JShorthouse
2019-10-20 16:47:33 UTC
Ho costruito un oscillatore 555 e l'ho collegato a un altoparlante.
Utilizzando un oscilloscopio ho regolato il 555 per generare un'onda quadra a 2,5 kHz.
Ho quindi avvicinato un microfono all'altoparlante e ho inserito l'ingresso in un analizzatore di spettro.
Quello che mi aspettavo di vedere era un singolo picco a 2,5 kHz.Tuttavia, quello che ho effettivamente ottenuto è stato questo:
La mia domanda è: da dove provengono queste armoniche se il 555 genera solo un segnale a 2,5 kHz?
So che un quadrato può essere costruito da onde sinusoidali:
Tuttavia, il 555 non genera onde sinusoidali o frequenze multiple, genera un singolo impulso quadrato.Allora da dove vengono queste frequenze armoniche?
Le armoniche dispari sono fondamentali per un'onda quadra, come mostra la tua seconda illustrazione.(Sarebbe meglio spiegato come: un'onda quadra può essere scomposta in una serie infinita di onde sinusoidali) .. Le armoniche pari mi dicono che il rapporto mark-space non è del 50%.
Non è che un'onda quadra * possa * essere costruita da onde sinusoidali, come qualcosa di opzionale o vista stravagante di essa.Un quadrato ** è ** composto da onde sinusoidali.
@TonyM Allora come può un 555 produrre un'onda quadra se questo è il caso?Per quanto ne so, un 555 accende e spegne la sua uscita.Non sta generando un mucchio di onde sinusoidali armoniche e combinandole.Se un'onda quadra può essere generata da un 555 senza dover combinare armoniche sinusoidali allora sicuramente è davvero opzionale?
La FFT (in realtà [un dft] (https://en.m.wikipedia.org/wiki/Discrete_Fourier_transform)) cerca contenuti sinusoidali per definizione.Questi sono gli occhiali attraverso i quali sta guardando il tuo analizzatore di spettro.
Senza mancare di rispetto, sembra che il tuo livello di comprensione non si estenda ancora all'analisi di Fourier delle onde elettriche.Non cercare una serie di generatori di onde sinusoidali e un circuito mixer qui.La tua onda quadra è intrinsecamente proprio questo.Ma troverai un sacco di testo esplicativo su questo su Internet.
@TonyM va bene.Penso che parte di questo concetto mi sia scattato solo un minuto fa, puoi dirmi se sono sulla strada giusta?Sono sicuro che ci sia molto di più oltre a questo, ma mi sono appena reso conto che un '"onda" quadra non può esistere entro le leggi della fisica perché richiederebbe tensioni per casualmente e elettroni per teletrasportarsi.Quindi questo probabilmente significa che gli elettroni possono muoversi solo in schemi sinusoidali, e quindi qualsiasi segnale elettrico deve essere composto da una combinazione di questi movimenti sinusoidali?
Stai percorrendo una strada mentale migliore di quella che eri, ma c'è di più.Ma come sapete, questo sito non è un tutorial, ma per seminare e incoraggiare l'autoapprendimento :-) Questo è ciò di cui avrete bisogno per essere un ingegnere di successo e non ci si può aspettare che i volontari qui facciano da tutor.Quindi, per favore, sii incoraggiato, foraggio su Internet e una piccola ricerca troverà tonnellate su questo già scritto.
L'onda quadra ** è **.Il 555 lo ha creato commutando l'uscita.Inserendolo in un analizzatore di spettro, ti stai chiedendo "quali onde sinusoidali compongono questa onda quadra?".Se lo inserissi in un misuratore di potenza, ti staresti chiedendo "qual è la potenza in questa onda quadra?"A proposito, il 555 genera un'approssimazione di un'onda quadra matematica, perché la tensione di uscita non può cambiare all'infinito veloce.È abbastanza veloce rispetto a 2,5kHz, ma non veloce rispetto a 100MHz.
