#技术风云榜#这几种典型电波形的基本特征你了解吗？

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在《振荡器》  教程中，我们看到了振荡器是一种用于产生连续输出信号的电子电路。通常，该输出信号在电路的谐振组件所设定的某个预定频率或波长下呈正弦曲线形式。我们还看到，有许多不同类型的振荡器电路可用，但通常它们都由一个放大器以及用于产生正弦波类型输出信号的电感电容（LC）或电阻电容（RC）振荡电路组成。 。

典型电波形

% E* L- [" A5 |  `3 Z3 o但是有时在电子电路中，我们需要产生许多不同类型，频率和形状的信号波形，例如方波，矩形波，三角波，锯齿形波形以及各种脉冲和尖峰。
; Q* h! t8 `# `8 J: I/ l然后，这些类型的信号波形可用于定时信号，时钟信号或用作触发脉冲。但是，在我们开始研究如何产生不同类型的波形之前，我们首先需要了解构成电波形的基本特征。
5 u+ j  N# ]& b" f! {从技术上讲，电波形基本上是电压或电流随时间变化的视觉表示。用简单的英语来说，这意味着，如果我们将这些电压或电流变化相对于时间的基准（x轴）在（t）轴上绘制在一张方格纸上，则所得的图或图将表示如图所示的波形。可以使用许多不同类型的电波形，但通常可以将它们分解为两个不同的组。

• 1.单向波形   –这些电波形本质上始终是正向或负向，仅在不跨越零轴点的情况下才沿一个正向流动。常见的单向波形包括方波定时信号，时钟脉冲和触发脉冲。
• 2.双向波形   –这些电波形也称为交变波形，因为它们从正方向到负方向不断变化，并始终与零轴点交叉。双向波形会经历幅度的周期性变化，其中最常见的是正弦波。
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无论波形是单向，双向，周期性，非周期性，对称，非对称，简单还是复杂，所有电波形都包含以下三个共同特征：
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• 周期：  –这是波形从头到尾重复自身所需的时间（以秒为单位）。对于正弦波，该值也可以称为波形的周期时间（T），对于方波，也可以称为脉冲宽度。
• 频率：  –这是一秒钟内波形重复自身的次数。频率是时间段的倒数（ ƒ= 1 / T ），频率的标准单位是赫兹（Hz）。
• 幅度：  –这是信号波形的幅度或强度，以伏特或安培为单位。
  

周期波形周期波形是所有电波形中最常见的波形，因为它包含正弦波。您家中的AC（交流）电源波形是一个正弦波，并且会随着时间不断在最大值和最小值之间交替变化。
/ W' S! @( }% Y2 S3 w4 v在每个单独的重复或正弦波形的周期之间花费的时间称为“周期时间”或简称为“波形的周期”。换句话说，波形重复自身所需的时间。
1 p5 W. Q$ T6 L$ U# K; O# C9 k然后，此周期随每个波形从几分之一秒到几千秒变化，这取决于波形的频率。例如，花费一秒钟完成其周期的正弦波形将具有一秒钟的周期时间。同样，需要五秒钟才能完成的正弦波将具有五秒钟的周期性时间，依此类推。
7 t" Y0 U& j- k& {5 |  h, K因此，如果将波形完成重复之前完成一个完整模式或一个周期所花费的时间长度称为“波动周期”，并且以秒为单位进行测量，则可以将波形表示为每个周期的周期数。第二个由字母T表示，如下所示。
正弦波波形

; O% \6 a# g1 t! C周期时间（  T  ）的单位包括：秒（  s  ），毫秒（  ms  ）和微秒（  μs  ）。
仅对于正弦波波形，我们还可以用度或弧度表示波形的周期时间，因为一个完整的周期等于360 o（T = 360 o）或以弧度表示为2pi，2π（T =2π），那么我们可以说  2π弧度= 360 o –（记住这一点！）。
4 J+ V% Y7 m/ Q6 M现在我们知道，电波形重复自身所花费的时间称为周期时间或周期，它表示固定的时间量。如果取周期的倒数（  1 / T  ），则最终得到一个值，该值表示周期或周期以每秒一秒或每秒的周期重复自身的次数，这通常称为频率，单位为赫兹（Hz）。然后，赫兹也可以定义为“每秒周期数”（cps），而1Hz恰好等于每秒1个周期。
1 m# l7 d5 x: `; l2 l; b+ m% c周期和频率都互为数学倒数，并且随着波形的周期时间减少，其频率增加，反之亦然，周期时间和频率之间的关系表示为。
3 j, b( I7 H+ G. _7 r  {, M7 ]频率与周期时间之间的关系

