方波信号是指在一个周期内,信号的波形由高电平和低电平两种状态交替出现的一种信号。即信号在一个周期里以固定的频率反复跳变,如图:
其中,T是一个周期,高电平的持续时间为T的一半,低电平也是T的一半。
方波信号在实际应用中有许多独特的特点:
(1)含有丰富的频谱成分:方波信号的波形由许多谐波组合而成,在频谱分析中,其频谱成分包含了无限多的奇数次谐波。
(2)具有快速上升和下降的特性:方波信号的切换非常快速,因此具有快速上升和下降的特点。
(3)不易传输:方波信号的频谱分布非常宽,所以在传输过程中会出现失真,使得原始信号无法恢复。
方波信号在许多领域中有广泛的应用:
(1)数字电路测试:方波信号可以用来测试数字电路的正确性和工作状态。
(2)数码显示:数码显示中的“7段数码管”就是一种由方波信号控制的显示方式。
(3)PWM控制:方波信号可以通过调节占空比的方式产生PWM(脉宽调制)信号,广泛应用于电机控制、LED调光、电源控制等领域。
方波信号可以通过各种电路产生,其中最简单的是利用反相器和延迟线电路。通过在反相器与延迟线之间连接正反馈电路,即可产生连续的方波信号。
当输入一个高电平信号时,输出将变为低电平,然后经过一定的延时后,输出变回高电平,再经过反相器后变为低电平,如此反复循环,即产生了连续的方波信号。