गैर-साइनसोइडल तरंग: वर्ग, आयताकार और स्पंदित तरंग

इलेक्ट्रॉनिक इंजीनियरिंग में, संचार प्रणाली और डिजिटल इलेक्ट्रॉनिक्स सहित कई क्षेत्रों में उपयोग किए जाने वाले इलेक्ट्रिकल तरंगों को उत्पन्न करना और आकार देना महत्वपूर्ण कार्य हैं।यह लेख तीन प्रकार के तरंगों पर चर्चा करता है: वर्ग तरंगें, आयताकार तरंगें और स्पंदित तरंगें, प्रत्येक अद्वितीय विशेषताओं और उपयोगों के साथ।वर्ग तरंगों की समरूपता और राज्यों के बीच त्वरित संक्रमण वे हैं जो उन्हें अनुप्रयोगों को स्विच करने में इतना प्रभावी बनाते हैं।पल्स-चौड़ाई मॉड्यूलेशन (पीडब्लूएम) और सिग्नल प्रोसेसिंग जैसे कार्यों में आयताकार तरंगों का लचीलापन उपयोगी है, जहां तरंग को ठीक करने की आवश्यकता होती है।स्पंदित तरंगें अनियमित और गैर-दोहराव होती हैं, जो उन स्थितियों के लिए बनाई जाती हैं जहां जानकारी भेजने के लिए समय परिवर्तन का उपयोग किया जाता है।

यह लेख इन तरंगों की भौतिक विशेषताओं की पड़ताल करता है, वे फूरियर विश्लेषण और उनके व्यावहारिक उपयोगों में कैसे व्यवहार करते हैं।इन विवरणों को समझने से इलेक्ट्रॉनिक अनुप्रयोगों में प्रत्येक तरंग को अलग करने में मदद मिलती है।यह यह भी जांचता है कि प्रत्येक तरंग कैसे उत्पन्न होती है और प्रत्येक के लिए सामान्य उपयोग, एक स्पष्ट तस्वीर प्रदान करता है कि वे इलेक्ट्रॉनिक डिजाइनों में सुधार करने में कैसे योगदान करते हैं।

सूची

चित्र 1: वर्ग तरंग

वर्ग तरंगों की विशेषताएं

स्क्वायर वेव वेवफॉर्म हैं जो "हाई" और "लो" नामक दो वोल्टेज स्तरों के बीच जल्दी से स्विच करते हैं।ये परिवर्तन तुरंत होते हैं, जिससे दोनों राज्यों के बीच एक तेज बदलाव होता है।हालांकि, वास्तविक प्रणालियों में, सर्किट गुण जैसे कारक संक्रमण को धीमा कर देते हैं।वोल्टेज को उठने या गिरने में लगने वाले समय को राइज टाइम (ऊपर जाने के लिए) और गिरने का समय (नीचे जाने के लिए) कहा जाता है।एक आदर्श वर्ग तरंग उच्च और निम्न अवस्थाओं में समान समय बिताती है, एक संतुलित तरंग बनाती है।

उच्च और निम्न अवस्थाओं में बिताया गया समय अलग -अलग हो सकता है लेकिन लहर को अभी भी एक चौकोर लहर माना जाता है।इस संतुलन को बदलना विभिन्न कार्यों के लिए उपयोगी हो सकता है।हालांकि, जब संचार प्रणालियों में समय की सटीकता, समरूपता को रखना महत्वपूर्ण है।उन मामलों में, अतिरिक्त डिजाइन समायोजन की आवश्यकता हो सकती है।

आयताकार तरंगों के लक्षण

आयताकार तरंगें चौकोर तरंगों के समान हैं, लेकिन असमान उच्च और कम चरण हैं, जिससे उन्हें अधिक लचीलापन मिलता है।जबकि वर्ग तरंगों में समान उच्च और निम्न समय होता है, आयताकार तरंगें आपको इन समयों को अलग से समायोजित करने देती हैं।यह आयताकार तरंगों को उन स्थितियों के लिए अधिक उपयोगी बनाता है जहां वर्ग तरंगों के सख्त पैटर्न की आवश्यकता नहीं है।

