本文解释了什么是方波。因此，您将了解方波的特征是什么、方波的用途是什么、如何使用傅里叶级数来处理它，最后，您将了解方波和矩形波之间的区别。
什么是方波？
方波是一种只有两个值的交流波：最大值和最小值。换句话说，方波是一种电信号，其值在两个极值之间交替，而不经过中间值。
方波主要用来产生电信号，通常值为1和0，甚至1和-1。因此，方波构成了数字电子学的基础。
方波的特征之一是它们是周期性的，因为它们总是在同一时间段重复它们的模式。
简而言之，方波与其他类型波的区别在于，方波不经过中间值，而是从最小值到最大值，反之亦然。
方波有什么用？
基本上，方波用于数字信号处理。此外，方波还有很多用途，例如：
- 在处理器和数字控制器中作为时钟信号。
- 在传感器或数模和模数转换器中，作为脉宽调制信号。
- 在示波器中作为测试信号来校准设备。
- 在合成器中作为基本波形之一。
- 在简单的设备甚至玩具中作为简单的声音信号。
方波的傅立叶级数
方波可以用傅里叶级数来近似。更准确地说，幅度为 1 的方波可以使用以下傅里叶展开式表示为正弦波的无限和：
![\begin{aligned}\displaystyle x(t)& =\frac{4}{\pi} \sum_{k=1}^\infty \frac{\sin\bigl(2\pi(2k-1 )ft\bigr)}{2k-1}\\[2ex]&= \frac{4}{\pi}\left( \sin(wt)+\frac{1}{3}\sin(3wt)+ \frac{1}{5}\sin (5wt)+\dots\right)\end{aligned}](https://physigeek.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-773d18deaa9c39c601e8416172769e0c_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
从下图中可以看出，方波可以用上面的傅里叶级数公式来近似。
您必须记住，完美的方波，即在高值和低值之间瞬时转换的波，是永远无法获得的。由于波发生器的物理限制，最大值和最小值之间存在过渡时间。
方波和矩形波
在本节中，我们将看到方波和矩形波之间的区别，因为它们是两种非常相似的波类型。
方波和矩形波的区别在于方波有两个持续时间相同的电压电平。然而，在矩形波中，低电平的持续时间与高电平的持续时间不同。
从上面显示的矩形波图中可以看出，波浪的低值比高值持续的时间更长。因此它是矩形波而不是方波。