Wird eine Rechteckwelle immer noch als Gleichstrom betrachtet?

Angenommen, ich habe eine Rechteckwelle mit logischem Pegel, bei der 0 V "niedrig" und 5 V "hoch" sind. Ich pulsiere dies mit einem konstanten Tastverhältnis von 60 Hz und 50%. Meine Intuition besagt, dass die Spannung niemals negativ wird und ein Gleichstromsignal ist, unabhängig davon, wie schnell ich sie pulsiere. Ist das korrekt?

Kann ich bei der Betrachtung von Operationsverstärkern zur Verstärkung von Signalen von Sensoren, die wieder 60-Hz-Rechteckwellen zwischen 0 und 100 mV erzeugen, dies auch als Gleichstromsignal betrachten und mich nicht zu sehr um mein Produkt mit Verstärkungsbandbreite kümmern?

Kurze Antwort auf beide Fragen:
Nein, das stimmt nicht.
Nein, darüber müssen Sie sich Sorgen machen.

Fangen wir von vorne an. Es gibt keine Möglichkeit, jemals mit einem buchstäblich "DC" -Signal umzugehen . Nehmen wir an, Sie haben ein Tischnetzteil, mit dem Sie Ihre Schaltkreise mit Strom versorgen. Das sind vielleicht 5 V Gleichstrom , oder? Und was ist, wenn Sie es ausschalten? Was ist mit Stromausfällen? Was ist, wenn es dieses spezielle Bankangebot nicht einmal gab?
Mein Punkt ist: Ein reales (vorhandenes) Signal kann niemals buchstäblich DC sein. Irgendwann existierte es nicht mehr und wird es auch nicht geben.

Aber es gibt Hoffnung: Wir können das Gleichstromsignal etwas weniger genau definieren, und wir rufen unseren alten Freund Fourier an. Ich gehe davon aus, dass Sie wissen, was die Fourier-Transformation ist, Sie können sie nachlesen oder mir einfach glauben: Es gibt diese spezielle mathematische Transformation, die ein Signal aufnimmt, das eine Funktion der Zeit ist und ein Signal ausspuckt, das eine Funktion der Frequenz ist . Und das funktioniert in beide Richtungen, sodass Ihr schönes Signal entweder in seiner Zeitbereichsform oder in seiner Frequenzbereichsform dargestellt werden kann.
Aber wofür brauchen wir diese Frequenzsache? Nun, das ist einfach, nehmen wir an, Sie haben: wobei Ihr Signal im Zeitbereich ist, während

Kehren wir also zur DC-Definition zurück. Wir könnten sagen, dass ein Signal Gleichstrom ist, wenn "die meisten seiner Komponenten sehr niedrige Frequenzen haben". Das ist besser als "es ändert sich nie", es können tatsächlich Komponenten mit niedrigen Frequenzen auftreten. Das ist keine genaue Definition, aber nehmen wir es so wie es jetzt ist.

Was ist mit deiner Rechteckwelle? Schauen wir uns das Diagramm der Rechteckwellenfrequenzkomponenten (auch Spektrum genannt) an:

(Quelle: Wikipedia )
Das ist eine 1-kHz-Rechteckwelle: Wie Sie sehen können, ist die geplottete Funktion bei 1 kHz, aber auch bei 3, 5 und sehr hoch so weiter ... Und (vertrau mir) die Höhe der Spitzen sinkt als 1 / f, das ist langsam . Und bitte beachten Sie, ich habe nicht gemacht jede Annahme ab , ob die Welle geht oder nicht unter Null.

Ihre Rechteckwelle ist also weit davon entfernt, DC zu sein.

Nun zu Ihrer zweiten Frage: Das ist eine ganz andere. Wenn und nur wenn Ihre Rechteckwellenamplitude im Vergleich zu anderen Signalen, die Sie in Ihrer Nähe haben, sehr, sehr klein ist, können Sie sagen: "Nun, tun wir einfach so, als wäre sie nicht da." Dies ist jedoch nicht der Fall. Ihre Rechteckwelle ist das Signal, das Sie verstärken möchten. Und wie Sie gerade erfahren haben, ist das überhaupt kein Gleichstrom ... Sie sollten sich die technischen Daten des Operationsverstärkers, den Sie dann auswählen werden, genauer ansehen.

