Questo articolo spiega cosa sono le onde quadre. Scoprirai quindi quali sono le caratteristiche di un’onda quadra, a cosa serve un’onda quadra, come affrontarla utilizzando una serie di Fourier e, infine, la differenza tra un’onda quadrangolare e un’onda rettangolare.
Cos’è un’onda quadra?
Un’onda quadra è un’onda di corrente alternata che ha solo due valori: un valore massimo e un valore minimo. In altre parole, un’onda quadra è un segnale elettrico che alterna il suo valore tra due valori estremi senza passare per valori intermedi.
Le onde quadre vengono utilizzate principalmente per generare segnali elettrici, solitamente con valori 1 e 0, o anche 1 e -1. Pertanto, le onde quadre costituiscono la base dell’elettronica digitale.
Una delle caratteristiche delle onde quadre è che sono periodiche, poiché ripetono sempre il loro andamento nello stesso periodo di tempo.
In breve, la differenza tra l’onda quadra e gli altri tipi di onde è che l’onda quadra non passa per valori intermedi, ma va dal valore minimo al valore massimo e viceversa.
A cosa serve l’onda quadra?
Fondamentalmente, le onde quadre vengono utilizzate per l’elaborazione del segnale digitale. Inoltre, le onde quadre hanno molti usi, come ad esempio:
- Nei processori e nei controller digitali come segnale di clock.
- Nei sensori o nei convertitori digitale-analogico e analogico-digitale, come segnale modulato in larghezza di impulso.
- Negli oscilloscopi come segnale di prova per calibrare il dispositivo.
- Nei sintetizzatori come una delle forme d’onda fondamentali.
- In dispositivi semplici o addirittura giocattoli come semplice segnale sonoro.
Serie di Fourier di un’onda quadra
Un’onda quadra può essere approssimata con una serie di Fourier. Più precisamente, un’onda quadra di ampiezza pari a 1 può essere rappresentata come una somma infinita di onde sinusoidali utilizzando la seguente espansione di Fourier:
![\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")
Come puoi vedere dal grafico qui sotto, un’onda quadra può essere approssimata con la formula della serie di Fourier appena sopra.
Bisogna tenere presente che l’onda quadra perfetta, cioè un’onda che presenta transizioni istantanee tra il valore alto e quello basso, non viene mai ottenuta. A causa delle limitazioni fisiche dei generatori d’onda, esiste un tempo di transizione tra il valore massimo e il valore minimo.
onda quadra e onda rettangolare
In questa sezione vedremo la differenza tra un’onda quadra e un’onda rettangolare, poiché sono due tipi di onde molto simili.
La differenza tra un’onda quadra e un’onda rettangolare è che l’onda quadra ha due livelli di tensione con la stessa durata. Tuttavia, in un’onda rettangolare, la durata del valore basso è diversa dalla durata del livello alto.
Come puoi vedere dal grafico dell’onda rettangolare mostrato sopra, il valore basso dell’onda dura più a lungo del valore alto. Si tratta quindi di un’onda rettangolare e non di un’onda quadra.