आयताकार तरंगों का एक बड़ा लाभ उनका लचीलापन है।उच्च और निम्न समय को समायोजित करके, प्रत्येक नाड़ी की चौड़ाई को नियंत्रित किया जा सकता है जो पल्स-चौड़ाई मॉड्यूलेशन (पीडब्लूएम) में महत्वपूर्ण है।पीडब्लूएम का उपयोग मोटर नियंत्रण, संचार और बिजली प्रणालियों जैसी चीजों में किया जाता है, जहां समय को सटीक होने की आवश्यकता होती है।सिग्नल प्रोसेसिंग और टाइमिंग में आयताकार तरंगें भी महान हैं।उदाहरण के लिए, डिजिटल इलेक्ट्रॉनिक्स में, आयताकार तरंगों का उपयोग एक प्रणाली के विभिन्न भागों को समन्वित करने में मदद करने के लिए समायोज्य समय के साथ घड़ी संकेतों के रूप में किया जा सकता है।आयताकार तरंगें चौकोर तरंगों की तुलना में अधिक लचीली होती हैं क्योंकि उनके कर्तव्य चक्र को समायोजित किया जा सकता है।

चित्रा 2: आयताकार तरंग

स्पंदित तरंगों के लक्षण

स्पंदित तरंगें आवधिक तरंगों से अलग होती हैं क्योंकि उनके पास एक नियमित, दोहराने वाला पैटर्न नहीं होता है।आवधिक तरंगें एक स्थिर चक्र में दोहराती हैं, लेकिन स्पंदित तरंगें एक निश्चित वोल्टेज तक पहुंचने जैसी किसी चीज़ की प्रतिक्रिया में होती हैं।इस वजह से, स्पंदित तरंग स्थिति के आधार पर अलग -अलग दिख सकते हैं।

स्पंदित तरंगों के बारे में एक महत्वपूर्ण बात यह है कि वे अपने आकार और समय को बदलकर जानकारी ले सकते हैं।आवधिक तरंग अधिक पूर्वानुमानित हैं लेकिन स्पंदित तरंगों को विभिन्न प्रकार के डेटा दिखाने के लिए वास्तविक समय में समायोजित किया जा सकता है।चूंकि स्पंदित तरंग अलग -अलग स्थितियों के आधार पर बदल सकते हैं, इसलिए वे जटिल जानकारी को संभालने के लिए एक अच्छा उपकरण हैं।जल्दी से अनुकूलित करने की उनकी क्षमता उन्हें उन प्रौद्योगिकियों के लिए महत्वपूर्ण बनाती है जिन्हें तेज प्रतिक्रियाओं और लचीलेपन की आवश्यकता होती है।

चित्रा 3: पल्स वेवफॉर्म

एक वर्ग, आयताकार और स्पंदित तरंगों की ध्वनि

स्क्वायर वेव्स: स्क्वायर तरंगों में एक बोल्ड, तेज ध्वनि होती है जो बाहर खड़ी होती है।वे इस मजबूत ध्वनि का निर्माण करते हैं क्योंकि उनके पास बहुत सारे विषम हार्मोनिक्स हैं, जिससे उन्हें एक बज़ी टोन मिलता है।लहर जल्दी से उच्च और निम्न स्तरों के बीच स्विच करती है जो इसकी ध्वनि को "नुकीला" बनाती है और एक मिश्रण में अन्य ध्वनियों के माध्यम से कटौती करने में सक्षम होती है।स्क्वायर तरंगों का उपयोग इलेक्ट्रॉनिक संगीत और सिंक में किया जाता है क्योंकि वे गहरे बास और तेज, ध्यान आकर्षित करने वाले लीड दोनों बना सकते हैं।

आयताकार तरंगें: आयताकार तरंगें चौकोर तरंगों की तुलना में अधिक लचीली होती हैं क्योंकि आप "उच्च" स्थिति में कितने समय तक रहते हैं, समायोजित करके उनके स्वर को बदल सकते हैं।जब समय उच्च बिताया जाता है, तो वे एक उज्ज्वल और समृद्ध स्वर के साथ वर्ग तरंगों की तरह आवाज करते हैं।लेकिन अगर उच्च अवस्था में समय कम हो जाता है, तो ध्वनि पतली और अधिक नाक हो जाती है।यह लचीलापन आयताकार तरंगों को मजबूत और छिद्रपूर्ण से प्रकाश और खोखले तक ध्वनियों की एक विस्तृत श्रृंखला बनाने देता है।

स्पंदित लहरें: स्पंदित तरंगों में एक त्वरित, तेज ध्वनि होती है, जिससे वे लयबद्ध या छोटे, टक्कर प्रभाव के लिए महान बन जाते हैं।वे क्लिक या बीप्स जैसी ध्वनि के तेजी से फटने में अच्छे हैं, और संगीत में अच्छी तरह से काम करते हैं जिन्हें मजबूत, लयबद्ध तत्वों की आवश्यकता होती है।स्पंदित तरंगों का तेजी से वृद्धि और गिरावट उन्हें एक आक्रामक अनुभव देती है, इसलिए वे अक्सर संश्लेषण स्टैब के लिए उपयोग किए जाते हैं।

