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)
在振蕩器教程中，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?。您家中的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 | 千 | kHz | 1ms |
| 兆 | 百萬 | 兆赫 | 1微秒 |
| 千兆 | 億 | GHz的 | 1ns的 |
| 的Tera | 兆 | 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?，所以脈沖寬度為正的時(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?？蓮拇蠖鄶?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姷氖牵环N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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