수 있습니다.이것은 놀랍게 보일지 모르지만 파형이 어떻게 구축되는지 이해하는 매혹적인 방법입니다.

사각형 파형이 분석되면 서로 관련이있는 여러 사인파가 혼합 된 것으로 밝혀졌습니다.이 파도를 고조파라고합니다.기본으로 알려진 첫 번째는 제곱파의 주요 주파수를 설정합니다.그런 다음 다른 사람이 온다 : 세 번째 고조파 (기본의 빈도의 3 배), 다섯 번째 고조파, 일곱 번째 등.이들 각각은 기본 주파수의 홀수 다중이며, 각각은 마지막보다 약간 약합니다.

그림 5. 사각형 파를 형성하는 사인파 성분

따라서 더 많은 고조파를 추가할수록 결합 된 모양이 정사각형처럼 보이기 시작합니다.근본적인 사인파 만 가지고 있다면 소리가 나고 부드러운 파도처럼 보일 것입니다.세 번째와 다섯 번째 고조파를 추가하면 제곱이 시작됩니다.계속 진행하면 파형이 더 선명 해지고 더 정의됩니다.

수학적으로, 정사각형 파는 다음 방정식을 사용하여 고조파 사인파의 합으로 표현 될 수 있습니다.

이 공식은 완벽한 정사각형 파가 사인파의 홀수 고조파 만 추가하여 만들어지며, 각 고조파는 이전보다 강도가 적습니다.

그림 6. 제곱 파형의 주파수 스펙트럼

하위 통과 필터를 통해 사각형 파형을 전달하면 고조파를 차단하면 날카로운 모양을 잃게됩니다.가장자리가 둥글게되며 파형은 더 이상 진정한 정사각형처럼 보이거나 작동하지 않습니다.그 높은 고조파는 사각형이 날카로운 가장자리와 빠른 전환을주기 때문입니다.

정사각형 파의 스펙트럼 다이어그램에는 3, 5, 7 일 등 이상한 신호에서 강한 신호가 표시됩니다.이 신호는 주파수가 높아짐에 따라 강도가 떨어집니다.정사각형 파도에는 포함되지 않기 때문에 짝수의 고조파를 보지 못할 것입니다.이 패턴은 사각형 파형에게 소리와 전자 동작 모두에서 고유 한 특성을 제공하는 것의 일부입니다.

사각형 파도에서 제곱파가 제작되었다는 것을 이해하면 그것이 왜 그렇게 행동하는지 설명하는 데 도움이됩니다.사운드, 타이밍 신호 또는 논리 펄스로 작업하든,이 숨겨진 고조파 구조는 사각형 파형이 실제 회로에서 어떻게 작동하는지에 큰 역할을합니다.

실제 회로에서 사각형 파형의 사용

사각형 파형은 특히 타이밍 및 제어가 중요한 경우 여러 가지 유형의 전자 회로에서 사용됩니다.가장 일반적인 용도 중 하나는 시계 신호.디지털 전자 장치에서 모든 작업은 종종 시계 펄스에 의해 시간이 지남에 따라 시스템에 다음 단계로 이동 해야하는 반복되는 제곱 파형입니다.마이크로 컨트롤러, 프로세서 및 기타 디지털 칩은이 꾸준한 리듬에 의존하여 올바르게 작동합니다.

또한 정사각형 파도를 찾을 수 있습니다 PWM (Pulse-Width Modulation)모터, LED 또는 오디오 신호와 같은 장치를 제어하는 ​​데 사용됩니다.각 사이클 동안 신호가 높거나 낮은 시간을 변경하면 전압을 변경할 필요없이 밝기 나 속도와 같은 것을 조정할 수 있습니다.이것은 팬 컨트롤러, 어두운 회로 및 로봇 공학과 같은 것들에 유용합니다.

또 다른 일반적인 장소 사각형 파도가 나타납니다 전환 회로.전원 공급 장치, 신호 변조 시스템 또는 디지털 로직 게이트와 같은 구성 요소를 신속하게 켜고 끄는 데 사용됩니다.정사각형 파는 높은 상태와 낮은 상태 사이에서 깨끗하게 변하기 때문에 이러한 유형의 스위칭 동작을 처리하는 데 적합합니다.

그들은 또한 도움이됩니다 테스트 및 디버깅.회로를 설계하고 신호에 반응하는 방법을 확인하려면 기능 생성기의 제곱파가 종종 가장 먼저 시도하는 것입니다.회로가 고속 또는 디지털 디자인에서 특히 중요한 빠른 전환을 처리하는 방법을 밝히는 데 도움이됩니다.

사각형 파형을 생성하는 방법?

간단한 전자 프로젝트를 진행하거나보다 고급 시스템을 구축하든 사각형 파형을 생성하는 몇 가지 쉽고 신뢰할 수있는 방법이 있습니다.이것을위한 가장 일반적인 도구 중 하나는 555 타이머 IC.수십 년 동안 취미와 전문 회로에서 사용 된 작고 저렴한 칩입니다.Astable 모드로 설정되면 555 타이머는 연속 정사각형 파를 생성하며 몇 가지 저항과 커패시터를 변경하여 주파수 및 듀티 사이클을 조정할 수 있습니다.

또 다른 인기있는 방법은 사용하는 것입니다 마이크로 컨트롤러.Arduino 또는 기타 개발 보드와 같은이 작은 프로그래밍 가능한 칩은 디지털 출력 핀을 통해 정사각형 파를 생성 할 수 있습니다.정기적으로 핀을 켜고 끄는 짧은 코드를 작성할 수 있습니다.많은 마이크로 컨트롤러도 지원합니다 PWM (Pulse-Width Modulation), 각 펄스의 높고 낮은 시간을 제어 할 수 있습니다. 완벽하게 균형을 맞추지 않는 사각형이 필요한 경우 유용합니다.

보다 정확하거나 유연한 제어를 위해 기능 생성기 또는 신호 생성기.이들은 정사각형 파를 포함하여 파형의 정확한 주파수, 진폭 및 모양을 설정할 수있는 도구입니다.그들은 종종 정확도와 범위가 더 중요한 실험실이나 테스트 설정에 사용됩니다.

사각형 파형도 사용하여 만들 수도 있습니다 발진기 회로.이 회로는 트랜지스터, 커패시터 또는 작동 증폭기와 같은 구성 요소를 사용하여 구축됩니다.설계 방식에 따라 자체적으로 또는 다른 파형 유형과 함께 사각형 파를 생성 할 수 있습니다.

디지털 세계에서는 소프트웨어 .오디오, 시뮬레이션 또는 디지털 신호 처리 작업을 수행하는 경우 Square Wave 데이터를 생성하고 출력 장치로 보낼 코드를 작성할 수 있습니다.이것은 음악 합성 또는 타이밍 신호가 필요한 소프트웨어 기반 시스템을 테스트 할 때 일반적입니다.

결론

사각형 파형은 단순 해 보일 수 있지만 전자 시스템의 작동 방식에서 큰 역할을합니다.타이밍 및 전환에서 사운드 및 신호 제어에 이르기까지 다양한 방식으로 사용됩니다.당신은 그들이 어떻게 만들어 졌는지, 어떻게 행동하는지, 그리고 실제 회로에서 나타나는 위치를 보았습니다.이 기본 지식을 통해 자신의 프로젝트 나 학습에서 사각형 파형을 이해하거나 사용하기가 더 쉽다는 것을 알게 될 것입니다.