其中：   ƒ是赫兹，T是秒。

  U& S/ T7 V' p" m一个赫兹精确地等于每秒一个周期，但是一个赫兹是一个非常小的单位，因此使用前缀来表示波形的数量级，例如kHz，MHz甚至GHz。

字首	定义	撰写为	时间段
公斤	千	千赫	1毫秒
美加	百万	兆赫	1us
千兆	十亿	GHz的	1ns
泰拉	兆	太赫兹	1ps

方波电波形方波波形在电子和微电子电路中广泛用于时钟和时序控制信号，因为它们是相等且方正的对称波形，代表一个周期的每个半周期，几乎所有数字逻辑电路的输入和输出都使用方波波形盖茨。
与正弦波的上升和下降波形具有平滑的上升和下降波形，在其正负峰值处具有圆角不同，另一方面，方波具有非常陡峭的几乎垂直的上下侧面，顶部和底部平坦，产生的波形与其描述相符， –如下所示的“平方”。
9 i: k$ f; }1 q. E3 U# b! i* w方波波形

9 M1 \4 M" _1 h2 X2 R6 {0 p% K我们知道方形电波形在形状上是对称的，因为每个周期的一半都是相同的，因此脉冲宽度为正的时间必须等于脉冲宽度为负或零的时间。当在数字电路中将方波波形用作“时钟”信号时，正脉冲宽度的时间称为该周期的“占空比”。
然后我们可以说，对于方波波形，正或“开”时间等于负或“关”时间，因此占空比必须为50％（其周期的一半）。由于频率等于周期的倒数（  1 / T  ），我们可以将方波波形的频率定义为：

电波形示例No1方波电波形的脉冲宽度为10ms，计算其频率（  ƒ  ）。
% U, s! R- ^; H. I0 ]. s对于方波波形，占空比为50％，因此波形的周期必须等于：10ms + 10ms或20ms
% `( A' u. D; X! Q1 }+ U

总结一下方波。阿方波的波形在形状上是对称的，并且具有正的脉冲宽度等于其负脉冲宽度产生了50％的占空比。方波波形在数字系统中用于表示逻辑电平“ 1”，高振幅和逻辑电平“ 0”，低振幅。如果波形的占空比不是50％的任何其他值（半开半关），则所得波形将称为矩形波形，或者如果“开”时间确实很小，则为Pulse。
# r4 ^- G$ v/ d# z+ i8 }6 W6 ~: f矩形波形矩形波形类似于上面的方波波形，不同之处在于该波形的两个脉冲宽度具有不相等的时间段。因此，矩形波形被分类为“非对称”波形，如下所示。
" {: V# v: s/ s矩形波形

上面的示例显示，正脉冲宽度在时间上比负脉冲宽度短。同样，负脉冲宽度可以短于正脉冲宽度，无论哪种方式，最终的波形形状仍将是矩形波形。
# \5 F: q$ {2 V$ p这些正脉冲宽度和负脉冲宽度有时分别称为“标记”和“间隔”，标记时间与间隔时间的比称为周期和方波波形的“标记与间隔”比这将等于一。
3 k0 N  O0 Y3 |8 @+ b电波形示例2矩形波形的正脉冲宽度（标记时间）为10毫秒，占空比为25％，请计算其频率。
占空比为总波形的25％或1/4，等于10ms的正脉冲宽度。如果25％等于10mS，则100％必须等于40mS，因此波形的周期必须等于：10ms（25％）+ 30ms（75％），总计等于40ms（100％）。

$ {0 @  n% W9 X/ Z矩形波形可用于通过更改波形的占空比来调节施加到负载（例如灯或电动机）的功率。占空比越高，施加给负载的平均功率越大，占空比越低，施加给负载的平均功率越少，这是一个很好的例子，使用“脉冲“宽度调制”速度控制器。
7 X! l; f. K- @" \! Z三角波形三角波形通常是双向的非正弦波形，在正峰值和负峰值之间振荡。尽管称为三角波，但三角波实际上更像是对称的线性斜坡波形，因为它只是在恒定频率或速率下的缓慢的上升和下降电压信号。如下所示，在周期的两个半周期中，每个斜坡方向之间的电压变化率相等。
三角波形

