【电子电路】波形说明

波形

在电子电路中，我们经常需要产生一些不同类型、不同形状或不同频率的波形做为信号波形，如正弦波、方波、矩形波、三角波、锯齿波等等。这些波形通常会被用于时钟信号、触发脉冲、定时信号等等。

所谓波形，就是电压或电流随时间变化的直观表示。通常是以时间做为基准的X轴，电压或电流随时间t变化的大小数值则在Y轴表示，这样在一段时间所形成的图形，就是波形。波形的类型很多，按其在坐标轴上的表现，实际上大体可以分为以下两组。

1.单向波形：
这些波形只会出现在零轴之上或零轴之下，不跨越零轴点。如方波时钟脉冲信号 ，通常使用时电压只出现于0V之上，而不会使用负电压。

2.双向波形：
这些波形会交替穿过零轴线，出现于Y轴的正负方向上。这样的波形也可以称为交替波形。如市电的正弦波，就是这样的交替波形，电压变化交替出现于Y轴正负方向 。

波形的三个特征：

周期：
波形从开始到结束、重复自身所用的时间，单位一般是用秒。这个值也是正弦波的周期时间T或方波的脉冲宽度。

频率：
波形在一秒内重复自身的次数，( ƒ = 1/T )，单位是赫兹(Hz)。

幅度：
以电压伏特或电流安培为单位测量的信号波形的幅度或强度。

周期和频率互为倒数，所以波形的频率越高，周期时间越短，反过来看就是周期越长，频率越低。

ƒ以赫兹为单位，T以秒为单位。1Hz为1秒一个周期，1Hz是个很小的值，为了表示波形的周期数量级，通常加入下面的前缀符来表示。

正弦波的波形如上图，在不同的幅度和不同周期下波形会不一样。它的一个周期包括了正负半周，周期时间单位（T）可以是秒（s）、毫秒（ms）、微秒（us）和纳秒（ns）等。对于正弦波还可以用度数或弧度来表示周期。一个完整的周期等于 360 o ( T = 360 o ) 或以弧度表示为2π ( T = 2π )，那么可以说 2π 弧度 = 360 °。

方波 Square Wave

方波是一种对称、每半个周期时间是相同的波形，与具有平滑上升和下降波形的正弦波不一样，方波在正负峰值处有圆角，具有非常陡峭的上下升沿，顶部和底部平坦。当用于数字电路时，正脉冲宽度时间称为周期的“占空比”，方波波形的正（ON）时间等于负（OFF）时间是一致的，所以占空比是50%。方波常用于电路中的时钟和定时控制信号 。根据下面的公式，我们可以尝试计算一下方波的频率，当一个方波的脉冲宽度为10ms，因为占空比为50%，那么周期就为10ms+10ms=20ms，频率=1/T=1s/20ms=50Hz。

矩形波 Rectangular Wave
和上面的方形所不一样的是它不是对称的，属于“非对称”波形，周期内的2个脉冲宽度不一样。方波应该也算是一种特殊的矩形波。矩形波有时也可以用正脉冲宽度和占空比来表示。如脉宽为10ms，占空比为25%，也就是说这个波形周期T为10ms（25%）+30ms（75%），那么频率就是1/T=1s/40ms=25Hz。矩形波可以用于各种控制电路上，最典型的可以是通过调节占空比来调节电压或频率等的PWM脉宽调制电路。

脉冲 Pulse

脉冲也称脉波或脉冲波（pulse wave），波形和方波和矩形波形式上本无太大的区别，只是脉冲可以单个或以脉冲串形式被使用。脉冲波的形状是周期的“Mark-to-Space”比率决定，脉冲的Mark部分非常短，且具有快速上升和下降的形状。每个脉冲都可以是单独的有效的波形和信号，使用它的目的就是产生一个非常短的信号来控制某些事件，也可以生成脉冲串列达到某种功能。如启动单稳态电路、触发器、计数器、定时器或功率器件等等。

无论方波、矩形波或脉冲，理想的波形在高和低两个值之间是瞬时变化的。而产生波形的电路因为有物理局限性，这是不可能实现的。信号从低值上升到高值然后再下降所花费的时间分别称为脉冲上升时间（rise time）和脉冲衰减时间（fall time）。

三角波 Triangular Wave

三角波顾名思义形似三角形，正向上升与负向衰减的时间相同，相当于提供了50%的占空比，电压幅度与波形的频率决定波形的平均电压。较慢的上升下降斜率相比于较快的，得到的平均电压更低。

锯齿波 Sawtooth Wave

通过改变改变上升或下降的斜率，可以产生非对称的三角波，形似于锯片的齿，称之为锯齿波。下图是二种类型的锯齿波，前面一种是缓慢上升快速下降的正斜坡锯齿波，后面一种是快速上升缓慢下降的负斜坡锯齿波。三角波、锯齿波可被用于扫描电路、D类放大电路等场合。

最后

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