Кіріспе

Синусоидты емес толқынның түрі – толқын.

Квадратты толқын – амплитудасы тұрақты жиілікпен белгіленген ең төменгі және ең жоғары мәндер арасында кезектесетін, ең төменгі және ең жоғары мәндерінде бірдей ұзақтықта сақталатын, синусоидты емес, периодты толқын. Идеалды квадратты толқында, ең төменгі және ең жоғары мәндер арасындағы өтулер жедел болады. Квадратты толқын – импульстік толқынның ерекше жағдайы, ол ең төменгі және ең жоғары амплитудаларда кез келген ұзақтықты қамтамасыз етеді. Импульстік толқынның жоғары кезеңі мен жалпы кезеңінің арақатынасы – жұмыс циклі деп аталады. Нағыз квадратты толқынның жұмыс циклі 50% құрайды (жоғары және төменгі кезеңдер тең). Квадратты толқындар электроникада және сигналдарды өңдеуде, әсіресе цифрлық электроникада және цифрлық сигналдарды өңдеуде жиі кездеседі. Оның стохастикалық аналогы – екі күйлі траектория.

Шығу тегі және қолданылуы

Квадратты толқындар цифрлық коммутациялық тізбектерде кеңінен кездеседі және екілік (екі деңгейлі) логикалық құрылғылармен табиғи түрде жасалады. Олар уақыттық анықтамалар немесе "сағат сигналдары" ретінде қолданылады, себебі олардың жылдам өтулері нақты белгіленген интервалдарда синхронды логикалық тізбектерді іске қосуға ыңғайлы. Дегенмен, жиілік домені графигі көрсеткендей, квадратты толқындарда кең ауқымды гармоникалар бар; олар басқа жақын тізбектерге кедергі келтіретін электромагниттік сәулелену немесе ток импульстарын тудыруы мүмкін, бұл шуға немесе қателерге әкеледі. Мұндай проблеманы өте сезімтал тізбектерде, мысалы, жоғары дәлдікті аналогтық-цифрлық түрлендіргіштерде болдырмау үшін, уақыттық анықтама ретінде квадратты толқындардың орнына синустық толқындар қолданылады. Музыкалық тұрғыдан алғанда, олар көбінесе бос дыбысты жасайды және осы себепті, азайту синтезі арқылы жасалған үрмелі аспаптардың дыбыстарының негізі ретінде қолданылады. Сонымен қатар, олар көптеген үй шаруашылығы, коммерциялық және өнеркәсіптік жағдайларда қолданылатын "сигнал" дабылын құрайды. Адамдар электр гитараларында қолданатын бұрмалау эффектісі толқынның сыртқы бөліктерін қиып, бұрмалау деңгейі жоғарылаған сайын толқынның квадратты толқынға ұқсауына себеп болады. Екі деңгейлі қарапайым Радемакер функциялары квадратты толқындар болып табылады.

Кемел шаршы толқындардың сипаттамалары

Жоғарыда айтылғандай, идеалды шаршы толқынның жоғары және төмен деңгейлері арасындағы жылдам ауысуы болады. Бірақ, іс жүзінде, толқынды жасаушы жүйенің физикалық шектеулеріне байланысты мұндай ауысуға қол жеткізу мүмкін емес. Сигналдың төмен деңгейден жоғары деңгейге өтуге және кері қайтуға кеткен уақыт сәйкесінше көтерілу уақыты және құлау уақыты деп аталады. Егер жүйе артық демпферленген болса, толқын формасы теориялық жоғары және төмен деңгейлерге толық жете алмайды, ал егер жүйе жеткіліксіз демпферленген болса, ол тұрақтанғанға дейін жоғары және төмен деңгейлердің шамасында тербеледі. Мұндай жағдайларда көтерілу және құлау уақыты 5%-тен 95%-ке немесе 10%-тан 90%-ға дейінгі белгілі аралық деңгейлер арасында өлшенеді. Жүйенің өткізу қабілеті толқын формасының ауысу уақытына байланысты; біреуін екіншісінен шамамен анықтауға мүмкіндік беретін формулалар бар.