通常，对于三角波形，正向斜坡或斜率（上升）与负向斜坡（衰减）具有相同的持续时间，从而使三角波具有50％的占空比。然后，任何给定的电压幅度，波形的频率将决定波形的平均电压电平。
1 b* c5 Q8 H6 I5 ^& N6 M, {" K! L因此，对于较慢的上升和下降时间，斜坡的平均电压水平要比较快的上升和下降时间慢。但是，我们可以通过改变上升或下降斜坡值来产生非对称三角波，从而为我们提供另一种类型的波形，通常称为锯齿波形。
锯齿波形锯齿波形是另一种周期波形。顾名思义，波形的形状类似于锯片的齿。锯齿波形可以具有自己的镜像，如下所示，可以具有缓慢上升但非常陡峭的衰减，或者具有非常陡峭的几乎垂直的上升和缓慢的衰减。
/ V# E, b9 }- K6 Z* w锯齿波形

+ C7 t& Z5 B/ x" G7 |正斜波锯齿波形是两种波形类型中更常见的波形，其斜波部分几乎是完全线性的。锯齿波形通常可从大多数函数发生器获得，并且由一个基频（ƒ）及其所有谐波的整数倍组成，例如：1 / 2、1 / 4、1 / 6 1/8…1 / n等。实际上，这意味着锯齿波形富含谐波，对于音乐合成器和音乐家，音乐的音质或音色没有失真。
$ c$ |6 t; Q- v0 d+ B8 G触发和脉冲尽管从技术上讲触发器和脉冲是两个单独的波形，但是我们可以在此处将它们组合在一起，因为“触发”基本上只是一个非常窄的“脉冲”。不同之处在于触发器的方向可以是正向或负向，而脉冲仅是方向是正向。
" j1 X) T- Q1 |6 m0 F4 q' G- n' @一个脉冲波形或“脉冲串”，因为他们更俗称，是一种非正弦波形的，类似于我们在前面的方波。区别在于，脉冲的确切形状由周期的“标记与间隔”比确定，对于脉冲或触发波形，波形的标记部分非常短，具有快速上升和下降的形状，如图所示下面。
脉冲波形

一个脉冲是在自己的权利的波形或信号。与高频方波时钟信号或什至是矩形波形相比，它具有非常不同的标记与空间比。
+ K5 o/ ^6 Y' [“脉冲”和触发器的目的是产生一个非常短的信号，以控制发生某事的时间，例如，启动定时器，计数器，单稳态或触发器等，或作为切换触发器“ ON”晶闸管，双向可控硅和其他功率半导体器件。
函数发生器甲函数发生器或有时被称为波形发生器是，在所希望的频率产生的各种不同的波形的一个器件或电路。它可以生成正弦波，方波，三角和锯齿波形以及其他类型的输出波形。
有许多可用的“现成”波形发生器IC，所有这些都可以集成到电路中以产生所需的不同周期波形。
4 {6 s7 y$ o2 z- l一种这样的设备是8038精密波形发生器IC，它能够产生正弦波，方波和三角波输出波形，并具有最少数量的外部组件或调整。通过正确选择外部RC组件，可以在0.001Hz至300kHz的八种频率范围内选择其工作频率范围。
. E5 B/ {+ M/ n7 p4 [! W# Q$ h波形发生器IC

振荡频率在很宽的温度范围和电源电压变化范围内高度稳定，最高频率可达1MHz。可从独立的输出端子同时获得正弦波，三角波和方波这三个基本波形输出中的每一个。8038的频率范围是电压可控的，但不是线性函数。三角形对称性以及正弦波失真都是可调整的。

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周期波形周期波形是所有电波形中最常见的波形，因为它包含正弦波。您家中的AC（交流）电源波形是一个正弦波，并且会随着时间不断在最大值和最小值之间交替变化。 在每个单独的重复或正弦波形的周期之间花费的时间称为“周期时间”或简称为“波形的周期”。换句话说，波形重复自身所需的时间。