वर्ग, आयताकार और स्पंदित तरंगों का फूरियर विश्लेषण

चौकोर लहरें

एक वर्ग तरंग एक तरंग है जो तेजी से एक उच्च और निम्न मूल्य के बीच स्विच करती है, प्रत्येक स्तर पर समान समय खर्च करती है।फूरियर श्रृंखला का उपयोग करके, हम इसे साइन लहरों के योग के रूप में व्यक्त कर सकते हैं।आयाम ए और पीरियड टी के साथ एक वर्ग लहर के लिए, फूरियर श्रृंखला है:

यहाँ, n केवल विषम पूर्णांक का प्रतिनिधित्व करता है, और लहर की आवृत्ति है।श्रृंखला आवृत्ति से शुरू होती है (जब) ) और उच्च विषम हार्मोनिक्स शामिल हैं।हार्मोनिक संख्या के व्युत्क्रम के बाद, प्रत्येक क्रमिक हार्मोनिक आयाम में कमी आती है।

चित्रा 4: फूरियर श्रृंखला में वर्ग तरंगें

आयताकार तरंगें

आयताकार तरंगें चौकोर तरंगों के समान हैं, लेकिन उच्च और निम्न अवस्थाओं में बिताया गया समय असमान है।इस मामले में, फूरियर श्रृंखला को "ड्यूटी साइकिल" डी के लिए जिम्मेदार होना चाहिए, जो उस अवधि का अंश है जो लहर उच्च अवस्था में बनी हुई है।एक आयताकार तरंग के लिए फूरियर श्रृंखला है:

यह सूत्र उच्च और निम्न अवस्थाओं की विभिन्न लंबाई के लिए समायोजित करता है, जो साइन वेव घटकों में ड्यूटी चक्र डी को शामिल करता है।

चित्रा 5: फूरियर श्रृंखला में आयताकार तरंगें

स्पंदित लहरें

स्पंदित तरंगों, या नाड़ी ट्रेनों, अंतराल द्वारा अलग किए गए बार -बार दालों से मिलकर होता है जहां संकेत शून्य होता है।पल्स ट्रेनों का फूरियर विश्लेषण अधिक जटिल है क्योंकि यह दालों के आकार और उनके बीच के समय पर निर्भर करता है।आयताकार दालों की एक ट्रेन के लिए एक सामान्य फूरियर श्रृंखला जैसा दिखता है:

इस अभिव्यक्ति में, is प्रत्येक नाड़ी की चौड़ाई है, टी दालों के बीच की अवधि है, पल्स ट्रेन की आधार आवृत्ति है। कार्य, के रूप में परिभाषित किया गया है , वर्णन करता है कि पल्स आकार आवृत्ति घटकों को कैसे प्रभावित करता है।

चित्रा 6: पल्स ट्रेनों का फूरियर विश्लेषण

विद्युत तरंगों के उदाहरण

स्क्वेर वेव

एक वर्ग तरंग सबसे सरल प्रकार के तरंगों में से एक है।यह दो स्तरों के बीच वैकल्पिक है, उच्च और निम्न प्रत्येक राज्य में समान मात्रा में खर्च करता है।इस समान विभाजन को 50% कर्तव्य चक्र कहा जाता है।

यहाँ इसका मतलब है:

• लहर एक निश्चित अवधि (उच्च स्तर) के लिए "चालू" रहती है।

• यह तब एक समान अवधि (निम्न स्तर) के लिए "बंद" रहता है।

उदाहरण के लिए, यदि पल्स की चौड़ाई "ऑन" और "ऑफ" दोनों राज्यों के लिए 10 मिलीसेकंड (एमएस) है, तो एक पूर्ण चक्र (एक अवधि) के लिए कुल समय है:

लहर की आवृत्ति हमें बताती है कि प्रति सेकंड कितने चक्र होते हैं।आवृत्ति खोजने के लिए, सूत्र का उपयोग करें:

इस मामले में:

तो, लहर 50 बार प्रति सेकंड दोहराती है।

चित्र 7: 3-चरण वोल्टेज स्रोत इन्वर्टर स्क्वायर वेव आउटपुट के साथ

आयताकार तरंग

अब, आइए आयताकार तरंगों का पता लगाएं, जो वर्ग तरंगों के समान हैं, लेकिन समय पर और बंद समय नहीं है।जिस समय सिग्नल उच्च रहता है उसे सकारात्मक पल्स चौड़ाई कहा जाता है, और उस समय के अनुपात को कुल अवधि के अनुपात को ड्यूटी चक्र कहा जाता है।

