方形波

この記事では方形波とは何かについて説明します。したがって、方形波の特性が何であるか、方形波が何に使用されるか、フーリエ級数を使用して方形波にアプローチする方法、そして最後に方形波と方形波の違いがわかります。

方形波とは何ですか?

方形波は、最大値と最小値の 2 つの値のみを持つ交流波です。言い換えれば、方形波は、中間値を通過せずに 2 つの極値の間で値を交互に繰り返す電気信号です。

方形波は主に電気信号を生成するために使用され、通常は 1 と 0、または 1 と -1 の値を持ちます。したがって、方形波はデジタル エレクトロニクスの基礎を形成します。

方形波の特徴の 1 つは、常に同じ周期でパターンを繰り返すため、周期的であることです。

つまり、方形波と他のタイプの波の違いは、方形波は中間値を通過せず、最小値から最大値へ、またはその逆に移動することです。

方形波は何に使われますか?

基本的に、方形波はデジタル信号処理に使用されます。さらに、方形波には次のような多くの用途があります。

• プロセッサーおよびデジタルコントローラーでクロック信号として使用されます。
• センサーまたはデジタル/アナログおよびアナログ/デジタル コンバーターで、パルス幅変調信号として。
• オシロスコープでデバイスを校正するためのテスト信号として使用されます。
• シンセサイザーの基本波形の 1 つとして使用されます。
• 単純な機器やおもちゃでも、単純な音声信号として使用されます。

方形波のフーリエ級数

方形波はフーリエ級数で近似できます。より正確には、振幅 1 の方形波は、次のフーリエ展開を使用して正弦波の無限和として表すことができます。

下のグラフからわかるように、方形波は上記のフーリエ級数式で近似できます。

完全な方形波、つまり高値と低値の間で瞬時に遷移する波は決して得られないことに留意する必要があります。波形発生器の物理的制限により、最大値と最小値の間には遷移時間が存在します。

方形波と方形波

このセクションでは、方形波と方形波は非常によく似たタイプの波であるため、その違いについて説明します。

方形波と方形波の違いは、方形波には同じ持続時間の 2 つの電圧レベルがあることです。ただし、矩形波では、Low レベルの期間と High レベルの期間は異なります。

上に示した矩形波グラフからわかるように、波の低い値は高い値よりも長く続きます。したがって、これは方形波ではなく、方形波です。