O que é uma Onda Quadrada e uma Forma de Onda Retangular
Ondas quadradas, ondas retangulares e formas de onda pulsadas são todas formas de onda que possuem dois estados; alto e baixo e são amplamente utilizados com circuitos digitais.
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As formas de onda eletrônicas e elétricas incluem:
Tipos de forma de onda e fundamentos | Onda senoidal | Ondas quadradas e retangulares | Onda Triangular
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As ondas quadradas são uma forma de onda periódica que alterna entre dois estados e não são senoidais.
Na onda quadrada ideal, as transições entre os dois estados são instantâneas, mas no mundo real obviamente não é esse o caso e os tempos de subida e descida são de grande interesse.
Embora o termo onda quadrada seja usado para muitas formas de forma de onda de dois estados, estritamente falando, uma onda quadrada é aquela que é quadrada e tem tempos iguais em qualquer um dos estados, ou seja, tem uma proporção de marca para espaço de 1:1. Uma forma de onda retangular é uma forma de onda periódica de dois estados que possui relação marca-espaço desigual.
Uma forma de onda pulsada é aquela que pode não ser repetitiva ou periódica. Isso pode resultar do pulso sendo gerado quando um determinado limite analógico é atingido, ou pode estar carregando dados ou muitos outros motivos.
Invista em seu conhecimento:
Aspectos básicos das ondas quadradas
Ondas quadradas aparecem em uma variedade de projetos de circuitos eletrônicos e outras áreas da eletrônica. Eles são particularmente prevalentes em circuitos digitais ou lógicos onde o sistema lida com dados digitais e formas de onda.
Quando usado em um circuito lógico ou digital, os dois estados são frequentemente designados como “1” e “0” correspondendo aos dígitos binários. Eles também podem ser referidos como “ALTO” e “BAIXO” indicando a tensão.
O estado lógico “1” é o mesmo que o estado “HIGH” e “0” é o estado “LOW”.
Essa terminologia é adotada porque os circuitos lógicos normalmente estão associados a números e sinais binários. Existem muitos circuitos que usam circuitos lógicos, alguns podem ser relativamente simples usando pequenos chips lógicos, enquanto outros podem usar microprocessadores ou microcontroladores, etc.
Como nem sempre é possível determinar a tensão exata, geralmente é dada uma janela em circuitos eletrônicos para os estados alto e baixo.
Existem muitos aspectos de uma onda quadrada que muitas vezes precisam ser especificados.
- Período de tempo: O período de tempo de uma onda quadrada é um dos principais parâmetros que descrevem a forma de onda. Como as principais características da onda quadrada são as bordas ascendentes e descendentes, essas são as principais áreas usadas pelos marcadores para definir o período de tempo. A medição pode ser feita de uma borda ascendente para a próxima ou de uma borda descendente para a próxima.A mesma tensão de disparo é usada de um ciclo para o outro, caso haja alguma inclinação nas bordas de subida ou descida. No entanto, para qualquer instrumento de medição, o ponto de disparo será o mesmo de uma medição para outra, portanto, isso não é um problema.
- Frequência: Como a de uma onda senoidal, a frequência de uma onda quadrada é o número de vezes que a forma de onda se alterna em um segundo. A frequência costumava ser medida em ciclos por segundo, mas agora a unidade Hertz é usada onde um Hertz é igual a um ciclo por segundo.Se a frequência de uma onda quadrada for conhecida, é possível calcular o período de tempo e vice-versa.
Da mesma forma, manipulando a equação, podemos ver que:
Onde:
f = frequência em Hz
T = período de tempo de um ciclo em segundos
- Amplitude: A amplitude de uma onda quadrada pode ser especificada de várias maneiras.Obviamente, é possível medir e especificar a tensão da forma de onda como uma tensão de pico ou pico a pico. Isso pode ser usado se a onda quadrada estiver sendo usada com um sistema analógico ao lado de outras formas de onda, como uma onda senoidal ou outras formas de onda.No entanto, as ondas quadradas são mais amplamente utilizadas com projetos digitais para sistemas eletrônicos ou outros sistemas lógicos. Com projetos digitais, os valores para os estados baixo e alto são de interesse.Normalmente, o estado baixo está entre 0 V e 0,4 V e o estado alto está entre 2 V e o trilho de alimentação, que normalmente é 5,0 V para TTL padrão. Famílias lógicas mais modernas usam tensões muito mais baixas, mas os mesmos princípios são verdadeiros, embora as tensões sejam ligeiramente diferentes.
Tempos de subida e descida de ondas quadradas
Um aspecto importante das ondas quadradas é o tempo que leva para a forma de onda subir e depois cair.
Os tempos de subida e descida da onda quadrada são freqüentemente citados. Por exemplo, a onda quadrada de um gerador de sinal pode ter uma especificação para seus tempos de subida e descida.
Às vezes é necessário medir os tempos de subida e descida de um sinal porque isso pode afetar a operação de alguns projetos de circuitos eletrônicos, especialmente aqueles que usam tecnologia digital.
Normalmente, o tempo de subida é medido como o tempo para a borda de subida passar de 10% do valor final para 90%. Da mesma forma, a borda descendente também usa os mesmos pontos.
Normalmente são usados os pontos de 10% e 90%, embora em algumas ocasiões possam ser usados 5% e 95%, mas isso é menos comum.
No diagrama, os valores de 10% e 90% são dados e os tempos t de subida e t de queda referem-se aos tempos de subida e descida, respectivamente.
Para a maioria das famílias lógicas que usam formas de onda digitais e quadradas, os tempos de subida e descida provavelmente são especificados em nanossegundos.
Espectro de onda quadrada e análise de Fourier
Se o espectro de uma onda quadrada for analisado, descobriremos que ela é composta de uma série de ondas senoidais harmonicamente relacionadas.
De fato, qualquer forma de onda periódica pode ser analisada dessa maneira e as frequências constituintes ou ondas senoidais podem ser determinadas.
Se o espectro de uma onda quadrada for analisado, verá que a forma de onda é composta de uma onda senoidal na frequência fundamental, uma a três vezes a fundamental, mas a um terço da amplitude, uma ao quinto harmônico, mas em um quinto da amplitude e assim por diante. Em outras palavras, é composto de uma série de frequências harmônicas inteiras ímpares.
Quanto maior o número de harmônicos presentes, mais exata é a representação. Isso significa que, se a onda quadrada passar por um filtro passa-baixa, ela será distorcida e as bordas, tempo de subida e similares serão inferiores aos da onda quadrada com largura de banda infinita.
Quando expressa matematicamente a onda quadrada pode ser representada pela equação abaixo:
O espectro real de uma onda quadrada pode ser visto neste gráfico do espectro de uma onda quadrada obtido de um instrumento de teste.
No diagrama, a fundamental será vista à esquerda da varredura – observe que a linha de frequência zero está bem à esquerda da varredura. Os harmônicos podem então ser vistos nos múltiplos ímpares do fundamental.
Deve-se lembrar que a escala de amplitude é logarítmica, mas pode-se ver que os harmônicos estão em 3, 5, 7 e outros múltiplos ímpares da fundamental e que estão diminuindo em amplitude com o aumento da frequência.
Também pode ser visto que os múltiplos pares não estão presentes, pois uma onda quadrada consiste apenas em harmônicos inteiros ímpares.
Ondas quadradas, ondas retangulares e formas de onda pulsadas são vistas em um grande número de projetos de circuitos eletrônicos, sistemas e similares. Eles são particularmente comuns em circuitos baseados em circuitos digitais ou lógicos, pois essa tecnologia é baseada em formas de onda que possuem dois estados.
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