"Die Antwort" ist, dass es davon abhängt, was man mit DC meint .

Ich glaube, man kann mit Sicherheit sagen, dass "DC" für die meisten nicht mehr für Gleichstrom steht, der als Strom definiert ist, der sich nicht in der Richtung ändert, im Gegensatz zu Wechselstrom, der sich ändert.

In den meisten Kontexten ist "DC" ein Synonym für Konstante . Beispielsweise erzeugt eine (gute) 5-VDC-Stromversorgung eine (mehr oder weniger) konstante 5-V-Spannung und beispielsweise keine variierende, aber positive Spannung.

Ein anderes Beispiel ist die "Gleichstromkomponente" eines Signals, was den (konstanten) Zeitmittelwert eines Signals bedeutet.

Ein weiteres Beispiel ist die "DC-Lösung" für eine Schaltung; die Lösung, für die alle Spannungen und Ströme konstant sind .

In einigen Fällen bedeutet "Gleichstrom" jedoch nicht alternierend oder unidirektional, wie beispielsweise der ungefilterte Ausgang eines Gleichrichters, der manchmal als pulsierender Gleichstrom bezeichnet wird .

Im ersten Sinne ist Ihre Rechteckwelle also kein Gleichstrom, da sie nicht konstant ist .

Aber im zweiten Sinne, Ihre Rechteckwelle ist DC , da es nicht-Wechsel .

Wenn Sie bei der Analyse einer Schaltung mit einem Rechteckwelleneingang Gleichstromnäherungen vornehmen würden, würde Ihnen ein wesentlicher Teil der Antwort fehlen. Daher sollten Sie keine DC-Annahmen treffen. Wenn es Ihnen hilft, sich die Rechteckwelle als Wechselstrom vorzustellen, dann hilft es Ihnen. Ich schlage vor, es ist hilfreicher darüber nachzudenken, warum Sie versuchen, das Signal überhaupt in eine Schublade zu legen, und das sollte helfen, die Antwort zu generieren.

negative ist relativ zu einer Referenz.

Wenn Sie Ihre Referenz auf 2,5 V verschieben, haben Sie einen Wechselstrom von -2,5 / + 2,5.

Beobachten Sie eine Batterieentladung im Laufe der Zeit, es ist ein exponentieller Abfall.

Warten Sie noch länger, alle Potentiale im Universum nähern sich Null.

Wenn ein CPU-Zyklus einer Sekunde entspricht , scheint Ihre 60-Hz-Rechteckwelle etwa 20 Jahre lang 5 V zu bleiben.

... aber wirklich, was Vladimir gesagt hat.

Eine Rechteckwelle, die auf der positiven Ebene verbleibt, ist eine schaltende Gleichstromversorgung, die zwischen Ein und Aus, 0 V Gleichstrom, Vollspannung Gleichstrom, umschaltet

Die Wechselspannung geht über 0 V hinaus in die negative Ebene. Sie haben einen Wechselstrom von 0 V, eine positive Spannung von 0 V und eine negative volle Spannung von 0 V. Ein vollständiger Zyklus Wechselstromwellen kann gleichgerichtet werden, um eine perfekt sinusförmige Welle zu sein, die üblicherweise als Sinuswelle bezeichnet wird.

Sie haben auch andere Formen von Wechselstrom, die fast genauso aussehen wie die Rechteckwelle, die Sie zuvor erwähnt haben, wie auch immer sie auf volle Spannung + geht, direkt auf volle Spannung - und zurück auf volle Spannung. Der Unterschied ist die Zeit, die benötigt wird, um von voll auf 0 V zu kommen Im Vergleich zu einer Sinuswelle wird diese Zeit als in Hertz gemessene Frequenz bezeichnet, die Zyklus pro Sekunde ist. In meinem Land beträgt unsere normale Betriebsfrequenz 50 Hz oder 50 vollständige Zyklen in einer bestimmten Sekunde. Wieder 0v bis + bis 0v bis - zurück zu 0v

Eine Methode zur Anzeige des Geschehens und zur visuellen Darstellung des Geschehens durch Anzeige einer Sinuswelle wäre die Verwendung eines Oszilloskops.