Co to jest fala kwadratowa?

Fala kwadratowa jest rodzajem przebiegu, w którym sygnał ma tylko dwa poziomy.Przełącza się sygnał między tymi poziomami w regularnych odstępach czasu, a przełącznik jest natychmiastowy.Te cechy oznaczają, że wykres fali w czasie wytwarza kształty z kwadratowymi narożnikami.Fala kwadratowa ma praktyczne zastosowania w obwodach cyfrowych i muzyce.

Większość przebiegów ma wyraźny wzór zwany sinusem.Takie przebiegi przełączają się między dwoma poziomami stopniowo, tak że wykres fali w czasie jest serią krzywych.Fale morza, fale świetlne i fale morskie podążają za wzorem sinusoidalnym, podobnie jak poziom napięcia w naprzemiennym systemie prądu.

Wszystkie inne przebiegi są klasyfikowane jako nie-sinusoidalne przebiegi.Najbardziej znane z nich, w tym fala kwadratowa, fala trójkąta i fali piłokształtne, obejmują również sygnał, który zmienia się między dwoma poziomami.Jednak każdy z nich zachowuje się w inny sposób, charakteryzujący się tym, czy przełącznik w jednym lub obu kierunkach jest natychmiastowy, czy stopniowy, jak długo trwa przełącznik i jak długo przechodzi między przełącznikami.Nazwy pochodzą ze sposobu, w jaki wykres fali w czasie wytwarza odpowiedni kształt.Natychmiastowe zmiany fali kwadratowej w obu kierunkach oznaczają, że wykres ma kształt jak wieżyczka zamku.

Fala kwadratowa jest dość prosta do sztucznego wygenerowania.To sprawia, że jest on szczególnie odpowiedni do upewnienia się, że różne części obwodu są prawidłowo synchronizowane.Regularny wzór fali kwadratowej działa jako urządzenie rozrządu.Fala kwadratowa może być również używana do syntezy dźwięków w muzyce.Fala dźwiękowa, która podąża za wzorem fali kwadratowej, brzmi podobnie do instrumentów wiatrowych, takich jak rogi, puzony i saksofonie.

W rzeczywistości niemożliwe jest wygenerowanie idealnej fali kwadratowej.Wynika to z faktu, że będzie pewne fizyczne ograniczenia urządzenia używanego do jego generowania.Na przykład okablowanie używane w urządzeniach obwody elektryczne będzie miało pewną rezystancję, która opóźnia zmianę poziomów napięcia.

Fala kwadratowa jest czasem znana również jako funkcja Rademacher.Ta nazwa pochodzi od Hansa Adolpha Rademachera, niemieckiego matematyka, który wyemigrował do Stanów Zjednoczonych.Oprócz wkładania własnej pracy w studiach matematycznych, uczył wielu studentów, którzy również stali się wiodącymi naukowcami i badaczami w tej dziedzinie.