Ri "Quello che mi aspettavo di vedere era un singolo picco a 2,5 kHz. ..." -> Ciò accadrebbe con un'onda sinusoidale PURA a 2,5 kHz e un equipaggiamento di prova ideale.Perché ti aspetteresti che tutta un'onda sinusoidale di 2,5 kHz / onda quadra / onda triangolare / dente di sega / impulsi infiniti / 1 impulsi larghi 1 uS a 1 V di ampiezza / ... - ciascuno a 2,5 kHz produca un singolo picco di 2,5 kHz?Hai scelto un'onda quadra come esempio arbitrario di ciò che DOVREBBE dare a un singolo picco.Se avessi scelto qualcuno degli altri ti aspetteresti lo stesso?Perché?||NB - questo è vitale - Non stai ascoltando completamente ciò che le persone dicono e stai cercando di aggrapparti ...
... alla tua precedente visione del mondo.L'apprendimento tende a lacerare il cervello (metaforicamente) e talvolta è necessario allontanarsi dalle vecchie visualizzazioni (mentre si notano le parti utili).Un'analisi di Fourier è uno strumento per rappresentare una forma d'onda ripetitiva arbitraria da un insieme di onde sinusoidali.I risultati sono "reali" anche se i mezzi per arrivare alla forma d'onda sembrano non correlati.Il passo infinitamente netto è irraggiungibile, ma lo è anche la somma infinita, la capacità di vedere le somme infinite sotto il rumore di fondo, la capacità di chi parla di spostare, ....
"Tutti i modelli sono sbagliati. Alcuni modelli sono utili" :-).
@TonyM "Un quadrato è composto da onde sinusoidali" - questo vale per i circuiti LC, ma non è necessariamente matematicamente vero.Puoi costruire funzioni di forma quadrata in dozzine di modi, basti pensare alla funzione signum che è una semplice distinzione di casi.
"Gli elettroni possono muoversi solo in schemi sinusoidali" Questo non è vero.Le tensioni non possono cambiare istantaneamente e gli elettroni non saltano, ma si muovono in qualsiasi schema si muovano.I segnali sono quello che sono.Le onde sinusoidali (analisi di Fourier) sono uno strumento matematico molto utile per analizzare il movimento e i segnali, ma sono solo uno strumento.L'output del tuo circuito _consiste di_ onde sinusoidali esattamente nello stesso modo in cui uno stick lungo 5 pollici _consiste_ di_ cinque segmenti da un pollice: puoi scegliere di visualizzarlo in questo modo, ma non ci sono segmenti da un pollice nello stick stesso.
Ci sono tre parti in questo: (i) approssimativamente puoi rappresentare qualsiasi segnale periodico come una somma di onde sinusoidali, (ii) l'analizzatore di spettro mostra come appare questa decomposizione e (iii) l'onda quadra di frequenza f può essere rappresentata comela somma delle onde sinusoidali alla frequenza nf ciascuna moltiplicata per 1 / n.Questo è il motivo per cui l'analizzatore di spettro mostra quelle armoniche a frequenze più alte.
@Neil_UK Il tuo commento è in qualche modo migliore di qualsiasi risposta finora ...
Non esiste un "può essere" in matematica;è un linguaggio sciolto che significa la stessa cosa di "è" quando lo esaminiamo in modo formale.È come dire che il numero 6 può essere ottenuto aggiungendo 4 e 2. "Ma ho appena annotato 6; Non ho iniziato con 4 o 2 nel ** mio ** 6; cosa ci fanno lì?"
@trognanders forse, ma lo ha detto prima il relayman, stavo solo amplificando il punto.
@TonyM Penso che sarebbe molto più intuitivo dire che può essere * analizzato * come una somma di onde sinusoidali, e che * è * una cosa opzionale.Non è facoltativo per le onde quadre avere questa proprietà su come possono essere analizzate come somma delle onde sinusoidali, ma è facoltativo eseguire effettivamente l'analisi.
@immibis Come uno sciocco pignolo, supponendo che QFT sia abbastanza vero, alla fine ogni onda quadra _ deve_ essere una combinazione di una quantità ridicola di onde sinusoidali.Anche a un livello misurabile dall'uomo, un'onda quadra non è realmente un'onda quadra, poiché ci vuole un po 'per accumularsi e scendere.Quindi capisci come ottenere energia in primo luogo, che potrebbe provenire da una sorgente CA convertita in CC, che di per sé non è perfetta, e anche con una batteria chimica, la risposta non è perfetta;non dovresti mai aspettarti di vedere un'onda quadra perfetta.La domanda è: quanto è troppo?Dipende dall'uso.