यदि सकारात्मक पल्स चौड़ाई 10 एमएस है, लेकिन कर्तव्य चक्र 25% है, तो इसका मतलब है कि लहर कुल चक्र के केवल 25% के लिए "चालू" है।

कुल अवधि का पता लगाने के लिए, ड्यूटी चक्र द्वारा सकारात्मक पल्स चौड़ाई को विभाजित करें:

आवृत्ति को खोजने के लिए, पहले के समान सूत्र का उपयोग करें:

तो, यह तरंग "ऑफ" समय की तुलना में "ऑन" समय कम होने के साथ प्रति सेकंड 25 बार दोहराएगा।

वर्ग तरंगों, आयताकार तरंगों और स्पंदित तरंगों की तुलना

विशेषता	चौकोर लहरें	आयताकार तरंगें	स्पंदित तरंग
आकार	सममित, समान उच्च और निम्न समय	विषम, बदलती कर्तव्य चक्र	अलग -अलग चौड़ाई के तेज, अचानक दालों
आयाम	स्थिर	स्थिर	स्थिर
आवृत्ति	आवेदन के आधार पर निश्चित	एडजस्टेबल	आधार आवृत्ति से कम
नाड़ी चौड़ाई	आधी अवधि (50% कर्तव्य चक्र पर)	कर्तव्य चक्र पर निर्भर	बहुत कम मध्यम, पल्स को परिभाषित करता है
दुहराव दर	आवृत्ति द्वारा परिभाषित	आवृत्ति द्वारा परिभाषित	बहुत अधिक तक
कर्तव्य चक्र	50% (नियत)	कोई भी प्रतिशत, 50% नहीं	व्यापक रूप से भिन्न होता है, 50% से कम
लयबद्ध सामग्री	विषम हार्मोनिक्स में समृद्ध	हार्मोनिक्स में समृद्ध	पल्स आकार और चौड़ाई पर निर्भर
पीढ़ी तरीका	ऑसिलेटर, फ्लिप-फ्लॉप	समायोज्य ऑसिलेटर, सिग्नल जनरेटर	पल्स जनरेटर, विशेष सर्किट
अनुप्रयोग	समय सर्किट, डिजिटल घड़ियाँ	स्विचिंग पावर सप्लाई, मॉड्यूलेटर	रडार, संचार, चिकित्सा इमेजिंग

चित्र 8: वर्ग और आयताकार तरंग

निष्कर्ष

यह लेख इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम के डिजाइन में विभिन्न प्रकार के तरंगों के महत्व को बताता है।प्रत्येक तरंग के अपने गुण और लाभ होते हैं जो विशिष्ट स्थितियों में उपयोगी होते हैं।स्क्वायर तरंगें डिजिटल सिस्टम के लिए उपयोगी हैं।वे बाइनरी राज्यों के बीच सुचारू और सटीक संक्रमण सुनिश्चित करते हैं जो डेटा प्रोसेसिंग और संचार के लिए अच्छा है।आयताकार तरंगों का विस्तार समायोज्य कर्तव्य चक्र प्रदान करके इस अवधारणा पर विस्तार होता है, अनुप्रयोगों में अधिक सटीक नियंत्रण के लिए अनुमति देता है जहां सिग्नल समय को अनुकूलित करने की आवश्यकता है।स्पंदित तरंगें उन स्थितियों में अमूल्य हैं जो उच्च लचीलेपन और जवाबदेही की मांग करती हैं, जैसे कि रडार या मेडिकल इमेजिंग।वे पल्स आकार और समय में परिवर्तन के माध्यम से जानकारी व्यक्त करते हैं, जिससे वे डेटा संचारित करने के लिए आदर्श बन जाते हैं।इन तरंगों का फूरियर विश्लेषण उनके व्यवहार की स्पष्ट, गणितीय समझ प्रदान करता है।यह लेख इन तरंगों के सिद्धांत और व्यावहारिक उपयोग दोनों का एक स्पष्ट अवलोकन देता है, जिससे यह इलेक्ट्रॉनिक डिजाइन में काम करने वाले किसी भी व्यक्ति के लिए एक मूल्यवान मार्गदर्शिका है।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न [FAQ]

1. वर्ग तरंगों के क्या फायदे हैं?

वर्ग तरंगों को महत्व दिया जाता है क्योंकि वे कई इलेक्ट्रॉनिक्स और सिग्नल प्रोसेसिंग कार्यों में सरल और उपयोगी होते हैं।एक बड़ा लाभ उच्च और निम्न स्तरों के बीच उनका तेज स्विच है, जो उन्हें कंप्यूटर और अन्य डिजिटल उपकरणों में समय और डिजिटल घड़ी संकेतों के लिए एकदम सही बनाता है।ये त्वरित परिवर्तन पढ़ने के संकेतों में भ्रम से बचने में मदद करते हैं।इसके अलावा, वर्ग तरंगों में केवल विषम हार्मोनिक्स होते हैं जो उन्हें सिंथेसाइज़र और ऑडियो तकनीक जैसे हार्मोनिक्स से जुड़े अनुप्रयोगों में काम करना आसान बनाता है, जहां स्पष्ट ध्वनियां महत्वपूर्ण हैं।

2. चौकोर तरंगों को कैसे बनाया जाता है?

स्क्वायर तरंगें इलेक्ट्रॉनिक ऑसिलेटर का उपयोग करके उत्पन्न होती हैं, जैसे कि श्मिट ट्रिगर या फ्लिप-फ्लॉप सर्किट, जो दो वोल्टेज स्तरों के बीच टॉगल करते हैं।ये ऑसिलेटर आउटपुट स्विच करते हैं जब उनका इनपुट कुछ थ्रेशोल्ड मानों को पार करता है, जो चौकोर तरंगों की तेज संक्रमण विशेषता पैदा करता है।प्रयोगशालाओं में उपयोग किए जाने वाले फ़ंक्शन जनरेटर को उच्च और निम्न वोल्टेज राज्यों के बीच तेजी से स्विच करके वांछित आवृत्ति और आयाम की वर्ग तरंगों का उत्पादन करने के लिए प्रोग्राम किया जा सकता है।

3. आयताकार नाड़ी की अवधि क्या है?

एक आयताकार पल्स की अवधि पल्स के एक पूर्ण चक्र की अवधि को संदर्भित करती है, जिसमें एक उच्च राज्य और एक निम्न अवस्था शामिल है।यह उस समय के रूप में निर्धारित किया जाता है जब पल्स को अपनी प्रारंभिक स्थिति में लौटने में समय लगता है।पल्स की अवधि टी उच्च राज्य (Tthigh) और निम्न अवस्था (tlow) की अवधि का योग है, जिसे t = जांघ+tlow के रूप में व्यक्त किया गया है।व्यावहारिक रूप से, यह अवधि पल्स वेवफॉर्म की आवृत्ति को निर्धारित करती है जिसमें आवृत्ति की अवधि (f = 1/t) की पारस्परिक होती है।

4. पल्स वेवफॉर्म के घटक क्या हैं?

एक पल्स वेवफॉर्म में कई घटक होते हैं:

आयाम: इसके आधार रेखा के ऊपर या नीचे नाड़ी का अधिकतम मूल्य।

अवधि: पल्स के लिए समय की लंबाई इसके अधिकतम आयाम पर है।

राइज़ टाइम: पल्स को उसके कम मूल्य (अक्सर जमीन या शून्य वोल्टेज) से उसके उच्च मूल्य तक संक्रमण करने के लिए लिया गया समय।

फॉल टाइम: पल्स के लिए समय उसके उच्च मूल्य से उसके कम मूल्य में वापस संक्रमण करने के लिए लिया गया।

कर्तव्य चक्र: एक अवधि के अनुपात का प्रतिनिधित्व करता है जिसमें संकेत सक्रिय या उच्च है।इसे अक्सर प्रतिशत के रूप में व्यक्त किया जाता है।

5. पल्स वेवफॉर्म कैसे मापा जाता है?

यहाँ प्रक्रिया है:

आस्टसीलस्कप जांच को सिग्नल स्रोत या पल्स वेवफॉर्म को आउटपुट करने वाले डिवाइस को कनेक्ट करें।

प्रदर्शन पर तरंग को उचित रूप से स्केल करने के लिए समय/डिवीजन और वोल्ट/डिवीजन जैसी आस्टसीलस्कप सेटिंग्स को समायोजित करें।

वेवफॉर्म डिस्प्ले को स्थिर करने के लिए आस्टसीलस्कप को ट्रिगर करें, यह सुनिश्चित करें कि पल्स साफ -सुथरी और लगातार कल्पना की जाती है।

पल्स के आयाम, अवधि, कर्तव्य चक्र, वृद्धि समय और प्रदर्शित समय को सीधे प्रदर्शित तरंग से सीधे गिरावट के समय निर्धारित करने के लिए ऑसिलोस्कोप के माप उपकरण का उपयोग करें।